(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Đất Có Cốt Cho Xây Dựng Đê Biển - Ứng Dụng Cho Đoạn Đê Biển Quảng Xương, Thanh Hóa.pdf

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài: “Nghiên
cứu ứng dụng công nghệ đất có cốt cho xây dựng đê biển - Ứng dụng cho đoạn
đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa” được hồn thành với sự giúp đỡ tận tình của
các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn địa kỹ thuật, khoa cơng trình, trường Đại học
Thủy lợi cùng bạn bè và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo, gia đình, bạn bè &
đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS. TS. Trịnh Minh
Thụ, các thầy giáo, cô giáo trong bộ mơn địa kỹ thuật, khoa cơng trình, trường Đại
học Thủy lợi.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ
cịn hạn chế, vì vậy luận văn này cịn nhiều thiếu sót. Tác giả kính mong thầy giáo,
cơ giáo, bạn bè & đồng nghiệp góp ý để tác giả có thể tiếp tục học tập và nghiên
cứu hoàn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 25 tháng 05 năm 2015
Tác giả luận văn

Đinh Xuân Dương


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
--- Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ---

BẢN CAM KẾT

Kính gửi:

Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi
Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học – Trường Đại học Thủy lợi

Tên tôi là: Đinh Xuân Dương
Học viên cao học lớp: 21ĐKT11
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã học viên: 138580204005
Theo Quyết định số 1285 /QĐ-ĐHTL ngày 29 tháng 8 năm 2014 của Hiệu
trường Trường Đại học Thủy lợi, về việc giao đề tài luận văn và cán bộ hướng dẫn
cho học viên cao học đợt 3 năm 2014, tôi đã được nhận đề tài “Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ đất có cốt cho xây dựng đê biển - Ứng dụng cho đoạn đê biển
Quảng Xương, Thanh Hóa” dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo GS. TS. Trịnh Minh
Thụ.
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi, khơng sao chép của
ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải
trên các tài liệu và các trang website theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2015
Tác giả luận văn

Đinh Xuân Dương


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐẤT CĨ CỐT .....................................3
1.1. Lịch sử hình thành ................................................................................................3
1.2. Các loại cốt trong đất và ứng dụng ......................................................................3
1.2.1. Khái quát về đất có cốt ......................................................................................3
1.2.2. Ứng dụng đất có cốt khi xây dựng cơng trình đất .............................................7
1.3. Khái qt về chức năng của vải địa kỹ thuật trong xây dựng ..............................9
1.3.1. Ngăn cách ..........................................................................................................9
1.3.2. Chức năng lọc..................................................................................................10

1.3.3. Chức năng tiêu thoát nước ..............................................................................11
1.3.4. Chức năng bảo vệ ............................................................................................12
1.3.5. Chức năng gia cố .............................................................................................13
1.4. Tính chất vật lý của vải địa kỹ thuật ..................................................................14
1.4.1. Kích thước hình học của vải địa kỹ thuật thương phẩm[5] ............................14
1.4.2. Khối lượng đơn vị diện tích của vải ................................................................14
1.4.3. Chiều dày của vải địa kỹ thuật ........................................................................15
1.4.4. Tính rỗng của vải địa kỹ thuật ........................................................................15
1.4.5. Độ thưa của vải địa kỹ thuật ...........................................................................17
1.4.6. Độ uốn dạng sóng của vải địa kỹ thuật ...........................................................18
1.4.7. Tính co ngắn khi tăng nhiệt độ của vải địa kỹ thuật .......................................19
1.5. Vấn đề ứng dụng của cốt địa kỹ thuật ................................................................20
1.6. Kết luận chương 1 ..............................................................................................22
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH KHỐI ĐẤT
ĐẮP CĨ CỐT ...........................................................................................................23
2.1. Các đặc tính của vật liệu làm cốt .......................................................................23
2.1.1 Độ bền kéo của vải địa kỹ thuật .......................................................................23
2.1.2 Độ bền chọc thủng của vải địa kỹ thuật ...........................................................23
2.1.3 Độ bền lâu dài của vải địa kỹ thuật ..................................................................24


2.1.4 Ma sát và dính kết của vải địa kỹ thuật với đất ................................................24
2.2 Các cơ chế cơ bản giữa đất và cốt .......................................................................25
2.2.1 Các cơ chế tương tác giữa đất và cốt ...............................................................25
2.2.2 Cơ chế gia cường đất trong mái dốc có cốt......................................................26
2.2.3 Cơ chế gia cường đất trong móng dưới nền đắp ..............................................27
2.3 Ngun tắc tính tốn cốt trong cơng trình mái đất ..............................................28
2.3.1 Các quan điểm về đất có cốt ............................................................................28
2.3.2 Bài tốn về lực neo lớn nhất.............................................................................29
2.3.3 Nguyên tắc bố trí cốt vải địa kỹ thuật ..............................................................33

2.4 Sự ổn định mái dốc có cốt trên nền đất mềm yếu ...............................................36
2.4.1 Cơ chế phá hoại mái dốc có cốt trên nền đất mềm yếu ..................................36
2.4.2 Những nguyên tắc tính tốn và thiết kế cơng trình có cốt trên nền đất mềm yếu .37
2.5 Các phương pháp phân tích ổn định mái dốc thường dùng khi chưa có cốt .......38
2.5.1 Phương pháp phân mảnh của W.Fellenius[9] ..................................................38
2.5.2 Phương pháp phân mảnh của W.Bishop đơn giản[9] ......................................40
2.6 Các phương pháp phân tích ổn định mái đắp có cốt trên nền đất yếu ................41
2.6.1 Các trạng thái giới hạn về ổn định mái dốc có cốt ...........................................42
2.6.2 Tính tốn sơ bộ chiều cao ổn định của mái dốc khi chưa bố trí cốt.................44
2.6.3 Phương pháp phân mảnh để tính tốn mặt trượt trịn trong mái dốc đắp có cốt...44
2.7 Kết luận chương 2 ...............................................................................................52
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH BÀI TỐN ỨNG DỤNG ..............................................53
3.1 Giới thiệu về phần mềm ReSSA (3.0) ................................................................53
3.2 Bài tốn nghiên cứu.............................................................................................59
3.2.1 Mục đích nghiên cứu ........................................................................................59
3.2.2 Trường hợp tính ổn định ..................................................................................59
3.2.3 Lựa chọn các thơng số ......................................................................................60
3.2.4 Các bài tốn nghiên cứu ...................................................................................62
3.2.5 Kết quả tính tốn, phân tích và đánh giá ..........................................................64
3.3 Phân tích bài toán ứng dụng cho đoạn đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa ........92


3.3.1 Phương pháp 1: Tính theo tra đường quan hệ ..................................................95
3.3.2 Phương pháp 2: Dùng phần mềm ReSSA (3.0) ...............................................96
3.3.3 So sánh giữa hai kết quả tính ...........................................................................99
3.4 Kết luận chương 3 ...............................................................................................99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................100


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

CHƯƠNG 1
Hình 1.1. Một số hình ảnh vải địa kỹ thuật dệt ...........................................................4
Hình 1.2. Một số hình ảnh vải địa kỹ thuật khơng dệt ................................................5
Hình 1. 3 Một số hình ảnh về vải địa kỹ thuật phức hợp. ...........................................5
Hình 1. 4 Một số hình ảnh về lưới địa kỹ thuật. .........................................................6
Hình 1. 5 Cơng trình sử dụng cốt là màng polime địa kỹ thuật[5]. ............................7
Hình 1. 6 Vải địa kỹ thuật trongxây dựng dân dụng[5]. ..............................................8
Hình 1. 7 Vải địa kỹ thuật trong giao thơng[5]. ...........................................................8
Hình 1. 8 Vải địa kỹ thuật trong thủy lợi. ....................................................................9
Hình 1. 9 Vải địa kỹ thuật làm chức năng ngăn cách .................................................9
Hình 1. 10 Vải địa kỹ thuật làm chức năng lọc .........................................................10
Hình 1. 11 Vải địa kỹ thuật làm chức năng tiêu thốt nước .....................................12
Hình 1. 12 Vải địa kỹ thuật làm chức năng bảo vệ ...................................................13
Hình 1. 13 Một số kết cấu điển hình trong xây dựng CTGT bằng đất mềm yếu......14
CHƯƠNG 2
Hình 2. 1 Tác dụng của cốt đối với đất[11] ..............................................................26
Hình 2. 2 Cơ chế gia cường tường và mái dốc bằng cốt ...........................................27
Hình 2. 3 Mái đắp có cốt trên nền đất yếu ................................................................28
Hình 2. 4 Sơ đồ xác định vị trí mặt trượt khả dĩ[9]...................................................29
Hình 2. 5 Sơ đồ lực tác dụng lên khối trượt ABC ....................................................30
Hình 2. 6 Sơ đồ xác định lực kéo neo T kéo [3] ...........................................................32
Hình 2. 7 Cơ chế gia cường tường và mái dốc bằng cốt ...........................................34
Hình 2. 8 Cơ chế phá hoại khối đất đắp và mái có cốt trên nền đất mềm yếu[8] .....36
Hình 2. 9 Sơ đồ tính tốn theo phương pháp W.Fellenius ........................................39
Hình 2. 10 Sơ đồ tính theo phương pháp W.Bishop đơn giản ..................................40
Hình 2. 11 Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định ngồi ..................................42
Hình 2. 12 Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định nội bộ ................................43
Hình 2. 13 Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định hỗn hợp .............................43

Hình 2. 14 Phương pháp phân mảnh với mặt trượt trịn để tính ổn định mái đốc
trong đất có cốt ..........................................................................................................45
Hình 2. 15 Phương pháp phân mảnh với mặt trượt trịn của Bishop ........................49
CHƯƠNG 3
Hình 3. 1 Giao diện phần mềm ReSSA (3.0) ............................................................53
Hình 3. 2 Menu chính của phần mềm ReSSA (3.0) ..................................................54
Hình 3. 3 Nhập dữ liệu cho bài tốn .........................................................................55
Hình 3. 4 Giao diện nhập số lượng lớp đất ...............................................................56
Hình 3. 5 Giao diện nhập dữ liệu các lớp đất ............................................................56
Hình 3. 6 Giao diện nhập tải trọng ............................................................................57
Hình 3. 7 Giao diện nhập lựa chọn kiểu cốt ..............................................................57
Hình 3. 8 Giao diện nhập thơng số của cốt ...............................................................58
Hình 3. 9 Giao diện lựa chọn bán kính tính ổn định mái ..........................................59
Hình 3. 10 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =30;c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =5 (KN/m2) ............................64
Hình 3. 11 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =30; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =9 (KN/m2) ............................65
Hình 3. 12 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =30; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =12 (KN/m2) ..........................66
Hình 3. 13 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =30; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =15 (KN/m2) ..........................67
Hình 3. 14 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =60; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =5 (KN/m2) ............................69
Hình 3. 15 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =60; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =9 (KN/m2) ............................70
Hình 3. 16 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =60; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =12 (KN/m2) ..........................71


Hình 3. 17 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =60; c n =5(KN/m2);

chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =15 (KN/m2) ..........................72
Hình 3. 18 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =100;
c n =5(KN/m2); chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =5 (KN/m2) ....74
Hình 3. 19 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =90; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =9 (KN/m2) ............................75
Hình 3. 20 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =90; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =12 (KN/m2) ..........................76
Hình 3. 21 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =90; c n =5(KN/m2);
chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =15 (KN/m2) ..........................77
Hình 3. 22 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =120;
c n =5(KN/m2); chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =5 (KN/m2) ....78
Hình 3. 23 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =120;
c n =5(KN/m2); chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =9 (KN/m2) ....79
Hình 3. 24 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =120;
c n =5(KN/m2); chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =12 (KN/m2) ..80
Hình 3. 25 Biểu đồ quan hệ (Fs~S v ) trong trường hợp đất nền ϕ n =120;
c n =5(KN/m2); chỉ tiêu đất đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =15 (KN/m2) ..81
Hình 3. 26 Biểu đồ quan hệ (Fs~ϕ n ) trong trường hợp khơng có cốt; chỉ tiêu đất
đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =5 (KN/m2) ...............................................83
Hình 3. 27 Biểu đồ quan hệ (Fs~ϕ n ) trong trường hợp khơng có cốt; chỉ tiêu đất
đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =9 (KN/m2) ...............................................84
Hình 3. 28 Biểu đồ quan hệ (Fs~ϕ n ) trong trường hợp khơng có cốt; chỉ tiêu đất
đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =12 (KN/m2) .............................................85
Hình 3. 29 Biểu đồ quan hệ (Fs~ϕ n ) trong trường hợp khơng có cốt; chỉ tiêu đất
đắp thay đổi ϕ đ =(50; 100; 150; 200) và c đ =15 (KN/m2) .............................................86


Hình 3. 30 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định (Fs)với các chỉ tiêu đất đắp c đ =5 và
(ϕ đắp ) khác nhau ........................................................................................................88
Hình 3. 31 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định (Fs)với các chỉ tiêu đất đắp c đ =9 và

(ϕ đắp ) khác nhau ........................................................................................................89
Hình 3. 32 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định (Fs) với các chỉ tiêu đất đắp c đ =12
và (ϕ đắp ) khác nhau ...................................................................................................90
Hình 3. 33 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định (Fs) với các chỉ tiêu đất đắp c đ =15
và (ϕ đắp ) khác nhau ...................................................................................................91
Hình 3. 34 Vị trí huyện Quảng Xương, tỉnh Thanh Hóa ..........................................92
Hình 3. 35 Vị trí cơng trình trên địa phận xã Quảng Thái ........................................93
Hình 3. 36 Cắt ngang điển hình đê ............................................................................94
Hình 3. 37 Tra và nội suy bước cốt từ biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định (Fs) với
các chỉ tiêu đất đắp c đ =5(kN/m2) và (ϕ đắp ) khác nhau ..............................................95
Hình 3. 38 Dữ liệu lớp đất.........................................................................................97
Hình 3. 39 Kết quả tính tốn ổn định tổng thể ..........................................................97
Hình 3. 40 Kết quả tính tốn sơ đồ chia thỏi ............................................................98
Hình 3. 41 Bảng kết quả phân tích ............................................................................98


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 1
Bảng 1. 1 Tính chất vật lý của vải địa kỹ thuật, phương pháp thí nghiệm, kiểm tra
và các khoảng trị số của các vải địa kỹ thuật thường gặp[15] ..................................19
CHƯƠNG 2
Bảng 2. 1 Trị số góc θ để xác định mặt trượt khả dĩ trong các trường hợp ..............31
Bảng 2. 2 Xác định trị số K K với các trường hợp góc dốc[4] ...................................33
CHƯƠNG 3
Bảng 3. 1 Các chỉ tiêu cường độ cốt dùng trong tính tốn[15] .................................61
Bảng 3. 2 Các chỉ tiêu cao trình đặt và chiều dài cốt dùng trong tính tốn ..............62
Bảng 3. 3 Các chỉ tiêu cơ lý đất dùng trong tính tốn ...............................................63
Bảng 3. 4 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =30 ;c n =5 với các loại đất đắp
c đ =5 và khoảng cách cốt khác nhau ........................................................................105
Bảng 3. 5 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =30 ;c n =5 với các loại đất đắp

c đ =9 và khoảng cách cốt khác nhau ........................................................................105
Bảng 3. 6 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =30 ;c n =5 với các loại đất đắp
c đ =12và khoảng cách cốt khác nhau .......................................................................106
Bảng 3. 7 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =30 ;c n =5 với các loại đất đắp
c đ =15 và khoảng cách cốt khác nhau ......................................................................106
Bảng 3. 8 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =60 ;c n =5 với các loại đất đắp
c đ =5 và khoảng cách cốt khác nhau ........................................................................107
Bảng 3. 9 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =60 ;c n =5 với các loại đất đắp
c đ =9 và khoảng cách cốt khác nhau ........................................................................107
Bảng 3. 10 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =60 ;c n =5 với các loại đất
đắp c đ =12 và khoảng cách cốt khác nhau ...............................................................108
Bảng 3. 11 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =60 ;c n =5 với các loại đất
đắp c đ =15 và khoảng cách cốt khác nhau ...............................................................108
Bảng 3. 12 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =90 ;c n =5 với các loại đất
đắp c đ =5 và khoảng cách cốt khác nhau .................................................................109


Bảng 3. 13 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =90 ;c n =5 với các loại đất
đắp c đ =9 và khoảng cách cốt khác nhau .................................................................109
Bảng 3. 14 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =90;c n =5 với các loại đất đắp
c đ =12 và khoảng cách cốt khác nhau ......................................................................110
Bảng 3. 15 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =90;c n =5 với các loại đất đắp
c đ =15 và khoảng cách cốt khác nhau ......................................................................110
Bảng 3. 16 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =120 ;c n =5 với các loại đất
đắp c đ =5 và khoảng cách cốt khác nhau .................................................................111
Bảng 3. 17 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =120 ;c n =5 với các loại đất
đắp c đ =9 và khoảng cách cốt khác nhau .................................................................111
Bảng 3. 18 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =120 ;c n =5 với các loại đất
đắp c đ =12 và khoảng cách cốt khác nhau ...............................................................112
Bảng 3. 19 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi đất nền có φ n =120 ;c n =5 với các loại đất

đắp c đ =15 và khoảng cách cốt khác nhau ...............................................................112
Bảng 3. 20 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi khơng bố trí cốt với đất nền có
φ n =30÷120;c n =5 với các loại đất đắp c đ =5 .............................................................112
Bảng 3. 21 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi khơng bố trí cốt với đất nền có
φ n =30÷120;c n =5 với các loại đất đắp c đ =9 .............................................................113
Bảng 3. 22 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi khơng bố trí cốt với đất nền có
φ n =30÷120;c n =5 với các loại đất đắp c đ =12 ...........................................................113
Bảng 3. 23 Hệ số ổn định tổng thể Fs khi khơng bố trí cốt với đất nền có
φ n =30÷120;c n =5 với các loại đất đắp c đ =15 ...........................................................113


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Nguyên nghĩa

Ký hiệu
γ

Trọng lượng riêng tự nhiên (kN/m3)

ϕ

Góc ma sát trong (độ)

c

Lực dính kết đơn vị (kN/m2)

B

Độ sệt

ρ

Khối lượng đơn vị (g/m2)

M

Khối lượng của vải (g)

A

Diện tích của vải (m2)

n

Độ rỗng thể tích

G

Khối lượng của mẫu vải thí nghiệm (kg/m3)

T

Chiều dày vải (m)

S

Diện tích mẫu vải (m2)

S rỗng

Diện tích rỗng có trong S (m2)

O

Kích thước kẽ rỗng

d

Đường kính hạt đất

C L,T

Độ co do uốn sóng của sợi vải theo phương dọc, ngang (%)

ly

Chiều dài sợi vải gỡ ra từ mẫu vải (m)

lw

Chiều dài mẫu vải dệt (m)

σ

Ứng suất nén

δv

Biến dạng nén dọc

δh

Biến dạng nở ngang

Tk

Lực kéo neo


Ta

Cường độ chịu kéo tính tốn của cốt

σ kéo

Cường độ kéo

K đứt

Hệ số an toàn về đứt vải

h

Khoảng cách giữa các lớp cốt (m)

q

Tải trọng phân bố đều (kN/m2)

T neo

Lực neo

l neo

Chiều dài neo

K tụt

Hệ số an toàn kéo tụt neo

Z

Chiều cao cột đất tính từ mặt đất đến nơi đặt cốt vải đang xét

ϕv

Góc ma sát giữa đất và vải

τ neo

Cường độ chống kéo tụt neo (kN/m2)

ψ kéo

Tri số góc kháng kéo

M gt

Mơ men gây trượt do trọng lượng bản thân của đất và do ngoại
tải

M gl

Mô men giữ do cường độ chống cắt của đất

u

Áp lực nước lỗ rỗng

fn

Hệ số riêng phần xét đến hậu quả phá hoại về mặt kinh tế

K

Hệ số ổn định mái dốc

f fs

Hệ số riêng phần áp dụng cho trọng lượng đơn vị của đất

fq

Hệ số tải trọng riêng phần áp dụng cho ngoại tải

ϕ’ p

Góc kháng cắt lớn nhất của vật liệu đắp

Rh

Lực gây trượt tổng cộng đối với 1m dài dọc theo mặt mái dốc

Tult

Cường độ chịu kéo giới hạn do nhà cung cấp đưa ra, đơn vị kN/m


RFid

Hệ số giảm cường độ do hư hỏng lắp đặt

RFd

Hệ số giảm cường độ do độ bền

RFc

Hệ số giảm cường độ do độ rão

Rc

Tỷ số che phủ hay chồng lấn

T

Cường độ chịu kéo
Chữ viết tắt

ReSSA

Reinforced Slope Stability Analysis

PES

Polyester

PP

Polypropylen

PA

Polyamide

PE

Polyethylene

ĐKT

Địa kỹ thuật

ASTM D

American Society for Testing and Materials designation

POA

Percent Open Area

DIN

Deutsches Institut fur Normung

TCN

Tiêu chuẩn ngành


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu và nước biển dâng, tình trạng xâm nhập mặn, thiếu nước ngọt,
úng ngập,…đã và đang là vấn đề cấp bách đe dọa nhiều nơi, nhiều vùng lãnh thổ
trên thế giới. Việt Nam là một trong những nước được đánh giá là chịu ảnh hưởng
nặng nề nhất của biến đổi khí hậu – nước biển dâng.
Xây dựng các cơng trình đê biển nhằm ngăn chặn những tác động bất lợi từ
biển, tạo điều kiện phát triển bền vững kinh tế - xã hội, bảo vệ mơi trường, góp
phần bảo đảm quốc phịng - an ninh và từng bước hình thành tuyến giao thông ven
biển là rất quan trọng và cần thiết đối với nhiều vùng, miền ở Việt Nam. Tuy nhiên,
giải pháp xây dựng đê biển như thế nào để vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vừa phù
hợp với điều kiện thực tế mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao là những vấn đề
cần phải được xem xét kỹ lưỡng.
Với bờ biển dài 102 km, hiện nay Thanh Hóa đã có hệ thống đê biển và đê cửa
sơng khép kín, dài hơn 80 km, song nhiều tuyến đê biển xây dựng đã lâu, chủ yếu
do nhân dân tự đắp để đối phó với bão, lũ và tình trạng nước biển dâng[6].
Việc nghiên cứu áp dụng công nghệ mới trong xây dựng, tìm ra các biện pháp

tăng ổn định cho mái dốc của cơng trình đắp đất nói chung và mái đê nói riêng là
vấn đề cần thiết và cấp bách. Giải pháp gia cường ổn định mái đê bằng cốt địa kỹ
thuật đáp ứng các yêu cầu ổn định đê, có thể kết hợp giao thơng, chống xói lở khi
tràn nước, thu nhỏ mặt cắt, hệ số mái đê, dễ thi cơng, thời gian hồn thành ngắn,
giảm khối lượng đào đắp… mang lại hiệu quả kinh tế cao. Do đó đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng cơng nghệ đất có cốt cho xây dựng đê biển - Ứng dụng cho đoạn
đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa” có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Hệ thống hóa cơ sở lý luận về cơng nghệ đất có cốt trong xây dựng và phân tích
cơ chế làm việc kết cấu đất có cốt.
Nghiên cứu, đánh giá ổn định của mái đê có cốt bằng những phương pháp hiện
có, từ đó lựa chọn phương pháp phân tích hợp lý.


2
Dùng phần mềm ReSSA(3.0) tính ổn định mái có cốt khi thay đổi các chỉ tiêu
cơ lý (ϕ,c) đất nền, đất đắp, kết quả lập thành biểu đồ mối quan hệ, dùng tra sẵn
trong thiết kế sơ bộ.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu giải pháp gia cường ổn định mái đê bằng cốt vải địa kỹ thuật trên
nền đất yếu và ứng dụng cho đê biển Quảng Xương, Thanh Hóa.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Ở nước ta những tuyến đê biển thường nằm trên nền đất yếu. Để tuyến đê bền
vững, sử dụng lâu dài và giảm giá thành xây dựng thì mục đích đặt ra là phải nghiên
cứu tìm ra các biện pháp tăng ổn định cho các mái dốc của cơng trình đắp.
Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn thiết kế đê biển.
Tham khảo các kết quả nghiên cứu của các cơng trình đã cơng bố, đồng thời dựa
trên các qui chuẩn thiết kế của các nước tiên tiến hiện đang áp dụng (như tiêu chuẩn
Anh BS8006:1995) để chọn ra phương pháp tính tốn phù hợp[12].
Sử dụng phần mềm ReSSA(3.0) của công ty ADAMA-Engineering Hoa Kỳ,

tiến hành nghiên cứu cho bài tốn có mặt cắt đê đặc trưng, các chỉ tiêu cốt, đất đắp
và đất nền biến đổi, để so sánh và rút ra một số nhận xét cần thiết về tính hợp lý và
các trường hợp có thể vận dụng các phương pháp hiện hành cũng như chỉ ra một số
hạn chế của chúng.
5. Bố cục của luận văn
Lời cảm ơn
Mục lục
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về vật liệu đất có cốt
Chương 2: Cơ sở và phương pháp tính tốn ổn định khối đất đắp có cốt
Chương 3: Phân tích bài tốn ứng dụng
Kết luận, kiến nghị
Phụ lục tính tốn.


3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐẤT CÓ CỐT
1.1. Lịch sử hình thành
Sự ra đời của đất có cốt được đánh giá cao trong Địa Kỹ thuật cơng trình như sự ra
đời của bê tông cốt thép trong xây dựng. Lĩnh vực khoa học kỹ thuật đất có gia cường
cốt chịu kéo đã có hơn 40 năm phát triển và hoàn thiện kể từ ngày Henri Vidal (Pháp)
đề xuất năm 1963, nhất là sau những năm 70 thuộc thế kỉ trước. Cơng trình đất có cốt
như tường chắn đất có cốt, mái đất có cốt, đập đất có cốt đã được sử dụng nhiều. Cốt
chịu kéo đưa vào đất đắp hoặc theo những quy cách nhất định (như đặt cốt thép trong
bê tông cốt thép thông thường) hoặc được trộn lẫn với đất (như bê tông trộn các đoạn
sợi thép).
Từ ngày sợi tổng hợp, vải địa kỹ thuật ra đời, các cơng trình đất có cốt vải địa
kỹ thuật được xây dựng nhiều hơn vì các lý do sau:
- Nhẹ nhất trong các loại cơng trình vì cơng trình làm bằng đất tại chỗ.

- Mềm nhất vì là cơng trình đất.
- Có thể dùng vải địa kỹ thuật, sợi tổng hợp để làm cốt thay thế cốt thép đắt tiền.
1.2. Các loại cốt trong đất và ứng dụng
Đến nay có hai quan điểm về đất có cốt chịu kéo: quan điểm thứ nhất coi đất có cốt
chịu kéo là loại vật liệu xây dựng mới, lấy tên là đất có cốt (reinforced soils); quan
điểm thứ hai nhìn nhận đất có gia cường cốt là một thành tựu mới về kỹ thuật xây dựng
cơng trình đất (earth structures) dựng neo chịu kéo như tường chắn đất, mái đất (đường
bộ, đê, đập), nền đất. Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu khối đất có cốt như một
bộ phận của cơng trình đất có cốt, tức là theo quan điểm thứ hai.
1.2.1. Khái quát về đất có cốt
Đất có cốt là loại đất xây dựng có bố trí gia cường thêm bằng vải địa kỹ thuật
(Geotextiles), màng địa kỹ thuật (Geomembranes), lưới địa kỹ thuật (Geogrids), lưới
thép địa kỹ thuật để tăng cường khả năng ổn định của cơng trình đất.
Đất có cốt khơng phải là vật liệu hồn tồn mới mẻ, mà từ xa xưa con người đã
dùng toocsi (torchi, Pháp), một loại vật liệu kết hợp đất dính nhão với rơm để làm vật


4
liệu xây dựng. Toocsi, vừa có tính dính bám của đất, vừa có tính bền dai của cốt, nên
thường được ưa chuộng làm gạch, làm vách ngăn trong nhà. Sự làm việc đồng thời
giữa đất và cốt có thể đem lại hiệu quả cao về kinh tế, vì đã phát huy tối đa sức chịu
nén, chịu cắt của đất và sức chịu kéo của cốt.
1.2.1.1. Loại vải địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật là sản phẩm polime dạng vải. Có nhiều loại vải địa kỹ thuật
thương phẩm khác nhau về chất liệu polime và cấu tạo vải, dưới đây là cách phân loại
theo công nghệ chế tạo:
a) Loại vải dệt
Công nghệ chế tạo loại vải này giống như chế tạo vải may mặc thông thường. Vải
gồm một hệ thống sợi dọc (warp) và ngang (wefl) vng góc với nhau. Sợi dệt vải địa
kỹ thuật có thể là sợi kép hoặc sợi đơn có tiết diện trịn hoặc dẹt, đường kính ln t

100ữ300àm.
Vi dt gm si dc cng trờn khung dt và sợi ngang được đưa vào giữa các sợi
dọc theo cách dàn. Nói chung thường dùng sợi dọc của vải (warp) bền hơn sợi ngang
của vải (wefl). Do đó tích chất của vải là dị hướng. Tính dị hướng rõ rệt hơn nếu độ
thưa sít của các sợi dọc và độ sít của các sợi ngang khác nhau. Ít loại vải địa kỹ thuật
đẳng hướng theo phương dọc và phương ngang. Nếu có loại vải đẳng hướng theo
phương dọc và phương ngang thì vải đó có tính dị hướng theo các phương chéo góc.

Hình 1.1. Một số hình ảnh vải địa kỹ thuật dệt

b) Loại vải không dệt
Vải địa kỹ thuật không dệt : Gồm các sợi vải dàn (theo cách làm cốt áo bông kép).
Sợi vải dàn thành lớp dày mỏng dày từ 0.5mm đến vài mm với sự sắp xếp sợi vải
không theo qui tắc mà theo xác suất tự nhiên hoặc có định hướng theo một phương nào


5
đó có chủ đích. Cũng như lớp bơng dàn, lớp sợi dàn thành lớp hầu như khơng có sức
chịu kéo nên rất xộc xệch, thường dùng cho các yêu cầu tầng lọc, phân cách, tiêu nước.
Còn dùng để gia cố đất nói chung, hay chính là làm cốt cho đất, là các loại vải địa kỹ
thuật dệt, đan và lưới.

Hình 1.2. Một số hình ảnh vải địa kỹ thuật khơng dệt
c) Loại vải địa phức hợp
Vải địa phức hợp là loại vải kết hợp giữa vải địa kỹ thuật không dệt và các sợi
polyester cường độ cao, được may thành những bó sợi chịu lực trên nền vải khơng dệt
để tạo ra một sản phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt.
Vải địa kỹ thuật không dệt chia làm hai loại:
+ Loại đơn trục là loại vải có lực theo chiều khổ hoặc chiều cuộn lớn hơn
+ Loại hai trục là loại vải có lực theo chiều khổ hoặc chiều cuộn bằng nhau

Hình 1. 3 Một số hình ảnh về vải địa kỹ thuật phức hợp.
1.2.1.2. Loại lưới địa kỹ thuật
Lưới ô vuông làm bằng kim loại hoặc vật liệu chất dẻo có tính năng chịu kéo, được
đặt nằm ngang trong khối vật liệu đắp. Nhờ có lực kháng bị động của đất đối với các
thanh cốt ngang và lực ma sát giữa vật liệu đắp với bề mặt của lưới nên chống lại được
sự di chuyển ra phía ngồi của đất có cốt. Có thể dùng lưới thép hoặc lưới sợi thép.
Lưới cốt bằng thép được liên kết với tấm mặt tường bê tông xi măng đúc sẵn. Trường


6
hợp, nếu cốt có dạng lưới sợi thép thì có thể uốn cong đoạn ngoài của mỗi lớp cốt để
làm mặt tường và cho nối chập vào lớp cốt phía trên hoặc cũng có thể liên kết với tấm
bê tơng xi măng mặt tường đúc sẵn. Lưới vật liệu tổng hợp cường độ cao có thể được
tạo thành bằng phương pháp kéo dãn polyeste hoặc polyetylen mật độ cao. Có thể cuộn
lật lưới lên trên để làm vỏ mặt tường hoặc liên kết lưới với tấm mặt tường bê tông xi
măng hay liên kết với rọ đá của mặt tường.
Không giống vải địa kỹ thuật dệt và không dệt (thảm), lưới địa kỹ thuật có mắt lưới
rộng từ vài mm đến vài cm. Lưới địa kỹ thuật được tạo nên bởi những sợi to thô, liên
kết với nhau bằng ép nóng hoặc keo dính với nhau, và thường dùng làm rọ, gabion thay
thế gabion kim loại.

Hình 1. 4 Một số hình ảnh về lưới địa kỹ thuật.
1.2.1.3. Màng polime địa kỹ thuật
Màng địa kỹ thuật là loại tấm mềm cách khí và cách nước (Hệ số thấm vào khoảng
10-11÷10-13 cm/s).
Các sản phẩm vải địa kỹ thuật nêu trên (vải, thảm, lưới) thường do yêu cầu vận
chuyển hay yêu cầu thi cơng mà chế tạo với chiều rộng từ 5÷5,5m và chiều dài từ
50÷200m tuỳ loại và cuốn thành cuộn.
Trong ứng dụng, loại vải địa kỹ thuật không dệt (thảm) thường dùng cho các yêu

cầu tầng lọc, phân cách, tiêu nước. Cịn dùng để gia cố đất nói chung, hay chính là làm
cốt cho đất, là các loại vải địa kỹ thuật dệt, đan và lưới. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà
dùng vải dệt, vải đan hay lưới.


7

Hình 1. 5 Cơng trình sử dụng cốt là màng polime địa kỹ thuật[5].
1.2.2. Ứng dụng đất có cốt khi xây dựng cơng trình đất
Đất được ổn định cơ học bằng cốt là các vật liệu bên ngoài đã được thực hiện từ rất
lâu ở nước ta và các nước trên thế giới. Ở các vùng đầm lầy, cửa sông, đường và đê
được đắp trên móng là thân cây và cành cây như quai đê lấn biển trên vùng phù sa non
Nga Sơn, Hậu Lộc (Thanh Hố), Cồn Thoi, Bình Minh (Ninh Bình).
Năm 1970, kỹ sư Bill Hifker (Mỹ) đã sáng chế loại lưới dây hàn tạo bởi các dây
thép hay thanh thép khơng gỉ để làm cốt. Sau đó với việc chế tạo lưới chất dẻo bền
vững như Tensar và Tenax có khả năng chịu giãn cao và chống được ăn mòn cốt đã
làm cho việc sử dụng cốt lưới với đất đắp ma sát dính phát triển.
Có thể coi Tensar và Tenax là một trong những ứng dụng đầu tiên của vải địa kỹ
thuật làm cốt cho đất. Người ta nhanh chóng nhận thấy hiệu quả tồn diện của áp dụng
loại cốt này. Và cơng nghệ đất có cốt, cụ thể là đất có cốt vải địa kỹ thuật, phát triển
nhanh hơn bao giờ hết đặc biệt trong hai thập kỷ 80 và 90. Vật liệu vải địa kỹ thuật làm
cốt ngày một đa dạng và phát triển về chất, phạm vi ứng dụng ngày một mở rộng. Các
lĩnh vực ứng dụng gồm có: tường chắn có cốt vải; khối đắp có cốt vải; gia cố mái dốc
khối đắp nền đường sử dụng vải địa kỹ thuật và đất mềm yếu tại chỗ.
Trong hơn 35 năm qua, vải địa kỹ thuật đã phát triển với tốc độ chóng mặt cả về
hình loại, số lượng và chất lượng, đáp ứng hàng loạt các yêu cầu địa kỹ thuật trong xây
dựng cơng trình.
Vải địa kỹ thuật có thể được chế tạo từ một hoặc nhiều loại nguyên liệu sau:
- Polyester (PES);

8
- Polypropylen (PP) ;
- Polyamide (nilon, PA);
- Polyethylene (PE) và một số loại polyme khác.
1.2.2.1. Ứng dụng của vải địa kỹ thuật trong xây dựng dân dụng, giao thông,
thủy lợi
a) Trong xây dựng dân dụng
Tường chắn đất có cốt; gia cố mái dốc có cốt; gia cường nền đất có cốt….

Hình 1. 6 Vải địa kỹ thuật trongxây dựng dân dụng[5].
b) Trong giao thơng
Nền đường có gia cố cốt; sân bay; đường sắt; cầu cảng…

Hình 1. 7 Vải địa kỹ thuật trong giao thông[5].


9
c) Trong thủy lợi
Kênh mương, cơng trình biển, đập hoặc các cơng trình giữ nước…

Hình 1. 8 Vải địa kỹ thuật trong thủy lợi.
1.2.2.2. Khả năng ứng dụng công nghệ phần mềm vào tính tốn vật liệu đất cốt
Khả năng ứng dụng phần mềm để tính tốn vật liệu đất có cốt phổ biến như
GEOSLOPE, PLAXIS, RESSA…
1.3. Khái quát về chức năng của vải địa kỹ thuật trong xây dựng
Trong các loại cơng trình đất, vải địa kỹ thuật thực hiện 5 chức năng cơ bản đơn lẻ
hoặc kết hợp tuỳ thuộc vào các ứng dụng:
1.3.1. Ngăn cách
Mục đích là để ngăn cách 2 lớp đất có cỡ hạt khác nhau. Chúng có những đặc tính

khác nhau về khả năng thấm, độ ma sát và khả năng chịu tải.

Hình 1. 9 Vải địa kỹ thuật làm chức năng ngăn cách


10
Về mặt cơ học:
- Tránh không cho xáo trộn về vật liệu;
- Tránh khơng cho có sự di chuyển đá thô xâm nhập vào lớp cát mịn hoặc ngược lại.
1.3.2. Chức năng lọc
Lớp lọc luôn được đặt ở giữa 2 lớp đất có độ thấm nước và cỡ hạt khác nhau.
Chức năng của lớp lọc là để tránh sự trôi đất từ phía đất có cỡ hạt mịn hơn vào lớp
đất có cỡ hạt thơ. Lớp lọc nhằm đảm bảo một dịng nước khơng có áp trong suốt
tuổi thọ của cơng trình.
Một số chức năng lọc của vải địa kỹ thuật được thể hiện hình 1.10

Hình 1. 10 Vải địa kỹ thuật làm chức năng lọc


11
1.3.3. Chức năng tiêu thoát nước
Vải địa kỹ thuật làm chức năng thốt nước khi vải địa kỹ thuật đóng vai trò thiết
bị tập trung nước và dẫn ra khỏi vùng cần thoát nước. Vải địa kỹ thuật dùng để
thoát nước cần có đủ chiều dày để chuyển được lưu lượng nước cần thốt.
Hình 1.11 Thể hiện một số thiết bị tiêu thốt nước có sử dụng vải địa kỹ thuật :
- Thốt nước thẳng đứng để làm khơ móng cơng trình (hình 1.11a);
- Thốt nước đặt dưới lớp nhựa đường chống thấm nước từ kênh dẫn (hình
1.11b và 1.11c);
- Thốt nước trong thân cơng trình đất (hình 1.11d);
- Thốt nước đặt sau tường lõi cách nước trong cơng trình đất (hình1.11e);

- Thốt nước ngang ở mái thượng lưu cơng trình đất (hình 1.11f);
- Thốt nước ngang của khối đất đắp trong nước (hình 1.11g).