Nghiên cứu giải pháp gia cường ổn định cho mái dốc đứng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.5 MB, 192 trang )
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
----------------------------------------------
BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NCKH ĐẶC THÙ NĂM 2012
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH
CHO MÁI DỐC ĐỨNG
Hà nội, tháng 12 năm 2012
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
----------------------------------------------
BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NCKH ĐẶC THÙ NĂM 2012
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH
CHO MÁI DỐC ĐỨNG
CƠ QUAN CHỦ TRÌ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
HIỆU TRƯỞNG
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
TS. Lê Xuân Khâm
Hà nội, tháng 12 năm 2012
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
----------------------------------------------
BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NCKH ĐẶC THÙ NĂM 2012
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH
CHO MÁI DỐC ĐỨNG
CƠ QUAN CHỦ QUẢN:
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nơng thơn
CƠ QUAN CHỦ TRÌ:
Trường Đại học Thủy lợi
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI:
TS. Lê Xuân Khâm
Hà nội, tháng 12 năm 2012
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
----------------------------------------------
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH ĐẶC THÙ NĂM 2012
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH
CHO MÁI DỐC ĐỨNG
CƠ QUAN CHỦ QUẢN:
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nơng thơn
CƠ QUAN CHỦ TRÌ:
Trường Đại học Thủy lợi
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI:
TS. Lê Xuân Khâm
Hà nội, tháng 12 năm 2012
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
----------------------------------------------
BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NCKH ĐẶC THÙ NĂM 2012
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH
CHO MÁI DỐC ĐỨNG
CƠ QUAN CHỦ TRÌ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
HIỆU TRƯỞNG
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
TS. Lê Xuân Khâm
Hà nội, tháng 12 năm 2012
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
----------------------------------------------
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH ĐẶC THÙ NĂM 2012
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG ỔN ĐỊNH
CHO MÁI DỐC ĐỨNG
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI:
TS. Lê Xuân Khâm
CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN:
TS. Dương Đức Tiến
TS. Lê Thanh Hùng
ThS. Phạm Huy Dũng
ThS. Nguyễn Mai Chi
ThS. Dương Văn Viện
ThS. Nguyễn Hà Phương
ThS. Đỗ Thanh Minh
ThS. Nguyễn Trọng Đại
ThS. Nguyễn Thị Mai Dung
Hà nội, tháng 12 năm 2012
CÁC THÔNG TIN CHUNG
- Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp gia cường ổn định cho mái dốc đứng
- Thời gian thực hiện: 12 tháng, từ tháng 1 /2012 đến tháng 12/2012
- Đơn vị chủ trì thực hiện: Trường Đại học Thủy lợi
- Chủ nhiệm đề tài: TS. Lê Xuân Khâm
- Chức vụ, nơi cơng tác: Phó Viện trưởng Viện Kỹ thuật Cơng trình, Trường Đại học
Thủy lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà nội
- Các cán bộ tham gia thực hiện: TS. Dương Đức Tiến, TS. Lê Thanh Hùng, ThS.
Phạm Huy Dũng, ThS. Nguyễn Mai Chi, ThS. Dương Văn Viện, ThS. Nguyễn Hà
Phương, ThS. Đỗ Thanh Minh, ThS. Nguyễn Trọng Đại, ThS. Nguyễn Thị Mai Dung
- Kinh phí thực hiện: 60.000.000 đồng (sáu mươi triệu đồng chẵn)
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khi thiết kế mái dốc đất thì mái dốc phải được thiết kế ổn định trong mọi
trường hợp, song một điều dễ thấy là mái dốc càng xoải thì độ ổn định càng cao.
Thực tế cho thấy, có nhiều trường hợp khơng cho phép thiết kế mái dốc có độ
dốc nhỏ: ví dụ mái dốc xoải chiếm nhiều diện tích, kinh phí tốn kém hoặc tận dụng
diện tích ở trên đỉnh… thì người ta phải thiết kế mái dốc đứng. Ở đây khái niệm mái
đứng là mái dốc có góc so với phương nằm ngang là 450 ≤ β ≤ 900. Mái dốc đứng, có
kèm theo tải trọng trên đỉnh hoặc chịu ảnh hưởng của mưa lớn thì càng dễ mất ổn định.
Vì vậy, để đảm bảo an toàn cho mái dốc đứng, một trong những giải pháp được áp
dụng là dùng cốt vải địa kỹ thuật làm hệ thống cốt trong đất nhằm tăng cường độ ổn
định của mái dốc.
Trên thực tế đã có nhiều cơng trình đất có mái dốc lớn hơn tự nhiên, có khi dốc
đứng. Tuy nhiên do chưa có các giải pháp kỹ thuật thỏa đáng để gia cường ổn định,
đặc biệt là mái dốc đứng nên có nhiều mái dốc bị sạt lở, nhất là về mùa mưa, gây
những hậu quả rất lớn về kinh tế, xã hội, thậm chí nguy hiểm đến tính mạng con người.
Việc nghiên cứu giải pháp gia cường cho mái dốc đứng sẽ đem lại nhiều lợi ích
lớn. Về kỹ thuật, sẽ làm tăng cường độ cho khối đất (đặc biệt là đối với khối đất phải
gia cố lại sau khi bị sạt lở) dẫn đến việc đảm bảo mái dốc ổn định trong các điều kiện
tính tốn. Về kinh tế, mái dốc đứng sẽ giảm tiết diện mặt cắt dẫn đến giảm khối lượng
đào đắp cho các cơng trình, tiết kiệm được khơng gian xây dựng, tiết kiệm được vật
liệu bảo vệ bề mặt mái và tiêu thoát nước bề mặt nhanh hơn. Bên cạnh đó mái dốc
đứng sẽ tạo mỹ quan và thân thiện với môi trường.
1
Ở nước ta, rất nhiều hệ thống mái dốc taluy của đường bị sạt lở nhất là vào mùa
mưa, nhất là vùng duyên hải miền trung. Vì vậy, những vị trí xung yếu của nhiều
tuyến đường cần có giải pháp dùng cốt vải địa kỹ thuật, đồng thời trồng cỏ trên mái
dốc để đảm bảo mỹ quan tự nhiên.
Để có tài liệu tra cứu sơ bộ khi gia cố mái dốc đứng bằng vải địa kỹ thuật thì cần
thiết phải xây dựng được các quan hệ giữa chỉ tiêu cơ lý của đất với chiều cao của mái
dốc, khoảng cách và chiều dài vải hợp lý của các lớp vải.
Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp gia cường ổn định cho mái dốc đứng” là hết
sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đề xuất kết quả nghiên cứu dưới dạng đường cong thực nghiệm, các dạng kết cấu
điển hình gia cố cho mái dốc đứng
- Đưa ra giải pháp gia cố cho mái dốc đứng đã bị sạt lở.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu giải pháp gia cường cho mái dốc có góc dốc 450 ≤β≤ 900 bằng cốt vải địa
kỹ thuật.
- Tính đối với đất tàn tích- sườn tích có chiều cao mái dốc H ≤ 11m
4. Nội dung nghiên cứu
- Thu thập tài liệu phục vụ nghiên cứu
- Đánh giá tổng quan về các giải pháp gia cường ổn định cho mái dốc và mái dốc đứng
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết khi tính tốn mái dốc có gia cường cốt địa kỹ thuật
- Nghiên cứu phân tích bài tốn ứng dụng, xây dựng mơ hình tốn với các trường hợp
tính. Đề xuất các dạng kết cấu điển hình và đường cong thực nghiệm áp dụng cho mái
dốc đứng.
- Nghiên cứu giải pháp xử lý mái dốc đã bị sạt trượt bằng cốt địa kỹ thuật
5. Cách tiếp cận
- Thống kê tài liệu: Thống kê các sự cố cơng trình liên quan đến mái dốc đứng, các tài
liệu về lý thuyết tính tốn ổn định khối đất.
- Thu thập các tài liệu liên quan đến thiết kế về mái đất, mái đất gia cường và mái đất
có cốt.
- Nghiên cứu sử dụng các phần mềm tính tốn mới để mơ phỏng tính ứng dụng cho bài
tốn cụ thể, tính tốn cho nhiều trường hợp khác nhau
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập các tài liệu thực tế nhằm cập nhật các thơng
tin, hình ảnh mới nhất về vấn đề nghiên cứu.
- Xây dựng mơ hình tốn khi tính tốn thiết kế, ứng dụng.
- Phương pháp chuyên gia: Tổ chức hội thảo, báo cáo khoa học nhằm tổng hợp các ý
kiến đóng góp của các chuyên gia, các nhà khoa học về lĩnh vực nghiên cứu.
2
7. Các kết quả đạt được của đề tài
- Xây dựng được các quan hệ giữa chỉ tiêu cơ lý của đất với chiều cao của mái dốc,
khoảng cách và chiều dài vải hợp lý của các lớp vải địa kỹ thuật.
- Đưa ra một số kết cấu điển hình của vải địa kỹ thuật tương ứng với chiều cao cảu mái
dốc
- Áp dụng biểu đồ quan hệ, tính tốn cho cơng trình thực tế
CHƯƠNG I: HIỆN TRẠNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÁI DỐC ĐÃ BỊ
SẠT TRƯỢT
I.1. Hiện trạng một số dạng mái dốc sạt trượt điển hình
Quá trình trượt làm một phần sườn dốc bị phá huỷ kéo theo sự biến dạng địa
hình, biến đổi cấu trúc và điều kiện địa chất ở đó. Dưới tác dụng của trọng lượng bản
thân và một số nhân tố phụ trợ khác, như: áp lực của nước mặt và nước dưới đất, lực
địa chấn và một số lực khác, đất đá trên sườn dốc bị biến dạng, chuyển dịch từ trên
xuống dưới. Sự dịch chuyển sườn dốc rất đa dạng. Cho đến nay, người ta vẫn còn thảo
luận rất nhiều về cách phân loại các hình thức dịch chuyển đó. Điều kiện để phân loại
các quá trình dịch chuyển bờ dốc là xét đến kiểu dịch chuyển, thành phần đất đá, tốc
độ dịch chuyển, hình thái vùng tích tụ, tuổi, nguyên nhân, mức độ phá hủy của khối
trượt, mối liên quan của hình thái trượt với cấu trúc địa chất, sự phát triển khối trượt,
vị trí địa lý của các khối trượt điển hình, mức độ hoạt động của nó...
Các dạng sạt trượt mái dốc điển hình: Sạt trượt lở núi, ạt trượt mái taluy đường giao
thông, sạt trượt bờ sông… hiện tượng sạt trượt xảy ra nhiều mưa lũ.
I.2. Một số giải pháp thường dùng
Đối với các hiện tượng sụt lở và trượt lở, thường dùng các biện pháp sau:
- Giảm độ dốc và chiều cao mái dốc
- Chống đỡ chân mái dốc bằng các tường chắn, kè chân, rọ đá, ụ đá....
- Gia cố bằng cốt địa kỹ thuật.
I.3. Phân tích giải pháp xử lý mái dốc đã bị sạt trượt bằng cốt địa kỹ thuật
Phương pháp sử dụng vật liệu cốt địa kỹ thuật có nhiều ưu điểm như: tăng cường
ổn định của khối đất, tạo nên kết cấu mềm mại, thân thiện với môi trường. Các cơng
trình ứng dụng đất có cốt ngày càng được xây dựng nhiều hơn do cơng trình ứng dụng
đất có cốt là cơng trình nhẹ nhất trong các loại cơng trình vì cơng trình làm bằng đất
tại chỗ; mềm nhất vì là cơng trình đất; và có thể dùng vải địa kỹ thuật, sợi tổng hợp để
làm cốt thay thế cốt thép khơng gỉ đắt tiền
Với phương án hồn thiện sử dụng phương pháp bó uốn Tensar, bề mặt mái taluy
được hình thành bằng cách trải và cuốn lưới, vải địa kỹ thuật vòng qua bề mặt rồi neo
lại trong nền đất đắp. Trong q trình bó uốn cần dùng các bao đất hoặc hỗ trợ tạm
thời để tạo bề mặt và kiểm soát hướng tuyến, cần thiết cho việc đầm nén được chắc
chắn. Một mái taluy mềm sẽ mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và cho phép khách hàng
lựa chọn nhiều bề mặt hấp dẫn. Các lợi ích từ việc thi cơng mái taluy dốc có gia cố
như giảm thiểu đất sử dụng, giới hạn việc lấy đất ở những khu vực hạn chế, giảm khối
3
lượng đất đắp theo yêu cầu và là giải pháp tường mềm thay thế tường chắn bề mặt
cứng ở những nơi nhạy cảm về môi trường.
Khi sửa chữa mái sạt lở, gia cố các mái đường giao thông hoặc các cơng trình mà
địa hình hẹp, địa chất khó đào bạt thì nên dùng cốt địa kỹ thuật để sử dụng lại đất sạt
xuống hoặc đất đào mở móng, như vậy sẽ giảm được chi phí vận chuyển đất sạt lở ra
khỏi khu vực, giảm ách tắc giao thông.
I.4. Kết luận chương I
Chương I đã nêu tổng về các dạng sạt trượt mái dốc điển hình, hiện trạng các
dạng sạt trượt mái dốc thực tế thường gặp. Nêu sơ lược các giải pháp phòng chống và
xử lý mái dốc đã bị sạt trượt; trong đó phân tích giải pháp gia cố, xử lý mái dốc bằng
vải địa kỹ thuật, đây cũng là cơ sở làm định hướng nghiên cứu của đề tài.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
II.1. Cơ chế tương tác giữa đất và cốt
Đất có độ bền kéo thấp nhưng độ bền nén là tương đối, độ bền của đất chỉ bị
giới hạn bởi sức kháng ứng suất cắt của nó. Mục đích kết hợp đất với cốt là để tiếp thu
lực kéo hoặc ứng suất cắt, giảm được việc tải trọng gây phá hoại đất do ứng suất cắt
hoặc do biến dạng quá mức. Khối đắp có cốt được coi là một khối vật liệu hỗn hợp có
các đặc tính đã được cải thiện, đặc biệt là khả năng chịu kéo, chịu cắt so với đất khơng
có cốt.
Khi tải trọng được truyền từ đất vào cốt thì cơ chế truyền tải từ đất vào cốt và
ngược lại thực hiện thông qua sức neo bám đất/cốt. Đối với đất kém dính sức neo bám
này là do ma sát đất/cốt phụ thuộc vào đất, cốt và mức độ thô nhám trên bề mặt của nó.
Cịn đối với đất dính, sức neo bám này phụ thuộc chính là lực dính giữa cốt với đất. Sự
tương tác giữa cốt mềm với đất là sự tiếp thu lực kéo dọc trục. Để tăng khả năng chịu
tải kéo và để tiện thi công các cốt mềm được đặt nằm ngang trong tường, trong mái
dốc và dưới nền đắp trùng với trục biến dạng kéo chính trong đất khơng có cốt. Khi
tính tốn thiết kế, ta phải xác định các lực kéo dọc trục mà cốt phải tiếp nhận ở vùng
chủ động và sự phân bố chúng vào vùng bị động.
II.2. Cơ chế gia cường cốt trong mái dốc
Hình 1 thể hiện mái dốc đất rời khơ
nghiêng góc β (là góc lớn hơn góc ma sát
trong ϕ của đất) so với phương ngang.
Nếu khơng có tác động của cốt, mái đất
đã bị trượt. Tuy nhiên nhờ kết hợp với
đất và cốt mái đất đã ổn định. Việc khảo
sát cơ chế gia cường cơ bản đã chứng tỏ
trong mái dốc gồm hai vùng riêng biệt:
vùng chủ động v vựng khỏng trt
(vựng b ng).
Vùng hoạt
động
Laj
Vùng giữ
Lej
Rienforcement
Hỡnh 1. C chế gia cường tường và mái
dốc bằng cốt
4
Nếu khơng có cốt, vùng chủ động sẽ mất ổn định, dịch ra phía trước và trượt
xuống so với vùng kháng. Nếu đặt cốt ngang qua hai vùng, cốt có thể làm cho vùng
chủ động ổn định. Hình 1 thể hiện một lớp cốt đơn có chiều dài L aj trong vùng chủ
động và L ej trong vùng kháng. Trong thực tế thường bố trí cốt gồm nhiều lớp.
Tạo cho cốt có được cơ chế neo bám thích hợp và có độ cứng chống kéo thích
hợp thì cốt sẽ tiếp thu được biến dạng kéo xuất hiện trong đất ở vùng chủ động (vùng
hoạt động). Biến dạng kéo được truyền đi từ đất sang cốt nhờ vào cơ chế neo bám cốt đất. Biến dạng trong đoạn cốt thuộc vùng chủ động làm tăng tương ứng lực kéo của
cốt trong vùng này.
Nếu tổng chiều dài cốt bị giới hạn bởi L aj thì quá trình truyền tải trọng từ đất vào
cốt không đủ ngăn chặn hiện tượng trượt của vùng chủ động. Để có đủ khả năng chống
trượt, phần tử cốt phải được kéo dài thêm đoạn L ej vào vùng giữ (vùng bị động). Giả
thiết rằng cốt có đủ lực kéo để chịu được tải trọng kéo tiếp thu từ vùng chủ động, lực
này sẽ được phân tán vào đất trong vùng kháng. Trong vùng chủ động, tải trọng truyền
từ đất vào cốt cũng thông qua cơ chế neo bám đất - cốt, lực kéo trong cốt phân bố
không đều theo chiều dài giảm dần về phía đầu tự do của chiều dài L ej kể từ bề mặt
mái dốc hay bề mặt tường vì tải trọng được phân phối dần vào đất. Tại đầu tự do của
cốt trong vùng kháng, lực kéo trong cốt bằng không.
II.3. Cơ chế phá hoại khối đất có gia cường cốt địa kỹ thuật
Ổn định ngoài: Phá hoại sức chịu tải và phá hoại nghiêng lệch (Hình 2-a); Trượt về
phía trước (Hình 2-b); phá hoại trượt trong khối đất có cốt (Hình 2-c).
Hình 2. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định ngoài
Ổn định nội bộ: Kéo đứt các đơn nguyên cốt riêng rẽ (Hình 3-a); phá hoại neo bám
gây tuột cốt với mỗi đơn nguyên cốt riêng rẽ (Hình 3-b).
Hình 3. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định nội bộ
Ổn định hỗn hợp: Phá hoại kéo đứt các đơn nguyên cốt riêng rẽ (Hình 4-a); phá hoại
neo bám gây tuột cốt đối với mỗi đơn nguyên cốt riêng rẽ (Hình 4-b)
Hình 4. Các trạng thái giới hạn phá hoại về ổn định hỗn hợp
a. Kéo đứt cốt
b. Phá hoại neo bám cốt
5
II.4. Tính tốn kiểm tra ổn định mái dốc
II.4.1. Sơ đồ bài tốn
Sự phá hỏng khối đất nói chung và khối đất có cốt nói riêng đều có cơ chế của
sự trượt của khối trượt (theo một mặt gọi là mặt trượt hay mặt phá hoại). Kết quả
nghiên cứu thực nghiệm đã có kết luận rằng: mặt trượt khả dĩ trong khối đất có cốt
thường trùng với đường lực kéo lớn nhất.
Hình 5. Sơ đồ lực tác dụng lên khối trượt ABC theo mơ hình tính tốn hệ thống neo
Dù do tụt neo hay do đứt neo thì sự phá hoại khối đất vẫn theo cơ chế trượt khối
đất trên mặt phá hoại có dạng cong logarit. Khối đất có đặt cốt nằm ngang bằng vải địa
kỹ thuật hay lưới địa kỹ thuật có thể coi như một chỉnh thể. Do vậy khi phân tích có
thể coi khối đất trượt ứng xử như một chỉnh thể. Vấn đề đặt ra ở đây là xác định lực
neo cần thiết để neo giữ khối đất ở trạng thái cân bằng giới hạn trên mặt trượt (Hình 5).
Sơ đồ xác định vị trí mặt trượt khả dĩ.
Tách một mét dài cơng trình đất có cốt để xét sự cân bằng giới hạn của khối đất
ABC ứng xử như một vật thể hoàn chỉnh. Hình 5-a là mơ hình tính tốn và hình 5-b là
sơ đồ lực tính tốn. Trong hình 5-b các đại lượng được xác định lần lượt như sau:
T i và T là lực neo (hoặc lực kéo) của mỗi lớp cốt và tổng lực neo được xác định
theo công thức:
T=ΣT i (i=1,2,3,.....,n)
(1)
II.4.2. Phương pháp phân mảnh để tính tốn mặt trượt trịn trong mái dốc đắp có
cốt
Phương pháp phân mảnh đã được lập ra để phân tích, tính tốn ổn định các mái
dốc có cốt hoặc khơng cốt đối với phần lớn các trường hợp mái dốc thơng thường có
dạng hình học khác nhau và có nhiều tầng đất khác nhau (Hình 6). Trong trường hợp
mái dốc có cốt, người ta giả thiết rằng lực tương tác giữa các mảnh được bỏ qua vì sự
có mặt của cốt có ảnh hưởng phức tạp đến các lực đó và vì sự có mặt của cốt khiến cho
khối đất trượt ít bị xáo động. Trong tính tốn người ta giả thiết rằng các lớp cốt đều
nằm ngang và chỉ xét đến những chỗ chúng giao nhau cắt nhau với mặt trượt giả thiết
tại mỗi mảnh riêng. Mômen giữ do các tác động tổ hợp của đất và cốt phải không được
nhỏ hơn mômen trượt do trọng lượng đất gây ra. Các mômen này đều phải được tính
với tâm quay của khối trượt.
6
Xi
αι
Yj
0
R
C
B
Wi
Ei
Ei+1
A
L
j
Ti
αi
βs
Ti
Lej
bi
Ni
Ui
Hình 6. Phương pháp phân mảnh với mặt trượt trịn để tính ổn định mái dốc trong đất có cốt
Để cân bằng, cần phải thoả mãn điều kiện:
M gt ≤ M g1 +M g2
,
hoặc K =
Mg1 + Mg2
M gt
≥ [K]
(2)
M gt - mô men gây trượt do trọng lượng bản thân của đất và do ngoại tải; M g1 - mô men
giữ do cường độ chống cắt của đất; M g2 - mơ men giữ do sự có mặt của cốt trong mái
dốc; K- hệ số ổn định mái dốc; [K]- hệ số ổn định cho phép đối với các cơng trình thiết
kế (theo qui phạm).
II.5. Kết luận chương II
Khi mái dốc có gia cường cốt vải địa kỹ thuật thì sẽ tăng độ ổn định của mái dốc.
Chương II đã nêu được cơ chế tương tác giữa cốt và đất, phân tích sức chịu tải của cốt,
cơ chế gia cố và chịu lực của cốt trong đất. Khi tính tốn ổn định mái dốc có cốt theo
phương pháp phân mảnh cũng đã thể hiện rõ tác dụng do cốt trong trong vấn đề ổn
định mái dốc và được thể hiện ở giá trị M g2 . Đây cũng là cơ sở lý luận để tính ổn định
mái dốc có cốt sau này.
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ĐIỂN HÌNH, ĐƯỜNG
CONG THỰC NGHIỆM GIA CƯỜNG MÁI DỐC ĐỨNG
III.1. Mục đích
Để có tài liệu tra cứu sơ bộ khi gia cố mái dốc đứng, gia cố mái dốc đã bị sạt trượt
thì cần:
- Xây dựng được các quan hệ giữa chỉ tiêu cơ lý của đất với chiều cao của mái dốc,
khoảng cách và chiều dài vải hợp lý của các lớp vải.
- Đưa ra một số kết cấu điển hình tương ứng với chiều cao mái dốc của mái dốc
III.2. Phân tích lựa chọn các điều kiện biên và trường hợp tính tốn
a) Các chỉ tiêu cơ lý
Theo số liệu thống kê của đề tài NCKH trọng điểm cấp nhà nước mã số
KC.08.33/06-10 thì đất tàn tích- sườn tích ở nước ta được lựa chọn: lực dính C: 9 ≤ C
≤ 47 kN/m2 ; góc ma sát trong 100 ≤ ϕ ≤ 300; 1.74T/m3 ≤ γ bh ≤ 1.92T/m3.
7
b) Lựa chọn một số thơng số khác: góc nghiêng mái dốc α = 75 độ, tải trọng tĩnh trên
đỉnh dốc: q=20 kN/m2
III.3. Nghiên cứu phương án kết cấu mái dốc
III.3.1. Lựa chọn chiều cao tính tốn mái dốc đứng:
Theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén 157-2005 đối với đập đất, chiều cao
đập từ 10-15 m nên bố trí 1 cơ, đối với mái dốc đang nghiên cứu cứu với độ cao quá
lớn (10 – 15m) mà phải làm cơ sẽ khơng xét tới, vì chiều cao này sẽ khó khăn cho việc
thi cơng bằng cốt vải địa kỹ thuật.
Vì vậy trong nội dung của chuyên đề này chỉ tập trung phân tích mái dốc có độ
cao nhỏ hơn 15m, cụ thể chỉ xét các loại mái dốc có chiều cao khoảng từ 7 – 11m và
áp dụng với vải địa kỹ thuật
III.3.2. Khoảng cách giữa các lớp cốt: từ 03 – 1,8(m)
Để thuận lợi cho việc ứng dụng cơng nghệ đất có cốt trong thực tế, khoảng cách
giữa các lớp cốt trong tính tốn được chọn cách đều nhau và đáp ứng các tiêu chí sau:
-
Đảm bảo ổn định tổng thể.
-
Phát huy tối đa khả năng chịu kéo của vải địa kỹ thuật dùng làm cốt
-
Phù hợp với công nghệ thi công đắp đầm chặt từng lớp
Gọi d(cm) là chiều dày của lớp đất đầm chặt, trị số h (khoảng cách giữa các lớp
cốt) được chọn phải là h = n.d với n= 1,2,3,4,5 theo kinh nghiệm nên chọn h ≤ 90cm
đối với đất rời và h ≤ 120cm đối với đất dính
Khoảng cách tối thiểu giữa 2 lớp khi sử dụng vải lọc với chức năng gia cường là
30cm
Khoảng cách lớn nhất giữa hai lớp cốt chính là khoảng 6ft (1,8m), Chiều dài của
hệ thống cốt chính phụ thuộc vào cấu tạo của khối đất đặt cốt. Khoảng cách lớn nhất
của hai lớp cốt phụ là khoảng 2 ft (0,6m) với chiều dài tương ứng là 4ft (1,2m)
Kết hợp các tiêu chí trên trong mặt cắt định hình mái dốc tác giả tính tốn với
khoảng cách các lớp cốt đều nhau, tính tốn tìm ra khoảng cách lớn nhất có thể đảm
bảo ổn định cục bộ, ổn định tổng thể. Khoảng cách giữa các lớp cốt nằm trong khoảng
0,3m ≤ h ≤ 1,8 m
III.3.3. Chiều dài lớp cốt và phương pháp xác định chiều dài cốt
Chiều dài lớp cốt trong đất có sự khác biệt giữa phần nằm trong vùng chủ động
và phần nằm trong vùng bị động. Chiều dài cốt (cả trong vùng chủ động và vùng bị
động) và các đặc trưng neo bám của chúng sẽ khống chế khả năng chịu tải kết cấu.
ReSlope cho phép 3 lựa chọn để xác định khoảng cách đặt cốt:
+ Đồng nhất chiều dài cho tất cả lớp cốt
+ Nội suy tuyến tính chiều dài lớp cốt giữa các lớp trên và dưới
+ Máy tự động tính khoảng cách và chiều dài tối ưu cho bài toán.
Ưu nhược điểm của mỗi lựa chọn:
- Đối với trường hợp đồng nhất chiều dài cho tất cả các lớp cốt: có ưu điểm là rất
thuận lợi cho công tác tổ chức cắt vải; tổ chức thi cơng cơng trình song do yêu cầu về
8
chiều dài của mỗi lớp cốt khác nhau, chiều dài lớp cốt giáp nền sẽ yêu cầu lớn hơn
chiều dài các lớp cốt phía trên, lựa chọn này phần mềm sẽ tính tốn chiều dài cho lớp
cốt bất lợi nhất và áp dụng cho tất cả các lớp cốt khác, gây lãng phí một phần nguyên
vật liệu.
- Đối với trường hợp chiều dài lớp cốt được nội suy tuyến tính: Chiều dài lớp cốt
sẽ được tính tốn nội suy từ chiều dài lớn nhất tính tốn và chiều dài nhỏ nhất tính tốn.
Khi áp dụng ra thực tế cơng trình có chiều dài lớn sẽ tránh lãnh phí, thất thốt so với
trường hợp 1, tuy nhiên khi thi công cắt và đặt vải lọc cần lưu ý cao trình lắp đặt của
từng loại chiều dài vải lọc.
- Đối với trường hợp máy tự động tính khoảng cách và chiều dài tối ưu cho bài
toán: Trường hợp này phần mềm sẽ tự động tính tốn và tìm ra chiều dài tối ưu nhất ,
khoảng cách tối ưu nhất, tiết kiệm nhất về vật liệu. tuy nhiên trên thực tế thi công nếu
mỗi lớp có 1 chiều dài khác nhau và khơng theo quy luật thì việc cắt vải, thi cơng với
số lượng lớn rất khó khăn và tốn nhiều cơng sức. lựa chọn này không nên áp dụng vào
thực tế tuy nhiên nếu sử dụng phương pháp này để kiểm tra sự lãng phí hay tiêu tốn
ngun vật liệu khơng cần thiết của 2 lựa chọn trên thì lại rất hiệu quả.
Sau khi phân tích các trường hợp tính tốn. Để thuận tiện cho công tác tra cứu,
ứng dụng công nghệ đất có cốt vải địa kỹ thuật trong thực tế, thuận tiện cho công tác
tổ chức thi công các công trình tác giả lựa chọn tính tốn đồng nhất về chiều dài và
khoảng cách cốt.
III.4. Phân tích các bài tốn ứng dụng
III.4.1. Giới thiệu phần mềm tính tốn
Phần mềm ReSlope(4.0) Reinforced Steep Slope (4.0) là phần mềm chuyên dụng
của công ty ADAMA-Engineering Hoa Kỳ dùng để thiết kế mái dốc đứng (góc dốc
450≤ β ≤900) cơng trình đất, khi có sử dụng cốt địa kỹ thuật để tăng ổn định cho cơng
trình. Chương trình có khả năng mơ phỏng mái dốc cơng trình đất khi chịu tải trọng
trên mái, trên cơ hay trên đỉnh mái và cũng xét tới tải trọng động đất. Vật liệu cốt sử
dụng có thể là vải địa kỹ thuật, lưới nhựa địa kỹ thuật hay lưới thép địa kỹ thuật.
Chương trình ứng dụng lý thuyết ổn định mái dốc của Bishop (Phương pháp trượt
cung tròn) và lý thuyết của Spencer (Trượt nêm). Kết quả tính toán cho phép xác định
ổn định tổng thể của mái dốc, ổn định cục bộ (kéo tụt cốt hoặc đứt cốt), lựa chọn
khoảng cách đặt cốt tối ưu cho từng lớp cốt, tính tổng khối lượng cốt đã sử dụng và giá
thành của nó.
III.4.2. Bài tốn ứng dụng
Phạm vi nghiên cứu: Chiều cao: H ≤ 11m; Cốt vải địa kỹ thuật sử dụng 2 loại vải
HS100/50 và HS 150/50; Đất trong phạm vi cốt có các chỉ tiêu cơ lý: Lực dính C =
(10;15;20;25) kN/m2 , Góc ma sát trong φ0 = (150;200;250).
Trường hợp tính tốn đặc biệt, mái dốc đứng làm việc bất lợi chịu tác dụng của
áp lực nước trong đất do mưa kéo dài. Coi mái đất dốc làm việc như một đập đất, giả
thiết dòng thấm đổ vào vật thốt nước dưới chân mái dốc, cơng thức vẽ đường bão hòa
y2 = 2a 0 x ở đây chọn a 0 = 1.
Các trường hợp tính của bài toán: Tương ứng với mỗi cặp C, φ tại một chiều cao
nhất định ta có kết quả số lượng lớp cốt và chiều dài lớp cốt tối thiểu cần bố trí để kết
cấu làm việc ổn định.
9
Bảng 1. Bảng tổng hợp các trường hợp tính trường hợp sử dụng vải HS 100/50 và
HS 150/50
Góc
Góc ma
Góc ma
Lực
Lực
Lực
ma
sát
Chiều cao tường
dính C
dính
C
dính
C
sát ϕ
sát ϕ
ϕ
15
10
20
10
25
10
15
15
20
15
25
15
H = 7m
15
20
20
20
25
20
15
25
20
25
25
25
15
10
20
10
25
10
15
15
20
15
25
15
H = 9m
15
20
20
20
25
20
15
25
20
25
25
25
15
10
20
10
25
10
H = 11m
15
15
20
15
25
15
15
20
20
20
25
20
15
25
20
25
25
25
III.4.3. Phân tích kết quả tính tốn
a) Kết quả tính với các trường hợp sử dụng loại vải HS100/50
Kết quả tính tốn, ta thấy khi các giá trị φ, C càng lớn, sức chịu kéo của vải càng
cao thì khả năng ổn định của mái dốc càng lớn. Điều này hồn tồn phù hợp với tính
chất chịu lực của mái dốc.
Hình 7. Biểu đồ quan hệ giữa C, φ và số lớp cốt ứng, chiều dài cốt với H=7m và
loại vải HS100/50
Kết quả tính tốn đã được ra dạng bảng, từ bảng ta thấy khi tính tốn với φ = 150,
dùng loại vải HS 100/50 ứng với trường hợp đặc biệt thì với chiều cao mái dốc H =
7m cho kết quả ổn định với C =10, 15,20, 25 kN/m2. Nhưng đối với với chiều cao
tường H = 9 m thì tường chỉ ổn định tương ứng với C = 15,20, 25 kN/m2 và H = 11 m
thì tường chỉ ổn định tương ứng với C = 20, 25 kN/m2. Để thuận lợi cho việc tra cứu
để gia cố sơ bộ mái dốc đứng, trong chuyên đề này sẽ xây dựng các biểu đồ hệ giữa C,
10
φ và số lớp cốt ứng, chiều dài cốt với chiều cao tường và loại vải. Để thiên về an tồn,
chúng tơi chỉ xây dựng mối quan hệ này với trường hợp tổ hợp lực đặc biệt.
Hình 8. Mối quan hệ giữa C, φ và số lớp cốt ứng, chiều dài cốt với H=9m và loại vải
HS100/50
Hình 9. Mối quan hệ giữa C, φ và số lớp cốt ứng, chiều dài cốt với H=11m và loại
vải HS100/50
b) Kết quả tính với các trường hợp sử dụng loại vải HS150/50
Hình 10. Mối quan hệ giữa C, φ và số lớp cốt ứng, chiều dài cốt với H=7m và loại
vải HS150/50
Kết quả tính tốn với φ = 150, dùng loại vải HS 150/50 ứng với trường hợp đặc
biệt thì với chiều cao mái dốc H = 7m, 9m, 11m thì đều cho kết quả ổn định với C =10,
11
15,20, 25 kN/m2. Điều này cho thấy khi gia cố vải có sức chịu tải của vải tốt hơn thì
khả năng ổn định của mái dốc được tăng lên.
Hình 11. Mối quan hệ giữa C, φ và số lớp cốt ứng, chiều dài cốt với H=9m và loại
vải HS150/50
Hình 12. Mối quan hệ giữa C, φ và số lớp cốt ứng, chiều dài cốt với H=11m và loại
vải HS150/50
III.5. Đề xuất một số kết cấu gia cố vải địa kỹ thuật tương ứng với chiều cao của
mái dốc
Mục đích của mục III.4 là chỉ ra cho người dùng biết các tra sơ bộ trên các biều
đồ quan hệ để ra số lớp cốt, chiều dài cốt tương ứng với các chỉ tiêu cơ lý của đất và
chiều cao của dốc; đồng thời cũng đưa ra ví dụ cụ thể (thơng qua hình vẽ) để người
dùng biết cách gia cố.
Căn cứ vào giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của đất tàn – sườn tích của đề tài
NCKH cấp Nhà nước do tác giả Trần Trọng Tuệ giá trị lực dính C: 9 ≤ C ≤ 47 kN/m2 ;
góc ma sát trong 100 ≤ ϕ ≤ 300, 17.4KN/m3 ≤ γ bh ≤ 19.2KN/m3 và căn cứ vào các số
liệu thực tế ở trên ta lấy chỉ tiêu cơ lý được lấy (thiên về an toàn) ϕ = 230, C = 16
(KN/m2).
Từ các biểu đồ quan hệ đã xây dựng được, chúng tôi đưa ra một số kết cấu gia
cố vải địa kỹ thuật tương ứng với chiều cao mái dốc dưới dạng bảng kết quả và hình vẽ
để tra cứu.
III.6. Kết luận chương III
- Nêu ra được chỉ tiêu cơ lý nói chung của các loại đất, từ đó để làm cơ sở để lựa phân tích các điều kiện biên để tính tốn phù hợp với điều kiện thực tế
12
- Xây dựng đường quan hệ giữa tính chất cơ lý của đất (C, φ) với chiều dài cốt; số lớp
cốt dùng tham khảo để thiết kế sơ bộ, hoặc khi xử lý các điểm sạt trượt có mái dốc
đứng, giúp người thiết kế dễ dàng tra cứu, ứng dụng và lựa chọn phương án kỹ thuật
- Đưa ra một số dạng kết cấu định hình với loại ứng với chiều cao tường H = 7m, H =
9m và H = 11 m. Căn cứ vào các kết cấu định hình này, người ta có thể ứng dụng để
gia cố tương ứng với chiều cao tường, loại đất, loại vải ... đảm bảo mái dốc vẫn được
ổn định.
CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÁI DỐC ĐÃ BỊ SẠT TRƯỢT BẰNG CỐT
ĐỊA KỸ THUẬT
IV.1. Trình tự thi cơng mái dốc có cốt
- Chuẩn bị mặt bằng móng;
- Dựng giá đỡ tạm theo góc mặt mái dốc theo yêu cầu;
- Đào và đặt lớp cốt đáy với một đoạn thừa ra ngoài mặt mái dốc để bọc cuốn và
lật trở lại phía trong vào trong đất đắp;
- Rải thêm một tấm nẹp (như vải địa kỹ thuật hoặc miếng thảm cỏ), nếu cầu thiết,
trong phạm vi mặt bọc cuốn để phòng ngừa vật liệu đắp tụt qua mặt mái dốc;
- Đắp và đầm nén trên cốt phù hợp
- Cuốn phần cuối của cốt lật trở lại vào trong đất đắp để bọc cuộn đất;
- Cũng có thể neo đoạn cốt thừa đó vào khối đất đắp bằng một chiều dài neo hoặc
nối nó với lớp cốt tiếp theo; kéo căng phần cốt bọc cuộn để giữ chặt mặt mái dốc.
IV.2. Giải pháp xử lý mái dốc đã bị sạt trượt
IV.2.1. Một số giải pháp thường dùng
Đối với các hiện tượng sụt lở và trượt lở, thường dùng các biện pháp sau:
- Giảm độ dốc và chiều cao mái dốc
- Chống đỡ chân mái dốc bằng các tường chắn, kè chân, rọ đá, ụ đá....
- Gia cố bằng cốt địa kỹ thuật.
II.2.2. Phân tích giải pháp xử mái dốc đã bị sạt trượt bằng cốt địa kỹ thuật
Phương pháp sử dụng vật liệu cốt địa kỹ thuật có nhiều ưu điểm như: tăng cường
ổn định của khối đất, tạo nên kết cấu mềm mại, thân thiện với mơi trường. Các cơng
trình ứng dụng đất có cốt ngày càng được xây dựng nhiều hơn do cơng trình ứng dụng
đất có cốt là cơng trình nhẹ nhất trong các loại cơng trình vì cơng trình làm bằng đất
tại chỗ; mềm nhất vì là cơng trình đất; và có thể dùng vải địa kỹ thuật, sợi tổng hợp để
làm cốt thay thế cốt thép không gỉ đắt tiền
Với phương án hoàn thiện bề mặt mái taluy được hình thành bằng cách trải và
cuốn lưới, vải địa kỹ thuật vòng qua bề mặt rồi neo lại trong nền đất đắp. Trong q
trình bó uốn cần dùng các bao đất hoặc hỗ trợ tạm thời để tạo bề mặt và kiểm soát
hướng tuyến, cần thiết cho việc đầm nén được chắc chắn. Một mái taluy mềm sẽ mang
lại nhiều lợi ích về kinh tế và cho phép khách hàng lựa chọn nhiều bề mặt hấp dẫn.
Các lợi ích từ việc thi cơng mái taluy dốc có gia cố như giảm thiểu đất sử dụng, giới
hạn việc lấy đất ở những khu vực hạn chế, giảm khối lượng đất đắp theo yêu cầu và là
giải pháp tường mềm thay thế tường chắn bề mặt cứng ở những nơi nhạy cảm về môi
trường.
13
Khi sửa chữa mái sạt lở, gia cố các mái đường giao thơng hoặc các cơng trình mà
địa hình hẹp, địa chất khó đào bạt thì nên dùng cốt địa kỹ thuật để sử dụng lại đất sạt
xuống hoặc đất đào mở móng, như vậy sẽ giảm được chi phí vận chuyển đất sạt lở ra
khỏi khu vực, giảm ách tắc giao thơng.
IV.3. Phân tích ứng dụng cơng trình thực tế
IV.3.1. Giới thiệu cơng trình thực tế:
Lựa chọn tuyến đường Tam Văn - Lâm Phú (Lang Chánh) tỉnh Thanh hóa được
triển khai xây dựng cuối năm 2007, thời gian hoàn thành cuối năm 2010, do Công ty
cổ phần Xây dựng Sơn Trang trúng thầu thi công với chiều dài 9,236 km, giá trị xây
lắp 30 tỷ đồng. Triển khai thi công trong điều kiện nhiều đoạn trên tuyến phải xẻ núi
để mở đường.
Vị trí sạt lở đoạn Km8+989.40 do mưa lũ tháng 10 năm nước ngấm vào mái
taluy dương của đường gây phá hoại cấu trúc tự nhiên dẫn đến hiện tượng sạt trượt.
Giải pháp đưa ra là: dọn phần sạt trượt để gia cố đường khơng hợp lý vì độ dốc
của mái ta luy dương rất lớn và vẫn có thể xảy ra hiện tượng sạt lở tiếp theo gây nguy
hiểm cho người dân tham gia giao thông trên tuyến đường. Nếu cân chỉnh lại mái taluy
thì khối lượng đào đắp lớn và rất tốn kém. Nếu điều chỉnh tuyến đường lệch xa vị trí
sạt lở thì sẽ tăng khối lượng đất đắp và phải làm tuyến đường mới cũng là giải pháp
khơng kinh tế và lãng phí. Vì vậy để tận dụng được khối đất bị sạt trượt, tăng ổn định
cho mái ta luy dương và không thay đổi cả tuyến đường đoạn qua vị trí Km8+989.40
thì phương pháp được lựa chọn là gia cố mái dốc đứng mái dốc đứng bằng vải địa kỹ
thuật. Góc mái dốc α = 750 , chiều cao từ chân mái đến đỉnh mái là 7m. Tải trọng trên
đỉnh mái là 20 kN/m2. Các chỉ tiêu cơ lý của đất và địa chất đất nền sau khảo sát ở
Bảng . Yêu cầu tính tốn bố trí cốt một cách hợp lý để xử lý sạt trượt đảm bảo an toàn
cho mái dốc.
Cäc:KM9
Km:9+00
1
Tû lệ bản vẽ
380
2
376
374.56
1:
1
372
1.75
0.00
368
4%
0.75
3
3%
364
1.70
1.30
2.70
5.00
2.00
4.00
383.04
9.42
377.94
2
375.64
368.94
8
371.44
3.50
1.2
367.84
367.64
367.54
1.75
1.10
5.50
367.54
367.74
363.44
5.05
1.00
Khoảng cách mia
363.44
Cao độ thiên nhiên
367.54
Cao độ thiết kế
Khoảng cách lẻ thiết kế
8.00
Hỡnh 13. Mt ct d kin bố trí cơng trình
14
Bảng 2. Các chỉ tiêu cơ lý đất dùng trong tính tốn
Tên đất
Trọng lượng riêng tự
nhiên γ (KN/m3)
Góc ma sát
trong ϕ (độ)
Lực dính đơn
vị C (KN/m2)
19
23
18
18
19
23
25
18
20
Đất trong phạm vi cốt
(Reinforced Soil)
Đất đắp trở lại (Backfill Soil)
Đất nền (Foundation Soil)
Sử dụng phần mềm ReSlope (4.0) để tính tốn và tính theo BS 8006:1995. Cốt
được sử dụng chọn loại cốt vải địa kỹ thuật chịu kéo (Woven Geotextiles Strength)HS100/50 là loại vải dệt trong nhóm vải địa kỹ thuật của hãng UCO- GEOTEXTILES.
Các thơng số tính tốn thiết kế được phân tích cho trường hợp: Mái dốc trên nền đất
tốt và làm việc khi chịu áp lực nước do lượng mưa kéo dài. Dự kiến bố trí cơng trình
sau xử lý thể hiện trên hình 13.
IV.3.2. Nội dung và kết quả tính tốn
1) Tra biểu đồ:
Để áp cụng cho cơng trình thực tế, ta có thể sử dụng các kết cấu được giới thiệu ở
mục III.5 hoặc tra biểu đồ ở mục III.4. Để thuận tiện, cũng là phù hợp với số liệu thực
tế của cơng trình, tác giả chọn cách tra tra và nội suy từ đồ thị ứng với φ=23 và C=18
mái dốc làm việc trong trường hợp đặc biệt
Sử dụng vải HS100/50 ta được: số lớp cốt 13,4 lấy tròn là 14 lớp; khoảng cách
cốt là 0,5m; chiều dài vải là 4,69 m;
Sử dụng vải HS150/50 ta được: số lớp cốt 7.24 lấy tròn là 8 lớp; khoảng cách cốt
là 0.9 m; chiều dài vải là 4,69 m;
2) Kết quả tính tốn cơng trình thực tế bằng phần mềm
Mực nước ngầm ở cao trình +374,56 m do mưa kéo dài; tải trọng trên đỉnh mái là
20 kN/m2. Sau khi khai báo các điều kiện đầu vào dùng phần mềm reslope để tính tốn,
bảng 6 thể hiện kết quả tính tốn thơng số cốt .
Bảng 3. Tổng hợp kết quả tính tốn thơng số cốt
Loại vải
HS100/50
HS150/50
Số
lớp
cốt
14
8
Chiều dài
cốt lớn
nhất(m)
4.69
4.69
Hệ số ổn
định tổng
thể F s
1.67
1.56
Số lớp
có hệ F s
<1.3
0
0
Kết luận
Ổn định tổng thể
Ổn định tổng thể
Kết quả reslope tính tốn với các thơng số đã có khi tra bảng ta được: Mái dốc
làm việc ổn định với hệ số Fs của tất cả các lớp đều thỏa mãn lớn hơn 1,3
IV.3.3. Nhận xét kết quả tính tốn
Đối với cơng trình xử lý sạt lở đường Tam Văn- Lâm Phú huyện Lang Chánh
tỉnh Thanh Hóa đoạn qua Km8+989.40 tra biểu đồ hình 7 và hình 10 ta được 2 lựa
chọn thiết kế: Sử dụng vải loại HS100/50 (bảng 6): số lớp cốt là 14 lớp; khoảng cách
cốt là 0,5m; chiều dài cốt vải địa kỹ thuật là 4.69m; Sử dụng vải loại HS150/50 (bảng
6): số lớp cốt là 8 lớp; khoảng cách cốt là 0,8m; chiều dài cốt vải địa kỹ thuật là 4.69m.
Thơng qua tính tốn cơng trình đảm bảo ổn định.
15
IV.4. Kết luận chương IV
Chương IV đã nêu một các khái quát về cách thi công, gia cố mái dốc đất bằng
vải địa kỹ thuật. Các phương pháp gia cố mái dốc đã bị sạt trượt cũng đã được đề cập,
trong đó phân tích tính ưu điểm của việc gia cố mái dốc bằng vải địa kỹ thuật. Thông
qua 1 cơng trình thực tế đã bị sạt trượt ở thanh hóa, kết quả cũng làm sáng tỏ cho việc
tra cứu các biểu đồ thực nghiệm đã được xây dựng, từ đó đưa ra kết cấu, cách gia cố
mái dốc đã bị sạt trượt bằng vải địa kỹ thuật.
KẾT LUẬN
1. Những kết quả đạt được của đề tài
Ở nước ta có rất nhiều cơng trình đất có mái dốc lớn hơn tự nhiên, có khi dốc đứng.
Những mái dốc loại này rất dễ xảy ra sạt trượt, nhất là vào mùa mưa lũ. Việc nghiên
cứu giải pháp gia cố ngay từ đầu của mái dốc đứng hoặc gia cố các mái dốc đã bị sạt
trượt là rất cần thiết. Đề tài “Nghiên cứu giải pháp gia cường ổn định cho mái dốc
đứng” đã đưa ra được một số kết quả sau:
- Đề tài đã tổng hợp các dạng sạt trượt mái dốc điển hình, hiện trạng các dạng sạt
trượt mái dốc thực tế thường gặp. Nêu sơ lược các giải pháp phòng chống và xử lý mái
dốc đã bị sạt trượt; trong đó phân tích giải pháp gia cố, xử lý mái dốc bằng vải địa kỹ
thuật.
- Nêu cơ chế tương tác giữa cốt và đất; phân tích sức chịu tải của cốt, cơ chế gia cố và
chịu lực của cốt trong đất, từ đó làm cơ sở để phân tích phương pháp tính ổn định mái
dốc đất có cốt.
- Nêu ra được chỉ tiêu cơ lý nói chung của các loại đất, từ đó để làm cơ sở để lựa phân tích các điều kiện biên để tính tốn phù hợp với điều kiện thực tế
- Xây dựng đường quan hệ giữa tính chất cơ lý của đất (C, φ) với chiều dài cốt; số lớp
cốt dùng tham khảo để thiết kế sơ bộ, hoặc khi xử lý các điểm sạt trượt có mái dốc
đứng, giúp người thiết kế dễ dàng tra cứu, ứng dụng và lựa chọn phương án kỹ thuật
- Đưa ra một số dạng kết cấu định hình với loại ứng với chiều cao tường H = 7m, H =
9m và H = 11 m. Căn cứ vào các kết cấu định hình này, người ta có thể ứng dụng để
gia cố tương ứng với chiều cao tường, loại đất, loại vải ... đảm bảo mái dốc vẫn được
ổn định.
- Nêu khái quát về cách thi công, gia cố mái dốc đất bằng vải địa kỹ thuật. Sử dụng các
biểu đồ đường cong thực nghiêm đã xây dựng, áp dụng tính tốn gia cố cho 1 cơng
trình thực tế.
Tuy nhiên, vẫn còn một số tồn tại chưa xét đến là: Chưa tính tốn với các loại cốt địa
kỹ thuật khác và chưa xét đến ảnh hưởng của các loại nền khác nhau.
2. Những kết quả đạo tạo và bài báo
- Đã đăng một bài báo trên tạp chí KHKT Thủy lợi & mơi trường
- Hồn thành hai luận văn cao học (trong đó có1 luận văn đồng hướng dẫn)
16
TĨM TẮT ĐỀ TÀI
1. Các thơng tin chung
- Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp gia cường ổn định cho mái dốc đứng
- Thời gian thực hiện: 12 tháng, từ tháng 1 /2012 đến tháng 12/2012
- Đơn vị chủ trì thực hiện: Trường Đại học Thủy lợi
- Chủ nhiệm đề tài: TS. Lê Xuân Khâm
- Chức vụ, nơi công tác: Phó Viện trưởng Viện Kỹ thuật Cơng trình, Trường Đại học
Thủy lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà nội
- Các cán bộ tham gia thực hiện: TS. Dương Đức Tiến, TS. Lê Thanh Hùng, ThS.
Phạm Huy Dũng, ThS. Nguyễn Mai Chi, ThS. Dương Văn Viện, ThS. Nguyễn Hà
Phương, ThS. Đỗ Thanh Minh, ThS. Nguyễn Trọng Đại, ThS. Nguyễn Thị Mai Dung
2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng vải địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật có thể thực hiện 5 chức năng riêng lẻ hoặc kết hợp, cùng với ưu
điểm thi công đơn giản và giá thành ngày càng hạ, nên đã được áp dụng rộng rãi trên
thế giới. Thời điểm bắt đầu ứng dụng là vào những năm 1955 tại Hà lan, sau đó đặc
biệt từ thập kỷ 70 đã được nghiên cứu mở rộng ứng dụng. Từ năm 1977 đến nay đã
liên tục có các hội nghị, hội thảo quốc tế để cùng trao đổi, hướng dẫn sử dụng (đã có
hội nghị quốc tế lần thứ năm về vải địa kỹ thuật). Những nước ứng dụng nhiều đã
thành lập Uỷ ban quốc gia về vải địa kỹ thuật và Geomembrane để quy định, hướng
dẫn sản xuất và sử dụng.
Còn ở Việt nam, vải địa kỹ thuật bắt đầu xuất hiện vào đầu những năm 90 và
trở nên khá phố biến từ 7, 8 năm trở lại đây trong các lĩnh vực xây dựng, giao thông,
thuỷ lợi.
a) Một số ứng dụng vải địa kỹ thuật tiêu biểu trên thế giới:
Từ khi xuất hiện, với hiệu quả trên các mặt, vải địa kỹ thuật đã được sử dụng
rộng rãi trên thế giới theo đúng các chức năng của nó: vải địa kỹ thuật dùng để gia
cường, vải địa kỹ thuật dùng để thốt nước (có tác dụng như tầng lọc ngược) và vải địa
1
kỹ thuật có tác dụng tổng hợp (cả gia cường và thốt nước). Sau đây chỉ nêu một số
cơng trình xây dựng có sử dụng vải địa kỹ thuật một cách có hiệu quả nhất:
- Khi kênh đào Suez được xây dựng, người ta đã trải vải địa kỹ thuật dưới đáy
biển, được cố định bằng cuội sỏi có tác dụng thoát nước làm cho đất nền ổn định và an
toàn 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 vải địa kỹ thuật 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 vải địa kỹ thuật để tạo mái dốc đứng 1/4 tiết kiệm đất và tăng cường hệ số ổn
định;
- Dự án xây dựng tường chắn đất và đường giao thông tại nhiều ngã tư của Đại lộ
Tanque Verde (Mỹ) được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật 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 vải địa kỹ
thuật cùng với lưới tre để ổn định trầm tích sét bùn (là sản phẩm do đất đắp bằng thuỷ
lực) vào thoát nước dưới tải trọng nén trước;
- Đập đất Ait Chouarit lớn nhất Ma rốc, hồ chứa cung cấp 40 triệu m3 nước/năm
đã sử dụng 65.000 m2 vải địa kỹ thuật ở các bộ phận: lọc tạm, phân cách;
- Tân tạo xa lộ M25 tại Epping (Anh) đã sử dụng lưới Tenxa SR2 kết hợp với sỏi
để ổn định và thoát nước 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 vải địa kỹ thuật làm cốt gia cường;
- Để bảo vệ thành phố New Orleans (Mỹ) người ta đã dùng vải địa kỹ thuật
Nicolon trải trên nền đất yếu có tác dụng gia cường và thốt nước để giảm kích thướctiết kiệm khối lượng đắp;
Trong 15 năm (từ 1975 ÷ 1990), CHDC Đức (cũ) đã sử dụng tới 15 triệu m2 để
lọc, tiêu, xử lý mái dốc và nền đập đất,...
2
b) Các ứng dụng vải địa kỹ thuật ở Việt Nam
Ở Việt nam trong khoảng 15 năm trở lại đây, chúng ta đã sử dụng một số loại vải
địa kỹ thuật, phổ biến là của hãng Polyfelt, Nicolon, Tech bon, Amoco, Terram,
Dupont, Krafter, Bidim,... trong một số loại hình cơng trình sau:
- Năm 1995 Cơng ty cơng trình Giao thơng vận tải 2 Hà Nội đã sử dụng vải địa
kỹ thuật trong công tác gia cường nền đường. Mới đây, vải địa kỹ thuật được sử dụng
tại đường vào cầu Tân đệ (Quốc lộ 10) và nâng cấp Quốc lộ 5, tùy từng chức năng và
nhiệm vụ mà vải dủng để gia cường hay thoát nước hoặc kết hợp:
- Đường đầu cầu Thanh Trì;
- Đường Láng – Hồ Lạc;
- Bảo vệ mái đê, làm tầng lọc kết hợp với cấu kiện bê tơng đúc sẵn ở Thanh Hố,
Hải Phịng, Nghệ An.....;
- Làm dải phân cách lọc cho lát mái và đáy hố xói như cống Vàm hồ, dự án Hóc
mơn - Bình chánh;
- Vải địa kỹ thuật 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.
c) Đánh giá việc sử dụng vải địa kỹ thuật ở Việt nam
- Thực trạng của việc sử dụng vải địa kỹ thuật ở Việt Nam
Chúng ta đã sử dụng vải địa kỹ thuật làm tầng lọc, gia cố nền, làm lớp phân
cách,... Song, am hiểu của cán bộ thiết kế và thi cơng cịn thấp, chưa đồng bộ, đa số
các ứng dụng hiện nay chưa có tính tốn chọn lựa cụ thể từng loại vải phù hợp với
nhiệm vụ, chức năng của nó, trong từng kết cấu cụ thể với các chỉ tiêu cơ lý của đất cụ
thể.
+ Dùng một số loại vải địa kỹ thuật nhất định theo thói quen hoặc áp dụng máy
móc từ các cơng trình có trước, nên nhiều chỗ khơng hợp với đất nền và đất đắp cơng
trình;
+ Trong một cơng trình, thường chỉ dùng một loại vải địa kỹ thuật nhất định để
làm tầng lọc nên không thể phù hợp cho tất cả các loại đất có chỉ tiêu cơ lý thay đổi
3
