Ồn định tường chắn đất co cốt trên nền đất yếu có gia cố và không có gia cố

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------

NGUYỄN HỮU TRUNG

ĐỀ TÀI

ỔN ĐỊNH TƯỜNG CHẮN ĐẤT CĨ CỐT TRÊN NỀN
ĐẤT YẾU CĨ GIA CỐ VÀ KHƠNG CĨ GIA CỐ
CHUYÊN NGÀNH

MÃ SỐ NGÀNH

:
CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT
: 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2005


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

TS. CHÂU NGỌC ẨN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS. TRÀ THANH PHƯƠNG

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. LÊ BÁ KHÁNH

Luận Văn Thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ
LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA,
N gày 19 tháng 01 năm 2006


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
--------------

Tp. HCM, ngày ........tháng 12 năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Nguyễn Hữu Trung
Phái : Nam
Ngày tháng năm sinh : 06 – 7 – 1977
Nơi sinh : Bình Dương
Chuyên ngành : Cầu, tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ôtô&đường sắt

MSHV : CA13.033
I - TÊN ĐỀ TÀI :

ỔN ĐỊNH TƯỜNG CHẮN ĐẤT CĨ CỐT TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
CĨ GIA CỐ VÀ KHƠNG CĨ GIA CỐ
II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

Nhiệm vụ : Ổn định tường chắn đất có cốt trên nền đất yếu có gia cố và khơng có gia cố.
Nội dung :
Chương mở đầu
Chương 1 : Tổng quan về tường chắn đất có cốt.
Chương 2 : Lý thuyết ổn định và phương pháp tính tốn tường chắn đất có cốt
Chương 3 : Mơ phỏng bằng phần mềm tính tốn Plaxis cho tường chắn đất có cốt
trên nền đất yếu có gia cố và khơng có gia cố
Chương 4 : Kết luận và kiến nghị.
III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 07/7/2005

IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: 07/12/2005

V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: TS. CHÂU NGỌC ẨN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MƠN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. CHÂU NGỌC ẨN

TS.LÊ THỊ BÍCH THỦY

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Tp. HCM, Ngày ......tháng.........năm 2005
TP. ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

PGS-TS. ĐOÀN THỊ MINH TRINH

TRUỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình học tập và nghiên cứu khi tham gia chương trình Cao học tại
trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, tôi đã được cung cấp nhiều kiến thức khoa
học chuyên môn cả về chiều rộng lẫn chiều sâu, đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng
cầu đường. Với sự giảng dạy tận tâm của các thầy cô trong bộ mơn Cầu Đường
nói chung, khoa Xây dựng. v.v…, nhiều kiến thức khoa học mà các thầy cung
cấp đã giúp ích tôi rất nhiều trong công tác cũng như thực hiện luận văn này.
Để đạt được các kiến thức và hồn thành đề tài này, tơi xin gửi lời cảm ơn
chân thành tới :
- TS. Châu Ngọc Ẩn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt thời
gian hoàn thành luận văn này.
- PGS.TS. Nguyễn Xuân Vinh, TS. Lê Văn Nam, TS. Lê Thị Bích Thuỷ,
TS. Vũ Xuân Hồ, Lê Bá Khánh.v.v… và các thầy cơ trong phịng quản lý khoa
học – khoa sau Đại học đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt những năm học Cao
học và hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình tơi, bạn bè đã giúp đỡ tài liệu, lời
khun, lời động viên để tơi hồn thành chương trình học cũng như luận văn thạc
sĩ này.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn.
Học Viên Cao Học K13

Nguyễn Hữu Trung

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài :
“Ổn định tường chắn đất có cốt trên nền đất yếu có gia cố và khơng có gia cố”
Tóm tắt :
Luận văn phân tích tính ổn định, sự làm việc của tường chắn đất có cốt với
nền đất yếu khơng được gia cố và được gia cố. Qua đó, đề tài mong muốn có một
định hướng cho việc thiết kế tường chắn đất nói chung và tường chắn đất có cốt
khi gặp trường hợp nền đất yếu. Ngoài ra, đề tài nghiên cứu thêm về giải pháp
thiết kế tường chắn đất có cốt đặt trên bệ giảm tải bằng hệ móng bè + cọc BTCT
vì trong điều kiện thực tế ở Việt Nam có nhiều hạn chế về điều kiện thí nghiệm
để kiểm tra một kết cấu mới đưa vào áp dụng trong thực tế.
Luận văn gồm 4 chương sau :
- Chương 1 : Tổng quan về tường chắn đất có cốt.
- Chương 2 : Cơ sở lý thuyết về ổn định – biến dạng và phương pháp tính
tốn tường chắn đất có cốt.
- Chương 3 : Mơ phỏng bằng phần mềm tính tốn Plaxis tường chắn đất có
cốt trên nền đất yếu có gia cố và khơng có gia cố.
- Chương 4 : Kết luận và kiến nghị

ii


SUMMARY OF THESIS
Tittle :
“ Stability of mechanically stabilized earth (MSE) walls on reinfoced soft
ground and inreinfoced soft ground”
Abstract :
Thesis analysis about stability of mechanically stabilized earth (MSE)
structures on reinfoced soft ground and inreinfoced soft ground. Thesis will to
orient for designing retaining walls, particular for mechanically stabilized earth
walls in soft ground. By the way, thesis will to analysis mechaincally stabilized
earth in mat foundtion on concrete piles because in Vietnam is difficulty for
experiment new structures.
There are four chapters in this thesis :
- Chapter 1 : Overview of mechanically stabilized earth (MSE) walls
- Chapter 2 : Principles of theory stability–deformation and mothed
calculate MSE walls.
- Chapter 3 : Simulating, analysis by Plaxis for mechanically stabilized
earth (MSE) structures on reinfoced soft ground and inreinfoced soft ground
- Chapter 4 : Conclusions and propositions.

iii


MỤC LỤC LUẬN VĂN
Trang

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1

I. Đặt Vấn Đề

1

II. Tính Cấp Thiết Và Thực Tiễn Của Đề Tài

1

III. Nội Dung Nghiên Cứu

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT

3

I. Sự ra đời của đất có cốt và các cơng trình bằng đất có cốt.

3

II. Các thành phần chính của tường chắn có cốt.

6

II.1. Đất đắp chọn lọc.

6

II.2. Hệ thống cốt.

11

II.2.1. Cốt kim lọai

11

II.2.2 Cốt polime

12

II.2.3 Mặt tường

13

III Trình tự thi cơng

17

III1. Thi cơng tường chắn có cốt có mặt tường là tấm Panel đúc sẵn.

17

III2. Thi công tường chắn có cốt có mặt tường mềm.

26

IV. Những thuận lợi và bất lợi trong ứng dụng tường chắn có cốt.

27

IV.1. Ứng dụng của tường chắn có cốt

27

IV.2. Thuận lợi khi sử dụng tường chắn có cốt

30

IV.3. Bất lợi khi sử dụng tường chắn có cốt
V. Một số cơng trình ứng dụng tường chắn có cốt trên thế giới và ở
Thành Phố Hồ Chí Minh.
iv

30
31


V.1. Cơng trình t ư ởng chắn có cốt trên thế giới

31

V.2. Cơng trình tường chắn có cốt ở Thành Phố Hồ Chí Minh

34

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH – BIẾN DẠNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỪỜNG CHẮN CÓ CỐT
PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA

TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT
I. Lý thuyết cân bằng giới hạn

37

II. Lý thuyết áp lực đất lên tường chắn

40

37
37

II.1. Áp lực đất lên tường chắn phụ thuộc vào đất vào chuyển vị tường

40

II.2. Lý thuyếp về áp lực đất lên tường chắn của Rankine

42

II.2.1. Trường hợp đất đắp là đất rời( c = 0,φ ≠ 0)

42

II.2.2. Trường hợp đất đắp là đất dính( c ≠ 0,φ ≠ 0)

43

II.3 Lý thuyết về áp lực dất lên tường chắn của Coulomb

44

2.3.1. Trường đất đắp là đất rời( c = 0,φ ≠ 0)

44

2.3.2. Trường hợp đất đắp là đất dính( c ≠ 0,φ ≠ 0)

45

III. Các cơ chế và quan hệ tương tác đất – cốt trong tường chắn có cốt

46

III.1. Cơ chế cơ bản của đất gia cường cốt

46

III.2. Cơ chế gia cường đắt bằng cốt trong tường chắn có cốt

48

III.3. Tương tác giữa đất và cốt

49

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN ĐẤT CĨ CỐT

50

I. Tổng quan về phương pháp thiết kế

50

I.1. Phân tích sự làm việc của ứng suất

51

I.2. Phân tích theo lý thuyết cân bằng giới hạn

51

I.3. Phân tích biến dạng

51

I.4. Thiết kế đối với cốt không giãn

51

I.5. Thiết kế với cốt giãn nhiều

52

II. Tính tốn đảm bảo ổn định ngồi

52

II.1. Xác định sơ bộ kích thước tường chắn và vật liệu đất đấp

53

II.2. Lựa chọn hệ số cho phép từ tiêu chuẩn

53

II.3. Thiết kế sơ bộ

54

II.4. Áp lực đất cho ổn định ngoài

56

v


II.5. Ổn định trượt

61

II.6. Phá hoại do khả năng chịu tải

61

II.6.1. Lực cắt tổng quát

62

II.6.2. Lực cắt cụcbộ

64

II.7. Ổn định tổng thể

65

III. Tính tốn đảm bảo ổn định bên trong
III.1. Tổng quan về ổn định bên trong của tường chắn có cốt

65
65

III.1.1. Phương pháp dính kết trọng lực

65

III.1.2. Phương pháp lăng thể trượt

68

III.1.3. Phương pháp độ cứng kết cấu FHWA

69

III.1.4. Kết luận về 3 phương pháp trên

70

III.2. Đánh giá ổn định bên trong theo phương pháp đơn giản hóa

71

III.2.1. Các mặt phá hoại cực hạn

72

III.2.2. Xác định lực kéo cực đại ở mỗi lớp cốt

73

III.2.3. Ổn định bên trong quan tâm đến phá hoại căng

78

IV. Các xem xét khác

82

IV.1. Chuyển vị thẳng đứng

82

IV.2. Tường chắn có cốt đỡ mố

83

IV.2.1. Tường chắn có cốt đỡ trực tiếp dầm

83

IV.2.2 Dầm cầu được đỡ bởi móng cọc

84

IV.3. Tường chắn có cốt đối lưng

84

IV.3.1. Hai tường không ảnh hưởng nhau
IV.3.2. Hai tường ảnh hưởng nhau
CHƯƠNG 3 : MƠ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN
PLAXIS CHO TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
CÓ GIA CỐ VÀ KHƠNG CĨ GIA CỒ
PHẦN 1: MƠ PHỎNG VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG BÁN TRỌNG
LỰC BÊ TÔNG CỐT THÉP
I. Tổng quan về phương pháp tính tốn cổ điển thông thường
I.1. Xác định tường chắn theo cấu tạo
I.2. Phân tích lực tác dụng lên tường chắn ứng với cấu tạo tường chắn
vừa chọn
I.3. Kiểm tra ổn định của tường chắn
vi

84
84
86
86
86
86
86

88


II.Mô phỏng sự làm việc của tường chắn BTCT bán trọng lực
III.Kết luận từ các bài tốn mơ phỏng sự làm việc của tường chắn
BTCT bán trọng lực
PHẦN 2: MÔ PHỎNG VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT
CÓ CỐT TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CĨ GIA CỐ VÀ KHƠNG CĨ GIA CỐ
I. Phương pháp tính tốn tường chắn đất có cốt
II. Mô phỏng sự làm việc của tường chắn đất có cốt

89
110
110
110
110

II.1. Đặt vấn đề mơ phỏng

110

II.2. Các bài tốn mô phỏng

111

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

134

I. Kết luận

134

II. Hạn chế của luận văn

134

III. Kiến nghị

134

Phụ lục

P1-11

Tài liệu tham khảo

F1

Lý lịch trích ngang

LLi

vii


Chương
Mở đầu

Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ :
Trong khoảng những năm trở lại đây, tường chắn đất có cốt với cơng nghệ gia
cố đất bằng vải hoặc lưới địa hay cốt thép bắt đầu được sử dụng nhiều trong các
cơng trình xây dựng do q trình thi cơng đơn giản, nhanh chóng, thích hợp cho
các cơng trình cầu đường, đặc biệt các cơng trình có điều kiện thi cơng khó khăn
v.v… Tại thành phố Hồ Chí Minh, dự án đường Xuyên Á được thiết kế với nhiều
cơng trình cầu vượt cho các nút giao và đơn vị thiết kế đã chọn giải pháp thiết kế
tường chắn đất có cốt cho đường dẫn vào các cầu vượt này.
Do tình hình địa chất khu vực tuyến đi qua rất yếu nhất là tại các vị trí cầu
vượt nên đã gây khơng ít khó khăn về giải pháp thiết kế. Mặt khác, với điều kiện
hạn hẹp về thời gian thi công, giải pháp gia tải trước không được ưu tiên áp dụng.
Để khắc phục điều kiện khó khăn trên, các đơn vị thiết kế đã chọn giải pháp tường
chắn đất có cốt nằm trên bệ giảm tải bằng hệ móng bè kết hợp với cọc BTCT để
thiết kế đường dẫn vào cầu nhằm vừa đảm bảo về ổn định của tường chắn, mỹ quan
của nút giao, đồng thời rút ngắn được thời gian thi cơng.
Mục đích của đề tài là phân tích cụ thể q trình làm việc của tường chắn đất
có cốt với nền đất yếu khơng được gia cố và được gia cố. Qua đó, đề tài mong
muốn có một định hướng cho việc thiết kế tường chắn đất nói chung và tường chắn
đất có cốt khi gặp trường hợp nền đất yếu.
II. TÍNH CẤP THIẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI :
Tường chắn đất có cốt đã được áp dụng khá rộng rãi trên thế giới và ở Việt
Nam. Tuy nhiên, về tài liệu nghiên cứu tường chắn đất có cốt cịn rất hạn hẹp về số
lượng và nội dung.
Ngồi mục đích của đề tài đã nêu trên phần đặt vấn đề, đề tài sẽ đề cập và
nghiên cứu sâu hơn giải pháp thiết kế tường chắn đất có cốt đặt trên bệ giảm tải

bằng hệ móng bè + cọc BTCT vì trong điều kiện thực tế ở Việt Nam có nhiều hạn
chế về điều kiện thí nghiệm để kiểm tra một kết cấu mới đưa vào áp dụng trong
thực tế.
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU :
Nội dung của đề tài gồm các phần sau :
- Tổng quan về tường chắn đất có cốt, việc sử dụng tường chắn đất có cốt trên
thế giới và Việt Nam.
- Lý thuyết ổn định và phương pháp tính tốn của tường chắn nói chung và
tường chắn đất có cốt nói riêng hiện đang được áp dụng.

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 1


Luận văn Thạc só

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

- Mơ phỏng q trình làm việc của tường chắn nói chung, tường chắn đất có
cốt trên nền đất yếu đã được gia cố và chưa được gia cố bằng Plaxis.
Do điều kiện nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu
sự làm việc tổng thể của hệ tường chắn và nền đất bằng phương pháp mô phỏng
trên phần mềm tính tốn Plaxis. Từ đó làm rõ sự làm việc của tường chắn, của nền
đất dưới tường. Riêng các lý thuyết tính tốn, tác giả chỉ tập hợp từ các tài liệu tham
khảo trong nước, ngoài nước. Với kiến thức có hạn nên khơng thể tránh được sai
sót, mong được sự đóng góp ý kiến để đề tài hoàn chỉnh hơn.

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 2


Chương 1


Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT
I./ Sự ra đời của đất có cốt và các cơng trình bằng đất có cốt :
Từ lâu đời, đất được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng. So với các loạị
vật liệu khác, đất rẻ tiền, sẵn có nhưng lại có các đặc trưng cơ học kém, đặc biệt là
không chịu được lực kéo. Chính những nhược điểm trên, từ thời rất xa xưa, con
người đã biết khắc phục bằng cách cho rơm vào đất sét để nâng cao chất lượng của
gạch không nung. Ở những vùng đầm lầy, đường được thi cơng trên móng là thân
cây, cành cây.
Đất được ổn định cơ học (Mechanically Stabilized Earth - MSE) là đất được
gia cường bằng các vật liêu chất dẻo, thép hay các vật liệu tự nhiên. Phần cốt này có
khả năng chịu kéo cao, kết hợp hiệu quả với đất chịu nén tốt sẽ hình thành một vật
liệu tổng hợp nữa cứng bền vững. Cho đến nay, khái niệm về đất có cốt và những
ứng dụng của nó trong các cơng trình xây dựng đã trở nên quen thuộc.
Henry Vidal, một kiến trúc sư người Pháp, là người đầu tiên chính thức hợp lý
hóa việc thiết kế đất gia cố hiện đại trong cơng trình. Từ năm 1963, Henry Vidal đã
đề xuất ý tưởng dùng đất có cốt để xây dựng cơng trình. Ngày 07/3/1966, ơng đã
báo cáo trước Hội đồng Cơ học đất và Nền móng Pháp và sau đó đã được cấp bằng
sáng chế gọi là : “đất được gia cố” (“reinforced earth”). Trong đó, cốt là dải (hay

thanh) kim loại thép khơng rỉ được đặt trong đất đắp có chất lượng cao là cát và
cuội. Cốt dải thường dùng với vật liệu có chất lượng tương đối cao, giá thành cao
như cát và cuội sạch để có thể tạo ra sức cản ma sát cần thiết giữa đất đắp và cốt.
Khi cần, có thể chuyển sang sử dụng cốt lưới vì nó có sức chống kéo lớn hơn .
Hơn nữa, có thể dùng loại đất đắp ma sát – dính ở địa phương có chất lượng
thấp và rẻ tiền. Lưới thép được dùng đầu tiên ở California, Mỹ. Dạng khác của cốt
lưới do Bill Hilfiker, một kỹ sư người Mỹ đã sáng chế vào cuối năm 1970 (Peterson
và Anderson, 1980) là lưới dây hàn tạo bởi các dây thép hay thanh thép không rỉ
được hàn lại với nhau. Sau đó, với việc chế tạo chất dẻo bền vững như Tensar và
Tenax có độ cứng chịu giãn cao và chống được ăn mòn, đã làm cho việc sử dụng
cốt lưới với đất đắp ma sát – dính phát triển. Gần đây, nhờ sử dụng vải địa cơ bằng
chất dẻo (polymer geotextile), bao gồm cả loại vải dệt cũng như không dệt, đã làm
cho cơng trình đất được ổn định cơ học càng trở nên phổ biến.

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 3


Luận văn Thạc só

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

Hình 1.1 : Sơ đồ tường chắn có cốt bằng cốt dải.

Hình 1.2 : Sơ đồ tường chắn có cốt bằng lưới thép

Hình 1.3 : Lưới bằng chất dẻo của Tensar và Tenax.
Đất có cốt là một loại vật liệu tổ hợp, thực chất vẫn dùng đất thiên nhiên để
xây dựng cơng trình nhưng trong đất có bố trí các lớp cốt bằng vật liệu chịu được

lực kéo theo các hướng nhất định . Thơng qua sức neo bám (do ma sát, dính và neo
bám) giữa đất với vật liệu cốt, vật liệu tổ hợp đất có cốt này có được khả năng chịu
kéo (giống như vật liệu bê tơng cốt thép có khả năng chịu kéo, trong đó, bản thân bê
tơng chịu kéo kém).
Loại cơng trình được xây dựng thử nghiệm đầu tiên bằng đất có cốt chính là
tường chắn bằng đất có cốt. Tường được đắp bằng đất có cốt với mặt tường bao
khơng chịu lực. Trên hình 1.1 ta có thể thấy các yếu tố của một tường chắn đất có
cốt đầu tiên do H.Vidal đề xuất thiết kế ; trong đó đất đắp là loại rời rạc, ít dính, cốt
là các dải kim loại (rộng 60mm, dày 5mm) và vỏ mặt tường bao bằng kim loại dày
1,5 – 4,0mm, cao 25 cm ( sau khi đã uốn cong ).

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 4


Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

Tường chắn bằng đất có cốt đầu tiên được xây dựng thử nghiệm là tường
Incarville trên đường cao tốc A13 ở Pháp. Tường này cao 10m, rộng 10m, dài 50m
được xây dựng vào năm 1967.
Kết quả quan trắc ứng suất và biến dạng của cốt, của vỏ (thông qua các đầu đo
được bố trí sẵn trong q trình thi cơng) và kết quả thí nghiệm khá cơng phu trên
các mơ hình tại Phịng thí nghiệm trung ương về Cầu và Đường (LCPC) của Pháp
với sự lãnh đạo của H.Vidal đã cho phép ngay từ những năm đó thiết lập được các
nguyên tắc về phương pháp thiết kế cấu tạo và tính tốn kết cấu tường chắn bằng
đất có cốt.
Tiếp đó, một loạt các cơng trình đất có cốt được xây dựng trên các đường ô tô,

bến cảng ở Pháp, Tây Ban Nha, Đức và một số nước khác. Đáng kể nhất là những
tường chắn bằng đất có cốt (tổng cộng tới 800m dài) trên đường cao tốc A53 qua
vùng Mentron (Pháp). Tại đây sườn núi dốc, địa chất không ổn định, không thể đào
sâu và khó làm cầu vượt nên đã chọn phương án đắp cao với tường chắn tới 20m.
Với tường chắn cao như vậy, nếu dùng tường chắn bêtông cốt thép sẽ rất khó giải
quyết vấn đề nền móng, do vậy đã chọn kết cấu tường bằng đất có cốt là loại tường
bằng vật liệu mềm cho phép có những biến dạng lớn mà không phá hoại đột ngột
trong khi vẫn giữ được ổn định chung của cơng trình.
Cũng ngay từ những năm (1966 – 1969) mới ra đời, ở nhiều đường cao tốc
của Pháp đã xây dựng các tường chắn đất có cốt để làm nền đường tách đơi 2 chiều
xe chạy với 2 bậc cao thấp khác nhau, hoặc làm những đường đắp cao trên đoạn dẫn
lên các cầu vượt ở các chỗ giao nhau khác mức trong đô thị (để hạn chế giải phóng
mặt bằng do khơng phải đắp mái taluy) và đặc biệt là để xây dựng cả những tường
kè cảng như tường kè bến cảng Montreal (Canada), ụ tàu ở Strasbourg, tường cảng
ở Boulogne, La Grand Motte ( Pháp).
Sở dĩ vừa ra đời mà vật liệu đất có cốt đã được ứng dụng rộng rãi vì nó góp
phần tạo ra được những ưu thế trong lĩnh vực xây dựng cơng trình :
- Nhờ đất có cốt mà các cơng trình đắp bằng đất khơng cần đắp có mái dốc,
tức là có thể đắp với mái dốc thẳng đứng (taluy 1:0) với những chiều cao đắp lớn
(năm 1972, ở Pakistan đã xây dựng một cơng trình tường chắn đất có cốt vách thẳng
đứng cao 40m). Cũng với đất có cốt người ta đã xây dựng các mố cầu bằng đất đắp,
là kết cấu chịu nén lệch tâm (như mố cầu Thionville ở Pháp cao 12,0m, chịu tải từ
gối cầu truyền xuống tới 750 tấn và độ lún định trước 20cm).
Dĩ nhiên là cơng trình đắp thẳng đứng bằng đất có cốt phải cấu tạo có mặt
tường bao (không chịu lực) để giữ cho đất đắp không bị lở, không bị xâm thực do
các tác nhân môi trường bên ngồi. Bên cạnh đó :
- Đất có cốt là loại vật liệu mềm, do vậy cho phép vẫn bảo đảm được ổn định
của cơng trình dù khi xảy ra biến dạng lớn.
- Đất có cốt là loại vật liệu nặng, cơng trình bằng đất có cốt có kích thước lớn
đáp ứng được u cầu đối với những cơng trình địi hỏi phải có trọng lượng lớn để

chịu đựng lực ngang lớn, chịu lực va chạm lớn hoặc áp lực sóng nổ lớn…

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 5


Luận văn Thạc só

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

Chú ý rằng, trên quan điểm kiến trúc nhiều khi cũng cần xây dựng các cơng
trình hồnh tráng có kích thước lớn, tường dày. Trong các trường hợp đó, nếu dùng
vật liệu bê tơng hoặc khối đá xây thì rất tốn kém và lúc này tường đất có cốt có thể
thích hợp cả về kinh tế, kỹ thuật, nhất là có thể tùy nghi sáng tạo các kiểu mặt tường
bao để đạt yêu cầu về trang trí kiến trúc, tạo hình (như xây dựng các tường thành
hoặc đài kỉ niệm).
Vì là vật liệu nặng với các khả năng chịu đựng được các tác động nói trên nên
đất có cốt cũng được nghiên cứu ứng dụng để xây dựng cơng trình quốc phịng và
cả các cơng trình ở vùng động đất (hầm chống bom, ụ chiến đấu, pháo đài …).
- Cơng trình bằng đất có cốt thi cơng đơn giản và nhanh, cốt và các tấm hoặc
vỏ mặt tường bao đều có thể gia công trước tại nhà máy rồi đưa ra hiện trường lắp
đặt tiện lợi ngay trong quá trình đắp đất (lắp đặt đến đâu đắp đến đó, …).
Tuy nhiên ngay từ những năm phát triển đầu tiên người ta cũng đã nhận thấy
những nhược điểm của loại vật liệu mới này để tìm cách khắc phục :
- Nếu dùng vật liệu kim loại làm cốt và vỏ mặt tường thì gặp vấn đề về biện
pháp chống gỉ : phải dùng thép khơng gỉ hoặc thép mạ ; cịn nếu dùng thép thường
thì phải tăng thêm kích thước cốt hoặc vỏ để dự trữ phòng gỉ.
- Nếu cốt và vỏ mặt tường bằng vật liệu chất dẻo tổng hợp (vải hoặc lưới địa
kỹ thuật) thì cần phải có biện pháp chống lão hóa cho chúng. Một cách khác để

khắc phục là sử dụng vỏ mặt tường bao bằng các tấm bê tông cốt thép lắp ghép
cũng đã xuất hiện trên thực tế ngay từ đầu những năm 70 của thế kỷ XX và vẫn
được tiếp tục sử dụng cho đến nay.
Để đảm bảo có sức neo bám giữa cốt với đất thì đất dùng để đắp cũng phải
đạt được các yêu cầu nhất định về thành phần hạt (thường yêu cầu là đất rời, đất rời
ít dính), về tính chất điện hóa (để giảm tác dụng xâm thực đối với cốt kim loại hoặc
cốt bằng chất dẻo tổng hợp). Mặt khác bản thân cốt cũng phải được chế tạo và cải
tiến cấu tạo để tăng cường được sức neo bám với đất nhằm phát huy hiệu quả của
cốt. Sức neo bám giữa đất và cốt cũng sẽ giảm đi khi nước xâm nhập được vào đất,
do vậy đối với những cơng trình đất có cốt cần phải giải quyết tốt vấn đề thốt
nước.
II. Các thành phần chính của tường chắn đất có cốt :
Tường chắn đất có cốt bao gồm 3 thành phần kết cấu chính sau :
II.1. Đất Đắp Chọn Lọc :
Đất đắp chọn lọc hay đất gia cố yêu cầu phải có độ bền cao, thốt nước tốt, dễ
dàng thi cơng, đặc biệt có sự kết hợp tốt với hệ thống cốt. Hầu hết các loại tường
chắn có cốt đều yêu cầu vật liệu đất đắp có góc ma sát lớn, do tường chắn ổn định
dựa vào sức ma sát giữa đất đắp và cốt. Do đó đất đắp có hàm lượng sét ít. Nếu hàm
lượng và khả năng chịu lực của hệ thống cốt cao thì đất đắp có thể có chất lượng
thấp đi.

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 6


Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

Tuy nhiên, đất đắp với cốt liệu có chất lượng cao như cát cuội thì sẽ thuận lợi
cho việc thốt nước, do đó làm tăng tuổi thọ của cốt cũng như sử dụng ít cốt hơn.
Cát cuội cũng dễ dàng xử lý, dễ thay thế và đầm nén. Điều này đẩy mạnh cho việc
thay thế và duy tu tường chắn có cốt.

Hình 1.4 : Thành phần chính của tường chắn có cốt.
Do đó đất đắp có thể là đất rời hay là đất dính. Trước đây, người ta hay dùng
đất rời có thành phần hạt mịn khơng q 15% và góc ma sát lớn hơn 25°.
Đối với các tường chắn có thời hạn phục vụ lâu dài, đất đắp tường không được
dùng loại đất có tính dính, mà chỉ được phép dùng các loại đất rời và loại đất rời ít
dính, cụ thể là các nhóm đất A-1, A-3, A-2-4, A-2-5 (bảng 1.2) theo cách phân loại
của AASHTO với các chỉ tiêu chi tiết như sau :
Chỉ tiêu

Yêu cầu

Tỉ lệ % lọt qua sàng 0,074mm

< 35%

Chỉ số dẻo

< 10 %

Chỉ số nhóm GI

bằng 0

Đối với các tường chắn có thời gian phục vụ lâu dài nhưng không sử dụng cốt
kim loại dạng đai với bề rộng hẹp (tác dụng tương hỗ giữa cốt và đất chỉ thuần túy

dựa vào ma sát) thì đất đắp tường chỉ sử dụng các nhóm A-1-a và A-3, tức là :
HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 7


Luận văn Thạc só

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

Chỉ tiêu

u cầu

Tỉ lệ % lọt qua sàng 0,074mm

< 15%

Chỉ số dẻo

<6%

Chỉ số nhóm GI

bằng 0

Trong mọi trường hợp, cỡ hạt lớn nhất trong đất đắp đều không được vượt quá
12mm với tỉ lệ tối đa có mặt trong đất là 25% (vì nhiều cỡ hạt lớn dễ làm cho cốt bị
hư hại) và lượng cỡ hạt lọt qua sàng 0,015mm không được vượt quá 10%. Trong
mọi trường hợp, góc nội ma sát của đất đắp khi bão hịa nước khơng nhỏ hơn 25o.

Khi sử dụng cốt kim loại thì các tính chất điện hóa của đất đắp phải thỏa mãn
yêu cầu sau ở bảng 1.1.
Khi sử dụng các loại cốt polime, đất đắp cũng nên có độ pH nằm trong khoảng
6 ÷ 9 ; cịn các đặc trưng điện hóa khác của đất thì người thiết kế cần phải dựa vào
các chứng chỉ của từng sản phẩm cốt polime do hãng sản xuất cung cấp để quy định
cụ thể trong hồ sơ thiết kế cơng trình. Trong mọi trường hợp, đất đắp phải được
đầm nén chặt từ 0,98 trở lên (so với độ chặt đầm nén tiêu chuẩn theo TCVN42011995). Ngoài ra, tạp chất hữu cơ trong vật liệu đất đắp không được vượt quá 1%.
Bảng 1.1 : Yêu cầu về các đặc trưng điện hóa của đất đắp
khi dùng cốt kim loại
Tường nằm trong nước
Các đặc trưng
điện hóa

Thép khơng mạ, Thép
và thép mạ
không rỉ

Tường không khi nào bị ngập
Thép không mạ, Thép
và thép mạ
không rỉ

min

5

5

5

5

max

10

10

10

10

Hàm lượng clorit
tối đa (%)

0,01

0,01

0,02

0,025

Hàm lượng sunfat
SO4 hòa tan tối
đa (%)

0,05

0,05

0,1

0,1

Điện trở suất tối

3000

3000

1000

1000

Độ pH

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 8


Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

thiểu của mẫu đất
bão hòa nước
(Ω/cm)
(ngâm

bão hòa 1giờ với
nước ở 25oC rồi
đo điện trở suất)
Ghi chú :
1. Được coi là nằm trong nước khi tường chắn bị ngập nước thường xuyên
hoặc theo chu kỳ.
2. Để xác định các đặc trưng trên, có thể sử dụng các quy trình thí nghiệm của
Việt Nam như 22TCN 61-84 (cho độ pH của nước), TCVN 346-86 (hàm lượng
sunfat trong cát) hoặc tham khảo “Quy trình thí nghiệm phân tích hóa học của
đất”do Bộ Giao thơng Vận tải ban hành ngày 10/5/1979. Riêng về phương pháp
xác định điện trở suất và hàm lượng clorit,hiện tiêu chuẩn Việt Nam chưa có, vì vậy
cần tham khảo tiêu chuẩn BS1377 (năm 1990) của Anh Quốc hoặc tiêu chuẩn
ASTM tương đương) để xác định.
3. Đối với đặc trưng điện trở suất, có thể thay thế thí nghiệm trong phịng
bằng phương pháp địa vật lý (ngành địa chất cơng trình vẫn thường sử dụng) để đo
điện trở suất tại thực địa của khối dất dự kiến lấy để đắp đường.

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 9


Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

II.2. Hệ Thống Cốt :
II.2.1. Cốt kim loại :
Cốt kim loại dùng làm tường chắn đất có cốt có thể được chế tạo dưới dạng đai
mỏng (có gờ hoặc khơng có gờ), dạng khung, dạng lưới (mạng), dạng thanh neo…

Hai loại cốt được dùng phổ biến là cốt đai mỏng và cốt dạng khung. Vật liệu làm
cốt chủ yếu là thép nhẹ, thép mạ kẽm hay epoxy.
Dù dùng loại cốt nào thì cường độ chịu kéo của thép chế tạo cốt cũng phải bảo
đảm có trị số tối thiểu sau đây :
Loại thép

Cường độ chịu kéo

Thép cacbon dày dưới 16mm

340N/mm2

Thép cacbon tròn đường kính dưới 40mm

485N/mm2

Thép khơng rỉ dày dưới 10mm

510N/mm2

Đối với thép mạ, khối lượng trung bình lớp mạ kẽm của một mẫu thử không
được nhỏ hơn 100g/m2. Riêng đối với thép không mạ không được dùng làm cốt khi
tuổi thọ thiết kế của cơng trình trên 60 năm.
Chiều dày dự phịng cho phép cốt thép có thể bị ăn mịn (chấp nhận thí bỏ,
khơng tính vào phần tiết diện làm việc của cốt) trên mỗi bề mặt tiếp xúc với đất đắp
được xác định tùy thuộc vào tuổi thọ thiết kế như bảng 1.3
Cốt dạng đai mỏng không được cấu tạo có bề dày nhỏ hơn 3mm và chiều rộng
khơng nhỏ hơn 30mm (thường dày 5mm rộng 40 ÷ 70mm). Bề mặt cốt có thể có gờ
hoặc khơng có gờ. Chiều dài cốt được xác định theo phương pháp tính tốn thiết kế.
Bảng 1.3 : Chiều dày chấp nhận thí bỏ trên mỗi bề mặt tiếp xúc với đất đắp

Chiều dày thí bỏ (mm)
Tuổi thọ
thiết kế (năm)
5

Vật liệu cốt

Thép khơng mạ
Thép mạ

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Tường khơng bị
ngập nước

Tường có tiếp xúc
với nước ngọt

0,25

0,25

0

0

Trang 11


Luận văn Thạc só

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

Thép khơng rỉ

0

0

0,35

0,4

Thép mạ

0

0

Thép không rỉ

0

0

Thép không mạ

0,15

1,55

Thép mạ

0,30

0,55

Thép không rỉ

0,05

0,07

Thép không mạ

1,35

1,68

Thép mạ

0,38

0,63

Thép không rỉ

0,05

0,09

Thép mạ

0,45

0,70

Thép không rỉ

0,05

0,10

Thép mạ

0,75

1,00

Thép không rỉ

0,10

0,20

Thép không mạ
10

50

60

70

120

II.2.2. Cốt polime :
- Cốt polime dùng làm tường chắn đất có cốt cũng được chế tại dưới dạng tấm
(các loại vải địa kỹ thuật), dạng lưới hoặc dạng mạng…
- Cốt polime là loại vật liệu hiện chưa chế tạo được trong nước nên khi sử
dụng nhất thiết phải dựa theo các chứng chỉ, các hợp đồng và cả sự bảo đảm của các
hãng sản xuất…Trong mọi trường hợp mua bán, chuyển giao đều cần thí nghiệm
kiểm tra từng lơ sản phẩm về các chỉ tiêu của chúng so với đặc trưng gốc theo
chứng chỉ (ví dụ : kích thước hình học, khối lượng khơ 1m2, cường độ chịu kéo theo
khổ bề rộng, độ dãn dài, cường độ xé rách, hệ số thấm, đường kính lỗ lọc …).
- Khi dùng cốt bằng vải địa kỹ thuật thì nên chọn vải dệt có cường độ chịu đứt
tối thiểu là 25kN/m và tùy theo yêu cầu thiết kế có thể chọn loại có cường độ chịu
kéo đứt tới 30, 40, 50, 75, 10kN/m.
HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 12


Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

- Để xác định cường độ chịu kéo của cốt vải địa kỹ thuật và cốt polime nói
chung, khi xét đến biến dạng từ biến, nếu điều kiện cho phép nên kiểm tra bằng thử
nghiệm ứng suất biến dạng, thời gian ít nhất là 10.000 giờ ở nhiệt độ tiêu chuẩn

23oC đối với mẫu trong phịng thí nghiệm với các mức tải trọng khác nhau theo tiêu
chuẩn thử nghiệm ASTM D5262.

Hình 1.5 : Lưới địa kỹ thuật.
II.2.3. Mặt Tường :
Mặt tường chủ yếu có tác dụng bảo vệ cốt, đất đắp từ ảnh hưởng của thời tiết
bên ngoài. Ngày nay, mặt tường thường là các tấm bêtông đúc sẵn, các tấm thép hay
cọc thép, lưới thép hàn, các khối bêtông, gỗ, cao su,bêtông phun. Có các loại mặt
tường chính sau :
- Các tấm panel bằng bêtơng đúc sẵn có khớp : đó là các tấm panel rời rạc có
sẵn các chốt để neo hệ thống cốt. Đây là loại mặt tường thường dùng nhất hiện nay.
Bảng 1.4 : Các sai số thường được chấp nhận đối với mặt tường tường chắn
theo tiêu chuẩn của Anh BS8006:1995
Vị trí mặt kết cấu

Sai số cho phép

Chiều thẳng đứng

±5mm/1m chiều cao (nghĩa là
±40mm cho 8m chiều cao)

Lồi ra theo chiều thẳng đứng và lồi
lõm theo chiều nằm ngang

±20mm so với thước mẫu dài 4,5m

Chênh lệch ở các khe nối

±10mm

Tuyến thẳng dọc theo đỉnh tường
trên mặt nằm ngang

±15mm theo tuyến chuẩn

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 13


Luận văn Thạc só

GVHD: TS. Châu Ngọc Ẩn

Hình 1.6 : Mặt tường là các tấm bêtông đúc sẵn.
- Các tấm đúc sẵn với chiều cao bằng chiều cao tường chắn : là các tấm
bêtơng phủ tạm thời tồn bộ chiều cao tường cho tới khi đắp xong lớp đất sau
tường.

Hình 1.7 : Mặt tường là các tấm bêtông liền khối
- Các tấm bêtông đúc tại chỗ : thường được dùng để bao xung quanh các tường
đã ổn định sau một thời gian khoảng 1-2 năm.
- Các khối xây sẵn (MBW) : có thể rỗng hay đặc, thường nhỏ và thấp cao 10–
20cm có trọng lượng 15–50kg, được dùng đối với các tường có cốt vải địa (hay lưới
địa) gắn vào giữa các khối xây, vải địa được định vị đúng vị trí nhờ các chốt hay do
các khối xây đè lên. Có rất nhiều hãng dùng loại mặt tường này như các thương
hiệu Keystone, Versa-Lock, Allan …

HVTH: Nguyễn Hữu Trung

Trang 14