Thiết kế tường chắn đất có cốt bằng lưới địa kỹ thuật

Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013

65

THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT BẰNG LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT
ThS. Nguyễn Thanh Danh
Trưởng Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng, trường ĐHXD Miền Trung
Tóm tắt: Trong xây dựng tường chắn đất, đất sau lưng tường được sử dụng như một loại vật
liệu xây dựng, so với các dạng vật liệu khác thì đất rất rẻ tiền, sẵn có nhưng lại có các đặc
trưng cơ học kém, đặc biệt là không chịu được lực kéo. Từ đó đặt ra yêu cầu nghiên cứu các
giải pháp phù hợp trong thiết kế, thi công đem lại hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật, nhưng
đồng thời có tính thẩm mỹ và thân thiện với môi trường. Qua nghiên cứu các tiến bộ kỹ thuật
về công nghệ và vật liệu mới ở trong nước và trên thế giới, bài viết xin giới thiệu giải pháp
thiết kế tường chắn đất có cốt bằng lưới địa kỹ thuật.
Từ khóa: Tường chắn đất có cốt; lưới địa kỹ thuật (geogrids).

1. Giới thiệu về lưới địa kỹ thuật
Hiện nay tường chắn đất có cốt sử
dụng vật liệu địa kỹ thuật đã được ứng dụng
rộng khắp trên thế giới. Từ những năm 1960
– 1970 những ứng dụng của lưới địa kỹ thuật
đã được sử dụng khá rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực khác nhau. Các công trình ứng dụng
các dạng vật liệu này đang xuất hiện tại
nhiều nơi trên thế giới, từ Mỹ, Anh, Israel
cho đến Singapore, Malaysia, Hàn Quốc,
Trung Quốc,…và Việt Nam.
Tại Việt Nam, những công trình tường
chắn sử dụng vật liệu địa kỹ thuật mới được
phát triển vài năm trở lại đây, có thể kể đến
các công trình tường chắn đường dẫn đầu

cầu Kênh Nước Mặn, cầu Tân Đức, cầu
Hùng Vương tại Long An, hay các công

Hình 1. Lưới 1 trục

trình tường chắn đất tại Đà Nẵng, Bình
Dương, Tp.HCM.
Lưới địa kỹ thuật được làm bằng chất
polypropylene (PP), polyester (PE) hay bọc
bằng polyetylen-teretalat (PET) với phương
pháp ép và dãn dọc. Hiện nay trên thế giới
có rất nhiều công ty, nhà máy sản xuất lưới
địa kỹ thuật làm cốt, có thể kể đến là Tensar,
E’grid, BOSTD,… Các lưới địa kỹ thuật
thường làm bằng chất liệu polyetylen có tỷ
trọng cao HDPE (High Density Polyethylen)
có độ bền rất cao giúp cho lưới bền vững
dưới các tác động của môi trường, tia cực
tím (độ bền lên tới 120 năm). Lưới địa kỹ
thuật chia làm ba loại: lưới 1 trục (uniaxial
geogrid); lưới 2 trục (biaxial geogrid); lưới 3
trục (triaxial geogrid). Theo hình 1,2,3:

Hình 2. Lưới 2 trục

- Lưới địa kỹ thuật 1 trục có sức chịu kéo
theo một hướng thường để gia cố mái dốc,
tường chắn. Việc thi công các công trình sử

Hình 3. Lưới 3 trục

dụng lưới địa kỹ thuật cũng tương đối đơn
giản. Thời gian thi công được rút ngắn so
với các phương pháp truyền thống. Ngoài ra,


Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013

việc sử dụng lưới địa kỹ thuật còn giúp tận
dụng được các dạng vật liệu đắp tại địa
phương làm giảm thiểu chi phí thi công. Bề
mặt tường chắn thì có nhiều phương án để
lựa chọn như bề mặt bằng khối bê tông đúc

66

sẵn định hình, bằng các panel bê tông đúc
sẵn theo toàn bộ chiều cao hoặc đúc thành
phân đoạn, bằng các tấm bê tông cốt thép
mỏng lắp ghép, bằng lưới rọ đá hoặc các
lưới trồng cỏ.

Hình 4. Tường chắn gia cố bằng lưới địa kỹ thuật 1 trục

Hình 5. Mái dốc gia cố bằng giải pháp bó uốn lưới địa kỹ thuật 1 trục

- Lưới địa kỹ thuật 2 trục có sức kéo cả
hai hướng, thường dùng để gia có nền
đường, nền móng công trình. Hiệu quả hoạt
động của lưới địa kỹ thuật 2 trục dựa trên cơ

chế khóa hạt cốt liệu bên trong những ô lưới
có gân lưới dạng vuông. Giữa các hạt vật
liệu bên trong mắt lưới sẽ tạo ra một kết cấu
cứng và loại bỏ hiện tượng dịch chuyển của
các hạt nên có thể ngăn ngừa hiện tượng lún
lệch, tăng cường khả năng chịu tải của đất
nền, đặc biệt có sự phân bố lại tải trọng trên

diện rộng hơn và giúp giảm bề dày các lớp
kết cấu áo đường. Nhờ vào ưu điểm này mà
bề dày của các lớp kết cấu được giảm xuống
khoảng 30%, từ đó chi phí xây dựng, chi phí
duy tu bảo dưỡng được giảm xuống đáng kể.
Cũng như lưới địa kỹ thuật 1 trục, lưới địa
kỹ thuật 2 trục có thể được sử dụng với mọi
loại vật liệu đắp có tại địa phương. Sản
phẩm lưới địa kỹ thuật 2 trục tỏ ra rất hiệu
quả khi ứng dụng cho các công trình giao
thông, đường xá, nền nhà xưởng, kho bãi.

Hình 6. Nền đất được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật 2 trục


Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013

- Lưới 3 trục (triaxial geogrid) có sức
chịu kéo theo tất cả các hướng, cấu trúc mắt
lưới có dạng tam giác nên giúp giữ chặt hạt
vật liệu, kết hợp với tính chất phân bố về
cường độ theo các phương, tạo thành lớp gia

cố hiệu quả hơn lưới 2 trục. Lưới 3 trục dùng
rất hiệu quả trong gia cố nền đất yếu.
2. Thiết kế tường chắn có lưới địa kỹ
thuật gia cường
Tường chắn đất có cốt là lưới địa kỹ
thuật được thiết kế tận dụng kết hợp đặc
trưng làm việc của các vật liệu khác nhau, có
tính ổn định, độ cứng và ít bị biến dạng do
kết hợp được hai yếu tố: đất (chịu nén tốt) và
lưới địa kỹ thuật (chịu căng kéo). Có thể nói,
với nhiều đặc tính vượt trội của mình, tường
chắn đất có cốt sử dụng lưới địa kỹ thuật là
giải pháp tiên tiến, ưu việt cho nhiều yêu cầu
khác nhau. Lưới có nhiệm vụ neo khối đất
dễ bị trượt vào khối đất tự nó đã ổn định,
còn bề mặt tường chỉ có tác dụng làm đẹp và
giữ cho đất khỏi bị xói mòn.
Phương pháp thiết kế dựa trên hai yếu
tố chính để xác định loại lưới, chiều dài lưới
và khoảng cách các lớp lưới:
- Kiểm toán ổn định nội bộ (kiểm toán
ổn định bản thân tường): bao gồm kiểm toán
cốt bị khả năng kéo đứt và khả năng kéo
tuột, nhằm mục đích xác định khoảng cách
giữa các lớp lưới, lực đẩy lớn nhất trong mỗi
lớp lưới và chiều dài lưới.

67

gồm kiểm toán trượt ngang, lật, ổn định nền

và trượt tổng thể.

Hình 8. Các sơ đồ kiểm toán ổn định tổng thể

Hiện nay, ở Việt Nam chưa có tiêu
chuẩn riêng cho thiết kế tường chắn có cốt là
lưới địa kỹ thuật. Vì vậy, trong nội dung bài
viết này tác giả sử dụng tiêu chuẩn AASHTO
2002/NHI 043 – ASD của Mỹ để giới thiệu
các bước cơ bản cho bài toán thiết kế.
3. Áp dụng tính toán thiết kế
Thiết kế một tường chắn đất gia cường
bằng lưới địa kỹ thuật một trục, tường chắn
cao 6m. Cho biết: Đất trong tường chắn có r
= 19,6kN/m3, r = 34 o, cr = 0; Đất sau tường
chắn có b = 19,6kN/m3, b = 30o, cb = 0; Đất
nền có f = 19,6kN/m3, f = 30o, cf = 0; Tải
trọng phụ phân bố đều trên đỉnh tường: q =
15kN/m2.
Bước 1. Vẽ sơ đồ kiểm toán tính toán

Hình 7. Các sơ đồ kiểm toán ổn định nội bộ

- Kiểm toán ổn định tổng thể: tương
tự như các kết cấu tường chắn đất khác, bao

Hình 9. Sơ đồ kiểm toán


Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013

trọng phụ phân bố đều trên đỉnh tường: q =
15kN/m2.
Bước 4. Kiểm toán ổn định nội bộ, bao
gồm:
- Kiểm toán khả năng cốt bị kéo đứt
+ Xác định áp lực ngang lên tường, h
Ka = tan2(45o - b/2) = 0,33
 h  K a  r z  q   0,3319,6 * z  15

Bước 2. Vẽ sơ đồ bố trí lưới

Hình 10. Sơ đồ bố trí lưới
Bước 3. Xác định các thông số cơ bản
Chiều cao tường: H = 6m; chọn chiều
dài lưới sơ bộ: L = 4,5m; Chọn khoảng cách
giữa các lớp lưới: Sv = 0,5m; Đất trong tường
chắn: r = 19,6kN/m3, r = 34o, cr = 0; Đất sau
tường chắn: b = 19,6kN/m3, b = 30o, cb = 0;
Đất nền: f = 19,6kN/m3, f = 30o, cf = 0; Tải

+ Xác định lực đẩy lớn nhất trong các
lớp lưới, Tmax
Tmax = h*Sv = 0,33(19,6*z + 15)*Sv
+ Chọn lưới có độ bền chịu kéo cho
phép, Tall (Lưới của hãng TENAX)
FS ( B ) 

Tall
 1,5

Tmax

TT
lớp

(m)

Bảng 1. Tổng hợp kết quả kiểm toán khả năng bị kéo đứt
Sv
Tmax
Loại lưới
Tall
HSAT
Kết
luận
(m)
(kN/m)
(TENAX)
(kN/m)
FS (B)

12
11

0,5
1,0

0,5
0,5

4,1
5,7

TT045SAMP
TT045SAMP

20,8
20,8

5,1
3,6

Đạt
Đạt

10
9
8
7
6
5
4

1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5

0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5

7,3
8,9
10,6
12,2
13,8
15,4
17,0

TT045SAMP
TT045SAMP
TT045SAMP
TT045SAMP
TT060SAMP
TT060SAMP
TT060SAMP

20,8
20,8
20,8
20,8
27,7

27,7
27,7

2,8
2,3
2,0
1,7
2,0
1,8
1,6

Đạt
Đạt
Đạt
Đạt
Đạt
Đạt
Đạt

3
2
1

5,0
5,5
6,0

0,5
0,5
0,5

18,6
20,3
21,9

TT090SAMP
TT090SAMP
TT090SAMP

41,6
41,6
41,6

2,2
2,1
1,9

Đạt
Đạt
Đạt

z

- Kiểm toán khả năng cốt bị kéo tuột
+ Chiều dài lưới neo giữ phía sau mặt
trượt, LE
LE 

68

1,5(Tmax )
(2)(0,8)(tan r )(0,8)(1)( r )( z )

(LE ≥ 1m)

+ Chiều dài lưới phía trước mặt trượt, LR

LR 

Hz

 

tan  45o  r 
2


+ Xác định chiều dài lưới tổng cộng
của mỗi lớp, L
L = LR + LE


Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013

TT
lớp
12
11
10
9

8
7
6
5
4
3
2
1

z
(m)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0

69

Bảng2. Tổng hợp kết quả kiểm toán khả năng bị kéo tuột
Sv
Tmax
LE

LEmin
FR
HSAT
Kết luận
(m)
(kN/m)
(m)
(m)
(kN/m) FS (PO)
0,5
4,1
0,73
1,0
10,6
2,6
Đạt
0,5
5,7
0,51
1,0
21,2
3,7
Đạt
0,5
7,3
0,43
1,0
31,7
4,3
Đạt

0,5
8,9
0,39
1,0
42,3
4,7
Đạt
0,5
10,6
0,38
1,0
52,9
5,0
Đạt
0,5
12,2
0,36
1,0
63,5
5,2
Đạt
0,5
13,8
0,35
1,0
74,0
5,4
Đạt
0,5
15,4

0,34
1,0
84,6
5,5
Đạt
0,5
17,0
0,33
1,0
95,2
5,6
Đạt
0,5
18,6
0,33
1,0
105,8
5,7
Đạt
0,5
20,3
0,33
1,0
116,3
5,7
Đạt
0,5
21,9
0,32
1,0

126,9
5,8
Đạt
Bảng 3. Tổng hợp kết quả tính toán chiều dài lưới

TT
lớp
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

z

Sv

Tmax

LE

LEmin

LR

L

(m)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0

(m)
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5

0,5

(kN/m)
4,1
5,7
7,3
8,9
10,6
12,2
13,8
15,4
17,0
18,6
20,3
21,9

(m)
0,73
0,51
0,43
0,39
0,38
0,36
0,35
0,34
0,33
0,33
0,33
0,32

(m)
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0

(m)
2,92
2,66
2,39
2,13
1,86
1,60
1,33
1,06
0,80
0,53
0,27
0,00

(m)
3,92

3,66
3,39
3,13
2,86
2,60
2,33
2,06
1,80
1,53
1,27
1,00

Bước 5: Kiểm toán ổn định tổng thể
+ Kích thước hình học của tường:
H = 6m, L = 4,5m
+ Tính các tải trọng:
W = rHL = 19,6*6*4,5 = 529,2kN/m
qL = 15*4,5 = 67,5kN/m
L M RBP  M 0
L

 0,54m   0,75m
2
W  qL
6
1
1
F1   b H 2Ka  *19,6 * 62 * 0,33  116,43
2
2

e

(F1 kN/m)
F2 = qHKa = 15*6*0,33 = 29,7kN/m
+ Tính các mômen:

L kiến
nghị
(m)
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5

MO = F1(H/3) + F2(H/2) =
= 116,43*(6/3) + 29,7*(6/2) =
= 321,96kNm/m
MRO = W(L/2) = 529,2*(4,5/2) =
1190,7kNm/m
MRBP = W(L/2) + qL(L/2) = 529,2*(4,5/2) +
67,5*(4,5/2) = 1342,58kNm/m
- Kiểm toán lật

Hệ số an toàn lật, FS(OT)
FS (OT ) 

M RO 1190,7

 3,7  1,5
M O 321,96

 ổn định
- Kiểm toán trượt ngang


Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013

+ Lực đẩy ngang tại đáy tường, FH
FH = Pa = F1 + F2 = 116,43 + 29,7 =
= 146,13kN/m
+ Lực chống đẩy ngang tại đáy tường, FR
FR = Wtan(f) = 529,2*tan(30o) =
341,7kN/m
+ Hệ số an toàn trượt, FS(SL)
FS ( SL )

F
341,7
 R 
 2,3  2
FH 146,13

 ổn định

- Kiểm toán ổn định nền
+ Tính độ lệch tâm, e
+ Sức chịu tải tới hạn của đất nền, qult

70

qult = cfNc + 0,5f (L-2e)N =
0,5*19,6*(4,5 – 2*0,54)*22,4 =
= 750,76kN/m 2
+ Tổng tải trọng thẳng đứng, v
v 

W  qL 529,2  67,5
2

 192,89 kN/m
L  2e 4,5  2 * 0,54

+ Hệ số an toàn ổn định nền, FS (BC)
FS ( BC ) 

qult 750,76

 3,9  2,5
 v 192,89

 ổn định
- Kiểm toán ổn định trượt tổng thể: ổn định
vì hệ số an toàn lớn hơn 1.
(Sử dụng phần mềm Geoslope/W)

Hình 11. Sơ đồ kiểm toán ổn định trượt tổng thể

4. Kết luận
Tường chắn có cốt bằng lưới địa kỹ
thuật cho thấy những ưu điểm vượt trội so
với phương án truyền thống – sử dụng vật
liệu bê tông cốt thép. Tường chắn bền vững
trước các yếu tố tác động từ thiên nhiên. Chi
phí giảm đáng kể, tỏ rõ ưu thế đối với
phương án truyền thống, giúp tiết kiệm đáng
kể cho chủ đầu tư.
Việc thi công cũng tương đối đơn giản,
không yêu cầu những phương tiện thi công
phức tạp, thời gian xây dựng công trình cũng
được rút ngắn, tạo sự thuận lợi cho tiến độ
dự án. Tuổi thọ dạng công trình này là rất
cao, có thể lên tới hơn 120 năm, việc duy tu,

bảo dưỡng công trình cũng không yêu cầu
quá khắt khe.
Một điểm nổi bật của tường chắn có
cốt bằng lưới địa kỹ thuật chính là mặt thẩm
mỹ, có rất nhiều lựa chọn trong việc thiết kế
bề mặt tường, có thể lựa chọn bề mặt bê
tông, gạch block hay panel với các hình
dạng và màu sắc khác nhau.
Hiện nay, sản phẩm lưới địa kỹ thuật
được sản xuất và phân phối bởi rất nhiều
công ty giúp cho việc cung ứng vật liệu trở

nên dễ dàng, khâu tính toán thiết kế được hỗ
trợ bởi rất nhiều phần mềm chuyên dụng,
giúp cho ra những kết quả chính xác.
Việt Nam – nơi mà các hiện tượng xói
mòn, trượt lở xảy ra khá phổ biến, gây ra


Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013

những ảnh hưởng to lớn tới đời sống dân cư,
kinh tế đất nước, vì vậy việc tìm ra các giải
pháp phòng tránh, giảm thiểu tác hại của các
hiện tượng này là yêu cầu cấp bách của nhiều
cấp quản lý. Chính vì vậy, tiềm năng ứng
dụng của các vật liệu địa kỹ thuật tiên tiến là
rất lớn, phù hợp với điều kiện ở nước ta.
Sản phẩm nào cũng có mặt mạnh và
mặt yếu, do đó cần nghiên cứu phát triển

71

thêm những mặt mạnh của sản phẩm và khắc
phục những mặt yếu hoặc có thể phát triển
những sản phẩm mới ưu việt hơn thay thế sản
phẩm cũ. Không có giải pháp, kỹ thuật nào là
tối ưu cho mọi trường hợp nên người thiết kế
phải cân nhắc quyết định sử dụng các giải
pháp một cách hợp lý và kinh tế nhất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Dương Học Hải. 2004. Thiết kế và thi công tường chắn có cốt, Nxb Xây Dựng.
[2] US Department of Transportation Federal Highway Administration. 2001. Design and
construction guidelines. Publication No.FHWA-NHI-00-043. Mechanically Stabilized Earth
Walls and Reinforced Soil Slopes.
[3] US Department of Transportation Federal Highway Administration. 2001. Design and
construction guidelines. Publication No.FHWA-NHI-00-044. Corrosion/ Degradation of Soil
Reinforcement for Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes.
[4] Victor Elias, P.E; Barry R. Chiristopher, PhD, P.E and Ryan R, Berg, P.E. 2001.
Mechanically Stabilized earths walls and reinforced soil slopes Design & Construction
Guidelines. NHI - National Highway Institute office of Bridge Technology.
[5] BS 8006-1995: Code of practice for Strengthened/ Reinforced soils and other fills. British
Standard.