Nghiên cứu ứng dụng vải địa kỹ thuật làm cốt gia cố đê bao trên nền đất yếu

-1CHƯƠNG I
TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ ĐẤT CĨ CỐT VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
1.1. Đê trên nền đất yếu
Hiện Việt Nam đã có hàng nghìn km đê sơng, đê biển, và hàng vạn km đê
bao, bờ bao quy mô vừa và nhỏ. Hệ thống đê đang đóng vai trị cực kỳ quan trọng
trong việc phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ an tồn cho các khu vực ni
trồng trọng điểm như đồng bằng Bắc Bộ, đồng bằng sông Cửu Long, các trung tâm
văn hố, chính trị, kinh tế, các vùng dân cư rộng lớn trên các triền sông, duyên hải
từ Bắc chí Nam.
Đa phần đê nước ta nằm trên nền đất yếu, đặc biệt là đê biển, đê cửa sông, đê
và bờ bao sông, kênh vùng đồng bằng hạ du. Nơi đây nền là các lớp bồi tích hạt
mịn, thời gian ngập nước dài được xếp loại yếu đến rất yếu trong bảng phân loại
đất của nước ta.
Do chiều dài đê lớn, khối lượng đất đắp vì thế rất lớn, nên giải pháp sử dụng
đất tại chỗ để đắp đê là phổ biến. Vì vậy, nền là đất yếu thì thường thân đê được
đắp bằng đất yếu. Hay nói cách khác, thực tế ở nước ta, nói đến đê trên nền đất yếu
là đê đắp bằng đất yếu trên nền đất yếu.
1.1.1. Khái niệm về đất yếu
Khái niệm đất yếu phụ thuộc vào tính chất cơ lý của bản thân đất. Gần đây
khái niệm đất yếu được người ta mở rộng hơn đặc biệt trong lĩnh vực địa kỹ thuật
và dựa vào tiêu chí khả năng chịu tải so với u cầu của cơng trình. Cùng một nền,
đặt lên nó một cơng trình tải nhẹ, nền chịu được thì được coi là một nền tốt, nhưng
nếu đặt lên đó một cơng trình chiu tải lớn, nền khơng chịu được thì bị coi là một nền
yếu phải xử lý để chịu tải trọng đó được.
Theo khái niệm mở rộng, người ta sẽ khơng có giới hạn về chỉ tiêu cơ lý của
đất để đánh giá đất yếu nói chung, chỉ có thể đánh giá khi có cơng trình cụ thể. Tuy
nhiên trong thực tế, người ta vẫn cần đánh giá đất yếu hay khơng khi chưa có u


-2cầu cơng trình cụ thể. Do vậy, khái niệm đất yếu truyền thống trước đây vẫn còn
nguyên giá trị.

Theo khái niệm truyền thống trước đây đất yếu là những loại đất có khả năng
chịu tải nhỏ (khoảng 0,5 ÷ 1,0 Kg/cm2), có tính nén lún lớn, hầu như bão hịa nước,
P

P

có hệ số rỗng lớn (e>1,0), mơđun biến dạng thấp (thường Eo = 50 kg/cm2), lực
P

P

chống cắt nhỏ, ... Nếu khơng có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng cơng
trình trên nền đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc khơng thể thực hiện được.
Đất yếu là các vật liệu mới được hình thành từ 10.000 đến 15.000 năm tuổi, có
thể chia thành 3 loại: đất sét hoặc đất á sét bụi mềm, có hoặc khơng có đất hữu cơ;
than bùn hoặc các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn.
Tất cả các loại đất này đều được bồi tụ trong nước một cách khác nhau theo
các điều kiện thủy lực tương ứng: bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao hồ, ...
trong các loại đất này đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, tam
giác châu, cửa sông, ....) tạo thành một họ đất yếu phát triển nhất. Ở trạng thái tự
nhiên độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chẩy, hệ số rỗng lớn (đất
sét mềm e ≥ 1,5, đất á sét bụi e ≥ 1,0), lực dính khơng thốt nước C u ≤ 0,15 kg/cm2,
R

R

góc nội ma sát φ u = 0, độ sệt I L > 0,5 (trạng thái mềm dẻo).
R

R

R

R

Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ đầm
lầy, nơi dịng nước thường xun hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật
phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo thành các trầm tích hữu cơ lẫn với trầm tích
khống vật. Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chứa
tới 20 ÷ 80 %.
Trong điều kiện tự nhiên than bùn, có độ ẩm rất cao, trung bình 85÷95% và có
thể lên tới vài trăm phần trăm. Than bùn là loại đất bị lún lâu dài, không đều mạnh
nhất; hệ số lún có thể đạt 3÷8÷10 cm2/kg, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn
P

P

trong các thiết bị nén với các mẫu ít nhất 40 ÷ 50 cm.
1.1.2 . Các vấn đề liên quan đến đất yếu cần giải quyết trong xây dựng đê
1.1.2.1. Vấn đề ổn định


-3Ứng suất trong nền đê sẽ tăng lên khi đắp đê. Nếu ứng suất tăng này vượt quá
một ngưỡng giới hạn nào đó (ngưỡng này phụ thuộc vào các tính chất cơ học của
từng loại đất) thì nền đất đê yếu sẽ bị phá hoại làm cho nền đắp bị lún nhiều và đột
ngột. Cùng với sự lún sụt của đất đắp, nền đê đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên
tương ứng.
(a) Những phá hoại quan sát được
Thường có hai dạng là: Phá hoại do lún trồi và phá hoại do trượt sâu.
(i) Phá hoại do lún trồi

Là loại phá hoại mà toàn bộ nền đắp lún võng vào trong nền đê yếu đẩy trồi
đất yếu dưới đê tạo thành các bờ đất gần chân đê (hình 1.1).

Hình 1.1. Phá hoại của đất đắp do lún trồi
(ii) Phá hoại do trượt sâu
Phá hoại do trượt sâu, xuất hiện một cung trượt trịn do nền đắp bị lún cục bộ
(Hình 1.2), ngược với lún lan rộng như kiểu lún trồi.
Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đê và của đất nền thiên nhiên
dọc theo diện tích phát hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và
các đặc tính cơ học của đất nền đê. Để tính tốn, trong các trường hợp đơn giản
nhất thường xem đường phá hoại tương tự một đường cong tròn là sự trượt được
gọi là trượt tròn.


-4-

Hình 1.2. Các phá hoại dạng đường cong trịn
a) Có đường nứt do kéo trong nền đắp; b) Khơng có đường nứt kéo trong nền đắp.

Khi thân đê bị trượt mà sinh ra một hoặc nhiều các vết nứt mấp mơ dốc đứng
hoặc các “dốc đứng” có biên độ tới vài mét.
(b) Sự phát triển của các hư hỏng

Hình 1.3. Hai kiểu phá hoại xảy ra sau khi đào đắp đất
a) Tôn cao đê; b) Đào ở chân đê.

Sự phá hoại của đất yếu nền đê do lún trồi hoặc trượt sâu vì đắp đê quá cao là một
hiện tượng xảy ra trong khi thi công hoặc sau khi thi công xong một thời gian ngắn. Qua
theo dõi sự phá hoại, người ta thường thấy các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ
và các chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần. Tuy nhiên, cũng có những phá

-5hoại khác xảy ra sau khi thi công xong vài tháng hoặc vài năm như trong trường hợp tôn
cao đê trên đất đắp hiện hữu (Hình 1.3a) hoặc khi đào đất ở chân đê (Hình 1.3b).
(c) Các ví dụ nền bị phá hoại do mất ổn định
Khi xảy ra phá hoại đê, các đặc trưng cơ học của đất giảm đột ngột dọc theo các
mặt trượt. Các mặt trượt này là các vị trí nguy hiểm để phát triển các chuyển động sau
khi đắp đất. Như vậy, mọi công tác đắp đất được tiến hành nhằm khơi phục cơng trình
ban đầu sẽ dẫn đến một sự lún sụt mới cho tới khi đạt được một sự cân bằng mới.
Vì vậy, những sửa chữa cần thiết để cho nền đắp đáp ứng được yêu cầu sử
dụng ban đầu phải xét tới các đặc trưng cơ học bị giảm yếu, thường rất tốn kém.
Hình 1.4 giới thiệu một đoạn đê bị phá hoại do lún trồi khi đang xây dựng.
Nền thiên nhiên là đất sét mềm dày 30m có xen các thấu kính cát. Hiện nay, đoạn
này đang được sử dụng những thể tích của đất đắp bị chìm vào đất yếu đã lớn hơn
3 lần thể tích của đất đắp ở bên ngồi.

Hình 1.4. Nền đê bị phá hoại do lún trồi

Hình 1.5. Phá hoại do trượt sâu ở nền đắp thực nghiệm Bordeaux (Pháp)


-6Hình 1.5 là một trường hợp phá hoại do trượt sâu của một đoạn đất đắp
thực nghiệm cao 4,5 m xây dựng trên một đoạn đầm lầy gần Borapaux (Pháp)
- Đắp nền là đất xét mềm lẫn hữu cơ dày 10 m.
1.1.2.2. Các vấn đề về lún đê
Không đột ngột như sự phá hoại đê do mất ổn định, lún đê là một biến dạng
chậm của đất nền đê dưới tác dụng của trọng lượng thân đê (Hình 1.6):
- Ở giữa vùng đất đắp bởi một độ lún thẳng đứng;
- Dưới phạm vi dải đất dành cho đê: một chuyển vị thẳng đứng kết hợp với
một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên;

- Ngoài phạm vi dải đất dành cho đê là một chuyển vị ngang của đất nền thiên
nhiên cho đến một khoảng cách nào đó phụ thuộc vào chiều dày của đất yếu.

Hình 1.6. Sơ đồ độ lún và chuyển vị ngang của dất nền thiên nhiên

Các chuyển vị thẳng đứng thường có một biên độ đến hàng chục centimet với
các lớp rất mềm hoặc chiều dày lớn, biên độ này có thể đến vài mét. Các chuyển vị
này ở tim đê lớn hơn so với mép đê nên sinh ra biến dạng của mặt đê.
Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn chuyển vị thẳng đứng, tỷ số giữa hai
chuyển vị này chủ yếu phụ thuộc vào tính chất cơ lý đất nền, hệ số an tồn, kích
thước hình học của thân đê và chiều dày của đất nền yếu. Tuy nhiên người đã quan


-7sát được các chuyển vị ngang đến vài chục centimet. Tốc độ lún cũng thay đổi theo
tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và sự có mặt của các lớp thoát nước.
Độ lún khác nhau ở chỗ nối tiếp giữa đất đắp nền đê yếu và các công trình
dưới đê đặt trên móng cọc sâu tựa trên nền cứng không lún thường tạo thành một
bậc lớn hoặc nứt gãy, ảnh hưởng rất xấu đến giao thông.
1.1.3. Một số phương pháp xử lý nền đê yếu
1.1.3.1. Khi sức chịu tải của nền vượt quá giới hạn cho phép hay đất nền đê là
đất yếu thì cần phải có giải pháp xử lý nền đê trước khi thực hiện việc đắp thân đê.
Xử lý có thể được thực hiện bằng phương pháp xử lý nông hay xử lý sâu, miễn sao
đảm bảo điều kiện ổn định và lún cho đê.
1.1.3.2. Bảng 1.1 dưới đây giới thiệu một số biện pháp xử lý nền phổ biến hiện nay,
người kỹ sư có thể tham khảo, vận dụng khi đắp đê có nền đê tự nhiên không đảm
bảo điều kiện ổn định.
Bảng 1.1. Một số biện pháp thường gặp khi đắp đê bằng đất yếu trên nền đê yếu
Biện pháp

Phạm vi áp dụng

Ghi chú

Đắp nhiều năm, theo Với đê thấp, tiến độ cho Cần kết hợp giải pháp đắp
từng đợt chờ cố kết.

phép kéo dài, điều kiện phản áp;
kinh tế hạn hẹp.

Cần xem xét đến khả năng mất
đất do bào mòn sau mỗi đợt
dừng thi công.

Gia cố bằng cành cây, Các đê nhỏ, do dân tự Khơng có tiêu chuẩn để tính
rơm rạ, vật liệu phế làm.

toán lún và ổn định.

thải.
Thay thế đất nền (đào Chỉ áp dụng với tầng đất Thường sử dụng cát để lót nền
bỏ lớp nền yếu và thay yếu mỏng < 2,0 m

hoặc đất đồi (tùy vào điều kiện

vào bằng đất tốt).

cụ thể).

Đào rãnh thốt nước Khi có khả năng tiêu tự Cần sử dụng thêm các biện

-8để khô nền trước khi chảy;
đắp;

Hàm

pháp cày xới đất để đất chóng
lượng

hạt

sét khơ

khơng q cao (nên dưới
30%);
Sử dụng giếng cát;

Nền đất sét, á sét.

Thường phải có kết hợp gia tải

Sử dụng bản nhựa xốp

trước; Cần chú ý khả năng phá

(PVD).

hỏng đất yếu do kích thước
giếng cát lớn;
Cần kiểm tra bài tốn thấm.

Sử dụng bản nhựa xốp Khi có u cầu về tiến Cần xem xét đến tính khả thi
hoặc giếng cát kết hợp độ và khả năng tài chính về thiết bị thi công.
với gia tải bằng hút cho phép.
chân khơng.
Gia tải trước khơng có Đối với các cơng trình Cần kiểm tra ổn định khi gia
bản nhựa xốp hoặc cho phép lún kéo dài;
giếng cát.

tải.

Khối đắp gia tải thường
bằng cát.

Đầm chặt đất cát, cát Cát rời, cát pha.

Phải có lượng cát bù sau khi

bụi bằng các biện

gây chấn động bằng đầm rung.

pháp rung, đầm rời
quả nặng.
Cột xi măng trộn sâu.

Khi tầng đất yếu dày, đê Chỉ làm tăng sức chịu tải của
đắp cao (trên 7m);

nền; Phần thân đê nên sử dụng

Đê cứng (BT, đá xây…). cốt vải ĐKT hoặc đắp bằng vật
liệu đất tốt.
Đất có cốt vải địa kỹ Chủ yếu sử dụng trong Phải có mơ hình tính tốt, có
thuật và/hoặc lưới địa thân đê hoặc ở lớp phân thể sử dụng các phần mềm trợ
kỹ thuật.

cách giữa thân đê và nền giúp;


-9đê;

Bảo vệ vải trong khi thi công;

Khi tầng đất yếu khơng Thích hợp khi đắp bằng tàu
q dày, đê khơng quá hút bùn.
cao.

Trong thực tế, tùy các điều kiện cụ thể của cơng trình mà lựa chọn một hay
phối hợp nhiều biện pháp trên để tăng hiệu quả xử lý nền, đắp đê đảm bảo đạt yêu
cầu ổn định tốt nhất, bền vững, ít tác động tiêu cực đến mơi trường xung quanh
trong phạm vi điều kiện kinh tế và trình độ cơng nghệ thi cơng cho phép. Trong
phạm vi của luận văn này, tác giả tập chung nghiên cứu sử dụng VĐKT làm cốt đất
đắp đê và có đề cập xử lý nền sâu bằng phương pháp đắp đất tại phần ứng dụng tính
tốn cho cống Trà Linh và kết hợp nó với việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong đắp đê.

1.2. Công nghệ đất cốt vải địa kỹ thuật
Để giải quyết những khó khăn trong xây dựng đê trên nền đất yếu cần phải cải
thiện được các chỉ tiêu cơ lý của đất (nền và thân đê), cụ thể là góc ma sát trong ϕ
và lực dính c, tăng tốc độ thoát nước lỗ rỗng, và nếu có thể thì cải thiện phân bố tải

trọng tác động lên cơng trình. Để thỏa mãn các u cầu này, người kỹ sư thiết kế
cần kết hợp giải pháp giải quyết "nội tại", tức là gia cường cốt cho đất, tiêu rút nước
lỗ rỗng từ thân cơng trình và cải thiện phân bố tải trọng cơng trình. Đó chính là ý
tưởng hình thành cơng nghệ đất có cốt.
1.2.1. Ngun lý của cơng nghệ đất có cốt vải địa kỹ thuật:
Sức chịu tải và tính ổn định của đất sẽ tăng lên, theo thời gian, nếu:
1) Tăng được cường độ chịu kéo tức tăng ϕ và c của đất;
2) Tăng được tốc độ thốt nước lỗ rỗng trong thân cơng trình;
3) Cải thiện được phân bố tải trọng tác dụng lên cơng trình.


-10Để giải quyết 3 yêu cầu trên người ta đã đưa vải địa kỹ thuật tổng hợp có sức
kháng kéo và khả năng dẫn, thoát nước cao vào trong đất. Vải địa kỹ thuật có cường
độ cao được đặt theo hướng chịu ứng suất kéo chính sẽ chịu kéo thay cho đất tạo ra
một vật liệu đất có cốt chịu kéo nén tốt hơn nhiều so với đất nguyên bản. Khi cơng
trình được gia cố bằng nhiều lớp cốt VĐKT có khả năng thốt và dẫn nước sẽ có tác
dụng giảm áp lực nước lỗ rỗng và tăng nhanh độ cố kết, dẫn đến tăng khả năng chịu lực
và giảm thời gian thi cơng. Khi có cốt tham gia, ứng suất cục bộ sẽ được phân tán, nghĩa
là đã có sự phân bố lại tác động của tải trọng lên các bộ phận vật liệu của cơng trình.
1.2.2. Ưu điểm của cơng nghệ đất có cốt vải địa kỹ thuật:
- Công nghệ đi vào giải quyết nội tại, tăng ϕ, c và tốc độ cố kết nên dẫn đến tăng
cường độ cho đất mà cụ thể là cường độ kéo cốt là bản chất của vấn đề ổn định.
- Cho phép sử dụng vật liệu tại chỗ để xây dựng cơng trình đê trên nền đất yếu.
- Cho phép thu nhỏ mặt cắt và hệ số mái dốc đê .
- Dễ thi công và rút ngắn thời gian thi công.
- Ổn định bền đê theo thời gian trong điều kiện mực nước ngoài đê dao động
1.2.3. Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đất có cốt vải địa kỹ thuật:
+ Giải quyết được các khó khăn khi xây dựng cơng trình đê trên nền đất yếu.
+ Giảm rất nhiều khối lượng đào đắp, diện tích chiếm đất, do đó tăng diện tích
đất sử dụng cho sản xuất.

+ Rút ngắn thời gian thi cơng cơng trình.
+ Ngồi ra, cịn đảm bảo ổn định bền trong điều kiện dao động mực nước do đó
khơng xuất hiện các hiện tượng cát chảy, xói ngầm...; tăng sức chịu tải của đê, giảm
biến dạng, giảm áp lực nước lỗ rỗng..., những điều rất cần thiết đối với đất yếu.
1.2.4. Hiệu quả xã hội:
Tạo công ăn việc làm cho người lao động. Thêm sản phẩm mới cho xã hội.
Mở ra triển vọng phát triển sản xuất vải địa kỹ thuật ở trong nước.
1.2.5. Hiệu quả môi trường:
Đất

được

bọc

trong

1.2.6. Phạm vi ứng dụng:

vải

nên

cơng

trình

sạch

và

khơng

bụi.


-11Cơng nghệ đất có cốt vải địa kỹ thuật có thể ứng dụng trong các lĩnh vực thủy
lợi, giao thông và xây dựng, cụ thể như: Thi công đường đất và bãi đỗ xe; đê và các
cơng trình ngăn nước; gia cố tường và mái dốc...; cho phép áp dụng với nhiều loại
đất khác nhau, đặc biệt là mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao với các loại đất
yếu. Chỉ riêng lĩnh vực thủy lợi, trong tương lai có hàng trăm hồ chứa lớn nhỏ, hàng
ngàn kilơmét đê biển, bờ bao và đê bao dọc các sông ở Đồng bằng Nam Bộ, bờ bao
sông và ven biển đồng muối, nuôi trồng thủy sản,..., mái bờ thượng - hạ lưu các
cống vùng triều... sẽ được xây dựng với kết cấu đất đắp.

1.3. Vải ĐKT
Là một loại vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật. Đây là một họ vật liệu có đặc tính
là vật liệu tổng hợp nhân tạo dùng cho các nhu cầu liên quan đến nền đất, do vậy
tên của vật liệu được ghép bởi hai thuật ngữ Vật liệu tổng hợp và Địa kỹ thuật.
1.3.1. Giới thiệu về vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật
Vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật có thể gọi là vật liệu nhân tạo phục vụ cho các
lĩnh vực kỹ thuật liên quan đến đất. Vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật có những ưu
điểm như sau:
- Chúng ra đời đúng lúc hay nói cách khác, nhu cầu vật liệu thay thế vật liệu
tự nhiên, vật liệu thô hay nguyên liệu nguyên sinh đang thực sự rất cao;
- Chúng thay thế được các loại vật liệu tự nhiên, vật liệu thô hay nguyên liệu
nguyên sinh khác đang trở nên khan hiếm;
- Đáp ứng được u cầu chịu lực các cơng trình tải trọng nặng mà ngày càng
gia tăng;
- Có thể lắp đặt nhanh;
- Sử dụng được vào một số mục đích mà các vật liệu tự nhiên không dùng

được. Dễ chế tạo theo các hình thù thiết kế, dễ cho người thiết kế thực hiện ý tưởng
tối ưu kinh tế - kỹ thuật;
- Có thể chế tạo nhanh, hàng loạt;


-12- Bền so với nhiều loại vật liệu thô, vật liệu tự nhiên khác;
- Trong một số trường hợp, quy phạm quy định phải sử dụng loại vật liệu này.
Bản thân loại vật liệu này có tính cạnh tranh cao.
Các lĩnh vực được ứng dụng nhiều nhất là địa kỹ thuật, xây dựng khối lớn,
xây dựng dân dụng, địa chất thủy văn, kỹ thuật môi trường...
Vật liệu cấu thành nên vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật là các sản phẩm của
công nghiệp nhựa, chủ yếu là polime, mặc dù cao su, sợi thủy tinh và một số loại
vật liệu khác thỉnh thoảng cũng được dùng để chế tạo vật liệu tổng hợp địa kỹ
thuật. Các vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật phổ biến rất đa dạng về hình thức và chủng
loại, tuy nhiên người ta có thể chia thành năm nhóm cơ bản và các loại cịn lại.
Năm nhóm cơ bản là Vải địa kỹ thuật, Thảm ơ địa kỹ thuật, Lưới địa kỹ thuật,
Màng chống thấm, Vải địa kỹ thuật hỗn hợp.
1.3.2. Vải địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật là loại vật liệu được sử dụng trong xây dựng nhiều nhất trong
số vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật. Vải địa kỹ thuật thực sự là vải, điểm khác ở chỗ
các sợi của nó là sợi tổng hợp không phải là sợi tự nhiên như cotton, len hay tơ. Do
vậy, sự phân hủy sinh học không phải là vấn đề đối với chúng. Các sợi tổng hợp
được kết thành vải địa kỹ thuật bằng dệt (thường gọi là vải dệt) hoặc xếp chồng
ngẫu nhiên lên nhau nhờ liên kết dính cơ học hoặc dính nhờ nhiệt (gọi là vải không
dệt). Một đặc điểm nổi bật của vải địa kỹ thuật là có độ rỗng tùy ý. Với độ rỗng
này, nước có thể thấm vng góc hay trong mặt phẳng của vải. Điều này đảm bảo
cho vải địa kỹ thuật làm tốt chức năng ngăn cách, lọc, tiêu nước. Người ta đã tổng
kết lại, vải địa kỹ thuật có hơn 90 lĩnh vực ứng dụng khác nhau, tuy nhiên 5 chức
năng riêng biệt cơ bản là ngăn cách, gia cố, lọc, tiêu nước và chống ẩm, thấm.
1.3.3. Lịch sử và quá trình phát triển của vải địa kỹ thuật

-13Từ trước công nguyên người ta đã biết dùng vật liệu xơ để gia cố nền yếu và
đất (đắp) yếu. Các kỹ thuật gia cố này được sử dụng rộng rãi và phát triển đến ngày
nay.
Tuy nhiên, vải địa kỹ thuật ngày nay được chế tạo từ sợi tổng hợp và được
dùng đầu tiên cho bảo vệ chống xói và là một giải pháp lọc cho các lớp đất hạt rời.
Barett (1966) trình bày những ứng dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc thay cho tầng
lọc ngược dưới lớp đá đổ, đá lát, các khối chống sóng và tường đê biển bằng bê
tông đúc sẵn được thực hiện vào cuối những năm 1950. Với những ứng dụng này, vải
địa kỹ thuật làm nhiệm vụ ngăn cách và lọc là chính, ngồi ra là nhiệm vụ tiêu nước
và gia cố (bó chặn đất). Đến những năm 1960, các ứng dụng với nhiệm vụ gia cố đất
và tiêu nước cho khối đất ngày càng nhiều, đa dạng về hình thức. Vào cuối những năm
1970, hình thành và phát triển xu thế đưa vải vào trong khối đất làm cốt gia cường
tăng khả năng chịu lực của đất và do vậy làm tăng ổn định cho cơng trình.
Vào cuối những năm 60, vải địa kỹ thuật không dệt được hãng dệt RhonePoulenc của Pháp sản xuất và nó đã đáp ứng nhiều ứng dụng khác nhau, trong đó
ứng dụng nhiều nhất là gia cố nền đường bộ, đường sắt, đê, thân đê và các cơng
trình tương tự. Trong thời gian này, một số hãng dệt ở Hà Lan, Anh và Áo đã cho
ra đời các sản phẩm vải địa kỹ thuật của mình. Cuối những năm 70, vải địa kỹ
thuật khơng dệt đầu tiên được ứng dụng tại Mỹ. Đến những năm 90, vải địa kỹ
thuật bắt đầu được sử dụng tại châu Á. Trung Quốc hiện đang là một thị trường lớn
về vải địa kỹ thuật.
Sự phát triển mạnh mẽ các cơng trình trọng tải lớn trên nền yếu dẫn đến nhu
cầu vải cường độ chịu lực cao để làm tốt chức năng gia cố, vải dệt thay cho vải
không dệt và chất liệu sợi tổng hợp ngày một được cải thiện. Cơng nghệ chế tạo vải
vì thế cũng khơng ngừng được cải thiện.
1.3.4. Phân loại vải:
Có nhiều cách phân loại, dưới đây là cách phân loại theo công nghệ chế tạo.
1.3.4.1. Loại vải dệt

-14Công nghệ chế tạo loại vải dệt này cũng giống như chế tạo vải may mặc
thông thường. Vải gồm một hệ thống sợi dọc và ngang vng góc với nhau. Sợi dệt
vải địa kỹ thuật có thể là sợi kép hoặc sợi đơn có tiết diện trịn hoặc dẹt, đường
kính t 100 ữ 300 à.
1.3.4.2. Loi vi an
Loi ny c chế tạo từ một sợi duy nhất và được đan kết lại như đan áo len
thông thường.
1.3.4.3. Loại vải không dệt
Loại vải này chúng ta ít khi gặp ở các loại vải may mặc mà thường gặp ở
dạng “phớt” làm mũ phớt, phớt đệm, gioăng. Công nghệ chế tạo loại vải (hay cịn
gọi là thảm) khơng dệt gồm 3 giai đoạn: chế tạo sợi, dàn sợi thành thảm vải, cố
định sợi sau khi dàn thành thảm vải.
Sợi được chế tạo t polyester hay loi khỏc, cú ng kớnh 15ữ20 à, có chiều
dài tuỳ ý. Sợi được dàn thành lớp tạo thành thảm lỏng lẻo nên chưa thể chịu lực
kéo được. Cuối cùng phải qua công đoạn cố định sợi.
Sợi được cố định trong thảm được thực hiện bằng 3 phương pháp sau:
+ Loại liên kết hoá học: Cho phun một chất hố học vào thảm, chất này sẽ
dính kết các sợi lại và cố định sợi trong thảm. Loại này được gọi là thảm (vải)
khơng dệt liên kết hố học.
+ Loại liên kết nhiệt: Thảm sợi lỏng lẻo được gia nhiệt và ép. Một số chỗ của
sợi bị nóng chảy và dính kết với nhau. Loại thảm (vải) liên kết nhiệt này được nén
ép nên chiều dày của thảm nhỏ, khoảng 0,5÷1,0 mm.
+ Loại liên kết cơ: Thảm lỏng lẻo cho chạy qua một dàn đột kim đặc biệt,
hàng kim có cấu tạo gai móc nhỏ xíu, xun móc qua sợi và ghim chúng lại với
nhau. Loại thảm không dệt găm kim này có thể có chiều dày khá lớn (từ 1÷5 mm


-15và hơn nữa) nhưng vẫn có độ mềm mại của vải. Loại thảm liên kết cơ này so với
hai loại trên được đánh giá cao trong ứng dụng.

Theo chiều dài sợi, vải địa kỹ thuật còn được chia làm hai loại, vải sợi ngắn
và vải sợi (dài) liên tục.
1.3.4.4. Loại lưới địa kỹ thuật
Không giống vải địa kỹ thuật dệt và khơng dệt (thảm), lưới địa kỹ thuật có
mắt lưới rộng từ vài mm đến vài cm. Lưới địa kỹ thuật được tạo nên bởi những sợi
to thô, liên kết với nhau bằng ép nóng hoặc keo dính với nhau, và thường dùng làm
rọ, gabion thay thế gabion kim loại. Chính vì vậy, thường người ta tách lưới địa kỹ
thuật ra một loại riêng biệt với vải địa kỹ thuật.
Các sản phẩm vải địa kỹ thuật nêu trên (vải, thảm, lưới) thường do yêu cầu
vận chuyển hay yêu cầu thi cơng mà chế tạo với chiều rộng từ 5,0÷5,5 m và chiều
dài từ 50÷200 m tuỳ loại và cuốn thành cuộn.
Trong ứng dụng, loại vải địa kỹ thuật không dệt (thảm) thường dùng cho các yêu
cầu tầng lọc, phân cách, tiêu nước và gia cố nền theo nguyên tắc tiêu để tăng cố kết.
Cịn dùng để gia cố đất nói chung, hay chính là làm cốt cho đất, là các loại vải địa kỹ
thuật dệt, đan và lưới. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà dùng vải dệt, vải đan hay lưới.

1.4. Tình hình ứng dụng cơng nghệ đất có cốt vải
Trong suốt thời gian dài sự phát triển của vật liệu cốt diễn ra rất chậm. Những
dấu tích để lại cho thấy đất cốt cành cây, cỏ bụi có từ hàng nghìn năm trước cơng
ngun. Sau đó, kích thước cốt (đường kính và chiều dài) tăng lên theo các ứng
dụng như làm đường qua đầm lầy, gia cố nền, xây thành trì... Các loại cây có chiều
dài lớn, khả năng chịu kéo và chịu uốn tốt như họ nhà tre, nứa, trúc, sậy được sử
dụng phổ biến nhất. Đến thế kỷ XX, sự gia tăng về thể loại vật liệu cốt trở lên rõ


-16rệt, đặc biệt từ vài thập kỷ cuối diễn ra sự bùng nổ vật liệu cốt mà nhân vật chính là
vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật.
Sự thành công trong ứng dụng ở các nước tiên tiến trên thế giới cho thấy rằng,
sử dụng cơng nghệ đất có cốt bằng VĐKT, hay nói cách khác dùng VĐKT gia cố
nền và thân cơng trình đê, để tăng cường ổn định của mái đê là một giải pháp mang

lại hiệu quả cao trên nhiều mặt: Cải thiện tốt khả năng chịu lực của nền; giảm khối
lượng đào đắp do giảm đáng kể mái dốc (m có thể 0,5 hoặc nhỏ hơn); giảm khối
lượng xử lý sâu với nền đê; giảm diện tích chiếm đất do mái mở rộng; tận dụng vật
liệu tại chỗ; rút ngắn thời gian thi công; sạch - vệ sinh môi trường,...
1.4.1. Một số ứng dụng VĐKT tiêu biểu trên thế giới
Những nước đầu tiên ứng dụng mạnh mẽ vải địa kỹ thuật là Hà Lan, Anh và
Pháp. Cuối những năm 60 Pháp đã ứng dụng vải địa kỹ thuật nhiều nhất là vào các
lĩnh vực như gia cố nền đường bộ, đường sắt, đề, đập đất và các cơng trình tương
tự. Cuối những năm 70, Mỹ đã nhập những lô hàng vải địa kỹ thuật đầu tiên vào sử
dụng. Đến những năm 90, làn sóng sử dụng vải địa kỹ thuật lan đến châu Á. Trung
Quốc hiện là một thị trường lớn về vải địa kỹ thuật. Từ khi xuất hiện đến nay, do có
hiệu quả ở nhiều mặt nên VĐKT đã được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới. Dưới
đây tác giả luận văn xin nêu một số cơng trình xây dựng có sử dụng VĐKT một
cách có hiệu quả cao:
- Người ta đã trải VĐKT dưới đáy biển khi xây dựng kênh đào Suez với mục
đích làm cho đất nền ổn định và an tồn cho đập;
- Đê biển Deep Bay ở Hongkong dài 3,5km do phải đảm bảo mái đê ổn định
trong thời gian ngắn, không cho đất mới đắp lún xuống nền bùn, đồng thời để tiết
kiệm đất đắp người ta đã sử dụng VĐKT với 3 chức năng: bảo vệ, phân cách và gia
cố đất yếu;
- Tường chắn Prapoutel les sept laux (Pháp) dài 170m, cao 2 ÷ 9,6m được gia
cố bằng VĐKT để tạo mái dốc đứng 1/4 tiết kiệm đất và tăng cường hệ số ổn định;


-17- Dự án xây dựng tường chắn đất và đường giao chui tại nhiều ngã tư của Đại
lộ Tanque Verde (Mỹ) được gia cố bằng lưới ĐKT để ổn định khối đất đắp (cát)
mái và tường (kết cấu panen mảnh lắp ghép);
- Khi cải tạo vùng biển sâu Laem Chabang (Tháilan) người ta đã dùng VĐKT
cùng với lưới tre để ổn định trầm tích sét bùn (là sản phẩm do đất đắp bằng thuỷ
lực) dưới tải trọng nén trước;

- Đập đất Ait Chouarit lớn nhất Ma rốc, hồ chứa cung cấp 40 triệu m3
P

P

nước/năm đã sử dụng 65.000 m2 VĐKT ở các bộ phận: lọc tạm, phân cách;
P

P

- Xa lộ M25 tại Epping (Anh) đã sử dụng lưới Tenxa SR2 kết hợp với sỏi để
ổn định mái dốc đất sét (dễ trượt) khi bị ướt và chịu tải;
- Đê quai Sanxia trong dự án đập Bahem trên sông Yangtre (Trung quốc) cao
tới 90m đã sử dụng VĐKT làm cốt, đê quai đã tồn tại an toàn trong 10 năm;
- Để bảo vệ thành phố New orleans (Mỹ) người ta đã dùng vải ĐKT Nicolon
trải trên nền đất yếu nhằm mục đích giảm kích thước, tiết kiệm khối lượng đất đắp
và giảm độ lún;
- Sử dụng lớp tiêu ngang, lớp lọc và lớp phân cách bằng VĐKT (tiên đề cố kết)
đã được sử dụng có hiệu quả trong dự án năng lượng triều ở vịnh Kachchh (Ấn độ);
Trong 15 năm (từ 1975 ÷ 1990), CHDC Đức (cũ) đã sử dụng tới 15 triệu m2 để
P

P

lọc, tiêu, xử lý mái dốc và nền đập đất, ...
1.4.2. Các ứng dụng đất cốt vải địa kỹ thuật tại Việt Nam
Ở nước ta, VĐKT được giới thiệu và bắt đầu ứng dụng vào đầu những năm 90.
Đến năm 1996, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã cho ban hành tiêu chuẩn ngành
14TCN91-1996 ÷ 14TCN99-1996 về phương pháp thử các tính chất cơ lý và sử
dụng VĐKT để lọc trong cơng trình Thuỷ lợi. Bên cạnh ngành Thủy lợi thì có nhiều

nghành đã sử dụng, ngành Giao thông là nghành ứng dụng sớm và nhiều, chủ yếu
sử dụng VĐKT làm lớp phân cách lọc gia cố nền đường.
Một số cơng trình tiêu biểu tại Việt nam đã sử VĐKT làm cốt cho đất trong
những năm gần đây:


-18- Làm tầng lọc, lót tấm bê tơng lát khan cấp I, cấp II hệ thống thuỷ nông Đô
lương, Bái thượng trong dự án 1259VIE (SF) do ADB cho vay vốn, dự án bảo vệ
mái ở cơng trình AYUN Hạ, cơng trình Thạch Nham;
- Làm dải phân cách lọc cho lát mái và đáy hố xói như cống Vàm hồ, dự án
Hóc mơn - Bình chánh;
- Năm 1995 Cty cơng trình GTVT 2 Hà nội đã sử dụng VĐKT trong công tác
nền đường. Mới đây, VĐKT được sử dụng tại đường vào cầu Tân đệ (QL 10) và
nâng cấp QL 5.
- Năm 2001 cơng trình Sơng Cui tỉnh Long An đã sử dụng VĐKT trong gia cố
mang cống Sông Cui.
- Năm 2008, cơng trình Đập n Đồng, tỉnh Ninh Bình đã sử dụng VĐKT
trong thân đập.
- Năm 2010, cơng trình Đê bao Mỹ Trung, tỉnh Quảng Bình đã sử dụng VĐKT
để trải nền đê và thân đê.
- Năm 2009, Công trình đê biển Đầm Nại, tỉnhNinh Thuận đã ứng dụng
VĐKT trong nền đê và thân đê.
- VĐKT kết hợp với đá làm tầng lọc áp mái hạ lưu đập đất, cống vùng triều, ...,
cho nhiều cơng trình trên địa bàn cả nước, .....
Tuy nhiên, công nghệ đất cốt VĐKT tại Việt Nam cũng vẫn cịn mới mẻ. Cần
có những nghiên cứu ứng dụng công nghệ này trong các điều kiện tự nhiên, kinh tế
- xã hội khác nhau. Tránh lặp lại tình trạng như sử dụng VĐKT làm chức năng lọc
và phân cách, mặc dù đã nhiều năm ứng dụng nhưng vẫn cịn nhiều tồn tại trong
cơng nghệ này đối với người thiết kế, thi công cũng như người quản lý và vận hành
cơng trình. Các hãng VĐKT nước ngồi thường chỉ cung cấp thơng tin kỹ thuật

nhằm mục đích để chào và bán hàng, không quan tâm nhiều đến tư vấn đặc biệt cho
người thiết kế. Để khắc phục những vấn đề trên, cần phải có tổng kết, đánh giá sau
hơn 20 năm ứng dụng và cần hơn có lẽ là nên nghiên cứu kỹ hơn về việc ứng dụng
VĐKT vào xây dựng cơng trình đất.

1.5 Định hướng nghiên cứu của luận văn


-191.5.1. Mục tiêu
- Nghiên cứu cơng nghệ tính tốn, thiết kế và thi cơng các cơng trình đê trên
nền đất yếu có sử dụng VĐKT gia cố đê và làm cốt;
- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và ứng dụng kết quả nghiên cứu vào
hạng mục đê bao nối tiếp đoạn lịng sơng cũ (từ C9 đến C12). Tiểu dự án: Sửa chữa
nâng cấp cống Trà Linh 1;
1.5.3. Nội dung của luận văn: bao gồm có 5 chương
- Chương I: Tổng quan cơng nghệ đất có cốt vải địa kỹ thuật.
Tổng quan về đê trên nền đất yếu, các vấn đề cần giải quyết khi xây dựng đê trên
nều đất yếu và giải pháp thường được sử dụng để giải quyết những vấn đề này. Tác giả
giới thiệu về công nghệ đất có cốt và VĐKT.
- Chương II: Cơ sở lý luận cơng nghệ đất có cốt và tính tốn thiết kế.
Các lý luận cơ sở về công nghệ đất cốt VĐKT, các tác dụng của việc đưa VĐKT
vào trong khối đất. Cơ chế tương tác giữa đất và cốt VĐKT. Các tính tốn thiết kế khi xử
lý nền đê và gia cố thân đê bằng VĐKT
- Chương III: Xác định một số thơng số đầu vào bằng thí nghiệm.
Các thí nghiệm xác định lực dính, góc ma sát giữa vải và đất. Thí nghiệm nghiên cứu
trạng thái ứng suất biến dạng của mơ hình vật lý đê có cốt VĐKT và đê khơng có cốt VĐKT
- Chương IV: Thi cơng đê cốt vải địa kỹ thuật.
Qui trình thi cơng các công đoạn trong công tác thi công đê cốt VĐKT. Từ
công tác đất, chuẩn bị, rải cốt VĐKT, khâu nối, neo vải, thi công nền đê, các
lớp đất thân đê, cách thức neo vải, trải vải, gấp vải và những vấn đề cần chú ý

trong bảo quản và lắp đặt vải.
- Chương V: Ứng dụng vải địa kỹ thuật và cọc xi măng đất trong xây dựng cơng
trình đê bao nối tiếp cống Trà Linh I.
Giới thiệu sự cố cơng trình khi đang thi cơng đê bao nối tiếp cống Trà Linh I, kết
luận nguyên nhân sự cố của các chuyên gia và phương án xử lý của đơn vị thiết kế, quan


-20điểm về thiết kế của tác giả luận văn.Cuối chương là các tính tốn ứng dụng lý thuyết đã
trình bầy ở chương II cho cơng trình đê bao nối tiếp cống Trà Linh I.
1.5.3. Phạm vi nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu cho cơng trình đê trên nền đất yếu, tiêu biểu là vùng
đồng bằng ven biển sông Hồng. Tại những nơi này, đê hay bờ bao thường được xây
dựng bằng chính vật liệu đất mềm yếu của nền (vật liệu tại chỗ).
Các cơng nghệ tính tốn, thiết kế và thi công của công nghệ đắp đê bằng đất có cốt
VĐKT trên nền đất yếu.
Nghiên cứu đê cốt VĐKT trên mơ hình số để làm rõ hiệu quả của cơng nghệ, bố trí
cốt đê hợp lý cho hiệu quả cao, xây dựng một số quan hệ số phục vụ tính tốn thiết kế;
Nghiên cứu ứng dụng kết quả nghiên cứu vào hạng mục đê bao nối tiếp đoạn lịng
sơng cũ (từ C9 đến C12). Dự án Sửa chữa nâng cấp cống Trà Linh 1.


-21CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ LUẬN CƠNG NGHỆ ĐẤT CĨ CỐT VÀ TÍNH TỐN THIẾT KẾ
2.1. Cơ sở lý luận cơng nghệ đất có cốt
Như đã đề cập tại chương trước, có 2 nguyên nhân cũng là 2 đặc điểm cơ bản
của các loại đất yếu, đó là:
1. Các chỉ tiêu kết cấu đất yếu, cụ thể góc ma sát trong và lực dính nhỏ. Có loại
đất có lực dính tương đối thì góc ma sát gần như bằng khơng. Điều này dẫn đến bản
chất đất là đất yếu;
2. Dễ bão hoà nước, và lượng ngậm nước khi bão hoà lớn. Điều này làm cho

đất vốn dĩ đã yếu lại càng yếu. Bất cứ sự tăng tải nào cũng có thể làm tăng áp lực
nước lỗ rỗng. Đối với đất dính, nước lỗ rỗng thoát rất chậm, áp lực nước lỗ rỗng sẽ
tăng rất nhanh khi có sự tăng tải bên ngoài. Áp lực nước lỗ rỗng đã bị tăng cao này
dễ gây mất ổn định đất nền và thân công trình.
Nhiều cơng trình đường, đê, đập xây dựng trên nền đất yếu có độ lún lớn từ
30% đến hơn 50% chiều cao của đất đắp. Độ lún này lại xẩy ra trong khoảng thời
gian không dài cùng với hiện tượng lún khơng đều có thể làm nứt gẫy hay sụp đổ cả
cơng trình, gây hậu hoạ nghiêm trọng. Nói chung, vấn đề thi cơng và ổn định cơng
trình đê rất khó đạt được đối với loại đất yếu này khi khơng có một cơng nghệ.
Đã có nhiều nỗ lực tìm kiếm giải pháp, song phần lớn là các giải pháp phù hợp
gia cố bề mặt giải quyết "ngoại tạng". Giải pháp làm ổn định khối đắp phổ biến là
mở rộng mặt cắt (mái thoải hơn) và giải pháp giải quyết tiêu nước tăng quá trình cố
kết cho thân (như phơi đất, trộn vôi, ...) và nền (như đệm cát, cọc cát, ...). Các giải
pháp này tương đối có hiệu qủa về mặt kỹ thuật, tuy nhiên chưa cao còn phức tạp,
đắt và thời gian thi công dài. Giải pháp đúng đắn là cải thiện được các chỉ tiêu kết
cấu đất, cụ thể là góc ma sát trong và lực dính, tăng tốc độ thốt nước lỗ rỗng, và
nếu có thể, cải thiện phân bố tải trọng tác dụng lên công trình kết hợp với bảo vệ bề
mặt. Để thỏa mãn các yêu cầu này, chỉ có thể là giải pháp giải quyết "nội tạng", tức
gia cường cốt đất và tiêu rút nước lỗ rỗng từ thân cơng trình. Đó chính là ý tưởng


-22hình thành cơng nghệ đất có cốt. Vật liệu gia cường cốt đất, hay nói gọn là làm cốt
cho đất, cần có khả năng chịu kéo tốt và sẽ cho hiệu quả cao hơn nhiều nếu có tính
dẫn nước tốt. Và đó lại là ý tưởng cho cơng nghệ đất có cốt VĐKT ra đời.
Chúng ta sẽ xem các tác dụng cụ thể của VĐKT thông qua tương tác của Vải
và Đất như trình bầy dưới đây.
2.1.1. Cải thiện lực dính (c) và góc ma sát trong (ϕ):
Dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài nếu trạng thái ứng suất tại mỗi điểm bất
kỳ trong khối đất đều thoả mãn điều kiện: τ ≤ σtgϕ + c thì khối đất sẽ ổn định (cân
bằng điểm). Do đó để ổn định cho khối đất, ta cần có các biện pháp làm tăng giá trị

vế phải của phương trình trên (σtgϕ + c).
Để giải quyết vấn đề này, cần đưa thêm vào đất các cốt. Số lượng và sự sắp
xếp hợp lý các cốt giúp cho đất tăng khả năng chịu kéo và tăng khả năng chống
trượt nhờ lực dính ma sát giữa cốt và đất.

σ1

S1
S3

dA
ϕ

σ3
α

C α

β

T

dAT

β

R

Hình 2-1. Sơ đồ tính tốn ổn định của khối đất ở trạng thái giới hạn trong trường
hợp đất có cốt.

S 1 = σ 1 .dA.cosα;
R

R

R

S 3 = σ 3 .dA.sinα;

R

R

R

R

R

C = c.dA (lực dính)

T = σ R .dA T = σ R .dA.sin(α-β) (lực trong cốt);
R

trong đó:

R

R

R

R

R

σ 1 , σ 3 - các ứng suất trong mặt phẳng biến dạng.
R

R

R

R

α- góc cắt ở trạng thái giới hạn (hiện chưa biết).
β- góc nghiêng tạo bởi phương của cốt và phương của σ 3 .
R

dA- diện tích mặt cắt phân tố đất được lấy.

R


-23σ R - lực trong cốt lấy đối với 1m2 mặt cắt ngang của phân tố đất.
R

R

P

P

Viết phương trình cân bằng phân tố đất có cốt vải:

∑ Xi =0 : S 3 + Ccosα - Rsin(α - ϕ) + Tcosβ = 0 (1)
R

R

∑Yi =0 : S 1 + Csinα - Rcos(α - ϕ) + Tsinβ = 0
R

R

(2)

[2.1]
R-lực ma sát trong của đất
Khử R từ (1) và (2) ta có phương trình sau:
R

σ 3 =σ 1

tan(α − ϕ )
sin(α − β )
− c(tan α + tan(α − ϕ )) − σ R
(tan(α − ϕ ) sin β + cos β )
tan α
sin α

R

[2.2]
Theo phương pháp Coulomb thì mặt trượt sẽ suất hiện khi σ 3 đạt giá trị cực
R

R

đại hay nói cách khác:
∂σ 3
=0
∂α

[2.3]
Ta chỉ xét trường hợp đơn giản khi β = 0, tức là khi các cốt được bố trí theo
phương ngang. Có hai trạng thái giới hạn:
1. Khi cốt mất khả năng chịu lực và bị đứt.
2. Khi cốt bị trượt trong đất do thiếu lực ma sát giữa cốt và đất.
Trường hợp 1: Trường hợp này xẩy ra khi σ R = σ R max, và lúc này [2.2] được viết:
U

U

R

R

R

RP

P

σ 3 = σ 1 tan(α − ϕ ) − c(tan α + tan(α − ϕ )) − σ Rmax
tan α
R

hay:

R

R

R

(a)

σ 3 = σ 1 .Ka - 2.c R . Ka
R

R

R

R

R

(b)

R

[2.4]
với:

 π ϕ  1 − sin ϕ
Ka = tg  4 − 2  = 1 + sin ϕ
2
P

cR = c +

P

R

σ Rmax

R

2 Ka

(c R - lưc dính quy đổi khi có cốt)
R

α=

π ϕ
4

+

2

R


-24Từ [2.4] cho thấy, đất có cốt có góc ma sát trong ϕ so với đất khơng có cốt là
khơng đổi, nhưng lại có lực kết dính lớn hơn so với đất khơng có cốt một đại lượng là:
∆c R =
R

σ Rmax

R

2 Ka

Trường hợp 2: Khi cốt bị trượt trong đất thì σ R = µ.σ n
U

U

R

R

R

Ở đây µ > 0 và hệ số ma sát giữa cốt và đất, β = 0 nên có thể nhận σ n = σ 1 ,
R

R

R

R

khi đó:
σ 3 = σ 1  tan(α − ϕ ) − µ  − c(tan α + tan(α − ϕ ))
 tan α



R

R

R

R

(a)
hay:





Ka
KaR

σ 3 = σ 1 (Ka-µ) - 2.c. Ka = σ 1.KaR − 2 c
R

R

với:

R

R


 KaR



(b)

[2.5]

Ka R = Ka - µ
R

R

α=

π ϕ
4

+

2

Như vậy trong trường hợp này, đất có cốt có góc ma sát trong ϕ R (góc ma sát
R

R

trong quy đổi khi có cốt) lớn hơn góc ma sát trong ϕ của đất khơng có cốt:
sinϕ R =
R

R

1 − Ka + µ 1 − Ka
=sinϕ và đồng thời cũng làm tăng lực dính kết c của đất
>
1 + Ka − µ 1 + Ka

so với trường hợp đất khơng có cốt.
Ở hình 2-2 đường nét đứt là giới hạn của ứng suất ở trạng thái giới hạn đối
với đất khơng có cốt. Như vậy, đối với cả hai trường hợp 1 và 2 được mơ tả trên
hình thì vịng trịn Mohr cịn xa mới đạt tới giới hạn của ứng suất trong trường hợp
đất được gia cố bằng cốt.
τ
2

1

σ

cR


-25Hình 2-2. So sánh trạng thái giới hạn của đất khơng có cốt với hai trạng thái giới hạn
của đất có cốt
2.1.2. Cơ chế tương tác đất với cốt:
Cơ chế tương tác chủ đạo giữa đất với cốt liên quan đến sức cản do ma sát,
sức kháng tải bị động và chuyển vị uốn của cốt. Thực tế ảnh hưởng của chuyển vị
uốn tới các đặc trưng của cơng trình đất là rất nhỏ nên theo Schlosser và Buhan
(1990) có thể bỏ qua. Vì thế có thể đơn giản hố cơ chế tương tác Đất - Cốt như
sau: Đó là sự trượt của đất trên cốt hay cơ chế cắt trực tiếp và kéo của cốt khỏi đất
hay cơ chế kéo.
Hình 2-3 thể hiện một cơng trình đất điển hình được xây dựng trên bờ dốc
bằng đất được gia cố vải sẽ thể hiện 2 cơ chế trương tác trên:
C
A

MỈt có khả năng
bị phá hoại
D

B

Cốt làm gia cố

Hỡnh 2-3. Mỏi dốc gia cố điển hình, mơ hình tương tác cốt - đất
Phán đốn mặt trượt hình 2-3 có thể sử dụng vòng cung trượt của Bishop,
khả năng mặt bị phá hoại là CBD. Cốt ở phía sau mặt phá hoại (A) sẽ chịu kéo, vị
trí B xẩy ra cơ chế cắt trực tiếp.
1- Sức kháng cắt trực tiếp: là sức kháng cắt giữa đất với diện tích bề mặt phẳng
của cốt vải.
Theo nghiên cứu của Jewell (1984) trong trường hợp tương tác giữa đất và
vải địa kỹ thuật, hệ số kháng cắt trực tiếp được tính theo cơng thức:
f' =
Trong đó:

tgδ
tgϕ

ϕ- góc nội ma sát của đất từ thí nghiệm cắt trực tiếp.

[2.6]