NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NEOWEB TRONG GIA CỐ TALUY NỀN ĐƯỜNG, luận văn tốt nghiệp cao học

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô giáo hướng dẫn, PGS. TS
Trần Thị Kim Đăng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi trong quá trình làm luận văn vừa qua.
Tôi xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Đường bộ và Công
ty Cổ phần JIVC đã cung cấp cho tôi những tài liệu chuyên sâu để hoàn thiện
luận văn.
Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi
trong khóa học này.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ SẠT LỞ MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG VÀ TỔNG
QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN
ĐƯỜNG ............................................................................................................ 3
1.1

Vấn đề sạt lở mái dốc taluy nền đường tại Việt Nam. .......................... 3

1.2

Các giải pháp xử lý ổn định bề mặt mái ta luy nền đường. .................. 3

1.2.1

Sửa mặt mái taluy. ................................................................................. 4

1.2.2

Thoát nước cho taluy. ............................................................................ 6

1.2.3

Giữ cho taluy khỏi bị phong hóa. ........................................................... 7

1.2.4

Làm chắc đất đá. .................................................................................... 8

1.2.5

Các công trình chống trượt. ................................................................... 8

1.2.6 Các biện pháp đặc biệt. .......................................................................... 10
1.3

Các phương pháp tính toán ổn định chống sụt trượt mái dốc taluy

nền đường. ...................................................................................................... 10
1.3.1

Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt thẳng. ..................... 11

1.3.2

Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt trụ tròn. .................. 22

1.3.3

Tính toán ổn định trong bài toán không gian. ....................................... 36

1.3.4 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng. .......................... 37
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NEOWEB VÀ CÁC ỨNG DỤNG
TRONG XÂY DỰNG .................................................................................... 39
2.1 Bản chất vật liệu và lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb. ................. 39
2.1.1 Bản chất của vật liệu ............................................................................... 39
2.1.2
2.2

Lịch sử phát triển của vật liệu Neoweb. ............................................... 42
Cấu tạo và phân loại vật liệu. ............................................................... 42

2.2.1 Cấu tạo Neoweb ...................................................................................... 42
2.2.2 Phân loại ký hiệu kích thước ................................................................... 43
2.3 Các ứng dụng của vật liệu Neoweb trong xây dựng. .............................. 45
2.4 Các dự án ứng dụng của vật liệu Neoweb đã tiến hành ở Việt Nam. .... 46


2.4.1 Dự án tường chắn Neowed -TP Đà lạt, Lâm đồng. .................................. 46
2.4.2 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Đà Nẵng. ............................................... 47
2.4.3 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Mê Linh, Hà Nội.................................... 49
2.4.4 Dự án gia cố mái kênh tưới - Phú Thọ. . .................................................. 51
2.4.5 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- TP Đà Lạt, Lâm đồng. ... 52
2.4.6 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- Tapao, Bình Thuận. ....... 54
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NEOWEB TRONG GIA CỐ TA
LUY NỀN ĐƯỜNG ....................................................................................... 58
3.1 Phương pháp tính toán thiết kế. .............................................................. 58
3.1.1 Thiết kế cấu tạo chung. ........................................................................... 58
3.1.2 Lựa chọn vật liệu..................................................................................... 58

3.1.3 Tính toán thiết kế. ................................................................................... 59
3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật và các yêu cầu kỹ thuật thi công. .......................... 65
3.2.1 Các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với vật liệu Neoweb ..................................... 65
3.2.2 Vật liệu khác. .......................................................................................... 67
3.2.3 Các thiết kế định hình ............................................................................. 67
3.2.4 Thi công, kiểm tra và nghiệm thu công trình ........................................... 72
3.3 Tính toán áp dụng Neoweb xử lý ổn định mái taluy trên một đoạn tuyến
cụ thể............................................................................................................... 77
3.3.1 Giới thiệu về công trình........................................................................... 77
3.3.2 Chọn địa điểm xử lý: ............................................................................... 78
3.3.3 Kiểm toán ổn định của mái dốc. .............................................................. 78
3.3.4 Tính toán thiết kế Neoweb bảo vệ mái taluy............................................ 80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 89


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 .......................................................................................................... 44
Bàng 3-1: Thuộc tính cơ lý - độ cứng và cường độ .......................................... 65
Bảng 3-2: Độ ổn định hình dạng kích thước ..................................................... 66
Bảng 3-3: Đặc trưng làm việc ở nhiệt độ cao ................................................... 66
Bảng 3-4: Độ bền Oxi hoá và quang hoá .......................................................... 66
Bảng 3-5 Chọn số lượng ghim ......................................................................... 73
Bảng 3-6 Khoảng cách giữa các cọc neo .......................................................... 74
Bảng 3-7 Bảng tính hệ số ổn định của mái taluy .............................................. 79
Bảng 3-8 Lựa chọn ô ngăn Neoweb ................................................................. 80
Bảng 3-9 Bảng thống kê vật liệu chèn lấp và mái taluy .................................... 81

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Làm thoải taluy – Bóc bỏ lớp đất đá trên đỉnh taluy ............................ 4
Hình 1-2 Làm ta luy có nhiều bậc nhỏ. .............................................................. 5
Hình 1-3 Đắp bệ phản áp phía chân ta luy. ......................................................... 5
Hình 1-4 Ta luy đá dùng lưới thép phủ bê tông xi măng ở ngoài. ...................... 7
Hình 1-5 Ứng dụng Mantay ray trong tường chắn có cốt. ................................. 8
Hình 1- 6 Tường chắn xếp rọ đá......................................................................... 9
Hình 1-7 Tính toán ổn định theo R.N.Morgenstern. ......................................... 12
Hình 1- 8 Tính toán ổn định theo C.Culmann. ................................................. 14
Hình 1- 9 Tính toán ổn định theo Z.Sobotka. ................................................... 15
Hình 1-10 Phương pháp phân mảnh đơn giản .................................................. 19
Hình 1-11 Phương pháp đa giác lực của G.M.Sakhunhjanxh. .......................... 20
Hình 1-12 Phương pháp tải trong thừa. ............................................................ 21
Hình 1-13 Ta luy có nhiều mặt trượt. ............................................................... 22
Hình 1-14 Tính toán ổn định ta luy đất đồng nhất (   0 ). ............................... 23
Hình 1-15 Xác định tâm cung trượt nguy hiểm nhất (   0 ). ............................ 24
Hình 1-16 Tính toán ổn định kể đến ảnh hưởng của khe nứt. ........................... 25
Hình 1-17 Tính toán ổn định cho ta luy đất đồng nhất (điều kiện   0 ) có kể
đến động đất. ................................................................................................... 26
Hình 1-18 Xác định tâm trượt nguy hiểm nhất trong ta luy đất đồng nhất có
  0 . ............................................................................................................... 27

Hình 1-19 Xác định vùng tâm cung trượt nguy hiểm nhất. ............................... 28
Hình 1-20 Tính toán ổn định bằng phương pháp phân mảnh thông thường. ..... 29
Hình 1-21 ......................................................................................................... 31
Hình 1-22 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi   0 ............................................. 32
Hình 1-23 Biểu đồ ổn định của Taylor, khi   0 . ............................................ 33
Hình 2-1 Vật liệu chèn lấp neoweb. ................................................................. 39

Hình 2-2 Cấu tạo ô ngăn hình mạng Neoweb ................................................... 43
Hình 2-3 Phân loại Neoweb theo màu sắc ........................................................ 44
Hình 2-4 Các ứng dụng tiêu biểu của ô ngăn hình mạng Neoweb. ................... 46
Hình 2-5 Dự án tường chắn Neowed -TP Đà lạt, Lâm đồng. ............................ 47
Hình 2-6 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Đà Nẵng .......................................... 49
Hình 2-7 Dự án gia cố mái dốc Neoweb- Mê Linh, Hà Nội ............................. 50
Hình 2-8 Dự án gia cố mái kênh tưới - Phú Thọ............................................... 52
Hình 2-9 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- TP Đà Lạt, Lâm đồng
......................................................................................................................... 53
Hình 2-10 Dự án tường chắn và bảo vệ mái dốc Neoweb- Tapao, Bình Thuận. 56
Hình 2-11 Một số tồn tại trong sạt lở bề mặt ta luy. [5]. ................................... 57
Hình 2-12 Gia cố mái dốc “XANH”. [5] .......................................................... 57
Hình 3-1 Kết cấu Neoweb bảo vệ mái dốc. ...................................................... 58
Hình 3-2 Mô hình tính toán kết cấu Neoweb bảo vệ mái dốc ........................... 60
Hình 3-3 Tính toán mái dốc gia cố đỉnh ........................................................... 62
Hình 3-4 bảo vệ mái dốc với hệ thống neo ....................................................... 63
Hình 3-5 Mô hình kiểm toán ổn định vật liệu chèn lấp ..................................... 64
Hình 3-6 Các bước thi công ............................................................................. 76
Hình 3.7 Sơ đồ tính hệ số ổn định theo W.Fellenius......................................... 79


1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện tượng sạt lở, sụt trượt trên mái ta luy của nền đường ô tô xảy ra khá
phổ biến trên các tuyến đường ô tô, đặc biệt trong vùng địa hình miền núi, như
ở miền Bắc Việt Nam. Sạt nở mái ta luy nền đường không chỉ làm suy giảm
chất lượng khai thác của tuyến đường, gây ách tắc các tuyến đường, mà trong

nhiều trường hợp là các rủi ro dẫn đến tai nạn giao thông. Sụt trượt mái ta luy
nền đường là hiện tượng hư hỏng nghiêm trọng, phạm vi ảnh hưởng lớn hơn đối
với tuyến đường, thậm chí có thể dẫn đến việc phá hủy một đoạn tuyến.
Sạt trượt trên mái ta luy nền đường đắp làm cho nền đường kém ổn định,
gây nên các vết rạn nứt cho nền đường, làm cho nền đường bị biến dạng là
nguyên nhân giảm năng lực thông hành. Biến dạng của nền- mặt đường gây cảm
giác khó chịu cho người tham gia giao thông, hư tổn xe cộ, phá hỏng hàng hóa.
Ngoài ra, biến dạng nền- mặt đường làm phát sinh tải trọng xung kích, trùng
phục phụ thêm tác dụng lên mặt đường, gây tốn kém về kinh phí cho công tác
duy tu bảo dưỡng và gây mất an toàn giao thông.
Đã có nhiều giải pháp truyền thống được sử dụng để gia cố bề mặt giảm
xói, sạt nở ta luy nền đường, từ đơn giản nhất là trồng cỏ đến gia cố bằng lát đá,
xây đá, đổ bê tông,… Hiện nay, giải pháp kết hợp kỹ thuật với biện pháp sinh
học để đồng thời gia cố cơ học bề mặt ta luy, phối hợp với giữ đất bề mặt bằng
trồng cỏ, cây bụi.
2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài: "Nghiên cứu về ứng dụng của vật liệu Neoweb trong gia cố taluy
nền đường" đã tập trung nghiên cứu giải pháp kỹ thuật Neoweb, là hệ thống gia
cố vải địa kỹ thuật được thiết kế theo dạng ô sợi để gia cố chống xói bề mặt mái
ta luy nền đường.


2
3. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài luận văn là nghiên cứu, thu thập số liệu của
nghiên cứu về ứng dụng của vật liệu Neoweb trong gia cố taluy nền đường.
4. Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận văn sử dụng nhiều phương
pháp nghiên cứu khác nhau như : điều tra, khảo sát số liệu, phân tích - tổng hợp,
phương pháp chuyên gia.

5. Kết cấu của luận văn.
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo luận văn kết
cấu gồm 3 chương:
Chương 1: Vấn đề sạt lở mái taluy nền đường và tổng quan về các giải pháp xử
lý ổn định mái dốc ta luy nền đường
Chương 2: Giới thiệu vật liệu neoweb và các ứng dụng trong xây dựng
Chương 3: Ứng dụng vật liệu neoweb trong gia cố ta luy nền đường


3
CHƯƠNG 1:
VẤN ĐỀ SẠT LỞ MÁI TALUY NỀN ĐƯỜNG VÀ TỔNG QUAN VỀ
CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG

1.1 Vấn đề sạt lở mái dốc taluy nền đường tại Việt Nam.
Các chuyển dịch bờ dốc, ít nhiều ảnh hưởng tới sản xuất, sinh hoạt của con
người và nhiều khi do các chuyển dịch xảy ra mãnh liệt, gây tác hại lớn cho nền
kinh tế quốc dân; phá hủy đất trồng, rừng cây, đồi cỏ; tàn phá nhà cửa, xưởng
máy, các công trình giao thông công cộng…và nhiều khi còn cướp đi mạng
sống của nhiều người.
Ở nước ta, sạt lở taluy đường giao thông đang là vấn đề thời sự cấp bách,
có sức ảnh hưởng lớn đến nền kinh tế quốc dân bởi tầm quan trọng của các
tuyến đường giao thông, cũng như chi phí tu sửa hàng năm sau mỗi vụ sạt
lở…Trên các tuyến Quốc lộ 3, Quốc lộ 6, đường Hồ Chí Minh, Quốc lộ 12,
Quốc lộ 4D, Quốc lộ 279…hàng năm xảy ra rất nhiều vụ sạt lở trên nhiều đoạn
đường. Đặc biệt là các tuyến đường đi lên vùng núi phía Bắc thường có độ dốc
lớn, nền địa chất phức tạp, hệ thống thuỷ văn lớn và không ổn định, như Quốc
lộ 6 và Quốc lộ 3. Hai tác nhân chính gây ra các vụ sạt lở trên các tuyến đường
miền núi chính là do tác động mạnh mẽ của dòng chảy mặt, của mưa lớn và kết
cấu thiếu vững chắc của nền đất đá. [12]. Vì vậy giải pháp để giảm thiểu nguy

cơ sạt lở là cần giảm tác động của dòng chảy mặt, giảm động năng của hạt mưa,
đồng thời cải tạo và gắn kết các hạt đất hai bên ta luy của tuyến đường.
Trước thực trạng đó đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu đưa ra những
biện pháp phù hợp, hiệu quả để giảm thiểu thiệt hại do sạt lở gây ra.
1.2 Các giải pháp xử lý ổn định bề mặt mái ta luy nền đường.
Hiện nay để đề phòng và chống trượt mái taluy có thể dùng nhiều biện
pháp khác nhau và người ta thường phân chúng thành từng nhóm như các cách
phân loại của K.Terzaghi (1948), X.K.Abramov (1951), E.P.Iemelianova
(1968); I.Taniguchi (1972); T.Mahr (1973)…


4
Theo nguyên tắc thực hiện và nguyên lý tác dụng thì các phương pháp
chống trượt mái taluy có thể chia làm 6 nhóm: sửa mặt bờ dốc; thoát nước bờ
dốc; giữ bờ dốc không bị phong hóa, làm chắc đất đá, làm các công trình chống
trượt, các biện pháp đặc biệt. Trong mỗi nhón lại có nhiều biện pháp cụ thể khác
nhau, ở đây chỉ trình bày những biện pháp thường dùng và có hiệu quả nhất. [1]
1.2.1 Sửa mặt mái taluy.
Sửa mặt mái taluy tức là làm thay đổi hình dáng bên ngoài của taluy để
mái taluy được ổn định. Việc làm này thường làm theo nguyên tắc làm giảm nhẹ
trên đỉnh taluy và làm nặng thêm trọng lượng ở phần chân taluy. [1]. Muốn vậy
người ta có thể dùng một số biện pháp sau:
- Làm thoải taluy (hình 1-1a).
- Bóc bỏ lớp đất đá trên đỉnh taluy (hình 1-1b).
- Làm taluy có nhiều bậc nhỏ (hình 1-2).
- Đắp bệ phản áp phía chân taluy (hình 1-3).

(a)

b)

Hình 1-1 Làm thoải taluy – Bóc bỏ lớp đất đá trên đỉnh taluy


5

Hình 1-2 Làm ta luy có nhiều bậc nhỏ.

Hình 1-3 Đắp bệ phản áp phía chân ta luy.
Những biện pháp này tuy đơn giản nhưng đem lại hiệu quả rõ ràng.
V.Mencl đã tính chỉ cần giảm một thể tích khối lượng đi 4% ở phần trên taluy
làm hệ số ổn định bờ dốc tăng thêm 10%: Việc thực hiện các biện pháp này có
thể tiến hành bằng các phương tiện thủ công hay cơ giới. Với taluy đá có thể
dùng phương pháp nổ mìn tạo biên như người ta đã làm ở nhà máy sửa chữa tàu
biển Phà Rừng hay nhà máy thủy điện Hòa Bình…


6
1.2.2 Thoát nước cho taluy.
Nước mặt và nước ngầm ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định của mái dốc
taluy. Để giữ cho taluy ổn định, phải làm sao để cho nước không thấm vào khu
vực taluy hoặc phải hướng nước ngầm chảy ra xa taluy. [1]
- Thoát nước mặt.
Để ngăn chặn nước thấm vào taluy, phải nhanh chóng dẫn nước mưa hay nước
mặt từ vùng cao hơn chảy xuống ra khỏi taluy. Muốn vậy có thể thực hiện một
số biện pháp sau:
+ Làm mương, rãnh thoát nước.
+ Lấp chặt các khe nứt, lỗ rỗng để ngăn nước vào.
+ Che phủ các khe nứt bằng màng chất dẻo.
+ Tạo màng chống thấm phủ lên mái taluy để chống nước thấm vào taluy.

- Thoát nước ngầm.
Việc thoát nước ngầm chỉ có hiệu quả khi nắm vững được điều kiện địa chất
thủy văn và cấu trúc địa chất khu vực mái taluy.
Để thoát nước ngầm có thể dùng một số biện pháp sau:
+ Khoan các giếng khoan tập trung nước, sau dùng bơm hút nước đi.
+ Dùng các lỗ khoan nghiêng là biện pháp có hiệu quả và hay được dùng
nhất. Tuy mới bắt đầu áp dụng từ năm 1939 ở Mỹ, nhưng sau đó đã được nhanh
chóng áp dụng tại rất nhiều nước và tỷ lệ sử dụng tới 90% các trường hợp chống
trượt.
Khoan lỗ khoan nghiêng với độ nghiêng khoảng 3 – 20% so với phương
nằm ngang, đặt trong đó các ống lọc đường kính từ 50 – 170mm, sẽ làm giảm
được mực nước ngầm rất nhiều. Tuy nhiên hiệu quả của phương pháp này cũng
phụ thuộc vào nhiều hệ số thấm của đất đá. Khi hệ số thấm k > 1m/ngày đêm,
hiệu quả thoát nước mới thể hiện rõ ràng.
+ Kết hợp giữa lỗ khoan nghiêng với giếng thu nước có thể rút ngắn được
chiều dài các lỗ khoan nghiêng. Từ giếng thu nước, nước được hút lên hay lại
được chảy theo các lỗ khoan nghiêng khác.


7
1.2.3 Giữ cho taluy khỏi bị phong hóa.
Biện pháp này nhằm giữ cho các đặc trưng cơ học của đất đá trên mặt taluy
không bị giảm đi do đất đá không bị phong hóa dần dần dưới tác động của các
tác nhân phong hóa. [1]
Với ta luy đất có thể dùng các lớp phủ thực vật.
Với ta luy đá có thể dùng lớp phủ bằng bi tum, xi măng hay đôi khi còn
dùng cả các lớp lưới thép nhỏ ở bên trong gắn chặt với đá bằng các bu lông
ngắn rồi phủ xi măng ở ngoài.

Hình 1-4 Ta luy đá dùng lưới thép phủ bê tông xi măng ở ngoài.

Biện pháp này đơn giản, dễ làm nhưng cần phải chú ý tới nước khe nứt bên
trong đất đá. Với lưu lượng lớn, chúng có thể làm cho mái taluy bị trượt cùng
với cả lớp phủ.


8
1.2.4 Làm chắc đất đá.
Nguyên tắc của biện pháp này là làm tăng sức chống trượt của đất đá, góp
phần làm tăng các lực bị dộng, do vậy làm mái taluy được ổn định thêm.
Để các khối lượng đất đá nhiều lỗ rỗng, nứt nẻ được ổn định, phải lấp kín
các lỗ rỗng, khe nứt bằng các vật liệu liên kết, tạo nên một sự liên kết nhân tạo
giữa các khối với nhau.
Tùy theo tính chất đất đá , mức độ lỗ rỗng và nứt nẻ, khối lượng đất đá cần
phải làm chắc mà người ta có thể dùng các hỗn hợp bi tum, silicat hay các hỗn
hợp xi măng, cát, sét để bơm vào lỗ khoan. Các hỗn hợp này được chọn với tỷ
lệ thích hợp, áp lực bơm thích hợp nhằm làm chắc đất đá, tạo màng chống thấm.
1.2.5 Các công trình chống trượt.
Trong nhóm này có rất nhiều biện pháp và chúng chiếm 40 – 50% tổng số
các trường hợp đã dùng để chống trượt mái taluy.
Cùng với việc xuất hiện những tiến bộ khoa học mới trong lĩnh vực cơ học
đất đá, nền móng, biện pháp kỹ thuật mới, có hiệu quả cao đã được áp dụng để
chống trượt mái taluy như các loại tường chắn, cọc hay neo…

Hình 1-5 Ứng dụng Mantay ray trong tường chắn có cốt.
Các loại tường chống và tường chắn được dùng để chống trượt nhờ trọng
lượng bản thân của chúng. Tường chống có thể là dạng cột hay dạng khối và


9
thường bằng bê tông cốt thép. Tường chắn có thể làm bằng gạch, đá, bê tông

thường, bê tông cốt thép hay bê tông đúc sẵn và phải được tính toán sao cho để
bản thân tường chắn cũng phải được ổn định, không bị lật, đất dưới tường
không bị lún, không bị phá hủy do tác dụng của ngoại lực…
Gần đây người ta còn làm tường chắn bằng cách xếp rọ đá, tường chắn kết
hợp với cọc khoan nhồi hay vải địa kỹ thuật.

Hình 1- 6 Tường chắn xếp rọ đá.
- Các loại cọc đường kính lớn bằng gỗ hay bê tông cốt thép được đóng sát
nhau tạo thành một lớp hàng rào bảo vệ, ngăn không cho đất đá bị trượt cũng
được sử dụng ở một số nơi, trên một quãng hẹp.
Các loại cọc ván bằng gỗ, bê tông cốt thép hay các loại ván bằng thép đã
định hình (kiểu Larsen..) cũng được đóng trong đất giữ cho đất đá được ổn định.
- Các loại neo ngày nay cũng rất hay được dùng để chống trượt. tùy theo kết
cấu mà có thể có loại neo thường hay neo ứng suuaats trước, neo tác dụng tạm
thời hay neo vĩnh cửu. lực căng neo sẽ làm taluy thêm ổn định. Dùng neo đem
lại hiệu quả kinh tế rất lớn do giảm được từ 30 – 90% công tác làm đất so với


10
biện pháp khác, khối lượng vật liệu công trình cũng giảm từ 40 – 85%. Việc thi
công neo cũng không đòi hỏi mặt bằng lớn.
1.2.6 Các biện pháp đặc biệt.
Khi chống trượt ở những vùng quá khó khăn, gây nhiêu tốn kém thì đôi
khi, để kinh tế hơn, người ta phải dùng các biện pháp đặc biệt như nắn lại tuyến
đường (để tránh xa vùng trượt) làm cầu vượt hay tunel (để vượt hay chui qua
vùng trượt).
Tuy nhiên việc áp dụng biện pháp cuối cùng này phải được tính toán kỹ
lưỡng về mọi phương diện kỹ thuật, kinh tế, mỹ quan…
Đối với tất cả các biện pháp đề phòng và chống trượt bờ dốc đã nêu trên,
tùy theo phạm vi sử dụng của từng biện pháp mà khi áp dụng, có thể đem lại

hiệu quả nhiều hay ít. Nhưng nguyên nhân gây ra trượt taluy thường không phải
chỉ do một yếu tố mà nhiều yếu tố đồng thời tác dụng. Vì vậy, hợp lý hơn, khi
chống trượt taluy phải đồng thời kết hợp nhiều biện pháp với nhau như dùng
neo kết hợp với tường chắn, neo kết hợp với các cọc bê tông , sửa mặt taluy kết
hợp với thoát nước bằng các lỗ khoan nghiêng và giếng thu nước và cọc thép
hay neo kết hợp với thát nước bằng các lỗ khoan nghiêng, làm chắc đất đá. [1]
Việc kết hợp các biện pháp chống trượt một cách hợp lý sẽ tăng hiệu quả
chống trượt taluy lên rất nhiều.
1.3 Các phương pháp tính toán ổn định chống sụt trượt mái dốc taluy nền
đường.
Để đánh giá ổn định mái taluy, phải tính được mức độ ổn định của nó.
Mức độ ổn định của một mái ta luy lại được xác định qua hệ số an toàn ổn
định hay thường gọi tắt là hệ số ổn định. Hệ số này thường được tính toán theo
tương quan giữa các lực (hay mômen lực) có xu hướng làm mái taluy không bị
chuyển dịch – cũng được gọi là các lực bị động như độ bền của đất đá , lực ma
sát tạo thành trên mặt trượt, các lực bổ sung khác có tác dụng giữ taluy không
dịch chuyển…và các lực (hay mô men lực) gây trượt có xu hướng làm dịch


11
chuyển mái taluy – cũng được gọi là các lực chủ động như trọng lực, áp lực
thủy động, các lực bổ sung khác làm tăng chuyển dịch của mái dốc taluy…
Để tính toán ổn định mái dốc taluy, từ hàng trăm năm nay, người ta có thể
dùng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng có thể phân làm hai nhóm chính:
nhóm thứ nhất đánh giá sự ổn định dựa trên sự phân tích ở trạng thái cân bằng
giới hạn các lực tác dụng lên mái dốc taluy theo một mặt trượt nào đó. Nhóm
thứ hai dựa trên sự phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng của khối trượt.
Thực tế hiện nay thường sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn để tính
toán ổn định mái dốc taluy. Trong phương pháp này, bài toán phẳng để tính
toán lại thường được sử dụng hơn cả. Tùy theop dạng của mặt trượt là thẳng, trụ

tròn hay các dạng bất kỳ khác mà người ta lại có các phương pháp tính khác
nhau.
1.3.1 Tính toán ổn định trong bài toán phẳng, mặt trượt thẳng.
1.3.1.1 Mái ta luy có một mặt trượt.
- Trường hợp mặt trượt song song với mặt nghiêng của mái taluy.
Giả sử có một bờ dốc đá phân lớp, mặt phân lớp song song với mặt
nghiêng của mái taluy (hình 1-7). Để tính toán ổn định có thể dùng phương
pháp tính của R.N.Morgenstern (1974). [1]
Xét một mảnh mái dốc taluy có chiều cao h, chiều rộng là b, chiều dài 1
đơn vị. Các lực tác dụng lên mảnh được thể hiện như hình vẽ.


12
b

X+dX


G

E+dE

h
z
E
X

T



l
N

Hình 1-7 Tính toán ổn định theo R.N.Morgenstern.
Khi đất đá bị chuyển dịch trên mặt trượt, vì là chuyển động tịnh tiến nên sẽ
không xảy ra những biến dạng bên trong. Do vậy, có thể bỏ qua những lực
tương tác theo phương thẳng đứng và nằm ngang, nghĩa là: dX = dE = 0.
+ Khi không kể đến lực tác dụng của dòng thấm theo hướng chuyển dịch
của taluy (từ phải sang trái), thì hệ số ổn định được tính theo công thức:
n

F
F

g

gt



Ntg  C lh cos 2 tg  cl tg
c



T
hl sin  cos
tg h sin  cos

Trong đó;
N là thành phần vuông góc với mặt trượt.
C là lực dính của một mảnh. C = cl.
T là lực gây trượt của mảnh.
 là trọng lượng thể tích của đất đắ trên mái dốc tyaluy.
l là chiều dài mặt trượt trong mảnh.
 là góc nghiêng của mặt trượt so với phương nằm ngang.
φ là góc nội ma sát của đất.
Chiều cao giới hạn của mái dốc taluy :

(1-1)


13
hc 

c
 cos  tg  tg 
2

(1-2)

+ Khi kể đến tác dụng ủa dòng nước thấm, việc tính toán ổn định phức tạp
hơn một chút vì khi tính toán, phải tính cả lực đẩy của nước. Do vậy :
n

N ' tg ' c' l
T

(1-3)

Trong đó N’= N – U
Với U là lực đẩy của nước :
U = ul

(1-4)

Trong đó: u là áp lực nước lỗ rỗng, được tính theo chiều cao z của cột
nước áp lực:
u   nz

(1-5)

Với n là trọng lượng thể tích của nước.
Hệ số oone định được tính theo công thức:
n

h cos

  z n tg 'c'
h sin  cos
2

(1-6)

Khi đất no nước, mức nước ngầm trùng với mặt đất , thì khi ấy trong công
thức trên, được tính theo nn(trọng lượng thể tích đất đá ở trạng thái no
nước) và z sẽ được thay bằng hcos2Do vậy, hệ số ổn định sẽ được tính
theo công thức:
n



nn



h cos 2    n h cos 2  tg ' c'  đn tg '
c'


 nn h sin  cos
 nn tg  nn h sin có

(1-7)

Trong đó:
đn là trọng lượng thể tích ở trạng thái đẩy nổi của đất đá.
- Trường hợp mặt trượt không song song với mặ nghiêng của mái dốc
taluy.
Khi mặt trượt có góc nghiêng nhỏ hơn góc nghiêng của mái dốc taluy thì
việc tính toán ổn định có thể theo phương pháp của C.Culmann (1866), dựa trên


14
giả thiết là sự dịch chuyển mái dốc ta luy xảy ra ứng suất cắt trên mặt trượt lớn
hơn sức chống cắt của đất đá tại đó và mặt trượt sẽ là mặt có tỷ số giữa sức
chống cắt của đất đá và ứng suất cắt gây chuyển dịch bờ dốc là nhỏ nhất. [1]
Giả sử một mái dốc taluy có chiều cao là h, góc nghiêng của mái taluy là
và mặt trượt hợp với phương nằm ngang 1 góc (hình 1-8)




T

h

C
N



G

Hình 1- 8 Tính toán ổn định theo C.Culmann.
Hệ số ổn định của mái taluy được tính theo công thức:
ch
2c
sin   tg 
G cos
tg h sin     sin 
sin 

G costg 
n

(1-8)

Chiều cao giới hạn của mái taluy ở trạng thái cân bằng giới hạn:
hC 

4c sin  cos
 1  cos   

(1-9)

Năm 1956, Z.Sobotka đã sử dụng chiều cao giới hạn của mái dốc trong
trường hợp mặt trượt trùng với mặt nghiêng mái dốc công thức (1-2) để tính ổn
định cho mái dốc có đá phân lớp.
Giả sử mái dốc đá phân lớp như trên hình (1-9): bờ dốc có mặt nghiêng AB
hợp với phương nằm ngang một góc β ; mặt hợp với phương nằm ngang một
góc α.


15
d
D

B

C


E

h

H

F

h*



G

A

Hình 1- 9 Tính toán ổn định theo Z.Sobotka.
Trong các đường thẳng song song với mặt trượt ở trong mái dốc, sẽ tìm
được một đoạn thẳng cách chân mái dốc một khoảng h* được tính từ công thức
( 1-2). Đường thẳng EC này sẽ chia khối trượt thành hai phần: Phần phía trên là
thiếu ổn định ( phần tam giác BEC), phầnphía dưới ( phần tam giác AEG) sẽ
thừa ổn định. Nếu cho rằng phần thừa và thiếu ổn định là bằng nhau, bù đắp cho
nhau thì khối đá trên mái dốc sẽ ổn định.
Mặt khác, về mặt diện tích thì ΔAEG = ΔAEF cho nên, về mặt hình học,
mái dốc sẽ ổn định khi: ΔDCF = ΔDAB.
Thay các giá trị của diện tích tam giác DCE và DAB sẽ được :
h  h*
h2
cot g  cot g
2
2

(1-10)

Biến đổi đẳng thức (1-10) sẽ tìm được chiều cao giới hạn của mái dốc
trong đá phân lớp:
hc  h *

cot g  cot g cot g
cot g  cot g

(1-11)

Điểm C trên mặt mái dốc ở trạng thái cân bằng giới hạn. Do độ bền kéo
của đá rất thấp nên đá sẽ bị nứt theo đường CH và như vậy, đoạn CB sẽ nằm
trong vùng không ổn định. Người ta cũng cho rằng đoạn này chính là khoảng


16
cách không an toàn trên mặt mái dốc. Gọi khoảng cách này là d. Nhìn trên hình
vẽ có thể tính:
d  DC  DB  h  h * cot g  h cot g
 hcot g  cot g   h * cot g

(1-12)

Thay giá trị của h từ công thức (1-11) vào công thức (1-12), sẽ được:
d  h * cot g cot g

(1-13)

Người ta cũng tính được góc nghiêng giới hạn của mái dốc đá phân lớp khi
biết được chiều cao và góc nghiêng của mặt phân lớp.
Thật vậy, phương trình (1-10) có thể suy ra:
2

 h  h*

cot g  
 cot g
 h 

(1-14)

Do vậy:

 h  h *  2

  arc cot g 
 cot g 
 h 


(1-15)

Tuy nhiên, cách tính của Z.Sobotka cũng chỉ là gần đúng vì các thông số
trên được tính trên cơ sở hình học chứ không phải dựa trên sự phân tích lực tác
dụng trên khối trượt. Mặc dù vậy, những kết quả này lại mang gái trị rất thực tế,
giúp cho người thiết kế có những số liệu sơ bộ về sự ổn định, sự an toàn của mái
dốc.
Thực ra, với các mái dốc đá phân lớp hay có một hệ thống khe nứt thì do
bề mặt phân lớp, mặt khe nứt không bằng phẳng, nên để tính sức chống trượt,
một số tác giả đã đề nghị nên làm chính xác hơn bằng cách kể đến bề mặt của
khe nứt, áp lực nén lên thành khe nứt.


17
F.D. Patton (1968) cho rằng trên mặt khe nứt, có những gờ xù xì làm tăng

góc nghiêng khi trượt.
  tg (  i )  c

(1-16)

Trong đó:
i – là góc nâng của khối đá khi trượt theo mặt khe nứt. Giá trị của i
phụ thuộc vào góc nâng ban đầu i0. Khi ứng suất pháp càng tăng, các gờ bị san
bằng nên góc nâng i se giảm dần và có thể biểu diễn:



i  i0 1 
 n





m

(1-17)

Trong đó:
σ là ứng suất pháp của đá trong khe nứt.
σn là độ bền nén của đá.
m là chỉ số đặc trưng cho tính giòn của đá. Với đá cứng m = 10.
Góc nâng i thường được tính là góc hợp giữa hướng dịch chuyển phần trên
của khối đá theo khe nứt và hướng đường phương của khe nứt. Khi trong khe
nứt không có chất lấp đầy, coi như c=0, nên công thức (1-16) sẽ có dạng:

10
 

 
  tg i0 1     
   n 


(1-18)

Và như vậy, quan hệ giữa   f   sẽ không phải biểu diễn bằng một
đường thẳng như theo lý thuyết Coulomb – Mohr nữa, mà nó có dạng một
đường cong.
Nhưng theo D.Krsmannovic thì đoạn cong cũng chỉ thể hiện ở phần đầu,
còn khí σ đạt khoảng 30 - 40% σn thì đường biểu diễn lại gần như thẳng.


18
P.D.Evdokimov và D.D.Xapegin đã dùng công thức trên để biểu thị cho độ
bền của đá ddiabass trên công trường nhà máy thủy điện Bratxkaja:

10


 
0
  tg  21,5 1    45 0 
 20 




(1-19)

Hay đá granit ở nhà máy thủy điện Kraxnojarxkaja (ở Liên Xô cũ):

 0   10

  tg  25 1    42 0 
  9 


(1-20)

J.Bernaix cũng đã tính độ bền của đá vôi ở thân đập Vuglan (Pháp) theo
công thức:
 0   10

  tg 32 1    250 
  21 


(1-21)

N.Barton và S.C.Bandis (1990) đã đưa ra một công thức khác để xác định
độ bền cắt của đá trong khe nứt, có dạng:


JCS
  tg  JRC lg


n



(1-22)

Trong đó:
JRC là hệ số nhám của khe nứt, được xác định bằng cách so sánh
gồ ghề thực tế của mặt khe nứt với các kiểu gồ ghề mẫu đã cho sẵn, từ đó sẽ
được các giá trị tương ứng của JRC.
JCS là độ bền nén của thành khe nứt, được xác định bằng các thiết
bị hiện trường cầm tay đơn giản như búa Schmidt, máy thí nghiệm độ bền tải
trọng tập trung…
1.3.1.2 Mái ta luy có hai mặt trượt (mặt trượt gãy khúc).


19
Trong trường hợp này, mặt trượt bao gồm hai mặt phẳng. Thực tế, có thể
gặp các loại mặt trượt này khi trong đá có hệ thống khe nứt với các góc nghiêng
khác nhau.
Để tính ổn định có thể dủng một số phương pháp sau: [1]
- Phương pháp phân mảnh đơn giản.
Giả sử mái ta luy có hai mặt trượt thẳng hợp với phương nằm ngang các
góc là α1 và α2. chia khối trượt thành hai mảnh bằng mặt phẳng thẳng đứng đi
qua giao điểm hai mặt trượt, giữa các khối không có sự tương tác với nhau.
Cho rằng trọng lượng hai mảnh khối trượt G1 và G2 (hình 1-10)
Phân tích trọng lượng G1 và G2 thành các lực có phương vuông góc và
song song với mặt trượt. Hệ số ổn định của mái taluy được xác định:
n

G1 cos 1tg1  G2 cos 2tg 2  c1l1  c2 l 2
G1 sin 1  G2 sin  2

(1-23)

G2
c2l2
N2
T2

G1




c1l1

T1

N1

Hình 1-10 Phương pháp phân mảnh đơn giản.

- Phương pháp đa giác lực của G.M.Sakhunhjanxh.
Chia khối trượt thành hai khối ở trạng thái cân bằng giới hạn bằng một mặt
phẳng ở bên trong khối trượt và đi qua giao điểm hai mặt trượt. Giữa hai khối
được chia ra có tương tác với nhau (các phản lực R3 và lực dính c3l3 trên mặt
phẳng chia ở hình 1-11).