Tài liệu đánh giá hiệu quả của vải đại kỹ thuật gia cố nền đê chắn sóng có xét tới ảnh hưởng của tải trọng sóng biển, áp dụng cho đê chắn sóng nhà máy nhiệt điện vũng áng 1

LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu khoa học là cả quá trình tham gia học hỏi, so sánh, tìm hiểuđể ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Công việc thực hiện luận văn cao học vừa là cơ hội để học viên trình bày những nghiên cứu về vấn đề mình quan tâm trong quá trình học tập, đồng thời cũng là một tài liệu quan trọng giúp các thầy cô, giảng viên kiểm tra đánh giá quá trình học tập và kết quả thực hiện luân văn của mỗi học viên. Để hoàn thành luận văn cao học này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: - PGS TS Thiều Quang Tuấn, trƣởng Bộ môn kỹ thuật công trình – Khoa Kỹ thuật Biển, đồng thời thầy cũng là ngƣời hƣớng dẫn chính giúp tôi có thể hoàn thành luận văn cao học này. - Các thầy, cô là giảng viên trong Khoa kỹ thuật Biển, những ngƣời đã đóng góp ý kiến cụ thể sâu sắc trong đợt bảo vệ luận văn cấp cơ sở tại văn phòng Khoa và trong các lần báo cáo tiến độ thực hiện luận văn. Điều đó giúp tôi có thể hoàn thiện luận văn đƣợc tốt hơn. - Tập thể lớp cao học CH20BB, những ngƣời bạn học cùng lớp đã đóng góp xây dựng các ý kiến giúp tôi thực hiện đƣợc các trƣờng hợp tính toán trong luận văn. Xin chân thành cảm ơn! TÁC GIẢ Nguyễn Tiến Dƣơng BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ Nguyễn Tiến Dƣơng MỤC LỤC I. Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................1 II. Phƣơng pháp tiếp cận nghiên cứu ..........................................................................2 III. Giới hạn nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận văn .......................................2 IV. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn ........................................................................3 V. Cấu trúc của luận văn .............................................................................................3 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN CHUNG ........................................................................4 1.1. Tính chất, phân loại và tính năng của vải địa kỹ thuật ....................................4 1.1.1. Tính chất của vải địa kỹ thuật ...................................................................4 1.1.2. Phân loại vải địa kỹ thuật ..........................................................................8 1.1.3. Tính năng vải địa kỹ thuật.........................................................................9 1.2. Vấn đề sử dụng vải địa kỹ thuật cho gia cố nền đất yếu ................................13 1.3. Ảnh hƣởng của tải trọng sóng biển tới ổn định công trình ............................17 1.4. Kết luận chƣơng .............................................................................................19 CHƢƠNG II. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU.......................................19 2.1. Các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu ...............................................................20 2.2. Phƣơng pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật ...................................23 2.2.1. Các chỉ tiêu của đất cần dùng cho thiết kế vải lọc ..................................23 2.2.3. Các bƣớc thực hiện chính trong thi công vải lọc ....................................34 2.3. Kết luận chƣơng .............................................................................................40 CHƢƠNG III. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỊA KỸ THUẬT CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG SÓNG ...................................................41 3.1. Giới thiệu các mô hình toán ...........................................................................41 3.1.1. Mô hình tính toán phân tích ổn định Geo5 .............................................41 3.1.2. Mô hình tính toán phân tích ổn định Geo – Slope Office .......................42 3.2. Mô hình Plaxis ...............................................................................................44 3.3. Ảnh hƣởng của tải trọng sóng biển ................................................................48 3.4. Kết luận chƣơng .............................................................................................55 CHƢƠNG IV. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐÊ CHẮN SÓNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG I ....................................................................................57 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu...........................57 4.1.1. Điều kiện tự nhiên ...................................................................................57 4.1.2. Điều kiện kinh tế xã hội ..........................................................................59 4.2. Các tham số thiết kế cơ bản ...........................................................................60 4.3. Tính toán thiết kế giải pháp gia cố nền ..........................................................63 4.3.1. Tính toán thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng .......................................63 4.3.2. Xác định chiều sâu ảnh hƣởngtheo cơ sở lý thuyết ................................66 4.3.3. Tính toán ổn định bằng phần mềm GEO-SLOPE ...................................69 4.4. Kết luận chƣơng .............................................................................................84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................85 Kết luận .................................................................................................................85 Kiến nghị ...............................................................................................................85 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................86 Tiếng Anh ..............................................................................................................86 Tiếng Việt ..............................................................................................................86 HÌNH VẼ Hình 1.1 Địa hình khu vực cảng Ostend ...................................................................16 Hình 1.2. Kết quả xuyên côn CPTs tại vị trí đê chắnsóng phía Đông ......................16 Hình 1.3. Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất lên mái dốc đƣợc .........................18 gia cố bằng tấm bản...................................................................................................18 Hình 2.1. Đƣờng phân bố điển hình thành phần hạt của đất .....................................23 Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm thấm của đất ..................................................................25 Hình 2.3. Áp lực cơ học trong quá trình thi công .....................................................27 Hình 2.4. Sơ đồ chọn vải theo yêu cầu chặn đất trong điều kiện dòng chảy động ...30 Hình 2.5. Độ thấm điển hình của đất ........................................................................31 Hình 2.6. Trải vải lên mái .........................................................................................34 Hình 2.7. Đặt thảm lắp sẵn ........................................................................................34 Hình 2.8. Bãi thi công trên mái sông ........................................................................35 Hình 2.9. Vận chuyển thảm bằng dầm nổi ................................................................35 Hình 2.10. Neo đầu thảm vào bờ ..............................................................................36 Hình 2.11. Nhấn chìm thảm xuống đáy sông ............................................................36 Hình 2.12. Trải thảm xuống đáy sông bằng cần cẩu .................................................36 Hình 2.13. Trải thảm lên mái bằng ván trƣợt ............................................................37 Hình 2.14. Nối vải địa kỹ thuật theo phƣơng pháp chồng mép ................................37 Hình 2.15. Các kiểu may vải .....................................................................................38 Hình 3.1. Lƣới phần tử hữu hạn ................................................................................46 Hình 3.2. Phần tử 6 nút .............................................................................................47 Hình 3.3. Mặt cắt ngang khối trƣợt của đê chắn sóng (sóng leo cực đại).................48 Hình 3.4. Sự suy giảm của thủy triều dẫn tới sự suy giảmáp lực .............................51 Hình 3.5. Áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣới đất nền phụ thuộc vào quá trình nƣớc rút của mực nƣớc biển ...........................................................................................................52 Hình 3.6. Áp lực nƣớc lỗ rỗng thay đổi áp lực nƣớc trong một lớp đất do thủy triều hoặc sóng ...................................................................................................................55 Hình 4.1. Nhập mặt cắt địa hình vào chƣơng trình để tính truyền sóng ...................61 Hình 4.2. Nhập giá trị của sóng tại khu vực sóng nƣớc sâu để tính truyền sóng......62 Hình 4.3. Trích xuất kết quả......................................................................................62 Hình 4.4. Hiển thị kết quả tính toán ..........................................................................63 Hình 4.5. Kết quả tính toán độ cao lƣu thông Rcp .....................................................64 Hình 4.6. Hình dạng, kích thƣớc của khối RAKUNA IV .........................................65 Hình 4.7. Mặt cắt thiết kế của đê chắn sóng .............................................................66 Hình 4.8. Biểu đồ quan hệ áp lực dƣ khe rỗng và độ sâu .........................................67 Hình 4.9. Trích xuất kết quả độ sâu từ mô hình truyền sóng ....................................68 Hình 4.10. Mặt cắt đại diện của đê chắn sóng ..........................................................69 Hình 4.11. Bình đồ khu vực bố trí các hố khoan địa chất .........................................71 Hình 4.12. Trắc dọc mặt cắt địa chất theo các hố khoan CW33, CW52, CW50, CW49, CW38, CW45 ...............................................................................................72 Hình 4.13. Trắc dọc mặt cắt địa chất theo các hố khoan CW35, CW53, CW52, CW43, CW39, CW45 ...............................................................................................73 Hình 4.14. Sơ đồ tính toán theo phƣơng pháp Bishop ..............................................76 Hình 4.15. Vẽ mặt cắt thiết kế của đê, khai báo vật liệu và chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ..............................................................................................................................77 Hình 4.16. Vẽ đƣờng áp lực nƣớc tƣơng đƣơng với mực nƣớc thiết kế ...................77 Hình 4.17. Kết quả tính toán ổn định, kfs = 1,25 .......................................................77 Hình 4.18. Vẽ đƣờng mực nƣớc tƣơng ứng với chiều cao sóng H = 3,5m ...............78 Hình 4.19. Vẽ áp lực tác động tới lớp đất cát (h = 1 m) ...........................................79 Hình 4.20. Áp lực tác động tới lớp đất sét (h = 0,1 m) .............................................79 Hình 4.21. Kết quả tính toán ổn định, kfs = 1,07 .......................................................79 Hình 4.22. Sơ đồ tính toán khối trƣợt khi có vải địa kỹ thuật...................................80 Hình 4.23. Khai báo vải địa kỹ thuật trong chƣơng trình .........................................82 Hình 4.24. Kết quả tính toán ổn định trong tổ hợp tải trọng cơ bản, kfs = 1,28 ........82 Hình 4.25. Thiết lập các đƣờng áp lực và đƣờng mực nƣớc sóng ứng với z = -0,5m ...................................................................................................................................83 Hình 4.26. Kết quả tính toán ổn định, kfs = 1,25 .......................................................83 BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của một số loại vải không dệt TS ...............................11 Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật loại vải dệt GET ..........................................................12 Bảng 1.3. Chỉ dẫn chọn khoảng cách giữa 2 lớp vải theo chỉ số CBR .....................15 Bảng 2.1. Kích thƣớc lỗ lọc của vải theo yêu cầu chặn đất khi đất ..........................27 không dính và dòng chảy rối .....................................................................................27 Bảng 2.2. Giá trị gradient thủy lực điển hình ............................................................32 Bảng 2.3. Yêu cầu độ bền thi công đối với vải địa kỹ thuật .....................................33 Bảng 2.4. Sự tƣơng ứng giữa chức năng và thí nghiệm kiểm tra .............................39 Bảng 2.5. Tầm quan trọng của các chức năng của vải địa kỹ thuật ..........................39 Bảng 4.1. Độ ẩm tƣơng đối trung bình hàng tháng ...................................................57 Bảng 4.2. Chế độ mƣa ...............................................................................................58 Bảng 4.3. Tốc độ gió trung bình ...............................................................................58 Bảng 4.4. Tốc độ gió lớn nhất ...................................................................................58 Bảng 4.5. Số giờ nắng các tháng trong năm .............................................................59 Bảng 4.6. Kích thƣớc tính toán của khối RAKUNA IV ...........................................65 Bảng 4.6. Kết quả tính toán theo lý thuyết Grace .....................................................67 Bảng 4.7. Các chỉ tiêu của lớp vật liệu thiết kế.........................................................70 Bảng 4.8. So sánh hệ số ổn định trong các trƣờng hợp tính toán .............................83 PHỤ LỤC Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 3a ..............................................................................87 Bảng 2. Chỉ tiêu cơ lý lớp 5b ....................................................................................87 Bảng 3. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 5 ................................................................................88 Bảng 4. Chỉ tiêu cơ lý của lớp 8a ..............................................................................89 1 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Vấn đề xây dựng nền đắp trên đất yếu là một đề tài đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới quan tâm và tiến hành nghiên cứu có hệ thống, bởi đây là một hiện tƣợng rất thƣờng gặp trong quá trình xây dựng, nhất là các công trình đê biển, nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp thƣờng dễ bị mất ổn định toàn khối dẫn đến lún sụt, sụp đổ công trình. Để đảm bảo chất lƣợng, hiệu quả của công trình khi đƣa vào khai thác, sử dụng, một vấn đề luôn đƣợc quan tâm, đặt lên hàng đầu chính là sự ổn định của nền móng công trình. Đa số các nhà khoa học đều cho rằng đất yếu là những đất có khả năng chịu lực vào khoảng 0,5 – 1 kG/cm2, có tính nén lún mạnh, hầu nhƣ đất đều hoàn toàn bão hòa nƣớc, có hệ số rỗng lớn (thƣờng ε > 1,0), hệ số nén lún lớn, mô đun biến dạng tổng E0 ≤ 50 kG/cm2, trị số sức chống cắt không đáng kể. Việc nghiên cứu xây dựng công trình đê chắn sóng trên nền đất yếu trƣớc hết cần đƣợc tiến hành nghiên cứu xử lý nền đất yếu để tăng sức chịu tải cho đất, cải thiện các chỉ tiêu cớ lý của đât (hệ số rỗng, giảm độ lún, tăng modun biến dạng..) đảm bảo điều kiện làm việc bình thƣờng của công trình. Tiếp đó, sau khi đƣa công trình vào sử dụng cần nghiên cứu xem xét tới tải trọng của sóng. Sóng tác động lên nền của đê chắn sóng gây thay đổi áp lực khe rỗng và ứng suất của nền đê; qua đó dẫn tới mất ổn định của nền đê. Việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của nền đất hầu hết hiện nay đƣợc dựa trên giả thiết coi đất là vật thể biến dạng tuyến tính. Dựa trên cơ sở đó, tiến hành áp dụng những kết quả của lý thuyết đàn hồi cho nền đất. Trên thực tế sóng biển tác động liên tục và có sự thay đổi về phƣơng, hƣớng, giá trị độ lớn theo thời gian lên nền đê chắn sóng, gây lún không đều, mất ổn định cho từng đoạn đê. Và mỗi một bài toán cần đƣợc áp dụng theo các phƣơng pháp khác nhau để tính toán ổn định của nền đê. 2 Đối với Việt Nam, việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong xử lý nền đất yếu đã đƣợc tiến hành từ lâu và đã đƣợc xây dựng thành các tiêu chuẩn ngành nhƣ: 14 TCN 110 – 1996 (Chỉ dẫn thiết kế và sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trong công trình thủy lợi); 22 TCN 248 – 98 (Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đất đắp trên nền đất yếu)TCVN 9355-2012 (gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm)…Tuy nhiên vấn đề xử lý đất yếu dƣới nền đắp vẫn còn là một công việc gây nhiều khó khăn cho các nhà thiết kế, đơn vị thi công. Cho đến thời điểm hiện tại vẫn chƣa có một đánh giá mang tính toàn diện về việc mô phỏng điều kiện làm việc của công trình khi sử dụng vải địa kỹ thuật trong bài toán thiết kế. Qua đó chƣa có nhiều các đối chiếu giữa lý thuyết và thực tế thi công nhƣ độ lún, độ ổn định trƣợt, trồi, … hay nghiên cứu về sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất yếu sau khi đƣợc xử lý,… Xét sự tác động của sóng biển đến nền đất yếu khi có gia cƣờng của vải địa kỹ thuật chƣa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu đến lĩnh vực này. Điều này có thể quyết định lớn đến loại vải địa kỹ thuật dùng cho gia cố nền. Đặc biệt là sự gia tăng tải trọng tác động trên nền đất sau khi có công trình và có tác động của sóng biển đối với nền công trình gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật. Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng cho công trình đê chắn sóng của nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I. Đánh giá tác động của sóng biển lên nền của công trình gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật. Qua đó, đƣa ra cách thiết lập điều kiện biên về nền của công trình khi gia cƣờng bằng vải địa kỹ thuật, từ đó phục vụ cho các bƣớc tính toán thiết kế công trình sau này. II. Phƣơng pháp tiếp cận nghiên cứu Luận văn đƣợc áp dụng theo các phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Phƣơng pháp nghiên cứu trên mô hình - Phƣơng pháp kế thừa các nghiên cứu có trƣớc - Phƣơng pháp thu thập tài liệu III. Giới hạn nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận văn Giới hạn nội dung: 3 Luận văn chỉ đề cập tới vai trò của vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đê chắn sóng trƣớc tác động của sóng biển không áp dụng cho các công trình đê khác nhƣ đê ngầm giảm sóng, đê quai. Tải trọng đƣợc xét đến là tải trọng của sóng biển, không xét đến các tải trọng khác nhƣ tải trọng thi công, tải trọng bản thân của công trình. Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu áp dụng cho đê chắn sóng của nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I IV. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn Nghiên cứu áp lực khe rỗng trong lớp đất nền dƣới sự dao động của mực nƣớc biển do sóng và thủy triều Xét sự ảnh hƣởng của áp lực khe rỗng đối với ổn định nền của công trình đê chắn sóng khi gia cố bằng vải địa kỹ thuật. V. Cấu trúc của luận văn Chƣơng 1. Tổng quan chung Chƣơng 2. Phƣơng pháp xử lý nền đất yếu Chƣơng 3. Cơ sở khoa học của việc sử dụng mô hình phân tích ổn định địa kỹ thuật có xét đến ảnh hƣởng của tải trọng sóng Chƣơng 4. Áp dụng tính toán cho đê chắn sóng nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I 4 NỘI DUNG CHƢƠNG I. TỔNG QUAN CHUNG 1.1. Tính chất, phân loại và tính năng của vải địa kỹ thuật 1.1.1. Tính chất của vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật đƣợc định nghĩa đơn giản nhƣ là một vật liệu giống nhƣ vải đƣợc sử dụng trong môi trƣờng đất, có cấu tạo từ polymer dệt, polymer không dệthay từ các vật liệu tự nhiên sản xuất theo quy trình dệt; dùng đểphân cách, lọc, bảo vệ, gia cƣờng và thoát nƣớc. Chất liệu polymer dùng để chế tạo vải địa kỹ thuật đƣợc cấu tạo từ một trong các dạng polymer tổng hợp sau: polyamide, polyester,polyethylene, polypropylene và vật liệu tự nhiên. Polyamide: Polyamide đƣợc cấu tạo từ Nilon 6 hoặc Nilon 6.6. Tính chất của vải địa kỹ thuật đƣợc cấu tạo từ polyamide phụ thuộc nhiều vào vai trò của phụ gia trong quá trình chế tạo nhƣ: (i)tăng tính ổn định độ nhớt để điều khiển sự trùng lặp của Polyamide trong quá trình sản xuất; (ii)kéo dài tuổi thọ của sợi Polyamidetrƣớc tác động của nhiệt độ hay quá trình oxy hóa ngoài môi trƣờng; (iii) tạo màu cho vải địa kỹ thuật, ví dụ nhƣ muội carbon làm gia tăng độ ổn định của sợi polyamide. Polyester: Các chất phụ gia trong quá trình sản xuất polyester bao gồm: (i) phụ gia hoạt tính dùng để làm tăng quá trình tạo thành sợi polyester; (ii) phụ gia cấu tạo từ hợp chất của phosphat giúp ổn định nhiệt độ. Loại vải địa nàycó khả năng tự sinh việc kháng UV Stabilized và chúng rất bền, có khả năng chịu lực cao hơn các polymer khác trong quá trình thi công dƣới ảnh huơngr của anh sáng mặt trời, ngƣợc lại chúng rất dễ suy giảm tính chịu lực trong môi trƣờng có độ PH. Polyethylene:Có 2 loạipolyethylene chủ yếu đƣợc dùng để chế tạo nên vải địa kỹ thuậtpolyethylene trọng lƣợng riêng thấp (920 – 930 kg/m3) và polyethylene trọng lƣợng riêng cao (940 – 960 kg/m3). Đối với loại vải địa kỹ thuật sử dụng từpolyethylene trọng lƣợng riêng thấp đƣợc chế tạo trong điều kiện áp suất cao (lên tới 300 MN/m2) trong khipolyethylene trọng lƣợng riêng cao lại chỉ đƣợc chế tạo 5 trong điều kiện áp suất thấp (khoảng 4 MN/m2).Tính chất vật lý của polyethylene chủ yếu đƣợc xác định bởi quá trình kết tinh của nó.Kết tinh có thể xảy ra tốt hơn khi mức độ phân nhánh thấp hơn. Các nhánhriêng biệt cho sự khác biệt về tính chất vật lý giữa các lớp khác nhau củapolyethylene. Phân nhánh polyethylene trọng lƣợng caocó đặc tính cứng hơn và có một số kháng hóa chất tốt hơn so với các loại trọng lƣợng thấp. Việc bổ sung các muội carbon (khoảng 2%) dẫn đếntrong một sự cải tiến tối ƣu trong quá trình chế tạo. Polypropylene: Việc sử dụng chất phụ gia trong qua trình chế tạo polypropylenerất quan trọng. Chất phụ gia ngăn ngừa quá trình oxy hóa và ổn định nhiệt của các sợi polypropylene trƣớc điều kiện của ngoại cảnh. Ngoài ra các chất phụ gia làm tăng độ bền của các sợi polypropylene trong môi trƣờngcó nƣớc. Vải địa kỹ thuật dệt đƣợc chế tạo từ các sợi tổng hợp hoặc các sợi tự nhiên chế tạo theo công nghệ dệt. Sợi đƣợc sử dụng để sản xuất một vải địa kỹ thuật có thểmonofilament hoặc đa filament hoặc một sự kết hợp của từng loại. Các sợi đƣợc dệt theo chiều dọc và ngang đan vào với nhau. Tuy nhiên, hình thức có dạng nhƣ những băngphimđã trở thành hình thức phổ biến nhất của các sợi đƣợc sử dụng trong sản xuất vải địa kỹ thuật trong những năm gần đây. Vải địa kỹ thuật không dệt cũng đƣợc chế tạo từ các sợi tổng hợp hoặc các sợi tự nhiên. Về cấu trúc sắp xếp, vải không dệt đƣợc hình thành từ những sợi hoặc sợi sắp xếp một cách ngẫu nhiên và liên kết với nhau thành một cấu trúc phẳng. Các sợi ban đầu đƣợc sắp xếp thành một cáchriêng biệt, sau đó liên kết với nhau.Trong quá trình ghép nhiệt những tấm vải địa kỹ thuật này đƣợc sản xuất bằng cách phun các sợi polymer liên tục vào một đai di chuyển và sau đó đi qua con lăn nóng. Các con lăn nén các lớp sợi tổng hợp ban đầu và làm tan chảy một phần của polymer, dẫn đến liên kết bằng nhiệt của các sợi tổng hợp. Các sợi tổng hợp của vải không dệt phân phối ngẫu nhiên trong một phạm vi rộng hơn của kích thƣớc của vải địa kỹ thuật dệt.Tiếp theo đó, sang quá trình ghép cơ khí các tấm vải địa kỹ thuật đƣợc hình thành bằng cách đƣa vào một máy đƣợc trang bịthiết kế đặc biệt. Trong khi các sợi vảiđƣợcgiữ lại giữa các tấm, kimđục lỗ xuyên qua nó và tái định hƣớng các sợi 6 để liên kết cơ khí đạt đƣợc trong nhữngsợi riêng lẻ. Trong một số trƣờng hợp, các kim cũng có thể rung động hoặc xoay để tăng tốc độsự rối. Quá trình này tạo vải trong đó có một mật độ cao, số lƣợng lớn đáng kểvà dày. Cuối cùng là quá trình liên kết hóa chất. Đây là phƣơng pháp phổ biến nhất để hình thành vải địa kỹ thuật không dệt. Chúng đƣợc sản xuất bởiphun sợi polymer vào một băng tải di chuyển và sau đó phun hoặc tẩm một lớp nhựa acrylic lên trên các sợi tổng hợp. Sau khi chữa hoặc lăn, liên kết đƣợc hình thành mạnh mẽgiữa các sợi. Tạo ra các lỗ nhỏ trênvải để liên kết trên vải đƣợc chắc chắn hơn bằng cách làm khô không khí trƣớc khi đƣa sản phẩm ra khỏi quy trình chế tạo. Kích thƣớc của vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào quy trình sản xuất của từng đơn vị sản xuất, có thể sản xuất theo kích thƣớc tùy ý, tuy nhiên để dễ dàng vận chuyển ngoài thực tế chiều dài thông thƣờng từ 50 đến 200 m, chiều rộng từ 5 đến 5,5 m. Chiều dầy của vải địa kỹ thuật có ý nghĩa lớn trong vai trò làm tầng lọc ngƣợc, do tính nén đƣợc nên trong điều kiện áp suất bình thƣờng chiều dày của vải địa kỹ thuật khoảng 0,2 đến 10 mm. Đối với vải địa kỹ thuật không dệt, quan hệ ứng suất và biến dạng theo các hƣớng là nhƣ nhau. Vậy nên vải không dệt có tính đẳng hƣớng. Đối với loại vải dệt nếu dệt theo phƣơng ngang và dọc cùng một chất liệu vải thì ứng suất theo 2 phƣơng đó là nhƣ nhau nhƣng theo phƣơng chéo có sự thay đổi. Vậy nên vải dệt không có tính đẳng hƣớng. Tính chất cơ lý biến đổi của polymer theo thời gian gọi là tính đàn hồi dẻo. Với lực kéo khổng đổi nhỏ hơn lực kéo đứt tiêu chuẩn thì biến dạng của sợi polymer sẽ dài ra, khi tới một giới hạn xác định thì sợi polymer sẽ bị đứt; khoảng thời gian từ khi biến dạng đến khi đứt gọi là độ bền của vật liệu. Độ bền phụ thuộc nhiềuvào yếu tố cấu tạo của sợi polymer. Tính thấm nƣớc của vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào các yếu tố: cấu tạo của vải địa kỹ thuật, đất nền phía dƣới, lớp phủ phía trên, áp lực nƣớc, hiện tƣợng lấp tắc, hiện tƣợng bịt dần. Khi dòng thấm vuông góc với mặt phẳng vải tính thấm nƣớc thể hiện theo công thức: 7 ΔH = a.Vn (1-1) ΔH: Chênh lệch đầu nƣớc khi đi qua vải (m) a: Hệ số kháng V: Vận tốc thấm (m/s) n: Dao động trong khoảng 1 – 2, nếu chảy tầng n = 1, chảy rối n = 2 Cấu tạo của vải địa kỹ thuật ảnh hƣởng tới tính thấm của vảiđịa kỹ thuật. Giữa các sợi của vải có các khe rống. Nếu nhƣ các khe rỗng lớn sẽ làm tăng tính thấm nƣớc qua vải và ngƣợc lại. Đất nền có tính thấm riêng. Lƣu lƣợng thấm qua vải trƣớc tiên do tính thấm của đất nền quy định. Lớp phủ phía trên vải là các vật liệu rời, che phủ và bịt kín các lỗ trên vải nên làm giảm tính thấm qua vải. Hơn nữa các vật liệu rời này cũng tác động xuống vải 1 lực làm giảm độ dày của vải; đặc biệt với các loại vải đƣợc chế tạo theo phƣơng pháp cán nóng các vật liệu rời phía trên làm giảm kích thƣớc các lỗ trên vải và ảnh hƣởng tới tính thấm. Lấp tắc là quá trình các hạt đất thâm nhập vào bên trong vải làm bịt lại các lỗ trên vải và làm giảm tính thấm của vải. Lấp tắc xảy ra khi đƣờng kính của hạt đất bằng đƣờng kính khe hở giữa 2 sợi dệt và có hiện tƣợng thấm theo 1 hƣớng. Khi thay đổi chiều của dòng thấm thì hiện tƣợng lấp tắc sẽ giảm đi. Bịt dần là hiện tƣợng các hạt cát, phù sa tích đọng lại trên, trong hoặc phía dƣới của vải giảm tính thấm của vải. Thành phần của nƣớc cũng ảnh hƣởng đến tính thấm của vải. Nếu nhƣ trong nƣớc có nhiều sắtkhi gặp oxy sẽ kết lại tạo ra rỉ sắt và bịt lại các lỗ trên vải, qua đó ảnh hƣởng đến tính thấm. Một trong các tác dụng của vải địa kỹ thuật là giữ lại các hạt đất không cho thấm xói nền. Nếu nhƣ các hạt đất nhỏ hơn kích thƣớc khe hở giữa các sợi vải thì đất sẽ đƣợc giữ lại không gây xói cho nền và ngƣợc lại. Tính lọc cát của vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào áp lực nƣớc tác động lên công trình. Trong nhiều trƣờng hợp các hạt đất nhỏ có kích thƣớc nhỏ hơn kích thƣớc khe hở giữa các sợi vải sẽ đƣợc 8 thoát ra ngoài, các hạt có kích thƣớc lớn đƣợc giữ lại và tạo ra tầng lọc ngƣợc rất có lợi cho ổn định nền của công trình. Việc xác định khe hở và kích thƣớc các hạt đất rất quan trọng nhằm đảm bảo không gây ra thấm xói cho công trình. Một số phƣơng pháp thí nghiệm xác định quan hệ khe hở và đƣờng kính hạt đất. Phƣơng pháp thí nghiệm theomô hình thí nghiệm thủy lựcDELFTđƣợc xác định bằng thiết bị sàng tiêu chuẩn, trong đó vải địa kỹ thuật đƣợc dùng thay cho các lƣới sàng. Sử dụng cát tự nhiên đã qua phân loại đƣa lên lƣới sàng và tiến hành sàng trong 5 phút để xác định các đƣờng kính D90; D60;… Phƣơng pháp thí nghiệm theo phƣơng pháp ASTM (American Society for testing and meterial)khá giống với phƣơng pháp thí nghiệm của (DELFT). Nhƣng điểm khác biệt theo phƣơng phápnày ở chỗ không dùng cát thiên nhiên đã qua phân loại mà dùng thủy tinh tròn có đƣờng kính xác định, thời gian sàng và đặc tính của thiết bị sàng cũng khác nhau. Phƣơng pháp ASTM sử dụng D95 làm đƣờng kính biểu kiến cho từng loại vải địa kỹ thuật. 1.1.2. Phân loại vải địa kỹ thuật Vải ÐKT đuợc chia làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi: dệt, không dệt và vải địa phức hợp: Nhóm dệt gồm những sợi đuợc dệt ngang dọc giống nhƣ vải may, nhƣ vải địa kỹ thuật loại dệt polypropylen. Biến dạng của nhóm này thuờng đuợc thí nghiệm theo 2 huớng chính: huớng dọc máy, viết tắt MD (machine direction) và hƣớng ngang máy, viết tắt CD (cross machine derection). Sức chịu kéo theo hƣớng dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo huớng ngang máy. Vải dệt thông thuờng đƣợc ứng dụng làm cốt gia cuờng cho các công tác xử lý nền đất khi có yêu cầu. Đặc điểm của loại vải địa kỹ thuật dệt thƣờng chế tạo có cƣờng lực cao. Khii làm việc, vải đƣợc trải lên trên mặt đất tạo lớp phân cách, các sợi vải đƣợc chia nhỏ sức ép của đất đắp phía trên cũng nhƣ đối với khối lƣợng của công trình không làm cho nền đất bị đào thành các hốc đất nhỏ và sự tác động qua lại giữa vải và lớp đất xung quanh tạo ra sự ma sát lớn hạn chế sự di chuyển của đất. 9 Nhóm không dệt gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một huớng nhất định nào, đuợc liên kết với nhau bằng phƣơng pháp hóa (dùng chất dính), hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc co lại (dùng kim dùi). Nhóm vải phức hợp là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt. Nhà sản xuất may những bó sợi chịu lực (dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt. 1.1.3. Tính năng vải địa kỹ thuật + Chức năng phân cách: Lớp vải địa kỹ thuật dùng để ngăn cách giữa hai lớp vật liệu có kích thƣớc hạt khác nhau, dƣới tác động của ứng suất nhất là những ứng suất do các phƣơng tiện vận chuyển tác động lên làm cho vật liệu hạt giữ nguyên vẹn các đặc tính cơ học của nó.Các phƣơng pháp thông thƣờng để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nƣớc là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lƣợng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công. Mức độ tổn thất có thể hơn 100% đối với đất nền có CBR (Califomia Bearing Ratio–chỉ số biểu thị sức chịu tải của đất và vật liệu dùng trong tính toán thiết kế kết cấu của áo đƣờng theo phƣơng pháp của AASHTO) nhỏ hơn 0,5. Việc sử dụng loại vải địa kĩ thuật thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đƣờng sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai loại đất. Vải địa kĩ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng. Ngoài ra, vải địa kĩ thuật còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đƣờng nhằm bảo toàn các tính chất cơ lí của vật liệu đắp và do đó nền đƣờng có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng xe. + Chức năng gia cƣờng: Vải địa kỹ thuật có tính chịu kéo cao. Ngƣời ta lợi dụng đặc tính này để truyền cho đất một cƣờng độ chịu kéo nào đó theo kiểu gia cố cốt cho đất hoặc chứa đất vào các túi vải địa kỹ thuật. + Chức năng bảo vệ: Ngoài độ bền cơ học nhƣ bền kéo, chống đâm thủng cao … Vải địa kỹ thuật còn có tính bền môi trƣờng (chịu nƣớc mặn) và khả năng tiêu thoát nƣớc nhanh. Nên vải địa kỹ thuật đƣợc kết hợp với các vật liệu khác nhƣ 10 thảm đá, rọ đá, đá hộc, bê tông … để chế tạo lớp đệm chống xói cho đê, đập, bờ biển, trụ cầu … + Chức năng lọc: Lớp vải địa kỹ thuật đóng vai trò là lớp lọc đƣợc đặt giữa hai lớp vật liệu có độ thấm nƣớc và cỡ hạt khác nhau, chức năng của lớp lọc là tránh sự xói mòn từ phía vật liệu có cỡ hạt mịn hơn vào lớp vật liệu thô. + Chức năng tiêu thoát nƣớc: Khả năng thấm theo phƣơng vuông góc với mặt phẳng vải địa kỹ thuật không dệtđể chế tạo mƣơng tiêu thoát nƣớc ngầm. Dòng thấm trong đất sẽ tập trung đến rãnh tiêu có bố trí lớp vải lọc và dẫn đến khu tập trung nƣớc bằng đƣờng ống tiêu. 11 Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của một số loại vải không dệt TS Tính chất Tiêu chuẩn Đơn thử vị nghiệm TS10 TS20 TS30 TS40 TS50 TS60 Tính chất vật lý Vải không dệt xuyên kim, sợi dài liên tục Cƣờng độ chịu kéo ISO 10319 Giữ đƣợc hơn 70% cƣờng độ sau khi phơi 3 tháng ngoài trời Cƣờng độ chọc thủng ISO 10319 Giữ đƣợc hơn 70% cƣờng độ sau khi phơi 3 tháng ngoài trời Thí nghiệm theo tiêu chuẩn ISO Cƣờng độ ISO kN/m 8 chịu kéo 10319 TS65 TS70 TS80 10 12 14 15 19 22 24 28 Độ dài kéo đứt ISO 10319 % 75/35 75/35 75/35 75/35 75/35 75/35 80/35 80/40 80/40 Cƣờng độ chọc thủng CBR ISO 12236 N 1175 1500 1750 2100 2350 2900 3300 3850 4250 Kích thƣớc lỗ hiệu dụng D90 ISO 12956 mm 0.13 0.12 0.10 0.10 0.10 0.09 0.09 0.09 0.08 Hệ số thấm đứng ISO 11058 m/s 3.10-3 3.10-3 3.10-3 3.10-3 3.10-3 3.10-3 3.10-3 3.10-3 3.10-3