CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG MÁI DỐC CÔNG TRÌNH ĐẤT
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP, KẾT CẤU GIA CƯỜNG MÁI DỐC ĐẤT VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
1.2.11. Đánh giá chung về các giải pháp gia cường và đề xuất, lựa chọn giải pháp gia cường cho mái dốc đứng
Trong các giải pháp đã nêu trong phần tổng quan, nhận xét thấy các phương pháp đều có những ưu, nhược điểm nhất định và đều đã được áp dụng trong những điều kiện nhất định. Các công trình xây dựng theo kiểu cứng hoá thì có nhược điểm lớn nhất là khi xây dựng trên nền mềm yếu thì dễ bị mất ổn định, đồng thời việc bê tông hoá trên diện tích lớn gây ảnh hưởng không tốt đến môi trường.
Phương pháp sử dụng vật liệu cốt địa kỹ thuật có nhiều ưu điểm như: tăng cường ổn định của khối đất, tạo nên kết cấu mềm mại, thân thiện với môi trường.
Các công trình ứng dụng đất có cốt ngày càng được xây dựng nhiều hơn do công trình ứng dụng đất có cốt là công trình nhẹ nhất trong các loại công trình vì công trình làm bằng đất tại chỗ; Mềm nhất vì là công trình đất; và có thể dùng vải địa kỹ thuật, sợi tổng hợp để làm cốt thay thế cốt thép không gỉ đắt tiền
Một trong những công ty đi đầu trong việc áp dụng công nghệ vật liệu đất có cốt để gia cố công trình là công ty Tensar (Tensar International Company). Khi sử dụng cốt địa kỹ thuật, giải pháp của Tensar cho phép thi công mái taluy dốc đến 90P0P. Việc lựa chọn thiết kế bề mặt mềm cho mái taluy có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như nhu cầu hoàn thiện bề mặt, những hạn chế và tình huống cụ thể của môi trường địa phương và quan trọng hơn nữa là yếu tố góc nghiêng của mái taluy. Tensar cung cấp hàng loạt các kỹ thuật thi công nhưng phổ biến hơn cả vẫn là ứng dụng lưới địa kỹ thuật bó uốn hoặc sử dụng panel lưới thép phía bề mặt mái taluy.
Với phương án hoàn thiện sử dụng phương pháp bó uốn Tensar, bề mặt mái taluy được hình thành bằng cách trải và cuốn lưới địa kỹ thuật vòng qua bề mặt rồi neo lại trong nền đất đắp. Trong quá trình bó uốn cần dùng các bao đất hoặc hỗ trợ tạm thời để tạo bề mặt và kiểm soát hướng tuyến, cần thiết cho việc đầm nén được chắc chắn. Một mái taluy mềm sẽ mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và cho phép khách hàng lựa chọn nhiều bề mặt hấp dẫn. Các lợi ích từ việc thi công mái taluy Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu đề xuất các dạng kết cấu gia cường cho mái dốc đứng
dốc có gia cố như giảm thiểu đất sử dụng, giới hạn việc lấy đất ở những khu vực hạn chế, giảm khối lượng đất đắp theo yêu cầu và là giải pháp tường mềm thay thế tường chắn bề mặt cứng ở những nơi nhạy cảm về môi trường.
Khi sửa chữa mái sạt lở, gia cố các mái đường giao thông hoặc các công trình mà địa hình hẹp, địa chất khó đào bạt thì nên dùng cốt địa kỹ thuật để sử dụng lại đất sạt xuống hoặc đất đào mở móng, như vậy sẽ giảm được chi phí vận chuyển đất sạt lở ra khỏi khu vực, giảm ách tắc giao thông. Hình 1.10 là mặt cắt ngang nền đắp tiêu chuẩn sau khi sửa chữa.
Hình 1.10: Mặt cắt ngang nền đắp tiêu chuẩn sau khi sửa chữa.
Với mái dốc có góc dốc lớn hơn 45P0Pkhi xây dựng mới: Giải pháp sử dụng cốt địa kỹ thuật trong trường hợp này cho phép giảm thiểu được đất sử dụng, giảm khối lượng đất đắp yêu cầu, lợi hơn giải pháp làm tường chắn vì nó mềm mại và thi công đơn giản. Đảm bảo độ ổn định tổng thể của hệ thống. Hình 1.11 là một ví dụ thực tế cho mái dốc đứng vừa tiết kiệm, vừa kỹ thuật và vừa mỹ quan.
Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu đề xuất các dạng kết cấu gia cường cho mái dốc đứng
Hình 1.11: Mái dốc đứng của một bãi đỗ trực thăng.
Với những ưu điểm như vậy, để có thể ứng dụng rộng rãi công nghệ này vào thực tế, Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp dùng cốt địa kỹ thuật (công nghệ đất có cốt) để gia cuờng mái dốc đứng nhằm đạt được mục tiêu kỹ thuật, mỹ thuật và môi trường.
1.3. VẤN ĐỀ ỨNG DỤNG CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC VÀ MÁI DỐC ĐỨNG Ở VIỆT NAM
Vải địa kỹ thuật có thể thực hiện 5 chức năng riêng lẻ hoặc kết hợp, cùng với ưu điểm thi công đơn giản và giá thành ngày càng hạ, nên đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Thời điểm bắt đầu ứng dụng là vào những năm 1955 tại Hà lan, sau đó đặc biệt từ thập kỷ 70 đã được nghiên cứu mở rộng ứng dụng. Từ năm 1977 đến nay đã liên tục có các hội nghị, hội thảo quốc tế để cùng trao đổi, hướng dẫn sử dụng (đã có hội nghị quốc tế lần thứ năm về vải địa kỹ thuật). Những nước ứng dụng nhiều đã thành lập Uỷ ban quốc gia về vải địa kỹ thuật và Geomembrane để quy định, hướng dẫn sản xuất và sử dụng.
Còn ở Việt nam, vải địa kỹ thuật bắt đầu xuất hiện vào đầu những năm 90 và trở nên khá phố biến từ 7, 8 năm trở lại đây trong các lĩnh vực xây dựng, giao thông, thuỷ lợi. Dưới đây là một số hình ảnh công trình có sử dụng vải địa kỹ thuật:
Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu đề xuất các dạng kết cấu gia cường cho mái dốc đứng
Điều kiện đất khó khăn tại hiện trường Mái dốc trong khi thi công
Dự án đã hoàn thành
Tangshan Caofeidian Project Dalian Jinzhou Yongsheng Landfill
Hình 1.12: Một số hình ảnh công trình có sử dụng vải địa kỹ thuật
Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu đề xuất các dạng kết cấu gia cường cho mái dốc đứng
1.3.1. Một số ứng dụng vải địa kỹ thuật tiêu biểu trên thế giới
Từ khi xuất hiện, với hiệu quả trên các mặt, vải địa kỹ thuật đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới theo đúng các chức năng của nó. Sau đây chỉ nêu một số công trình xây dựng có sử dụng vải địa kỹ thuật một cách có hiệu quả nhất:
- Khi kênh đào Suez được xây dựng, người ta đã trải vải địa kỹ thuật dưới đáy biển, được cố định bằng cuội sỏi làm cho đất nền ổn định và an toàn cho đập;
- Đê biển Deep Bay ở Hongkong dài 3,5km do phải đảm bảo mái đê ổn định trong thời gian ngắn, không cho đất mới đắp lún xuống nền bùn, đồng thời để tiết kiệm đất đắp người ta đã sử dụng vải địa kỹ thuật với 3 chức năng: bảo vệ, phân cách và gia cố đất yếu;
- Tường chắn Prapoutel les sept laux (Pháp) dài 170m, cao 2 ÷ 9,6m được gia cố bằng vải địa kỹ thuật để tạo mái dốc đứng 1/4 tiết kiệm đất và tăng cường hệ số ổn định;
- Dự án xây dựng tường chắn đất và đường giao thông tại nhiều ngã tư của Đại lộ Tanque Verde (Mỹ) được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật để ổn định khối đất đắp (cát) mái và tường (kết cấu panen mảnh lắp ghép);
- Khi cải tạo vùng biển sâu Laem Chabang (Tháilan) người ta đã dùng vải địa kỹ thuật cùng với lưới tre để ổn định trầm tích sét bùn (là sản phẩm do đất đắp bằng thuỷ lực) dưới tải trọng nén trước;
- Đập đất Ait Chouarit lớn nhất Ma rốc, hồ chứa cung cấp 40 triệu mP3P nước/năm đã sử dụng 65.000 mP2Pvải địa kỹ thuật ở các bộ phận: lọc tạm, phân cách;
- Tân tạo xa lộ M25 tại Epping (Anh) đã sử dụng lưới Tenxa SR2 kết hợp với sỏi để ổn định mái dốc đất sét (dễ trượt) khi bị ướt và chịu tải;
- Đê quai Sanxia trong dự án đập Bahem trên sông Yangtre (Trung quốc) cao tới 90m đã sử dụng vải địa kỹ thuật làm cốt, đê quai tồn tại trong 10 năm an toàn;
- Để bảo vệ thành phố New Orleans (Mỹ) người ta đã dùng vải địa kỹ thuật Nicolon trải trên nền đất yếu để giảm kích thước-tiết kiệm khối lượng đắp;
Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu đề xuất các dạng kết cấu gia cường cho mái dốc đứng
Trong 15 năm (từ 1975 ÷ 1990), CHDC Đức (cũ) đã sử dụng tới 15 triệu mP2P để lọc, tiêu, xử lý mái dốc và nền đập đất,...
1.3.2. Các ứng dụng vải địa kỹ thuật ở Việt Nam
Ở Việt nam trong khoảng 15 năm trở lại đây, chúng ta đã sử dụng một số loại vải địa kỹ thuật, phổ biến là của hãng Polyfelt, Nicolon, Tech bon, Amoco, Terram, Dupont, Krafter, Bidim,... trong một số loại hình công trình sau:
- Năm 1995 Công ty công trình Giao thông vận tải 2 Hà Nội đã sử dụng vải địa kỹ thuật trong công tác nền đường. Mới đây, vải địa kỹ thuật được sử dụng tại đường vào cầu Tân đệ (Quốc lộ 10) và nâng cấp Quốc lộ 5;
- Đường đầu cầu Thanh Trì;
- Đường Láng – Hoà Lạc;
- Bảo vệ mái đê, làm tầng lọc kết hợp với cấu kiện bê tông đúc sẵn ở Thanh Hoá, Hải Phòng, Nghệ An...;
- Làm dải phân cách lọc cho lát mái và đáy hố xói như cống Vàm hồ, dự án Hóc môn - Bình chánh;
- Vải địa kỹ thuật kết hợp với đá làm tầng lọc áp mái hạ lưu đập đất, cống vùng triều,... cho nhiều công trình trên địa bàn cả nước.
1.3.3. Đánh giá việc sử dụng vải địa kỹ thuật ở Việt nam 1.3.3.1. Thực trạng của việc sử dụng vải địa kỹ thuật ở Việt Nam
Chúng ta đã sử dụng vải địa kỹ thuật làm tầng lọc, gia cố nền, làm lớp phân cách,... Song, am hiểu của cán bộ thiết kế và thi công còn thấp, chưa đồng bộ, đa số các ứng dụng hiện nay chưa có tính toán chọn lựa cụ thể từng loại vải phù hợp với nhiệm vụ, chức năng của nó, trong từng kết cấu cụ thể với các chỉ tiêu cơ lý của đất cụ thể.
Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu đề xuất các dạng kết cấu gia cường cho mái dốc đứng
- Dùng một số loại vải địa kỹ thuật nhất định theo thói quen hoặc áp dụng máy móc từ các công trình có trước, nên nhiều chỗ không hợp với đất nền và đất đắp công trình;
- Trong một công trình, thường chỉ dùng một loại vải địa kỹ thuật nhất định để làm tầng lọc nên không thể phù hợp cho tất cả các loại đất có chỉ tiêu cơ lý thay đổi theo các lớp địa chất dọc theo tuyến công trình nên dễ gây tắc lọc, sạt và trượt bê tông, đá xây lát mái công trình;
- Những vị trí lát mái bê tông đá xây sau khi bị sụt lở, kiểm tra thấy tầng vải lọc bị rách, độ bền của vải giảm đi rất nhiều;
- Những vị trí tiếp giáp giữa 2 tấm bê tông lát mái, do bị hở nên khi tia nắng chiếu vào làm giảm độ bền;
- Có những vị trí có hiện tượng vải ngậm no đất và có một lớp nhầy ở mặt tiếp giáp đất, nước không thể ngấm qua được. Trường hợp thường xảy ra đối với kết cấu lọc có sử dụng vải địa kỹ thuật mà đất có thành phần sét cao;
- Công tác bảo quản (tránh nắng) trong thi công kém;
- Vải được sử dụng trong công trình không được kiểm định lại chất lượng theo yêu cầu.
Theo PGS. Nguyễn Quang Chiêu, vải địa kỹ thuật để phân cách và tiêu đã trở thành “hội chứng vải địa kỹ thuật” trên một số công trình làm đường ôtô, dẫn đến hiệu quả thấp và tốn kém nhiều tỷ đồng. Điển hình là 2 đoạn đường Km1 ÷ Km47 và Km62 ÷ Km92 trên Quốc lộ 5. Hầu hết 77 km này đều được trải 1 lớp (hơn 1 triệu mP2P) vải địa kỹ thuật bất kể đó là đất mềm hay cứng. Nhiều đoạn đã cắm hàng triệu một bấc thấm và theo dừi lỳn. Cho đến nay, kết quả đo lỳn trờn cỏc đoạn đường này cho thấy việc xử lý công phu và tốn kém này là không hiệu quả. Trong hàng trăm vị trí đo lún, 5 ÷ 7 cm lún đã kết thúc và có chỗ chỉ lún 2 ÷ 3 mm.
Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu đề xuất các dạng kết cấu gia cường cho mái dốc đứng
1.3.3.2. Nguyên nhân hư hỏng
- Việc ứng dụng vải địa kỹ thuật cho đến nay hầu hết không được tính toán thiết kế cụ thể phù hợp với từng loaị đất, từng kết cấu tương ứng với từng loại vải;
- Cán bộ thiết kế và thi công am hiểu vải địa kỹ thuật còn ít;
- Các khâu bảo quản (trong lưu kho, vận chuyển, thi công...) không đúng quy định và đặc tính vải địa kỹ thuật, nhất là đặc tính về sức chọc thủng và sự phá hoại do tia cực tím;
- Các hãng cung cấp vải địa kỹ thuật chỉ cung cấp thông tin kỹ thuật nhằm mục đích để chào và bán hàng. Chưa có chỉ tiêu kỹ thuật tương tác giữa vải với đất.
Các hãng nước ngoài không chuyển giao công nghệ tính toán thiết kế, chế tạo, thi công cũng như phương pháp thử.
1.3.3.3. Bài học từ việc sử dụng vải địa kỹ thuật ở Việt Nam
Dẫn đến tình trạng trên là do chỉ mới thấy các mặt lợi mà chưa biết được để ứng dụng nó đòi hỏi phải có hiểu biết về vải địa kỹ thuật, quan hệ của nó với môi trường xung quanh, và nắm vững quy trình thiết kế và công nghệ thi công. Đây là bài học mà chúng ta phải trả giá sau hơn 10 năm ứng dụng vải địa kỹ thuật với các chức năng lọc, phân cách và tiêu nước (còn ít), không thể để lặp lại đối với các ứng dụng khác của vải địa kỹ thuật như bảo vệ và gia cố vốn là rất tốt qua chứng minh thực tiễn ở nước ngoài.
Do vậy, để ứng dụng công nghệ đất có cốt vải địa kỹ thuật cũng chính là ứng dụng chức năng gia cố của vải địa kỹ thuật vào công trình đất, cần phải tìm hiểu kỹ về vải địa kỹ thuật, tương tác giữa Vải và Đất, quy trình thiết kế và công nghệ thi công công trình sử dụng vải địa kỹ thuật làm cốt.