đồ án kỹ thuật tài nguyên nước VẢI ĐỊA KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG PHÂN CÁCH TRONG NỀN ĐƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT ĐỊACHẤT VÀ DẦU KHÍ
BỘ MễN ĐỊA KỸ THUẬT
… 0O0…
ĐỒ ÁN MễN HỌC
VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
VÀ ỨNG DỤNG PHÂN CÁCH TRONG NỀN ĐƯỜNG
GVHD: ThS. NGễ TẤN PHONG
SVTH : HUỲNH TRỌNG HUẤN
MSSV : 30400934
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6 NĂM 2008
TP.HCM
BK
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………… i
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG 1
I.1. Vải địa kỹ thuật 1
I.1.1. Lịch sử ra đời 1
I.1.2. Khái niệm 2
I.1.3. Phân loại vải địa kỹ thuật 2
I.1.4. Các đặc tớnh cơ bản của VĐKT và thí nghiệm xác định chúng 3
I.1.5. Chức năng của vải địa kỹ thuật 4
I.1.6. Phạm vi ứng dụng 5
CHƯƠNG II. CƠ SỞ Lí THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN VĐKT VÀ ỨNG DỤNG
LÀM PHÂN CÁCH TRONG NỀN ĐƯỜNG………………… 9
II.1. Cơ sở lý thuyết để lựa chọn VĐKT……………………………………… 9
II.1.1. Ba bước thao tác trước khi tính toán thiết kế vải địa kỹ thuật……….9
II.1.2. Các tiêu chuẩn thiết kế…………………………………………… 10
II.2. Cơ sở lý thuyết để tớnh toán và thiết kế VĐKT 11
II.2.1. Dùng VĐKT để tăng sức chịu tải của đất nền………………………11

II.2.2. Dùng VĐKT làm lớp phân cách………………………………… 13
II.2.3. Dùng VĐKT cho chức năng thấm lọc và tiêu thoát nước 16
II.3. Ứng dụng vải địa kỹ thuật làm vật liệu phân cách cho nền đường ụtụ 18
II.3.1. Các dạng phá hủy của nền đường 18
II.3.2. Chức năng của VĐKT trong kết cấu nền đường 18
II.3.3. Sử dụng vải địa kỹ thuật với chức năng phân cách 18
II.3.4. Các phương pháp tớnh toán lớp đắp cho nền đường
có ứng dụng VĐKT…………………………………………………21
II.3.5. Quy trình thiết kế theo phương pháp AASHTO-Polyfelt 26
KẾT LUẬN 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO 29
Mở đầu
Trong những thập niờn gần đây, ngành xõy dựng đang có những bước phát triển
khá mạnh mẽ, góp phần đáng kể trong công cuộc xõy dựng đất nước nói chung và thành
phố Hồ Chí Minh nói riờng. Chớnh vì thế mà diện tích xõy dựng trên đất tốt ngày càng bị
thu hẹp, dần dần mở rộng ra cho những vùng đất yếu.Và việc xõy dựng công trình trên
đất yếu rất khó khăn và không thể nờn ta phải có những biện pháp xử lí nền đất cho mục
đích xõy dựng.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp để gia cố và xử lí nền đất yếu như phương
pháp giếng cát ,bấc thấm ,vải địa kỹ thuật ,cọc đất vôi, cọc đất xi măng…Nhưng trong đồ
án này chỉ đề cập đến phương pháp vải địa kỹ thuật .
Phương pháp vải địa kỹ thuật là một phương pháp rất hiệu quả và kinh tế .Vải địa
kỹ thuật có thể được ứng dụng làm tăng cường độ của nền, ngăn cách các lớp vật liệu
phớa trên với nền đất yếu, cũng như có thể làm nhiệm vụ tiêu thoát nước khá hiệu quả mà
thời gian thi công lại rất nhanh và đơn giản.
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
I.1. Vải địa kỹ thuật.
I.1.1. Lịch sử ra đời.
Những năm trước Công nguyờn, con người đã biết trộn chung đất sét với cành
cõy, cỏ cõy, rơm rạ…để gia cố nền đất khi xõy dựng công trình.

Năm 1926, vải cotton nặng đã được dùng như vật liệu ngăn cách để cải tạo và ổn
định đường do cục đường bộ California đảm nhiệm.
Từ năm 1926 đến năm 1960 , hầu hết các ứng dụng của vải địa kỹ thuật là làm lớp
bảo vệ và phòng chống xói lở trong xõy dựng công trình cầu đường và thủy lợi.
Từ những năm 1960 đến 1980, hàng loạt sản phẩm địa kỹ thuật ra đời và mở rộng
nhanh phạm vi sử dụng. Năm 1968, lần đầu tiờn một công ty của Pháp đã sản xuất
Vải địa kỹ thuật xuyờn kim- không dệt với các tên thương mại là Bidim, sau đó ICI
sản xuất VĐKT không dệt bằng nhiệt. Chemie Linz ở Áo là một trong những người đi
đầu trong sản xuất loại vải không dệt.
Trong vòng 10 năm (1970-1980), ở Bắc Mỹ đã sử dụng tới 90 triệu m
2
vải địa kỹ
thuật. Một sự kiện quan trọng là vào năm 1971, hội thảo quốc tế lần nhất về VĐKT
đã tổ chức tại Pháp. Đỉnh cao của lĩnh vực sử dụng VĐKT trong xõy dựng là sự ra
đời Hiệp hội VĐKT quốc tế (IGS) và hàng loạt các tổ chức tiêu chuẩn về VĐKT như
ASTM D35 (Mỹ), CEN (ủy ban của châu Âu về vật liệu ĐKT tổng hợp), GRI ( viện
nghiờn cứu vật liệu ĐKT tổng hợp), ISSMFE TC9, ISO Committee….
Hội thảo quốc tế về VĐKT tổ chức lần 2 ở Las Vegas vào năm 1982, lần 3 tại
Vienna vào năm 1986, lần 4 tại Hague vào năm 1990, lần 5 tại Singapor vào năm
1994, lần 6 tại Atlanta vào năm 1998. Những năm 90 trở lại đây thì việc sử dụng
VĐKT vào các công trình xõy dựng trở nờn rất rộng rói.
I.1.2.Khái niệm.
Theo TCXDVN, vải địa kỹ thuật là sản phẩm từ polymer tổng hợp, sợi liên tục
,dệt hoặc không dệt, có độ bền cao, có khả năng thoát nước hoặc cách nước, được sử
dụng trong xõy dựng để phân cách, gia cố nền hay lọc…
Phần lớn vải địa kỹ thuật có thành phần cấu tạo khoảng 96% đến 97% chất trùng
hợp (polymer), 2% đến 3% than đen (cacbon black) và 0% đến 1% các phụ gia khác.
Các polymer cơ bản dùng trong công nghệ sản xuất vải địa kỹ thuật là:
Polypropylen(PP), Polyester(PET), Polyethylen(PE), Polyamide(PA).
Phần tử sơ cấp tạo nờn VĐKT gọi là sợi vải có đặc trưng là chiều dài không ngắn

hơn 100 lần đường kớnh. Sợi có thể dài liờn tục hoặc sợi ngắn có chiều dài từ 5cm
đến 10cm. Tựy theo phương pháp kết dớnh giữa các sợi và bó sợi mà vải có tờn
tương ứng.
I.1.3.Phân loại.
VĐKT có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo cấu trúc, chức
năng, vật liệu, mục đích…, sau đõy phân loại theo cấu trúc của vải và theo chức năng
sử dụng:
a- Theo cấu trúc vải:
● Vải không dệt: gồm những sợi ngắn gắn kết với nhau bằng keo húa học hoặc
bằng gia nhiệt có các đặc trưng sau:
- Biến dạng từ 30% đến 50%
- Sức chịu kéo từ 1 đến 30 kN/m, với những loại vải đặc biệt sức chịu tải
có thể đạt tới 30 đến 100 kN/m.
Hình 1.1. Vải không dệt.
● Vải dệt: cấu trúc như các loại vải may mặc thông thường có các đặc tớnh sau:
- Sức chịu tải lớn, theo hướng dọc lớn hơn hướng ngang.
- Loại dệt có modun biến dạng lớn hơn loại không dệt nhưng lại không
đẳng hướng.
Hình 1.2. Vải dệt
b- Theo chức năng sử dụng:
● Loại có chức năng ngăn cách: sử dụng làm ngăn cách giữa 2 lớp vật liệu có
tớnh chất cơ lý khác nhau.
● Loại có chức năng thấm lọc: ngăn cách không cho các phần tử lơ lửng trong
nước đi qua màng lọc.
● Loại có chức năng thoát nước: cho phép thoát nước theo cả 2 chiều đứng và
ngang.
● Loại có chức năng gia cố cơ học: làm đồng nhất sự biến dạng, tăng độ bền phá
hủy cục bộ.
I.1.4. Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của VĐKT và thí nghiệm xác định chúng.
1- Cường độ chịu kéo và độ gión dài ứng với lực tác dụng cực đại, kN/m và %.

Cường độ chịu kéo là giới hạn lực cho khả năng chịu kéo của vải dưới tải trong công
trình. Độ gión dài ứng với lực tác dụng cực đại là biến dạng so với lúc ban đầu của
vải dưới lực tác dụng cực đại. Xác định các thông số này thông qua thí nghiệm kéo
được thực hiện trên 1 mẫu thử có chiều dài 500mm và chiều rộng 100mm.
2- Độ thấm đứng, m/s.
Là khả năng cho nước đi qua theo phương vuông góc với mặt vải. Xác định thông số
này thông qua thí nghiệm thấm đối với mẫu đất có sử dụng vải.
3- Độ lỗ rỗng, μm.
Là kích thước lỗ chiếm 95% trên vải. Xác định thông số này thông qua thí nghiệm
sàn lọc các hạt đất qua màng lọc bằng vải. 95% đường kớnh hạt đi qua (d
95
) chớnh là
kích thước lỗ lọc của vải.
4- Độ dày tiêu chuẩn của vải.
Chính là khoảng cách giữa 2 đĩa phẳng song song khi 2 đĩa này ép lờn vải một áp lực
quy định là 2kPa.
5- Khối lượng đơn vị diện tích, g/m
2
.
Là khối lượng của vải trên một đơn vị diên tích.
I.1.5. Chức năng của vải địa kỹ thuật.
Tựy thuộc vào các công trình mà sử dụng vải địa kỹ thuật có một hay kết hợp các
chức năng sau:
1- Chức năng phân cách.
Vải địa kỹ thuật được dùng làm tấm ngăn cách liên tục giữa 2 lớp vật liệu có đặc
tớnh khác nhau, thí dụ như cát sạn sỏi với bùn sét. Dùng vải địa kỹ thuật sẽ tránh
được mất vật liệu, cho phép giảm khối lượng đất đắp và sẽ tiết kiệm đáng kể chi phí
xõy dựng. Sử dụng lớp phõn cách bảo đảm rằng tớnh chất cơ học của các lớp đất
được bảo quản an toàn, tải trọng tác dụng sẽ được tiếp nhận và sự phõn bố tải trọng
trong nền đất tốt hơn.

2- Chức năng thấm lọc.
Nước di chuyển có mang theo những phần tử lơ lửng, VĐKT sẽ cho nước đi qua
và nó sẽ giữ các vật liệu lơ lửng ở lại. Nhưng quá trình này sẽ bít nhép màng lọc và
làm giảm khả năng thấm của màng lọc. Hiện tượng này không thể tránh được và chấp
nhận nếu thỏa món các điều kiện sau:
o Hệ số thấm theo đường lọc vẫn cao hơn hệ số thấm của khu vực xung quanh.
o Hiện tượng bít chậm so với tuổi thọ công trình.
o Quá trình lắng có một thời hạn nhất định.
3- Chức năng thoát nước.
Ở Việt Nam nền đất yếu thường có độ ẩm tự nhiờn tương đối lớn và độ nhạy cảm
tương đối cao. Vì thế VĐKT có thể làm cho nước tiêu thoát nhanh để gia tăng cường
độ kháng cắt của đất nền và do đó làm gia tăng ổn định của tổng thể công trình theo
thời gian.VĐKT loại không dệt, xuyờn kim có chiều dày và tớnh thấm nước cao là
vật liệu có khả năng tiêu thoát nước tốt, cả theo phương đứng và phương ngang.Vì
thế làm tiêu tán nước trong lỗ rỗng nhanh, giảm áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình
thi công cũng như sau khi xõy dựng và dẫn đến sức kháng cắt tăng lờn. Hai tiêu
chuẩn để đánh giá về đặc trưng của lọc ngược là khả năng giữ đất và hệ thấm của
vải.VĐKT cần có kích thước lỗ rỗng đủ nhỏ để không cho các hạt đất cần bảo vệ đi
qua, đồng thời cũng đủ lớn để đủ khả năng tiêu thoát nước đảm bảo cho việc giảm áp
lực nước lỗ rỗng
4- Chức năng gia cố.
Vải địa kỹ thuật làm cho việc thi công lớp đầu tiờn dễ dàng hơn như giảm chiều
dày, đảm bảo cho phương tiện lưu thông đi lại dễ dàng, làm cho sức chịu tải tăng và
biến dạng đồng đều. Tuy không làm tăng độ bền của đất nhưng vải địa kỹ thuật chống
lại sự phát triển các vùng phá hoại cục bộ. Đối với nền đất yếu thì sự phá hoại lớp đất
đắp xảy ra tức thời. Do đó việc sử dụng vải địa kỹ thuật tránh được sự phá hoại tức
thời đó và tăng cường gia cố.
Trong kết cấu nền đường VĐKT như bộ phận chịu lực tuy nhiên tải trọng xe tác
dụng lờn mặt đường chủ yếu theo phương thẳng đứng, trong khi phương chịu kéo của
vải lại theo phương ngang. Vì vậy cường độ chịu kéo và cường độ chịu uốn của vải

có ảnh hưởng rất nhỏ trong sự gia tăng khả năng chịu tải của nền dưới tải trọng đứng
của bánh xe.
Trong trường hợp xõy đê đập hay xõy dựng đường dẫn vào cầu có chiều cao đất
đắp lớn có khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang của đất đắp, VĐKT có thể đóng
vai trò cốt gia cường cung cấp lực kháng trượt theo phương ngang, nhằm gia tăng ổn
định của mái dốc, trong trường hợp này nó có chức năng gia cường.
I.1.6. Phạm vi ứng dụng.
VĐKT là loại vật liệu địa kỹ thuật được sử dụng khá phổ biến.Vì thế mà phạm vi
ứng dụng của nó ngày càng rộng và đa dạng như trong lĩnh vực giao thông vận tải,
thủy lợi ,trong công tác ổn định công trình, cầu đường ,…
Vùng châu Á, loại đất sét yếu và than bùn là khá phổ biến, nó không cho phép
xõy dựng trực tiếp công trình trên nền thiờn nhiờn, cũng như thiết bị thi công không
thể di chuyển và lắp đặt trực tiếp trên nó.Vì thế giải pháp VĐKT lúc này là khá hiệu
quả
Có thể kể ra một số ứng dụng của VĐKT như sau:
I.1.6.1. Ứng dụng vải lọc trong đường sắt.
VĐKT không dệt, sợi liên tục có thể lắp đặt trong nền đường sắt để phân cách
giữa lớp balát và lớp đất nền bờn dưới nhằm tránh hiện tượng chỡm dần và bị bẩn của
đá balát đồng thời cho phép tiêu thoát nước từ trung tâm đường ray ra ngoài ,từ đó
giúp ổn định đường ray.
Hình 1.3. Ứng dụng trong đường sắt
I.1.6.2 Làm tầng lọc ngược cổ điển nhiều lớp trong các công trình bảo vệ bờ sông,
mái dốc và các công trình tiêu thoát nước khác,…

VĐKT
Hình 1.4.
Ứng dụng
trong ống lọc
Hình 1.5. Chức năng thoát nước ở bờ dốc gần đường
Hình 1.6. Ứng dụng trong giữ ổn định sườn dốc.

I.1.6.3. Làm lớp phân cách trong kết cấu nền đường.
Việc dùng VĐKT có tác dụng phõn cách tăng cường sức chịu tải cũng như cường
độ của nền đường.
Ngoài ra ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của vải địa kỹ thuật như xõy
dựng các kho chứa, bến bói, bến đập…trên nền đất yếu; gia cố tường, gia cố cầu và
các trụ chống; tiêu thoát nước ở các sân vận động, sõn golf và các bói chứa cát…
Nước dưới
đất
nền đường
Rãnh thoát
tường chắn
bờ dốc
Kênh dẫn

Hình 1.7. Ứng dụng gia cố trong nền đường.
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VĐKT
VÀ ỨNG DỤNG LÀM PHÂN CÁCH TRONG NỀN ĐƯỜNG
II.1. Cơ sở lý thuyết để lựa chọn VĐKT
II.1.1 Ba bước thao tác trước khi tính toán thiết kế VĐKT.
1- Bước 1. Xác định chức năng chớnh của vải .Cần phõn biệt được các chức năng
chớnh và chức năng phụ của VĐKT trong mỗi giai đoạn xõy dựng là điều quan trọng để
thiết kế và xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của VĐKT.
Bảng 2.1: Chức năng tiêu biểu ứng với một số lĩnh vực ứng dụng.
● - chức năng chớnh, ○ - chức năng phụ, ◘ - tựy thuộc vào từng loại đất.
Chức năng
Lĩnh vực áp dụng
Phân
cách
Tiêu
thoát

Thấm
lọc
Gia
cường
Bảo
vệ
Đưòng, sân ga ● ● ○ ●
Đường nhựa, bãi đậu
xe
● ● ○ ●
Đê đập ● ○ ○ ◘
Tiêu nước dưới đất ○ ● ●
Lọc trong đập đất ● ○ ●
Lọc cho kè sông biển ○ ●
Các công trình cải tạo
đất trong thủy lợi
● ● ●
Bãi chứa chất thải rắn ○ ○ ● ●
Bảo trì đường sắt ● ●
Sân vận động công viên ● ○ ●
2- Bước 2: Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của vải, từ đó xác
định các yêu cầu về tớnh chất của vải để có thể chịu được các ảnh hưởng của các yếu tố
này.
3- Bước 3: Phải có các quy định chặc chẽ về tớnh chất của vải cũng như trong quá
trình thi công để đảm bảo lắp đặt ở hiện trường đỳng chất lượng thiết kế.
II.1.2. Các tiêu chuẩn thiết kế.
VĐKT có rất nhiều chức năng trong nhiều lĩnh vực, chớnh vì thế mà tớnh toán
VĐKT sao cho phù hợp với từng chức năng hay lĩnh vực đã chọn. Ở đây sẽ trình bày một
số trường hợp thông dụng.
a-Cỏc tiêu chuẩn tớnh toán phù hợp với từng chức năng.

1- Với chức năng chớnh là phân cách thì tiêu chuẩn chính cho viêc lựa chọn vải là:
o Khả năng chống hư hỏng trong quá trình trải vải và thi công công trình.
o Các đặc tớnh tiêu thoát nước và lọc nước của vải.
2- Với chức năng chớnh là gia cố và phân cách thỡ tiờu chuẩn lựa chọn vải là:
o Có cường độ chịu kéo phù hợp
o Chịu được các phá hoại trong quá trình thi công.
o Các đặc tớnh tiêu thoát nước và lọc nước của vải.
3- Với chức năng thấm lọc là chính thì tiêu chuẩn lựa chọn vải là:
o Tiêu chuẩn lọc và dẫn nước.
b-Các tiêu chuẩn tớnh toán phù hợp với từng loại công trình.
1- Đường, các công trình đất.
o Sức bền kéo cao và độ gión dài.
o Chống đâm thủng tốt.
o Thấm tốt.
2- Gia cố đất nền.
o Sức bền kéo cao.
o Bền trong thời gian dài.
3- Xõy dựng lớp đệm.
o Sức bền kéo cao và độ gión dài lớn.
o Chống đâm thủng lớn.
o Tiêu thoát và thấm tốt.
o Bền trong thời gian dài.
…
II.2. Cơ sở lý thuyết để tính toán VĐKT.
II.2.1. Dùng VĐKT để tăng cường sức chịu tải của nền.
VĐKT là loại vật liệu có khả năng chịu kéo nờn có thể dùng để gia cường cho các
loại vật liệu kém hoặc không có tớnh chịu kéo. Và đất là một ví dụ điển hình, do đó có
thể sử dụng VĐKT để nõng sức chịu tải của nền đất.
Để đánh giá khả năng nõng cao sức chịu tải của nền đất được gia cường bằng
VĐKT, có thể dùng phương pháp nén 3 trục các mẫu không có vải , có 1 lớp vải , hay có

2 , 3 lớp vải …Kết quả cho thấy nhờ có VĐKT mà khả năng chịu tải của chúng được gia
tăng đáng kể so với trường hợp không có vải.
Theo Broms, có thể tớnh toán khả năng tăng cường độ của đất khi gia cường bằng
VĐKT như sau:
II.2.1.1. Ứng suất phát sinh do hiệu suất màng mỏng.
Khi bố trí VĐKT trong đất sẽ tạo ra ứng suất như sau:
( )
2
2 2
2
1-2 cos
3sin cos
2 1 cos
h
P
Z
µ θ
σ θ θ
π θ
 
= −
 
+
 
(2.1)
Trong đó:
h
σ
- ứng suất theo phương ngang tại độ sau z và lệch một góc , kN/m
2

P
- tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng, kN.
Z
- chiều sâu kể từ bề mặt tác dụng của P đến điểm tính toán, m.
µ
- hệ số poatson.
θ
- góc tạo bởi P và phương thẳng đứng.
Cho
θ
=0, thì phương trình (2.1) trở nên đơn giản:
2
1
2 2
h
P
Z
σ µ
π
 
= − −
 ÷
 
(2.2)
Nếu
µ
< 0.5 thì
h
σ
< 0 (ứng suất kộo),tức là tải trọng tác dụng theo phương thẳng

đứng từ trên xuống sẽ phát sinh một ứng suất ngay trên mặt phẳng nằm ngang đặt tải
trọng. Ứng suất xuất hiện trong VĐKT - đú chớnh là mục đích chính trong việc bố trí lớp
VĐKT trong đất.
Từ phưong trình (2.2) ta thấy, trị số P lớn thì ứng suất của VĐKT cũng lớn. Tương
tự, VĐKT đặt càng gần tải trọng ( tức Z nhỏ ), thì ứng suất trong VĐKT cũng tăng. Thực
tế, ta hay bố trí VĐKT ngay sát bề mặt lớp đất yếu để tăng cường khả năng chịu tải của
đất nền.


geomembrane

Lớp đất nền không có
VĐKT

geomembrane
protective geotextile
layer

Hình 2.1. Hình minh họa cho khả năng chống xuyờn thủng khi có vải
II.2.1.2. Ứng suất phát sinh do hiệu quả tăng sức chống cắt.
Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp không thoát nước của các mẫu đất có bố trí VĐKT
và không bố trí VĐKT cho thấy, mẫu đất có bố trí VĐKT thì có sứa chịu tải lớn hơn mẫu
không bố trí lớp VĐKT. Hiệu quả tăng sức chịu tải của nền đất được đánh giá bằng hệ số
hiệu quả. Hệ số này biến đổi từ 0 tới 1. Nếu hệ số hiệu quả lớn hơn 1 sẽ xuất hiện mặt
trượt trong mẫu đất.
Khi tính toán nền đất gia cường bằng VĐKT thì nờn sử dụng các quan hệ sau:

0
1
c

C
E
C
=
(2.3)
và
0
1
E
ϕ
ϕ
ϕ
=
(2.4)
Trong đó:
c
E
và
E
ϕ
- “ hệ số hiệu quả” do tăng cường lực dớnh và tăng góc ma sát trong của
đất có VĐKT và đất không VĐKT. Trị số
c
E
và
E
ϕ
thay đổi trong khoảng 0ữ1
0
C

và
0
ϕ
- lực dớnh và góc ma sát trong của đất khi chưa có VĐKT.
1
C
và
1
ϕ
- lực dớnh và góc ma sát trong của đất khi có VĐKT.
Lớp vải địa kỹ thuật
Lớp đất nền
Lúc chưa có vải
Hình 2.2.Hình minh họa cho khả năng chống cắt của đất khi không có vải và có vải
II.2.1.3. Tăng khả năng chịu tải do hiệu quả neo.
VĐKT nằm trong đất và được đất bao bọc xung quanh. Trong trường hợp này
VĐKT giữ vai trò như một cái neo giữ đất lại, khi đó làm tăng khả năng chịu tải của đất
so với nền không có VĐKT.
II.2.2. Dùng VĐKT làm lớp phân cách.
Lớp phõn cách bằng VĐKT được dùng nhiều trong lĩnh vực xõy dựng.
VĐKT làm lớp phõn cách giữa các lớp vật liệu khác nhau trong xõy dựng nền, mặt nền
ôtô, nền đường tàu hỏa, ngăn cách nền đất với các đá dăm, xõy dựng sân vận động, xây
dựng đê sông đê biển, xử lý nền móng trong các công trình xõy dựng
Dưới đõy sẽ trình bày những chỉ tiêu cần thiết cho tính toán:
II.2.2.1. Cường độ chịu kéo theo yêu cầu.
Theo Giroud.J.P, cường độ chịu kéo của đất khi có bố trí VĐKT được xác định như sau:
2
'T P
ε
= ×

( 2.6)
Trong đó:
T
- cường độ chịu kéo, kN.
'P
- áp lực bờn trên, kN.
ε
- biến dạng tương đối giữa hai điểm tiếp xúc của hai viờn đá với VĐKT, %.
Nếu chọn khoảng cách giữa hai viờn đá (độ rỗng ) d
v
=0.5d
a
, khi đó biến dạng của
VĐKT được tớnh :
Lúc có vải
( )
( )
0
3 / 2
100% 100% 75%
2 / 2
a
f a a
d
l
l d d
ε
×
= × = × =
+

(2.7)
Trong đó:
0
l
- khoảng cách tiếp xúc ban đầu của hai viờn đá cạnh nhau với lớp VĐKT, mm
f
l
- khoảng cách tiếp xúc ban đầu của hai viờn đá cạnh nhau với lớp VĐKT sau khi
bị kéo, mm
a
d
- đường kớnh trung bình của viờn đá, mm.
Hình 2.3. Hình minh họa cho sức chịu kéo của vải dưới sự trượt của viờn đá
II.2.2.2. Cường độ chống chọc thủng.
Dưới tác dụng của áp suất bánh xe hay áp lực của công trình truyền xuống, lớp
VĐKT sẽ chịu một lực tương ứng của viờn đá dăm truyền xuống
Tổng lực tác dụng tác dụng thẳng đứng lờn VĐKT được tớnh:
( ) ( ) ( )
' 1
v h h
F d h P S
π
= − 
 
(2.8)
Trong đó:
h
d
- đường kớnh trung bình của lỗ chọc thủng, ở đây
maxh

d
=
a
d
a
d
- đường kớnh trung bình của viờn đá dăm
VĐKT
L
d
P’
h
h
- chiều cao chọc thủng (
h a
h d
≈
)
'P
- áp lực tải trọng tác dụng lờn VĐKT ( lấy bằng 0.75Pa)
S- hệ số biểu thị mức độ trũn cạnh của viờn đá dăm, và:
đối với cát S=0.8; cuội sỏi sông suối S=0.7; đá dăm xõy S=0.4; và các loại đá dẹt S=0.3
Trong thí nghiệm xác định cường độ đâm thủng của vải F
tk
có quan hệ với F
v
theo
phương trình như sau:
v tn
h p

F F
d d
=
(2.9)
Trong đó:
v
F
- tổng các lực tác lờn VĐKT theo phương thẳng đứng
tn
F
- cường độ đâm thủng của vải theo tớnh toán
p
d
- đường kớnh lỗ rỗng trung bình của lỗ đâm thủng trong thí nghiệm (=50mm)
Thay trị số
v
F
từ (2.8 ) vào (2.9) ta được:
( ) ( )
' 1
h
tk h h
p
d
F d h P S
d
π
 
= −
 ÷

 ÷
 
(2.10)
với đường kớnh đõm thủng là cực đại d
hmax
=d
a
và h
h
=d
a
,công thức (2.10) trở thành
( ) ( )
' 1
tn a p
F d P d S
π
= −
Vậy F
thiếtkế
= F
tn
* hệ số an toàn k
Hình 2.4. Hình minh họa cho sức kháng thủng của vải địa kỹ thuật.
VĐKT
Đá dăm
II.2.3. Dùng VĐKT cho chức năng thấm lọc và tiờu thoỏt nước.
Đất yếu có độ ẩm cao, đất thường ở dạng trạng thái bóo hòa nước, trạng thái dẻo
đến chảy chớnh vì thế mà xõy dựng công trình trên nền đất này gặp nhiều khó
khăn.VĐKT ở đõy có thể sử dụng kết hợp với các thiết bị thoát nước thẳng đứng. Nó cho

thoát nước theo cả phương ngang và phương thẳng đứng.
Khi sử dụng với mục đích thấm lọc và tiêu thoát nước thì ta quan tõm đên các đặc
tớnh kỹ thuật sau đây:
● Chiều dày: chiều dày thay đổi thay đổi theo áp lực tác dụng lên mặt vải, vì vậy phải
được đo ở áp lực nhất định, thường là 2 kPa, có đơn vị là mm. Vải càng dày thì khả năng
thấm nước dọc theo phương ngang của vải càng lớn.
● Độ rỗng (n
g
): là tỷ số của thể tích phần rỗng và thể tớch toàn phần. Còn đối với vải
không dệt thì không thể đo trực tiếp thể tớch được mà được tớnh qua biểu thức sau:

100 0.1
g
g
g g
m
n
t
= −
∆
(2.11)
với m
g
- khối lượng đơn vị của vải, (g/m
2
)
t
g
- chiều dày của vải, (mm)
Δ

g
- tỷ trọng của polime dung để chế tạo vải (=0.91)
Độ rỗng là thông số cần thiết trong việc đánh giá khả năng bồi tắc lọc của vải. Vải có độ
rỗng càng lớn thì mức độ an toàn về bồi tắc lọc càng cao, vì khi một số lỗ rỗng bị bồi tắc,
dòng thấm đi theo các khe rỗng đi ra ngoài. Độ rỗng của vải tựy thuộc vào loại vải, vải
không dệt xuyên kim có độ rỗng lớn nhất, kế đến là vải không dệt ép nhiệt và bé nhất là
vải dệt.
● Kích thước lỗ vải: kích thước lỗ vải thường được sử dụng dưới dạng kích thước lỗ
rỗng hiệu dụng ( O
90
) hoặc kích thước lỗ rỗng biểu kiến ( O
95
). Kí hiệu O
90
hoặc O
95
có
nghĩa là đường kớnh lỗ mà có đến 90% hoặc 95% lổ có giá trị nhỏ hơn. Kớch thước lỗ
rỗng hiệu dụng dùng để tớnh toán lọc ngược, ngăn ngừa hiện tượng lôi hạt cũng như bồi
tắc lọc. Kích thước lỗ rỗng hiệu dụng được xác định bằng phương pháp sàng ướt. Kích
thước lỗ rỗng biểu kiến thường được xác định bằng phương pháp sàng khô
● Khả năng thấm nước: khả năng thấm của vải theo phương thẳng góc với mặt vải
được đánh giá bằng hệ số thấm đứng (k
g
, m/s), hệ số thấm đơn vị chiều dày (ψ, s
-1
), lưu
lượng thấm đơn vị diện tích( q
g
, l/m

2
/s). Theo phương song song với mặt vải được đánh
giá bằng hệ số thấm ngang( h
g n
, m/s), hoặc lưu lượng thấm đơn vị chiều dài q (l/m/s).
Khả năng thấm nước của vải là một trong những thông số cần thiết dùng trong thiết kế
tầng lọc ngược. Tiêu chuẩn thấm nước: dựa trên các công trình cụ thể, tiêu chuẩn thấm
của Polyfelt trong xõy dựng được cho theo như bảng sau:
Bảng 2.2. Tiêu chuẩn thấm
Các nhân tố ảnh hưởng Tiêu chuẩn thấm nước
Loại vật liệu đắp Ứng suất của
phương tiện
Kích thước lổ hữu
hiệu, O
90
Hệ số thấm, k
o
(cm/s)
a Vừa / nặng
O
90
≤ 0.10 k
o
≥ 100 k
s
a Nhẹ
O
90
≤ 0.11 k
o

≥ 100 k
s
b Nặng
O
90
≤ 0.12 k
o
≥ 100 k
s
b Vừa / nhẹ
O
90
≤ 0.15 k
o
≥ 100 k
s
Tiêu chuẩn của vải :
O
90
- lỗ rỗng hữu hiện trên vải
k
o
- hệ số thấm của vải
k
s
- hệ số thấm của đất
Loại a (Cu < 5 và d
50
>50mm)
Loại b (Cu < 5 và d

50
< 50mm hoặc Cu > 5)
Cu- hệ số đồng đều (=d
60
/d
10
).
d
60
- đường kớnh lỗ chiếm 60%.
d
50
- đường kớnh lỗ chiếm 50%.
d
10
- đường kớnh lỗ chiếm 10%.
Tải trọng phương tiện:
Nhẹ 10 xe/ ngày
Vừa :10-100 xe/ngày
Nặng 100xe/ngày. 
II.3. Ứng dụng VĐKT làm vật liệu phân cách cho nền đường ụtụ.
II.3.1. Các dạng phá hủy của nền đường.
o Phá hủy cấu trúc: toàn bộ hoặc một phần của nền đường bị đổ sập do nền không đủ
khả năng chống đỡ lực tác dụng xuống đường.
o Phá hủy chức năng: đường bị phá vỡ kết cấu bề mặt, làm cho mặt đường gồ ghề lồi
lừm, gõy chấn động lờn xe lưu thông, không thuận lợi cho xe lưu thông.
Nguyên nhân gõy nờn phá hủy cấu trúc có thể là do tải trọng vượt quá tải trọng thiết
kế, sự thoát nước không thích hợp dẫn đến sự phân rã cấu trúc nền…
Nguyờn nhân gõy nờn phá hủy chức năng có thể do sự xâm nhập của đất nền vào
lớp cấp phối bờn trên, dẫn đến sự thoát nước không thích hợp và làm giảm độ bền của

nền đường. Tải trọng có thể gõy nờn ứng suất cắt trong phần nền, phần cấp phối cũng
như lớp bề mặt…
II.3.2. Chức năng của VĐKT trong kết cấu nền đường.
VĐKT sử dụng trong xử lý nền đường đắp trờn nền đất yếu thường có chức năng
chớnh sau:
o Làm lớp phân cách cho nền đất yếu và nền đất đắp, nhằm bảo đảm chiều dày hiệu
quả lớp đất đắp trong quá trình thi công và vận hành, đồng thời gia tăng khả năng
chịu tải cục bộ của nền đất yếu dưới tải trọng của bánh xe đặc biệt là trong thời kỳ
thi công.
o VĐKT gia cường làm nhiệm vụ cốt chịu kéo nhằm gia tăng hệ số an toàn về ổn
định chống trượt của công trình trên nền đất yếu.
II.3.3. Sử dụng VĐKT với chức năng phân cách.
II.3.3.1. Cơ chế làm việc.
o Ngăn cản chuyển vị cục bộ của hạt đất ở vùng tiếp giáp với nền đất yếu do đó tăng
khả năng chịu tải cục bộ và giữ được chiều dày ban đầu của lớp đất đắp dưới tác
dụng của tải trọng động.
o Ngăn cản chuyển vị ngang, tạo ra áp lực hông và ứng suất tiếp hướng nội và do đó
gia tăng khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới tải trọng động.
II.3.3.2. Khả năng chịu tải của đất nền khi có vải phân cách.
Bỏ qua tác dụng gia cường (nội lực chịu kéo trong cốt gia cường) thì khả năng chịu
tải của nền đất yếu dưới tải trọng của bánh xe được tớnh như sau:

u c
q c N
=
(2.11)
với q- khả năng chịu tải của đất nền
c
u
- lực dớnh không thoát nước của nền đất yếu

N
c
- hệ số khả năng chịu tải xét theo tải trọng động. Đây là hệ số thực nghiệm. Hệ số
này được lấy tựy thuộc vào chiều sâu vết lỳn và điều kiện tải trọng xe cho phép như sau:
N
c
=2.8 , vết lỳn nhỏ hơn 5cm, tải trọng xe lớn và không có VĐKT.
N
c
=3.3, vết lỳn nhỏ hơn 10cm, tải trọng xe nhẹ và không có VĐKT.
N
c
=5.0, vết lỳn nhỏ hơn 5cm, tải trọng xe lớn và VĐKT.
N
c
=6.0, vết lỳn nhỏ hơn 10cm, tải trọng xe nhẹ và có VĐKT.
II.3.3.3. Lựa chọn VĐKT phân cách.
Những yêu cầu chớnh của VĐKT trong phân cách nền đất yếu như sau:
a- Khả năng chống xuyên thủng.
Cần phải tớnh toán khả năng chống xuyên thủng của vải nhằm bảo đảm vải không
bị chọc thủng đặc biệt là trong quá trình thi công lớp đất đắp đầu tiờn.
Theo công thức (2.8) ta có lực kháng xuyờn thủng của vải là :
( ) ( )
' '
v h h
F d h P S
π
=  
 
Vậy cường độ chống xuyờn thủng thiết kế ( F

vTK
) của vải như sau:
( ) ( )
' '
vTK h h
F d h P S k
π
=  
 
với k: hệ số an toàn ( lấy 1.1 đến 2.0 cho nền đường.)
b- Cường độ chịu kéo theo yêu cầu.
Theo công thức (2.7) nếu chọn khoảng cách giữa 2 viờn đá (độ rỗng ) d
v
=0.5d, khi
đó biến dạng của VĐKT được tớnh :
( )
( )
0
3 / 2
100% 100% 75%
2 / 2
f
d
l
l d d
ε
×
= × = × =
+
Lúc này theo công thức (2.6) ta có cường độ chịu kéo của vải:

2
'T P
ε
= ×
c- Đường kính lỗ rỗng hiệu dụng O
90
và sự ổn định của lỗ vải.
Với nền đất dớnh có thể chọn đường kớnh lỗ vải theo điều kiện sau:
0.05mm O
90
0.15mm
o Giới hạn trên ( O
90
0.15mm ) là điều kiện bảo đảm đất nền không chui qua vải.
o Giới hạn dưới (0.05mm O
90
) là điều kiện không cho các hạt nhỏ gõy bồi tắt lỗ
vải
Sự ổn định của lỗ vải: dưới tác dụng của tải trọng bánh xe nhất là trong lúc thi công
lớp đất đắp đầu tiờn, lỗ vải có thể bị biến dạng. Vì vậy nờn chọn loại vải không dệt có sợi
vải phõn bố ngẫu nhiờn theo mọi phương nờn lỗ vải ít bị biến dạng, cũn vải dệt có sự
phân bố theo 2 phương nờn lỗ rất dễ bị biến dạng.
d- Hệ số thấm.
Nờn chọn vải có hệ số thấm và độ lỗ rỗng càng lớn càng tốt đảm bảo đất nền được
thoát nước tốt nhằm giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền K
d
: K
g
100K
d

Hệ số thấm theo phương thẳng đứng của vải như trong công thức trên, cần chọn vải
có hệ số thấm lớn theo phương ngang để tăng khả năng thoát nước theo phương mặt bằng
của vải.
e- Khả năng kháng tia cực tím (UV).
Cần chọn vải có khả năng ổn định UV cao nhằm bảo đảm giữ được cường độ của
vải trong quá trình thi công dưới tác dụng trực tiếp của ánh nắng mặt trời. Với vải có phụ
gia ổn định tia cực tớm có thể giữ được hơn 70% cường độ ban đầu sau 3 tháng để ngoài
nắng. Nhiều vải không có phụ gia ổn định UV có thể bị giảm hơn 50% cường độ ban đầu
sau 3 tháng để ngoài nắng.

Hình 2.5. Không có VĐKT Hình 2.6. Có VĐKT
VĐKT
II.3.4. Các phương pháp tớnh toán lớp đắp cho nền đường có ứng dụng VĐKT.
Việc thiết kế chiều dày của lớp ổn định trên nền đất yếu là rất quan trọng. Chiều
dày thiết tối thiểu của lớp đắp ổn định nền đường có hoặc không có tầng mặt đều phụ
thuộc vào: cường độ CBR (California Bearing Ratio) của đất nền, điều kiện hiện trường,
tải trọng và số lượt xe.
Chiều dày này có thể tớnh theo các phương pháp sau:
+ Phương pháp AASHTO-Polyfelt cải tiến.
+ Phương pháp của Steward (1977).
II.3.4.1. Phương pháp AASHTO-Polyfelt.
Phương pháp này do Hiệp hội giao thông và xa lộ Mỹ đề xuất năm 1972, được
hóng vải Polyfelt cải tiến và bổ sung từ những nghiờn cứu và kinh nghiệm thực tế trong
việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong việc xõy dựng đường.
Sau đây là các bước tính toán chiều dày D
i
của các lớp kết cấu đường:
Bước 1: Xác định a
i
theo từng loại vật liệu như sau:

Bảng 2.3. Xác định hệ số ảnh hưởng của vật liệu (a
i
).
Loại vật liệu a
i
Nhựa Asphalt 0.44
Đá dăm 0.14
Sỏi lẩn cát 0.11
Cát hoặc sét pha cát 0.05-0.1
Bước 2: Xác định hệ số chịu tải của đất nền S theo CBR.

Hình 2.7.Biểu đồ quan hệ giữa S và CBR của đất nền
Bước 3: Xác định tổng số lượt xe quy đổi ra xe có tải trọng trục đơn 80kN (W
80kN
) trong 1
ngày hoặc trong toàn bộ thời gian thiết kế. Phương pháp này chỉ áp dụng cho trường hợp
W
80kN
≥ 1000
Từ S và loại vật liệu, tỡm hệ số ảnh hưởng F
1

Hình 2.8. Biểu đồ xác định hệ số ảnh hưởng F
1
Từ W
80kN
và chiều sâu vệt lún sâu r (được đo ngoài hiện trường) tỡm ra hệ số ảnh
hưởng T
g

Hình 2.9. Biểu đồ xác định hệ số ảnh hưởng T
g
Từ F
1
và T
g
, tỡm sức chịu tải của đất nền S
g
và số lượt xe quy đổi được hiệu chỉnh
W
80kN
theo công thức sau: