Nghiên cứu áp lực khe rỗng trong lớp đất nền dưới sự dao động của mực nước biển do sóng và thủy triều

LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu khoa học là cả quá trình tham gia học hỏi, so sánh, tìm
hiểuđể ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Công việc thực hiện
luận văn cao học vừa là cơ hội để học viên trình bày những nghiên cứu về vấn
đề mình quan tâm trong quá trình học tập, đồng thời cũng là một tài liệu quan
trọng giúp các thầy cô, giảng viên kiểm tra đánh giá quá trình học tập và kết
quả thực hiện luân văn của mỗi học viên.
Để hoàn thành luận văn cao học này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi
trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
- PGS TS Thiều Quang Tuấn, trƣởng Bộ môn kỹ thuật công trình –
Khoa Kỹ thuật Biển, đồng thời thầy cũng là ngƣời hƣớng dẫn chính giúp tôi
có thể hoàn thành luận văn cao học này.
- Các thầy, cô là giảng viên trong Khoa kỹ thuật Biển, những ngƣời đã
đóng góp ý kiến cụ thể sâu sắc trong đợt bảo vệ luận văn cấp cơ sở tại văn
phòng Khoa và trong các lần báo cáo tiến độ thực hiện luận văn. Điều đó giúp
tôi có thể hoàn thiện luận văn đƣợc tốt hơn.
- Tập thể lớp cao học CH20BB, những ngƣời bạn học cùng lớp đã đóng
góp xây dựng các ý kiến giúp tôi thực hiện đƣợc các trƣờng hợp tính toán
trong luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!



TÁC GIẢ

Nguyễn Tiến Dƣơng





BẢN CAM KẾT
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.



TÁC GIẢ





Nguyễn Tiến Dƣơng





MỤC LỤC
I. Tính cấp thiết của đề tài 1
II. Phƣơng pháp tiếp cận nghiên cứu 2

III. Giới hạn nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận văn 2
IV. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 3
V. Cấu trúc của luận văn 3
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN CHUNG 4
1.1. Tính chất, phân loại và tính năng của vải địa kỹ thuật 4
1.1.1. Tính chất của vải địa kỹ thuật 4
1.1.2. Phân loại vải địa kỹ thuật 8
1.1.3. Tính năng vải địa kỹ thuật 9
1.2. Vấn đề sử dụng vải địa kỹ thuật cho gia cố nền đất yếu 13
1.3. Ảnh hƣởng của tải trọng sóng biển tới ổn định công trình 17
1.4. Kết luận chƣơng 19
CHƢƠNG II. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 19
2.1. Các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu 20
2.2. Phƣơng pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật 23
2.2.1. Các chỉ tiêu của đất cần dùng cho thiết kế vải lọc 23
2.2.3. Các bƣớc thực hiện chính trong thi công vải lọc 34
2.3. Kết luận chƣơng 40
CHƢƠNG III. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỊA
KỸ THUẬT CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG SÓNG 41
3.1. Giới thiệu các mô hình toán 41
3.1.1. Mô hình tính toán phân tích ổn định Geo5 41
3.1.2. Mô hình tính toán phân tích ổn định Geo – Slope Office 42
3.2. Mô hình Plaxis 44
3.3. Ảnh hƣởng của tải trọng sóng biển 48
3.4. Kết luận chƣơng 55




CHƢƠNG IV. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐÊ CHẮN SÓNG NHÀ MÁY

NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG I 57
4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu 57
4.1.1. Điều kiện tự nhiên 57
4.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội 59
4.2. Các tham số thiết kế cơ bản 60
4.3. Tính toán thiết kế giải pháp gia cố nền 63
4.3.1. Tính toán thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng 63
4.3.2. Xác định chiều sâu ảnh hƣởngtheo cơ sở lý thuyết 66
4.3.3. Tính toán ổn định bằng phần mềm GEO-SLOPE 69
4.4. Kết luận chƣơng 84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85
Kết luận 85
Kiến nghị 85
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 86
Tiếng Anh 86
Tiếng Việt 86




HÌNH VẼ
Hình 1.1 Địa hình khu vực cảng Ostend 16
Hình 1.2. Kết quả xuyên côn CPTs tại vị trí đê chắnsóng phía Đông 16
Hình 1.3. Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất lên mái dốc đƣợc 18
gia cố bằng tấm bản 18
Hình 2.1. Đƣờng phân bố điển hình thành phần hạt của đất 23
Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm thấm của đất 25
Hình 2.3. Áp lực cơ học trong quá trình thi công 27
Hình 2.4. Sơ đồ chọn vải theo yêu cầu chặn đất trong điều kiện dòng chảy động 30
Hình 2.5. Độ thấm điển hình của đất 31

Hình 2.6. Trải vải lên mái 34
Hình 2.7. Đặt thảm lắp sẵn 34
Hình 2.8. Bãi thi công trên mái sông 35
Hình 2.9. Vận chuyển thảm bằng dầm nổi 35
Hình 2.10. Neo đầu thảm vào bờ 36
Hình 2.11. Nhấn chìm thảm xuống đáy sông 36
Hình 2.12. Trải thảm xuống đáy sông bằng cần cẩu 36
Hình 2.13. Trải thảm lên mái bằng ván trƣợt 37
Hình 2.14. Nối vải địa kỹ thuật theo phƣơng pháp chồng mép 37
Hình 2.15. Các kiểu may vải 38
Hình 3.1. Lƣới phần tử hữu hạn 46
Hình 3.2. Phần tử 6 nút 47
Hình 3.3. Mặt cắt ngang khối trƣợt của đê chắn sóng (sóng leo cực đại) 48
Hình 3.4. Sự suy giảm của thủy triều dẫn tới sự suy giảmáp lực 51
Hình 3.5. Áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣới đất nền phụ thuộc vào quá trình nƣớc rút của
mực nƣớc biển 52
Hình 3.6. Áp lực nƣớc lỗ rỗng thay đổi áp lực nƣớc trong một lớp đất do thủy triều
hoặc sóng 55
Hình 4.1. Nhập mặt cắt địa hình vào chƣơng trình để tính truyền sóng 61




Hình 4.2. Nhập giá trị của sóng tại khu vực sóng nƣớc sâu để tính truyền sóng 62
Hình 4.3. Trích xuất kết quả 62
Hình 4.4. Hiển thị kết quả tính toán 63
Hình 4.5. Kết quả tính toán độ cao lƣu thông R
cp
64
Hình 4.6. Hình dạng, kích thƣớc của khối RAKUNA IV 65

Hình 4.7. Mặt cắt thiết kế của đê chắn sóng 66
Hình 4.8. Biểu đồ quan hệ áp lực dƣ khe rỗng và độ sâu 67
Hình 4.9. Trích xuất kết quả độ sâu từ mô hình truyền sóng 68
Hình 4.10. Mặt cắt đại diện của đê chắn sóng 69
Hình 4.11. Bình đồ khu vực bố trí các hố khoan địa chất 71
Hình 4.12. Trắc dọc mặt cắt địa chất theo các hố khoan CW33, CW52, CW50,
CW49, CW38, CW45 72
Hình 4.13. Trắc dọc mặt cắt địa chất theo các hố khoan CW35, CW53, CW52,
CW43, CW39, CW45 73
Hình 4.14. Sơ đồ tính toán theo phƣơng pháp Bishop 76
Hình 4.15. Vẽ mặt cắt thiết kế của đê, khai báo vật liệu và chỉ tiêu cơ lý của các lớp
đất 77
Hình 4.16. Vẽ đƣờng áp lực nƣớc tƣơng đƣơng với mực nƣớc thiết kế 77
Hình 4.17. Kết quả tính toán ổn định, k
fs
= 1,25 77
Hình 4.18. Vẽ đƣờng mực nƣớc tƣơng ứng với chiều cao sóng H = 3,5m 78
Hình 4.19. Vẽ áp lực tác động tới lớp đất cát (h = 1 m) 79
Hình 4.20. Áp lực tác động tới lớp đất sét (h = 0,1 m) 79
Hình 4.21. Kết quả tính toán ổn định, k
fs
= 1,07 79
Hình 4.22. Sơ đồ tính toán khối trƣợt khi có vải địa kỹ thuật 80
Hình 4.23. Khai báo vải địa kỹ thuật trong chƣơng trình 82
Hình 4.24. Kết quả tính toán ổn định trong tổ hợp tải trọng cơ bản, k
fs
= 1,28 82
Hình 4.25. Thiết lập các đƣờng áp lực và đƣờng mực nƣớc sóng ứng với z = -0,5m
83
Hình 4.26. Kết quả tính toán ổn định, k

fs
= 1,25 83









BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của một số loại vải không dệt TS 11
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật loại vải dệt GET 12
Bảng 1.3. Chỉ dẫn chọn khoảng cách giữa 2 lớp vải theo chỉ số CBR 15
Bảng 2.1. Kích thƣớc lỗ lọc của vải theo yêu cầu chặn đất khi đất 27
không dính và dòng chảy rối 27
Bảng 2.2. Giá trị gradient thủy lực điển hình 32
Bảng 2.3. Yêu cầu độ bền thi công đối với vải địa kỹ thuật 33
Bảng 2.4. Sự tƣơng ứng giữa chức năng và thí nghiệm kiểm tra 39
Bảng 2.5. Tầm quan trọng của các chức năng của vải địa kỹ thuật 39
Bảng 4.1. Độ ẩm tƣơng đối trung bình hàng tháng 57
Bảng 4.2. Chế độ mƣa 58
Bảng 4.3. Tốc độ gió trung bình 58
Bảng 4.4. Tốc độ gió lớn nhất 58
Bảng 4.5. Số giờ nắng các tháng trong năm 59
Bảng 4.6. Kích thƣớc tính toán của khối RAKUNA IV 65
Bảng 4.6. Kết quả tính toán theo lý thuyết Grace 67
Bảng 4.7. Các chỉ tiêu của lớp vật liệu thiết kế 70
Bảng 4.8. So sánh hệ số ổn định trong các trƣờng hợp tính toán 83

PHỤ LỤC
Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 3a 87
Bảng 2. Chỉ tiêu cơ lý lớp 5b 87
Bảng 3. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 5 88
Bảng 4. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 8a 89
1



MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Vấn đề xây dựng nền đắp trên đất yếu là một đề tài đƣợc nhiều nƣớc trên thế
giới quan tâm và tiến hành nghiên cứu có hệ thống, bởi đây là một hiện tƣợng rất
thƣờng gặp trong quá trình xây dựng, nhất là các công trình đê biển, nếu không có
các biện pháp xử lý thích hợp thƣờng dễ bị mất ổn định toàn khối dẫn đến lún sụt,
sụp đổ công trình.
Để đảm bảo chất lƣợng, hiệu quả của công trình khi đƣa vào khai thác, sử
dụng, một vấn đề luôn đƣợc quan tâm, đặt lên hàng đầu chính là sự ổn định của nền
móng công trình.
Đa số các nhà khoa học đều cho rằng đất yếu là những đất có khả năng chịu
lực vào khoảng 0,5 – 1 kG/cm
2
, có tính nén lún mạnh, hầu nhƣ đất đều hoàn toàn
bão hòa nƣớc, có hệ số rỗng lớn (thƣờng ε > 1,0), hệ số nén lún lớn, mô đun biến

dạng tổng E
0
≤ 50 kG/cm
2
, trị số sức chống cắt không đáng kể. Việc nghiên cứu xây
dựng công trình đê chắn sóng trên nền đất yếu trƣớc hết cần đƣợc tiến hành nghiên
cứu xử lý nền đất yếu để tăng sức chịu tải cho đất, cải thiện các chỉ tiêu cớ lý của
đât (hệ số rỗng, giảm độ lún, tăng modun biến dạng ) đảm bảo điều kiện làm việc
bình thƣờng của công trình. Tiếp đó, sau khi đƣa công trình vào sử dụng cần nghiên
cứu xem xét tới tải trọng của sóng. Sóng tác động lên nền của đê chắn sóng gây
thay đổi áp lực khe rỗng và ứng suất của nền đê; qua đó dẫn tới mất ổn định của nền
đê.
Việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của nền đất hầu hết hiện nay
đƣợc dựa trên giả thiết coi đất là vật thể biến dạng tuyến tính. Dựa trên cơ sở đó,
tiến hành áp dụng những kết quả của lý thuyết đàn hồi cho nền đất. Trên thực tế
sóng biển tác động liên tục và có sự thay đổi về phƣơng, hƣớng, giá trị độ lớn theo
thời gian lên nền đê chắn sóng, gây lún không đều, mất ổn định cho từng đoạn đê.
Và mỗi một bài toán cần đƣợc áp dụng theo các phƣơng pháp khác nhau để tính
toán ổn định của nền đê.
2



Đối với Việt Nam, việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong xử lý nền đất yếu đã
đƣợc tiến hành từ lâu và đã đƣợc xây dựng thành các tiêu chuẩn ngành nhƣ: 14
TCN 110 – 1996 (Chỉ dẫn thiết kế và sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trong công
trình thủy lợi); 22 TCN 248 – 98 (Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đất đắp trên
nền đất yếu)TCVN 9355-2012 (gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm)…Tuy nhiên vấn
đề xử lý đất yếu dƣới nền đắp vẫn còn là một công việc gây nhiều khó khăn cho các
nhà thiết kế, đơn vị thi công. Cho đến thời điểm hiện tại vẫn chƣa có một đánh giá

mang tính toàn diện về việc mô phỏng điều kiện làm việc của công trình khi sử
dụng vải địa kỹ thuật trong bài toán thiết kế. Qua đó chƣa có nhiều các đối chiếu
giữa lý thuyết và thực tế thi công nhƣ độ lún, độ ổn định trƣợt, trồi, … hay nghiên
cứu về sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất yếu sau khi đƣợc xử lý,…
Xét sự tác động của sóng biển đến nền đất yếu khi có gia cƣờng của vải địa
kỹ thuật chƣa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu đến lĩnh vực này. Điều này có thể
quyết định lớn đến loại vải địa kỹ thuật dùng cho gia cố nền. Đặc biệt là sự gia tăng
tải trọng tác động trên nền đất sau khi có công trình và có tác động của sóng biển
đối với nền công trình gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng cho công trình đê chắn sóng của
nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I. Đánh giá tác động của sóng biển lên nền của công
trình gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật. Qua đó, đƣa ra cách thiết lập điều kiện biên
về nền của công trình khi gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật, từ đó phục vụ cho các
bƣớc tính toán thiết kế công trình sau này.
II. Phƣơng pháp tiếp cận nghiên cứu
Luận văn đƣợc áp dụng theo các phƣơng pháp nghiên cứu sau:
- Phƣơng pháp nghiên cứu trên mô hình
- Phƣơng pháp kế thừa các nghiên cứu có trƣớc
- Phƣơng pháp thu thập tài liệu
III. Giới hạn nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận văn
Giới hạn nội dung:
3



Luận văn chỉ đề cập tới vai trò của vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đê chắn
sóng trƣớc tác động của sóng biển không áp dụng cho các công trình đê khác nhƣ đê
ngầm giảm sóng, đê quai. Tải trọng đƣợc xét đến là tải trọng của sóng biển, không
xét đến các tải trọng khác nhƣ tải trọng thi công, tải trọng bản thân của công trình.
Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu áp dụng cho đê chắn sóng của nhà máy nhiệt điện Vũng
Áng I
IV. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn
Nghiên cứu áp lực khe rỗng trong lớp đất nền dƣới sự dao động của mực
nƣớc biển do sóng và thủy triều
Xét sự ảnh hƣởng của áp lực khe rỗng đối với ổn định nền của công trình đê
chắn sóng khi gia cố bằng vải địa kỹ thuật.
V. Cấu trúc của luận văn
Chƣơng 1. Tổng quan chung
Chƣơng 2. Phƣơng pháp xử lý nền đất yếu
Chƣơng 3. Cơ sở khoa học của việc sử dụng mô hình phân tích ổn định địa kỹ thuật
có xét đến ảnh hƣởng của tải trọng sóng
Chƣơng 4. Áp dụng tính toán cho đê chắn sóng nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I

4



NỘI DUNG

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN CHUNG
1.1. Tính chất, phân loại và tính năng của vải địa kỹ thuật
1.1.1. Tính chất của vải địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật đƣợc định nghĩa đơn giản nhƣ là một vật liệu giống nhƣ vải
đƣợc sử dụng trong môi trƣờng đất, có cấu tạo từ polymer dệt, polymer không
dệthay từ các vật liệu tự nhiên sản xuất theo quy trình dệt; dùng đểphân cách, lọc,
bảo vệ, gia cƣờng và thoát nƣớc.
Chất liệu polymer dùng để chế tạo vải địa kỹ thuật đƣợc cấu tạo từ một trong
các dạng polymer tổng hợp sau: polyamide, polyester,polyethylene, polypropylene
và vật liệu tự nhiên.

Polyamide: Polyamide đƣợc cấu tạo từ Nilon 6 hoặc Nilon 6.6. Tính chất của
vải địa kỹ thuật đƣợc cấu tạo từ polyamide phụ thuộc nhiều vào vai trò của phụ gia
trong quá trình chế tạo nhƣ: (i)tăng tính ổn định độ nhớt để điều khiển sự trùng lặp
của Polyamide trong quá trình sản xuất; (ii)kéo dài tuổi thọ của sợi Polyamidetrƣớc
tác động của nhiệt độ hay quá trình oxy hóa ngoài môi trƣờng; (iii) tạo màu cho vải
địa kỹ thuật, ví dụ nhƣ muội carbon làm gia tăng độ ổn định của sợi polyamide.
Polyester: Các chất phụ gia trong quá trình sản xuất polyester bao gồm: (i)
phụ gia hoạt tính dùng để làm tăng quá trình tạo thành sợi polyester; (ii) phụ gia cấu
tạo từ hợp chất của phosphat giúp ổn định nhiệt độ. Loại vải địa nàycó khả năng tự
sinh việc kháng UV Stabilized và chúng rất bền, có khả năng chịu lực cao hơn các
polymer khác trong quá trình thi công dƣới ảnh huơngr của anh sáng mặt trời,
ngƣợc lại chúng rất dễ suy giảm tính chịu lực trong môi trƣờng có độ PH.
Polyethylene:Có 2 loạipolyethylene chủ yếu đƣợc dùng để chế tạo nên vải
địa kỹ thuậtpolyethylene trọng lƣợng riêng thấp (920 – 930 kg/m
3
) và polyethylene
trọng lƣợng riêng cao (940 – 960 kg/m
3
). Đối với loại vải địa kỹ thuật sử dụng
từpolyethylene trọng lƣợng riêng thấp đƣợc chế tạo trong điều kiện áp suất cao (lên
tới 300 MN/m
2
) trong khipolyethylene trọng lƣợng riêng cao lại chỉ đƣợc chế tạo
5



trong điều kiện áp suất thấp (khoảng 4 MN/m
2
).Tính chất vật lý của polyethylene

chủ yếu đƣợc xác định bởi quá trình kết tinh của nó.Kết tinh có thể xảy ra tốt hơn
khi mức độ phân nhánh thấp hơn. Các nhánhriêng biệt cho sự khác biệt về tính chất
vật lý giữa các lớp khác nhau củapolyethylene. Phân nhánh polyethylene trọng
lƣợng caocó đặc tính cứng hơn và có một số kháng hóa chất tốt hơn so với các loại
trọng lƣợng thấp. Việc bổ sung các muội carbon (khoảng 2%) dẫn đếntrong một sự
cải tiến tối ƣu trong quá trình chế tạo.
Polypropylene: Việc sử dụng chất phụ gia trong qua trình chế tạo
polypropylenerất quan trọng. Chất phụ gia ngăn ngừa quá trình oxy hóa và ổn định
nhiệt của các sợi polypropylene trƣớc điều kiện của ngoại cảnh. Ngoài ra các chất
phụ gia làm tăng độ bền của các sợi polypropylene trong môi trƣờngcó nƣớc.
Vải địa kỹ thuật dệt đƣợc chế tạo từ các sợi tổng hợp hoặc các sợi tự nhiên
chế tạo theo công nghệ dệt. Sợi đƣợc sử dụng để sản xuất một vải địa kỹ thuật có
thểmonofilament hoặc đa filament hoặc một sự kết hợp của từng loại. Các sợi đƣợc
dệt theo chiều dọc và ngang đan vào với nhau. Tuy nhiên, hình thức có dạng nhƣ
những băngphimđã trở thành hình thức phổ biến nhất của các sợi đƣợc sử dụng
trong sản xuất vải địa kỹ thuật trong những năm gần đây.
Vải địa kỹ thuật không dệt cũng đƣợc chế tạo từ các sợi tổng hợp hoặc các
sợi tự nhiên. Về cấu trúc sắp xếp, vải không dệt đƣợc hình thành từ những sợi hoặc
sợi sắp xếp một cách ngẫu nhiên và liên kết với nhau thành một cấu trúc phẳng. Các
sợi ban đầu đƣợc sắp xếp thành một cáchriêng biệt, sau đó liên kết với nhau.Trong
quá trình ghép nhiệt những tấm vải địa kỹ thuật này đƣợc sản xuất bằng cách phun
các sợi polymer liên tục vào một đai di chuyển và sau đó đi qua con lăn nóng. Các
con lăn nén các lớp sợi tổng hợp ban đầu và làm tan chảy một phần của polymer,
dẫn đến liên kết bằng nhiệt của các sợi tổng hợp. Các sợi tổng hợp của vải không
dệt phân phối ngẫu nhiên trong một phạm vi rộng hơn của kích thƣớc của vải địa kỹ
thuật dệt.Tiếp theo đó, sang quá trình ghép cơ khí các tấm vải địa kỹ thuật đƣợc
hình thành bằng cách đƣa vào một máy đƣợc trang bịthiết kế đặc biệt. Trong khi các
sợi vảiđƣợcgiữ lại giữa các tấm, kimđục lỗ xuyên qua nó và tái định hƣớng các sợi
6

để liên kết cơ khí đạt đƣợc trong nhữngsợi riêng lẻ. Trong một số trƣờng hợp, các
kim cũng có thể rung động hoặc xoay để tăng tốc độsự rối. Quá trình này tạo vải
trong đó có một mật độ cao, số lƣợng lớn đáng kểvà dày. Cuối cùng là quá trình liên
kết hóa chất. Đây là phƣơng pháp phổ biến nhất để hình thành vải địa kỹ thuật
không dệt. Chúng đƣợc sản xuất bởiphun sợi polymer vào một băng tải di chuyển
và sau đó phun hoặc tẩm một lớp nhựa acrylic lên trên các sợi tổng hợp. Sau khi
chữa hoặc lăn, liên kết đƣợc hình thành mạnh mẽgiữa các sợi. Tạo ra các lỗ nhỏ
trênvải để liên kết trên vải đƣợc chắc chắn hơn bằng cách làm khô không khí trƣớc
khi đƣa sản phẩm ra khỏi quy trình chế tạo.
Kích thƣớc của vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào quy trình sản xuất của từng
đơn vị sản xuất, có thể sản xuất theo kích thƣớc tùy ý, tuy nhiên để dễ dàng vận
chuyển ngoài thực tế chiều dài thông thƣờng từ 50 đến 200 m, chiều rộng từ 5 đến
5,5 m. Chiều dầy của vải địa kỹ thuật có ý nghĩa lớn trong vai trò làm tầng lọc
ngƣợc, do tính nén đƣợc nên trong điều kiện áp suất bình thƣờng chiều dày của vải
địa kỹ thuật khoảng 0,2 đến 10 mm.
Đối với vải địa kỹ thuật không dệt, quan hệ ứng suất và biến dạng theo các
hƣớng là nhƣ nhau. Vậy nên vải không dệt có tính đẳng hƣớng. Đối với loại vải dệt
nếu dệt theo phƣơng ngang và dọc cùng một chất liệu vải thì ứng suất theo 2
phƣơng đó là nhƣ nhau nhƣng theo phƣơng chéo có sự thay đổi. Vậy nên vải dệt
không có tính đẳng hƣớng.
Tính chất cơ lý biến đổi của polymer theo thời gian gọi là tính đàn hồi dẻo.
Với lực kéo khổng đổi nhỏ hơn lực kéo đứt tiêu chuẩn thì biến dạng của sợi
polymer sẽ dài ra, khi tới một giới hạn xác định thì sợi polymer sẽ bị đứt; khoảng
thời gian từ khi biến dạng đến khi đứt gọi là độ bền của vật liệu. Độ bền phụ thuộc
nhiềuvào yếu tố cấu tạo của sợi polymer.
Tính thấm nƣớc của vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào các yếu tố: cấu tạo của
vải địa kỹ thuật, đất nền phía dƣới, lớp phủ phía trên, áp lực nƣớc, hiện tƣợng lấp
tắc, hiện tƣợng bịt dần. Khi dòng thấm vuông góc với mặt phẳng vải tính thấm nƣớc

thể hiện theo công thức:
7



ΔH = a.V
n
(1-1)
ΔH: Chênh lệch đầu nƣớc khi đi qua vải (m)
a: Hệ số kháng
V: Vận tốc thấm (m/s)
n: Dao động trong khoảng 1 – 2, nếu chảy tầng n = 1, chảy rối n = 2
Cấu tạo của vải địa kỹ thuật ảnh hƣởng tới tính thấm của vảiđịa kỹ thuật.
Giữa các sợi của vải có các khe rống. Nếu nhƣ các khe rỗng lớn sẽ làm tăng tính
thấm nƣớc qua vải và ngƣợc lại.
Đất nền có tính thấm riêng. Lƣu lƣợng thấm qua vải trƣớc tiên do tính thấm
của đất nền quy định.
Lớp phủ phía trên vải là các vật liệu rời, che phủ và bịt kín các lỗ trên vải
nên làm giảm tính thấm qua vải. Hơn nữa các vật liệu rời này cũng tác động xuống
vải 1 lực làm giảm độ dày của vải; đặc biệt với các loại vải đƣợc chế tạo theo
phƣơng pháp cán nóng các vật liệu rời phía trên làm giảm kích thƣớc các lỗ trên vải
và ảnh hƣởng tới tính thấm.
Lấp tắc là quá trình các hạt đất thâm nhập vào bên trong vải làm bịt lại các lỗ
trên vải và làm giảm tính thấm của vải. Lấp tắc xảy ra khi đƣờng kính của hạt đất
bằng đƣờng kính khe hở giữa 2 sợi dệt và có hiện tƣợng thấm theo 1 hƣớng. Khi
thay đổi chiều của dòng thấm thì hiện tƣợng lấp tắc sẽ giảm đi.
Bịt dần là hiện tƣợng các hạt cát, phù sa tích đọng lại trên, trong hoặc phía
dƣới của vải giảm tính thấm của vải.
Thành phần của nƣớc cũng ảnh hƣởng đến tính thấm của vải. Nếu nhƣ trong
nƣớc có nhiều sắtkhi gặp oxy sẽ kết lại tạo ra rỉ sắt và bịt lại các lỗ trên vải, qua đó

ảnh hƣởng đến tính thấm.
Một trong các tác dụng của vải địa kỹ thuật là giữ lại các hạt đất không cho
thấm xói nền. Nếu nhƣ các hạt đất nhỏ hơn kích thƣớc khe hở giữa các sợi vải thì
đất sẽ đƣợc giữ lại không gây xói cho nền và ngƣợc lại. Tính lọc cát của vải địa kỹ
thuật phụ thuộc vào áp lực nƣớc tác động lên công trình. Trong nhiều trƣờng hợp
các hạt đất nhỏ có kích thƣớc nhỏ hơn kích thƣớc khe hở giữa các sợi vải sẽ đƣợc
8



thoát ra ngoài, các hạt có kích thƣớc lớn đƣợc giữ lại và tạo ra tầng lọc ngƣợc rất có
lợi cho ổn định nền của công trình. Việc xác định khe hở và kích thƣớc các hạt đất
rất quan trọng nhằm đảm bảo không gây ra thấm xói cho công trình. Một số phƣơng
pháp thí nghiệm xác định quan hệ khe hở và đƣờng kính hạt đất.
Phƣơng pháp thí nghiệm theomô hình thí nghiệm thủy lựcDELFTđƣợc xác
định bằng thiết bị sàng tiêu chuẩn, trong đó vải địa kỹ thuật đƣợc dùng thay cho các
lƣới sàng. Sử dụng cát tự nhiên đã qua phân loại đƣa lên lƣới sàng và tiến hành sàng
trong 5 phút để xác định các đƣờng kính D
90
; D
60
;…
Phƣơng pháp thí nghiệm theo phƣơng pháp ASTM (American Society for
testing and meterial)khá giống với phƣơng pháp thí nghiệm của (DELFT). Nhƣng
điểm khác biệt theo phƣơng phápnày ở chỗ không dùng cát thiên nhiên đã qua phân
loại mà dùng thủy tinh tròn có đƣờng kính xác định, thời gian sàng và đặc tính của
thiết bị sàng cũng khác nhau. Phƣơng pháp ASTM sử dụng D
95
làm đƣờng kính
biểu kiến cho từng loại vải địa kỹ thuật.

1.1.2. Phân loại vải địa kỹ thuật
Vải ÐKT đuợc chia làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi: dệt, không dệt
và vải địa phức hợp:
Nhóm dệt gồm những sợi đuợc dệt ngang dọc giống nhƣ vải may, nhƣ vải
địa kỹ thuật loại dệt polypropylen. Biến dạng của nhóm này thuờng đuợc thí
nghiệm theo 2 huớng chính: huớng dọc máy, viết tắt MD (machine direction) và
hƣớng ngang máy, viết tắt CD (cross machine derection). Sức chịu kéo theo hƣớng
dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo huớng ngang máy. Vải dệt thông
thuờng đƣợc ứng dụng làm cốt gia cuờng cho các công tác xử lý nền đất khi có yêu
cầu. Đặc điểm của loại vải địa kỹ thuật dệt thƣờng chế tạo có cƣờng lực cao. Khii
làm việc, vải đƣợc trải lên trên mặt đất tạo lớp phân cách, các sợi vải đƣợc chia nhỏ
sức ép của đất đắp phía trên cũng nhƣ đối với khối lƣợng của công trình không làm
cho nền đất bị đào thành các hốc đất nhỏ và sự tác động qua lại giữa vải và lớp đất
xung quanh tạo ra sự ma sát lớn hạn chế sự di chuyển của đất.
9



Nhóm không dệt gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một
huớng nhất định nào, đuợc liên kết với nhau bằng phƣơng pháp hóa (dùng chất
dính), hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc co lại (dùng kim dùi).
Nhóm vải phức hợp là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt. Nhà sản
xuất may những bó sợi chịu lực (dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản
phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt.
1.1.3. Tính năng vải địa kỹ thuật
+ Chức năng phân cách: Lớp vải địa kỹ thuật dùng để ngăn cách giữa hai lớp
vật liệu có kích thƣớc hạt khác nhau, dƣới tác động của ứng suất nhất là những ứng
suất do các phƣơng tiện vận chuyển tác động lên làm cho vật liệu hạt giữ nguyên
vẹn các đặc tính cơ học của nó.Các phƣơng pháp thông thƣờng để ổn định hoá lớp
đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nƣớc là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù

vào lƣợng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công. Mức độ
tổn thất có thể hơn 100% đối với đất nền có CBR (Califomia Bearing Ratio–chỉ số
biểu thị sức chịu tải của đất và vật liệu dùng trong tính toán thiết kế kết cấu của áo
đƣờng theo phƣơng pháp của AASHTO) nhỏ hơn 0,5. Việc sử dụng loại vải địa kĩ
thuật thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đƣờng sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai loại
đất. Vải địa kĩ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng
kể chi phí xây dựng. Ngoài ra, vải địa kĩ thuật còn ngăn chặn không cho đất yếu
thâm nhập vào cốt liệu nền đƣờng nhằm bảo toàn các tính chất cơ lí của vật liệu đắp
và do đó nền đƣờng có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng
xe.
+ Chức năng gia cƣờng: Vải địa kỹ thuật có tính chịu kéo cao. Ngƣời ta lợi
dụng đặc tính này để truyền cho đất một cƣờng độ chịu kéo nào đó theo kiểu gia cố
cốt cho đất hoặc chứa đất vào các túi vải địa kỹ thuật.
+ Chức năng bảo vệ: Ngoài độ bền cơ học nhƣ bền kéo, chống đâm thủng
cao … Vải địa kỹ thuật còn có tính bền môi trƣờng (chịu nƣớc mặn) và khả năng
tiêu thoát nƣớc nhanh. Nên vải địa kỹ thuật đƣợc kết hợp với các vật liệu khác nhƣ
10



thảm đá, rọ đá, đá hộc, bê tông … để chế tạo lớp đệm chống xói cho đê, đập, bờ
biển, trụ cầu …
+ Chức năng lọc: Lớp vải địa kỹ thuật đóng vai trò là lớp lọc đƣợc đặt giữa
hai lớp vật liệu có độ thấm nƣớc và cỡ hạt khác nhau, chức năng của lớp lọc là tránh
sự xói mòn từ phía vật liệu có cỡ hạt mịn hơn vào lớp vật liệu thô.
+ Chức năng tiêu thoát nƣớc: Khả năng thấm theo phƣơng vuông góc với
mặt phẳng vải địa kỹ thuật không dệtđể chế tạo mƣơng tiêu thoát nƣớc ngầm. Dòng
thấm trong đất sẽ tập trung đến rãnh tiêu có bố trí lớp vải lọc và dẫn đến khu tập
trung nƣớc bằng đƣờng ống tiêu.
11

Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của một số loại vải không dệt TS
Tính chất
Tiêu
chuẩn
thử
nghiệm
Đơn
vị
TS10
TS20
TS30
TS40
TS50
TS60
TS65
TS70
TS80
Tính chất vật lý
Vải không dệt xuyên kim, sợi dài liên tục
Cƣờng độ
chịu kéo
ISO
10319

Giữ đƣợc hơn 70% cƣờng độ sau khi phơi 3 tháng ngoài trời
Cƣờng độ
chọc thủng

ISO
10319

Giữ đƣợc hơn 70% cƣờng độ sau khi phơi 3 tháng ngoài trời
Thí nghiệm theo tiêu chuẩn ISO
Cƣờng độ
chịu kéo
ISO
10319
kN/m
8
10
12
14
15
19
22
24
28
Độ dài kéo
đứt
ISO
10319
%
75/35
75/35
75/35
75/35
75/35
75/35

80/35
80/40
80/40
Cƣờng độ
chọc thủng
CBR
ISO
12236
N
1175
1500
1750
2100
2350
2900
3300
3850
4250
Kích thƣớc
lỗ hiệu
dụng D
90

ISO
12956
mm
0.13
0.12
0.10
0.10

0.10
0.09
0.09
0.09
0.08
Hệ số thấm
đứng
ISO
11058
m/s
3.10
-3

3.10
-3

3.10
-3

3.10
-3

3.10
-3

3.10
-3

3.10
-3

3.10
-3

3.10
-3

12



Thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM
Cƣờng độ
kéo giật
ASTM
D4632

475/420
560/510
690/600
825/720
920/810
1150/1025
1300/1200
1500/1400
1770/1650
Kích thƣớc
lỗ hiệu
dụng D
90

ASTM
D4751
mm
0.31
0.26
0.25
0.24
0.21
0.19
0.18
0.18
0.15
Hệ số thấm
đơn vị
ASTM
D4491
s
-1

3.5
3.0
2.7
2.5
2.0
2.0
1.7
1.7
1.7
Nguồn tài liệu:

Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật loại vải dệt GET
Chỉ tiêu
Phƣơng
pháp thử
Đơn vị
GET100
GET150
GET200
GET250
GET300
GET100.100
GET200.200
Trọng lƣợng đơn
vị
ASTM
D5261
g/m2
270
360
450
540
630
360
710
Cƣờng độ kéo
đứt
ASTM
D4595
kN/m
100

150
200
250
300
100
200
Độ giãn dài khi
đứt
ASTM
D4595
%
<15
Kích thƣớc lỗ
D
95

ASTM
D4595
mm
0.07 – 1.5
Lƣu lƣợng thấm
ASTM
D4751
Cm/s
K
x
(10
-2
– 10
-5

), K =1.0 – 9.9
Hệ số thấm đơn
vị
ASTM
D4591
s
-1

0.01 ~ 0.1
Nguồn tài liệu:
13



1.2. Vấn đề sử dụng vải địa kỹ thuật cho gia cố nền đất yếu
Khái niệmđất yếu đƣợc hiểu là đất có độẩm cao, sức kháng cắt thấp, mực
nƣớc ngầm tƣơng đối sát mặt đất, hàm lƣợng hữu cơ cao. Nền đất yếu là nền đất
không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều. Giá trị lún thứ cấp
chiếm 10 – 15% độ lún ban đầu; độẩm: 30% đối vớiđất cát pha; 50% đối vớiđất sét;
100% đối vớiđất hữu cơ, chỉ số xuyên tiêu chuẩn từ 0 đến 5, sức kháng cắt không
thoát nƣớc khoảng 20 – 40 Kpa, áp lực nén 1 trục có nở hông khoảng 40 - 50 Kpa,
sức chịu tải bé (0,5 - 1kg/cm2),đất có tính nén lún lớn (a>0,1 cm2/kg),hệ số rỗng e
lớn (e > 1,0),độ sệt lớn (B>1), Môđun biến dạng bé (E<50kg/cm2); Khả năng chống
cắt (C) bé, khả năng thấm nƣớc bé, độ bão hòa nƣớc G>0,8, dung trọng bé.Ngoài ra
đất yếu có thể xuất hiện tùy thuộc vào quy mô và kích thƣớc công trình xây trên nền
đất. Nếu nhƣ kích thƣớc công trình nhỏ xây dựng trên khu đất ít gây tác động lớn
tới nền đất thì chƣa thể là đất yếu, tuy nhiên nếu tăng quy mô và kích thƣớc công
trình lớn hơn trên nền đất đó thì nền đất đó lại trở thành đất yếu; đối với chỉ tiêu này
hiện nay chƣa cóđƣợc con số cụ thể nào nói về tƣơng quan giữa kích thƣớc công
trình và nền đất để sinh ra đất yếu.

Sử dụng vải địa kỹ thuật để gia cố nền đất yếunhằm mục đích làm tăng sức
chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu nhƣ: Giảm hệ
số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cƣờng
độ chống cắt của đất
Với những ứng dụng mà vải địa có những chức năng chính là phân cách, tiểu
biểu nhƣ các loại đƣờng có và không có tầng mặt cấp cao. Với các đê đập cao khi
mà các chức năng chính là gia cƣờng và phân cách thì vải địa cần phải có cƣờng độ
chịu kéo đủ cao. Thêm nữa, vải phải chịu đƣợc ứng suất thi công đồng thời phải bảo
đảm tính chất tiêu thoát và lọc ngƣợc tốt. Các tiêu chuẩn chính cho việc lựa chọn
vải là:
- Tác dụng là tầng lọc ngƣợc. Vải địa cần phải có kích thƣớc lỗ hổng đủ nhỏ
để ngăn chặn không cho các loại hạt đất cần bảo vệ đi qua, đồng thời kính thƣớc lỗ
14



hổng cũng phải đủ lớn để có đủ khả năng thấm nƣớc bảo đảm cho áp lực nƣớc kẽ
rỗng đƣợc tiêu tán nhanh.
- Vải có khả năng chống hƣ hỏng trong thi công và lắp đặt.
- Để có khả năng phân cách hiệu quả, vải địa kĩ thuật phải đảm bảo không bị
chọc thủng trong quá trình thi công nhƣ bị thủng bởi các vật liệu sắc cạnh nhƣ sỏi,
đá và vật cứng xuyên thủng, hoặc lớp đất đắp không đủ dày trong khi đổ đất. Với
trƣờng hợp sau, chiều dày thiết kế tối thiểu của lớp đắp cần phải đƣợc duy trì trong
suốt quá trình thi công. Để ngăn ngừa vải bị chọc thủng trong thi công, ngƣời ta
thƣờng tính toán các thông số sau để xác định tính kháng chọc thủng sau:
Chiều dày lớp đất đắp đầu tiên trên mặt vải, phụ thuộc vào giá trị CBR của
đất nền bên dƣới lớp vải địa.
Sự hiện hữu của vật cứng, sỏi, đá trong đất đắp đặc biệt là đối với đất lẫn sạn
sỏi.
Loại thiết bị thi công, tải trọng và diện tích tiếp xúc của bánh xe và từ đó gây

ra áp lực tác dụng tạo cao trình mặt lớp vải.
Lực kháng xuyên thủng của vải địa có thể xác định dựa theo điều kiện cân bằng lực:
F
vert
=π.d
h
.h
h
.P (1-2)
Trong đó:
d
h
: đƣờng kính trong bình của lỗ thủng.
h
h
: độ lún xuyên thủng lấy bằng d
h
.
P : áp lực do tải trong bánh xe tác dụng ở cao trình lớp vải.
Hoặc có thể xác định lực kháng xuyên thủng theo phƣơng pháp AASHTO:
Phương pháp thi công

Vải địa kĩ thuật thƣờng đƣợc thi công theo các trình tự sau:
- Chuẩn bị nền đƣờng: phát quang những cây cối, bụi rậm, dãy cỏ trong
phạm vi thi công. Gốc cây đào sâu 0.6m dƣới mặt đất. Nền đƣờng cần có độ dốc để
thoát nƣớc khi mƣa.
- Trải vải địa kĩ thuật trên nền đƣờng, lớp vải nọ nối tiếp lớp vải kia theo một
khoảng phủ bì tùy thuộc vào sức chịu tải của đất (CBR)
15

Bảng 1.3. Chỉ dẫn chọn khoảng cách giữa 2 lớp vải theo chỉ số CBR
CBR
Vải không khâu
Vải khâu
< 1
120cm
22cm
1 - 2
91cm
15cm
2 - 3
76cm
8cm
>3
60cm
8cm
Từ các thông số về cƣờng độ CBR của nền, áp lực tác dụng của bánh xe và
chiều dày lớp đất đắp sau khi đầm nén sẽ xác định đƣợc yêu cầu về độ bền của vải
thuộc loại cao (H) hay trung bình (M). Từ mức độ yêu cầu về độ bền (H hoặc M),
ngƣời ta có thể chọn cƣờng độ kháng chọc thủng yêu cầu.
Trên thực tế, vải địa kỹ thuật đã đƣợc áp dụng rất nhiều trong lĩnh vực thủy
lợi, giao thông và xây dựng nói chung. Trong lĩnh vực thi công xây dựng đê chắn
sóng, vải địa kỹ thuật cũng thƣờng đƣợc lựa chọn dùng để gia cố ổn định nền của
công trình. Công trình đê chắn sóng tại thành phố Ostend, vƣơng quốc Bỉ là một ví
dụ. Tại cảng Ostend, chính quyền địa phƣơng đã tiến hành xây dựng 2 tuyến đê dài
lần lƣợt là 700m và 800m để tạo ổn định khu nƣớc trong bể cảng, giảm sóng để có
thể đón đƣợc những con tàu có trọng tải lớn hơn ra vào cảng. Mực nƣớc thiết kế cao
trình +6,7 m, chiều cao sóng thiết kế tại khu vực H

s
=4,8 m với chu kỳ T
p
= 10,6 s.
Đê đƣợc thiết kế với cao trình +8,0 m.Kết quả khảo sát địa chất tại vị trí xây dựng
của 2 tuyến đê đƣa ra kết luận xuất hiện một lớp cát chặt có độ dày lớn xen kẹp một
lớp sét pha. Nguồn gốc của lớp địa chất yếu này có thể xuất phát từ nguyên nhân
của công trình nạo vét cơ bản thực hiện 25 năm trƣớc cho luồng tàu kết hợp lấy vật
liệu san lấp tạo bãi. Công trình nạo vét này đƣợc thực hiện bằng tàu hút thủy lực do
đó tạo ra các lỗ rỗng lớn dƣới đáy biển. Do kết quả của vận tải bùn cát, các lỗ hổng
này đƣợc điền đầy bởi bùn cát đáy trong nhiều năm tiếp theo. Điều này tạo ra một
lớp đất không đồng nhất có đặc điểm cơ lý rất yếu dày từ 8 đến 10m tại vị trí đê
chắn sóng phía Tây Bắc. Để đảm bảo ổn định trƣợt và lún của công trình, nhiều
biện pháp đã đƣợc áp dụng nhƣ bệ phản áp, cọc cát, vải địa kỹ thuật,
16



Trong đó vải địa kỹ thuậtđƣợc thiết kế là loại vải siêu cƣờng có cƣờng độ
kháng cắt rất lớn. Qua thử nghiệm và phân tích tính toán, loại vải đƣợc chọn là loại
vải Stabilenka 1600/250, đây là loại vải dệtvới cƣờng độ chịu kéo theo phƣơng
vuông góc với trục đê chắn sóng đạt 1600kN/m và 250kN/m theo phƣơng dọc trục.


Hình 1.1 Địa hình khu vực cảng Ostend


Hình 1.2. Kết quả xuyên côn CPTs tại vị trí đê chắn
sóng phía Đông