i
BÔ
Ề
Ó
ỊA KỸ THU T TRONG CÁC
NG BẰNG V
NG Ô TÔ Ở VIỆT NAM
CÔNG TRÌNH XÂY DỰ
Chuyên ngành:
XÂY DỰN
Mã số:
62.58.30.01
ẮP
ƯỜN Ô Ô V
ƯỜNG THÀNH PHỐ
LU N ÁN TIẾN SỸ KỸ THU T
N ƯỜI Ư N
1.
2.
ẪN
V
V
2014
N
ỨC SỸ
N
ii
L
M
ôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực
hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án
Huỳnh Ngọc Hào
iii
L IC M
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến iáo sư, iến sỹ
Vũ ình hụng – Người Thầy hướng dẫn đã tận tâm, tận tình giúp cho tác giả
hoàn thành luận án đúng thời gian.
Tác giả xin trân trọng biết ơn iến sỹ Vũ
ức Sỹ - Thầy hướng dẫn đã
giúp đỡ tận tình, tạo mọi thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện
luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn
hăm;
rần Thị
im
Bùi Xuân
ậy,
ăng và tập thể Bộ môn
Lã Văn
ường Bộ đã có
những đóng góp quý báu và quan tâm, giúp đỡ, tạo thuận lợi cho tác giả trong
quá trình làm nghiên cứu sinh.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn
rường
hầy Hiệu
ại học Giao thông Vận tải, hòng
rưởng, Ban Giám Hiệu -
ào tạo au đại học đã giúp tác
giả hoàn thiện các thủ tục, tổ chức báo cáo luận án đúng thời gian.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các
nhà khoa học từ
iáo sư, hó
iáo sư, iến sỹ và các
rường ại học Giao thông Vận tải, ại học Xây Dựng, ại
học Thủy lợi, Học viện Kỹ thuật Quân sự, ại học Kiến trúc Hà Nội, ại học
Duy Tân, ại học Bách Khoa à Nẵng, ại học Kiến rúc à Nẵng, ại học
Bách Khoa Tp.HCM, Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải, Hội Cầu
đường Việt Nam,
ại học Bang California-Fullerton đã có những đóng góp,
giúp đỡ quý báu cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận án.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ba, Mẹ, gia đình, người
thân và xin chân thành cảm ơn thầy, cô, bạn đồng nghiệp đã chia sẻ, động
viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án nghiên cứu này.
Tác giả luận án
iv
MỤC LỤC
1.
2.
3.
4.
5.
6.
MỞ ẦU……………………………………………………
1
Giới thiệu công trình nghiên cứu……………………………
Lý do lựa chọn đề tài…………………………………………
Mục đích………………………………………………………
ối tượng nghiên cứu………………………………………
Phạm vi nghiên cứu…………………………………………
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài……………………
1
1
1
1
2
2
ƯƠN 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ D N V
ƯƠN
PHÁP TÍNH TOÁN NỀN Ắ
ƯỜNG VẢ ỊA KỸ THUẬT
1.1
Các nghiên cứu sử dụng và tính toán nền đắp gia cường vải
địa kỹ thuật trong và ngoài nước……………………………
1.1.1
3
Lịch sử phát triển và sử dụng vải địa kỹ thuật………………
3
3
1.1.1.1 Giới thiệu chung………………………………………………
3
1.1.1.2 Phân loại vải địa kỹ thuật……………………………………
4
1.1.1.3 Một số tiêu chí đánh giá vải địa kỹ thuật……………………
5
1.1.1.4 Các chức năng của vải địa kỹ thuật…………………………
5
1.1.1.5 Một số công trình xây dựng sử dụng vải địa kỹ thuật ở V.Nam 9
1.1.2
ác phương pháp tính toán nền đắp gia cường vải địa kỹ thuật
ở trong và ngoài nước hiện nay
1.1.2.1 hương pháp giải tích tính nền đắp có cốt trên nền đất yếu
Nhận xét phương pháp giải tích tính nền đắp gia cường trên
đất yếu
1.1.2.2 hương pháp giải tích tính nền đắp có cốt trên đất tự nhiên tốt
Nhận xét các phương pháp giải tích
1.1.2.3
12
12
15
16
23
hương pháp số và các phần mềm tính toán
24
Nhận xét các phương pháp tính toán
27
1.2
Những vấn đề tồn tại mà luận án sẽ tập trung nghiên cứu……
28
1.3
1.4
1.5
Mục tiêu của đề tài……………………………………………
Nội dung nghiên cứu…………………………………………
hương pháp nghiên cứu……………………………………
28
29
29
ƯƠN 2 MÔ N
BẰNG CỐT MỀM VẢ
ÍN B
N NỀN Ấ
ỊA KỸ THUẬT
Ắ
ƯỜNG
30
v
2.1
Mục đích và yêu cầu…………………………………………
30
2.1.1
Mục đích……………………………………………………
30
2.1.2
Yêu cầu………………………………………………………
30
2.2
Các tính chất của vải địa kỹ thuật……………………………
31
2.2.1
Một số khái niệm về thuộc tính của vải địa kỹ thuật
31
2.2.2
ường quan hệ ứng suất – biến dạng của vải địa kỹ thuật…
33
2.2.3
Một số ví dụ xác định tính cơ lý của vải địa kỹ thuật………
34
2.3
Xây dựng mô hình bài toán…………………………………
36
2.3.1
Một số giả thiết………………………………………………
37
2.3.2
Xây dựng mô hình tính toán bài toán ổn định của nền đường
đắp có cốt mềm theo phương pháp phần tử hữu hạn…
2.3.2.1 ác phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi………………
37
38
hương trình cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn……
39
2.3.2.3 Hệ số an toàn theo phương pháp giảm c-φ…………………
42
2.3.2.2
Nhận xét
ƯƠN 3 XÂY
B
BẰN
N NỀN
ƯƠN
42
ỰN
Ấ
UẬ
Ắ
NV
ƯỜN
VẢ
ƯƠN
Ị
Ỹ
RN
TÍNH
UẬ
43
PTHH
Xây dựng thuật toán…………………………………………
43
3.1.1
hần tử tấm tam giác………………………………………
43
3.1.2
hần tử tấm tam giác đẳng tham số…………………………
44
3.1.3
Mô hình Mohr- oulomb……………………………………
46
3.1
hần tử tiếp xúc………………………………………………
50
3.1.4.1 Lý thuyết phần tử tiếp xúc……………………………………
50
3.1.4.2 Mô hình phi tuyến tiếp xúc giữa vải địa kỹ thuật và đất nền…
52
hần tử vải địa kỹ thuật………………………………………
52
3.1.5.1 Lý thuyết tính toán phần tử vải địa kỹ thuật…………………
52
3.1.5.2 Mô hình phi tuyến của phần tử vải địa kỹ thuật……………
53
3.1.4
3.1.5
3.1.6
hân tích phi tuyến……………………………………………
53
3.1.6.1
hương pháp Newton-Raphson (N-R)………………………
54
3.1.6.2
hương pháp Newton-Raphson cải tiến………………………
55
3.1.7
ơ đồ khối tổng quát chương trình……………………………
55
3.2
Xây dựng chương trình tính …………………………………
55
vi
3.2.1
Giới thiệu giao diện chương trình tính hnh_ress V1 00………
55
3.2.2
Giới thiệu chương trình tính hnh_ress V1 00…………………
57
Kết luận chương 3
59
ƯƠN 4
Ự N
V
R N
ỆM ÍN
N NỀN
XÂY
ỰN
ƯỜN
Ắ
ƯỜN
60
Ô Ô
4.1
Nền đường đắp trên đất tự nhiên tốt…………………………
60
4.1.1
Dữ liệu chung tính toán………………………………………
60
4.1.2
Phân tích ổn định của nền đường đắp………………………
62
4.1.2.1 Nền đắp cao 6m………………………………………………
63
4.1.2.2 Nền đắp cao 8m………………………………………………
64
4.1.2.3 Nền đắp cao 10m……………………………………………
68
4.1.2.4 Nền đắp cao 12m……………………………………………
72
4.1.3
Xây dựng biểu đồ tra V
sử dụng trong nền đắp cao……
75
4.2
Nền đường đắp trên đất yếu…………………………………
77
4.3
Xác định dạng cung trượt mái dốc theo phương pháp xấp xỉ
80
4.3.1
hương
mặt trượt
80
mặt
trượtpháp
mái xấp
dốc xỉ
……………………
Một số ví dụ vẽ đường biến dạng trượt và tính xấp xỉ mặttrượt 81
4.3.2
4.3.2.1
rường hợp nền đắp có gia cường vải địa kỹ thuật
81
4.3.22
rường hợp nền đắp không gia cường vải địa kỹ thuật
85
4.4
Xây dựng công thức tính toán lực căng (
4.4.1
Lực
trong phân mảnh cho mặt trượt trụ tròn
trongcăng
nền V
đắp………………………………………
Xây dựng công thức tính toán lực căng vải địa kỹ thuật (Tmax)
88
96
4.5.1
Xác
ảnh hưởng
của độ
cứnghạn
vđkt
(EA)
hệ số
an toàn
bằngđịnh
phương
pháp phần
tử hữu
theo
mặtđến
trượt
Ellipse…
Xây
dựng
biểu
thức xác định độ cứng vđkt (EA) ảnh hưởng
ổn định
nền
đắp……………………………………
4.5.2
đến hệ số an toàn ổn định………………………
Ảnh hưởng của độ cứng vđkt đến hệ số an toàn ổn định……
4.5.3
Biểu đồ quan hệ ảnh hưởng của độ cứng (EAg), cường độ Tmax
4.6
vđkt và mô đun đàn hồi đất nền (Es) đến an toàn ổn định
o sánh khảnăng đứt và tuột cốt V
ảnh hưởng đến antoàn 105
4.4.2
4.5
4.7
4.8
max)
các lớp V
sánh nền
kết quả
trên chương trình hnh_ress và plaxis
ổno định
đắp chạy
gia cường
Kết quả nghiên cứu chương 4………………………………
Ế LUẬN V
ẾN N
Ị
88
89
96
99
104
106
110
112
vii
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Ồ THỊ
ƯƠN 1
Hình 1.1 V
ình 1 2 V
gia cường, đoạn qua cầu Xương iang – Bắc Giang
4
trong mái dốc Bukit Panggal Mosque, Tutong, Brunei
6
Quốc………………………………………………………
ình 1 3 V
tường chắn Arca Budaya, Kuala Lumpur, Malaysia.
6
ình 1 4 V
trong đường đê unarbhava, West Bengal, Ấn ộ
6
ình 1 5 V
gia cường nền nhà dân dụng
6
ình 1 6 V
làm tường chắn, hánh ương, ỉnh Cam Túc, TQ
7
ình 1 7 V
với chức năng làm tường chắn đất
7
ình 1 8 V
ường chắn Novotel Hotel, Patong, Phuket, Thailand
7
ình 1 9 V
tiêu, thoát nước đường cao tốc Nam Carolina, Hoa Kỳ
7
ình 1 10 V
sử dụng ở hào bố trí ống dẫn nước (Australia)
8
ình 1 11 V
sử dụng với chức năng vật liệu thấm ( ảo Solomon)
8
làm chức năng phân cách
9
ình 1 13 V
gia cố mái dốc
9
ình 1 14 V
làm chức năng lọc
9
làm lớp phân cách và bảo vệ
9
chức năng tiêu thoát nước
9
Hình 1.12 V
Hình 1.15 V
ình 1 16 V
Hình 1.17 Mặt cắt ngang mở rộng QL5, V
Hình 1.18 V
ình 1 19 V
làm lớp ngăn cách
10
được dùng ở bãi rác Tam Tân, Củ Chi, TP.HCM
10
sử dụng ở bãi rác Bố Trạch, Quảng Bình
10
Hình 1.20 hương pháp phân tích mặt trượt tròn để xác định lực kéo lớn 14
nhất yêu cầu đối với cốt tăng cường ở đáy nền đắp
Hình 1.21 Chiều dài neo bám của cốt tại vị trí j dọc theo đáy nền đắp
14
ình 1 22 hương pháp khối nêm hai phần cho mái dốc có cốt
16
Hình 1.23 Sự phân bố gần đúng ứng suất xáo động với mỗi lớp cốt
18
Hình 1.24 ính toán trượt tròn theo phương pháp phân mảnh
19
Hình 1.25 Tính toán theo mặt trượt xoắn ốc logarit
22
ình 1 26 ính toán theo phương pháp trọng lực dính kết
23
viii
Hình 1.27 Quan hệ ứng xử đất - vải địa kỹ thuật theo tiêu chuẩn phá
hoại Mohr-Coulomb
ƯƠN 2
26
Hình 2.1 Ứng xử kéo của vđkt theo mô hình Robert M.Koerner
33
Hình 2.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng của tiếp xúc vải địa kỹ thuật và 34
đất nền theo Robert M.Koerner
Hình 2.3
ơ đồ tính không bố trí cốt (a) và có bố trí cốt (b)
37
ƯƠN 3
Hình 3.1 ình dạng của phần tử tam giác…………………………
43
Hình 3.2 hần tử tam giác 3 nút trong hệ tọa độ tổng thể và địa phương
44
Hình 3.3 hần tử tam giác 6 nút trong hệ tọa độ tổng thể và địa phương
45
iêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb trong k gian Ư chính
47
Hình 3.4
Hình 3.5
ình 3 6
Xác định góc ma sát trong và lực dính đơn vị……………
49
Xác định góc giãn nở……………………………………
50
Hình 3.7
hần tử tiếp xúc……………………………………………
51
Hình 3.8
àm dạng của phần tử thanh chịu lực dọc trục…………
53
ình 3 9 hương pháp Newton-Raphson và Newton-Raphson cải tiến
54
ình 3 10
55
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
ơ đồ khối tổng quát chương trình tính bằng
…
ên và biểu tượng chương trình…………………………
56
hai báo quan hệ ứng suất – biến dạng của vải địa kỹ thuật 56
hai báo độ cứng(E
của vải địa kỹ thuật
g)
theo đường ứng suất- biến dạng
56
Hình 3.14
Vẽ đường xấp xỉ mặt trượt
Hình 3.15
Xác định sai số đường xấp xỉ mặt trượt Ellipse và trượt tròn 57
Hình 3.16
Xác định độ cứng cát tuyến theo ứng xử kéo của V
57
58
ƯƠN 4
Hình 4.1
ơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ…………………
61
Hình 4.2
Mô hình tải trọng xe tính toán……………………………
62
Hình 4.3
Vị trí mặt trượt (nền đắp cao 6 m)………………………
62
Hình 4.4
Vị trí mặt trượt khi có vải địa kỹ thuật (nền đắp cao 8 m)
63
Hình 4.5
Hình 4.6
ơ đồ biến dạng (4 lớp V
, khoảng cách 0 5m)……
Mặt trượt (4 lớp vải địa kỹ thuật, khoảng cách 0 5m)……
67
67
ix
Hình 4.7
ơ đồ biến dạng (4 lớp V
, khoảng cách 1 5m)……
68
Hình 4.8
Mặt trượt (4 lớp vải địa kỹ thuật, khoảng cách 1 5m)……
Hình 4.9
Quan hệ giữa cường độ vải địa kỹ thuật và số lớp vải địa 76
68
Hình
4.10trongQuan
hệ giữa
vảiđắp
địahệ
kỹsố
thuật
và số1/1
lớp vải địa
kỹ thuật
nền đắp
cao cường
có 6m độ
dưới
mái dốc
76
Hình
4.11trongQuan
hệ giữa
vảiđắp
địahệ
kỹsố
thuật
lớp25vải địa
kỹ thuật
nền đắp
cao cường
có 6m độ
dưới
mái và
dốcsố1/1
77
Hình
4.12trong ơnền
đồ đắp
hìnhcao
họccókhi
vải địa
kỹ thuật
6mcódưới
đắpkỹ
hệthuật…………………
số mái dốc 1/1 5,
79
Hình 4.13
Mặt biến dạng trượt khi không có vải địa kỹ…………
79
Hình 4.14
Mặt biến dạng trượt khi có vải địa kỹ thuật……………
79
Hình 4.15
ung trượt hình elipse nền đắp trên đất yếu……… …
79
hương pháp xấp xỉ mặt trượt……………………………
81
ình 4 16
Hình 4.17
ết quả tính xấp xỉ mặt trượt nền đắp cao 8m, cóV
82
Hình 4.18
ết quả tính xấp xỉ mặt trượt nền đắp cao 10m, cóV
83
Hình 4.19
ết quả tính xấp xỉ mặt trượt nền đắp cao 12m, cóV
84
Hình 4.20
ết quả tính xấp xỉ mặt trượt nền đắp cao 12m, cóV
82
Hình 4.21
ết quả tính xấp xỉ mặt trượt đắp cao 8m, không cóV
85
Hình 4.22
ết quả tính xấp xỉ mặt trượt đắp cao 10m,không cóV
86
Hình 4.23
ết quả tính xấp xỉ mặt trượt đắp cao 12m,không cóV
87
Hình 4.24
hương pháp phân mảnh cổ điển cho mặt trượt trụ tròn…
89
Hình 4.25
ung trượt hình ellipse, xây dựng công thức tính
90
Hình 4.26
ơ đồ tính lực căng
Hình 4.27
ết quả phân tích lực căng
trong V
Hình 4.28 Quan hệ của độ cứng vđkt (E
max…
theo cung trượt ellipse
max
g)
các lớp V
…………
92
96
và mô đun đàn hồi đất đắp 104
4 29
Quan
củaFđộ
và 16
môkN/m
đun đàn hồi đất đắp 104
(Eình
an toàn
ổnhệđịnh
1.2. Tvđkt
12;g)14;
s) đến
s =cứng
max =(E
ình
4 30
Quan
củaFđộ
và 22
môkN/m
đun đàn hồi đất đắp 105
(E
an toàn
ổnhệđịnh
1.2. Tvđkt
18;g)20;
kN……………………………………………………………
s) đến
s =cứng
max =(E
4 31
ơ đồ
nền
đắp=cao
phần mềm laxis
106
(Eình
an toàn
ổntính
địnhổnFsđịnh
= 1.2.
Tmax
24; 6m
26; bằng
28 kN/m
s) đến
Hình4.32
Biến dạng nền đắp cao 6m tính bằng phần mềm laxis
106
ình4 33
ệ số an toàn nền đắp cao 6m tính bằng phần mềm laxis
106
ình 4 34
ơ đồ tính ổn định nền đắp cao 8m bằng phần mềm laxis
107
ình4 35
ình4 36
Biến dạng nền đắp cao 8m tính bằng phần mềm laxis
ệ số an toàn nền đắp cao 8m tính bằng phần mềm laxis
107
107
x
MỤ LỤ B
BỂ
Bảng 3 1
ọa độ và trọng số của tích phân số trên miền tam giác…
46
Bảng 3 2
ác tham số của mô hình Mohr- oulomb………………
49
Bảng 4.1
ặc trưng của nền đường đắp trên đất tốt………………
60
Bảng 4.2
ặc trưng vải địa kỹ thuật theo 1m chiều rộng…………
60
Bảng 4 3
ải trọng xe cộ…………………………………………
61
Bảng 4 4
ệ số an toàn ổn định mái dốc…………………………
64
Bảng 4 5
Ảnh hưởng của số lớp và khoảng cách giữa các lớp vđkt
64
Bảng 4 6
Lực căng trong vải địa kỹ thuật khi mái dốc bị phá hoại
65
Bảng 4 7
Ảnh hưởng của hệ số mái dốc, nền 8m…………………
66
Bảng 4 8
Ảnh hưởng của cường độ V
67
Bảng 4 9
Ảnh hưởng của số lớp và khoảng cách giữa các lớp vđkt
Bảng 4 10
Lực căng trong vải địa kỹ thuật khi mái dốc bị phá hoại… 69
Bảng 4 11
Ảnh hưởng của hệ số mái dốc, nền đắp 10m………
70
Bảng 4 12
Ảnh hưởng của cường độ và số lớp vải địa kỹ thuật…
71
Bảng 4 13
Ảnh hưởng của số lớp và khoảng cách giữa các lớp vđkt
72
Bảng 4 14
Lực căng trong vđkt khi mái dốc bị phá hoại, nền 12m
73
Bảng 4 15
Ảnh hưởng của hệ số mái dốc, nền 12m ……… ……
74
Bảng 4 16
Ảnh hưởng của cường độ và số lớp vải địa kỹ thuật…
74
Bảng 4 17
Ảnh hưởng của cường độ và số lớp vải địa kỹ thuật
75
và số lớp V
……
68
Bảng 4 18
ặc trưng nền đất yếu……………………………………
77
Bảng 4 19
ệ số an toàn khi chiều cao đắp 6 m……………………
78
Bảng 4 20
ệ số an toàn khi chiều cao đắp 8 m……………………
78
Bảng 4 21
ệ số an toàn khi chiều cao đắp 10 m…………………
78
Bảng 4 22
ệ số an toàn khi chiều cao đắp 12 m…………………
78
Bảng 4.23 Một số kết quả tính xấp xỉ mặt trượt
87
Bảng 4.24 Ảnh hưởng của độ cứng vđkt đến hệ số antoàn, T=12kN/m 99
Bảng 4.25 Ảnh hưởng của độ cứng vđkt đến hệ số antoàn,T= 14kN/m 99
Bảng 4.26 Ảnh hưởng của độ cứng vđkt đến hệ số antoàn,T= 16kN/m 100
Bảng 4.27 Ảnh hưởng của EAg, Tmax vđkt và Es đến hệ số an toàn Fs
Bảng 4.28
ết quả hệ số an toàn tính bằng nhress và laxis
100
108
xi
B
V
KÝ
Ệ
Ữ
Ế
Ắ
Vải địa kỹ thuật ( eotextile)
PTHH
hần tử hữu hạn (FEM _ Finite Element Method)
HNH_RESS
hần mềm tính ổn định nền đắp gia cường (Reinforced
Embankment Stability Software)
K
hệ số an toàn tính toán (giải tích)
Kbh
hệ số an toàn nền đắp ngập nước bão hòa
Kk
hệ số an toàn nền đắp không ngập nước
Kmin hệ số an toàn tối thiểu
MD
mô men gây trượt do đất nền và tải trọng
MRS mô men giữ do đất
MRR mô men giữ do cốt tăng cường
H
Ls
chiều cao nền đắp
chiều dài cạnh nằm ngang mái dốc (bề rộng chân mái dốc)
φ’cv góc ma sát của vật liệu nền đắp lúc có biến dạng lớn trong điều kiện
ứng suất hữu hiệu
fms hệ số vật liệu riêng phần áp dụng cho tg φ’cv (fms = 1)
fn
là hệ số phá hoại riêng phần;
fp
hệ số chịu kéo tuột riêng phần đối với cốt tăng cường;
Troj
lực yêu cầu cốt tăng cường phải có trong phạm vi 1m dài nền đắp tại j;
ɣ
trọng lượng đơn vị của vật liệu đắp nền;
h
chiều cao trung bình vật liệu đắp trong phạm vi chiều dài cốt tăng
cường Lj;
α’
hệ số tương tác biểu thị liên hệ giữa góc neo bám cốt – đất với tgφ’cv;
fms
hệ số vật liệu riêng phần;
Lj
chiều dài neo bám cần thiết của cốt tăng cường trong phạm vi cung
trượt cho 1m dài nền đắp;
xii
αbc’ hệ số tương tác biểu thị liên hệ giữa lực dính bám giữa đất và cốt tăng
cường với cu.
Rh
lực gây xáo động tổng hợp đối với 1m dài dọc theo mặt mái dốc
ffs
hệ số riêng phần áp dụng cho trọng lượng đơn vị của đất
K
tỉ số giữa ứng suất (áp lực) nằm ngang và ứng suất thẳng đứng
ɣ
trọng lượng đơn vị của đất
H
chiều cao nền đắp
ffs
hệ số riêng phần cho trọng lượng đơn vị của đất
fq
hệ số riêng phần cho ngoại tải
wsi
ngoại tải tác dụng lên mảnh i
ui
áp lực nước lỗ rỗng tác dụng trên mặt trượt mảnh thứ i
hệ số hiệu chỉnh momen
i , ci và su ,i là các góc ma sát trong, lực dính đơn vị và lực dính không thoát
nước của đất nền;
r , cr và su ,r là các góc ma sát trong, lực dính đơn vị và lực dính không thoát
nước đã suy giảm của đất nền
Fs
Hệ số an toàn ổn định
Es
Mô đun đàn hồi của đất
Eg
Mô đun đàn hồi vải địa kỹ thuật
Hệ số Poisson
Góc dãn nở
EAg
ộ cứng vải địa kỹ thuật
1
MỞ ẦU
1- Giới thiệu công trình nghiên cứu:
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ trong ứng dụng công nghệ vật liệu mới
trên thế giới, Việt Nam cũng rất quan tâm nghiên cứu sử dụng vật liệu địa kỹ
thuật trong gia cường nền đắp công trình đường, đê, đập. Từ đó đặt ra việc
nghiên cứu hoàn thiện phương pháp tính toán cho kết quả đạt độ tin cậy cao
đối với bài toán nền đắp gia cường bằng vải địa kỹ thuật (V
) trong các
công trình xây dựng đường ô tô ở Việt Nam trở nên cần thiết.
Trong phạm vi công trình nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp
phần tử hữu hạn – phương pháp số có nhiều ưu điểm ở thời điểm hiện nay để
áp dụng xây dựng thuật toán, lập chương trình tính trên phần mềm phù hợp
với điều kiện Việt Nam và cho một số kết quả nghiên cứu của bài toán ổn
định, trạng thái ứng suất – biến dạng nền đắp cao, đề xuất tính toán và đưa ra
các biểu đồ tiện ích sử dụng trong thiết kế.
2- Lý do lựa chọn đề tài:
ề tài được chọn nhằm hoàn thiện phương pháp tính toán cho bài toán nền
đắp có sử dụng V
trong các công trình xây dựng đường ô tô.
3- Mục đích:
Xây dựng mô hình tính toán nền đường đất đắp có gia cường bằng V
,
góp phần hoàn thiện phương pháp tính toán sát với thực tế làm việc của vật
liệu và dự báo khả năng mất ổn định một cách chính xác nhằm đem lại hiệu
quả cao trong công tác đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thiết kế nền đắp gia cường
V
.
4-
ố tượng nghiên cứu:
Nền đất đắp có sử dụng V
trong các công trình xây dựng nền đường.
2
5- Phạm vi nghiên cứu:
Lựa chọn, xây dựng mô hình tính bài toán nền đắp gia cường V
. Xây
dựng thuật toán và chương trình tính bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
Nghiên cứu bài toán ổn định nền đường đắp cao có gia cường bằng V
.
6- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
V
(Geotextiles) là loại vật liệu mới được chế tạo từ vật liệu polyme
tổng hợp hoặc các sản phẩm có liên quan đến polyme nhờ các công nghệ chế
tạo khác nhau. Từ những năm 70 của thế kỷ trước V
phương tây
o có những đặc tính ưu việt nên V
đã ra đời ở các nước
đã nhanh chóng được
dùng để gia cường nâng cao sức chịu tải và tính năng ổn định cho các công
trình xây dựng, đặc biệt là các công trình đất đắp trong xây dựng cầu đường,
thủy lợi...
Những năm đầu của thập niên 90 - thế kỷ trước, V
được sử dụng
rộng rãi ở nhiều nước như háp, à Lan, Mỹ, Nhật, đặc biệt ở các nước ông
Nam
như hái Lan, hilippin, nđônêxia, Malaysia,
Ở nước ta, V
được đưa vào sử dụng công trình xây dựng đường từ năm 1993 và ngày càng
được sử dụng rộng rãi. Theo kết quả nghiên cứu của nhiều chuyên gia trong
và ngoài nước cho thấy V
dùng trong các công trình xây dựng nền
đường đắp cao bằng đất, hay nền đắp trên đất yếu đều đạt hiệu quả kinh tế kỹ
thuật cao, dễ dàng trong thi công, giảm giá thành từ 15 - 20%, tăng chất lượng
sử dụng, tăng tuổi thọ của công trình.
Do vậy việc nghiên cứu hoàn thiện phương pháp tính toán, thiết kế nền
đắp có sử dụng V
gia cường là cần thiết để phục vụ yêu cầu thực tế trong
thời kỳ hội nhập, thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển đất nước.
3
1
C
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG
TÍNH TOÁN NỀ
1.1.
Ắ
ỊA KỸ THU T
NG V
Các nghiên cứu sử dụng và tính toán nền đắp g a cường
trong v ngo
K
nước
1.1.1. Lịch sử phát triển và sử dụng
K
1.1.1.1. Giới thiệu chung
V
xuất hiện lần đầu tiên với tên thương mại Bidium vào những năm
60 của thế kỷ trước ở háp, nhưng chưa được chú ý và được sử dụng rất ít. Từ
năm 1965 đến 1973, trong vòng 7 - 8 năm người
triệu m2 V
à Lan đã dùng tới 5 - 6
trong dự án đắp đê biển chống nước xâm nhập đất liền rất có
hiệu quả. Vì vậy từ sau năm 1975, V
được nhiều người ở nhiều nước
nghiên cứu hoàn thiện từ khâu chế tạo, phương pháp tính toán và công nghệ
thi công.
V
nhanh chóng được dùng để gia cường nâng cao sức chịu tải và
tính ổn định của các công trình xây dựng nói chung và đặc biệt là các công
trình nền đất đắp trong xây dựng các công trình đường ô tô và thủy lợi.
Vào thập niên 80 của thế kỷ trước V
được sử dụng rộng rãi ở nhiều
nước như háp, Hà Lan, Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Ấn
ộ, Hàn Quốc, đặc biệt
ở các nước ông Nam : Thái Lan, Philippin, Inđônêxia, Malaysia, Brunei...
Ở nước ta năm 1993 V
lần đầu tiên được sử dụng trong dự án nâng
cấp QL5 (Hà Nội – Hải Phòng) do ông ty ư vấn Thiết kế KEI – Nhật Bản
thiết kế với trên 500.000 m2 V
rất có hiệu quả để xử lý nền đường đắp
trên nền đất yếu. Và từ 1995 cho đến nay V
đã được dùng rất nhiều với
các chức năng khác nhau ở nhiều dự án xây dựng đường như các dự án nâng
cấp QL1, QL10, QL18, QL3, QL51, QL32, QL38, QL39 và trong các dự án
xây dựng đường cao tốc như
Lương,
ường cao tốc TP.Hồ Chí Minh – Trung
ại lộ hăng Long (từ Láng đi
òa Lạc, Hà Nội), Cao tốc Hà Nội –
4
Hải Phòng, Cao tốc Giẽ - Ninh Bình, Cao tốc Nội Bài – Lào Cai, Cao tốc
Long Thành – Dầu Giây và Cao tốc Bến Lức – Long hành …
Hình 1.1 VĐKT gia cường nền đất yếu trên QL1, đoạn qua cầu Xương Giang – Bắc Giang
1.1.1.2. Phân loại VĐKT [14], [28], [29], [30]
Dựa theo công nghệ chế tạo, V
được phân làm hai loại sau:
1. VĐKT loại dệt (Woven Geotextile)
V
loại dệt có tính thấm nhỏ, được chế tạo bằng những sợi nhân tạo
và dệt thành vải
ường độ của V
phụ thuộc nhiều vào sức chịu kéo của
các sợi. Sức chịu kéo theo phương dọc (theo chiều cuộn) thường lớn hơn so
với phương ngang (chiều khổ vải).
ặc trưng của nhóm V
dệt là vải
Robusta Nicolon (Hà Lan), Krafter (Nhật Bản), Amoco (Anh), Collins &
Aikman. Ngoài ra còn có nhiều loại V
WX, GT, GM, GSI –
dệt khác như
,
ML, E –
…
Bảng 1.1 phụ lục 1 giới thiệu một số tính chất loại V
dệt.
2. VĐKT loại không dệt (Nonwoven Geotextile)
Loại V
không dệt có tính thấm cao, được chế tạo từ sự sắp xếp
một cách ngẫu nhiên các sợi trong cấu trúc phẳng hai chiều, rồi xử lý liên kết
bằng phương pháp nhiệt, hóa, cơ Loại V
chịu cường độ đẳng hướng rất tốt.
không dệt này có khả năng
ặc trưng của loại này là Fiberlex ( an-
Mạch), Polyfelt (Úc), Terrafic (Canada), Sodoca, Bidium (Pháp). Ngoài ra
5
còn có nhiều loại V
không dệt khác như
ART, VNT, PH, HD của
Việt Nam, TS - Polyfelt của Malaysia…
Bảng 1.2 phụ lục 1 giới thiệu một số tính chất loại V
1.1.1.3
V
không dệt.
Một số tiêu chí đánh giá VĐKT
là loại vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xây
dựng: dân dụng, công nghiệp, cầu, đường, đê, đập… ác tính chất cơ lý của
loại vật liệu này đã được nghiên cứu và hoàn thiện khá đầy đủ trên thế giới và
Việt Nam V
có nhiều chỉ tiêu cơ lý, tuy nhiên tùy thuộc vào mục đích
sử dụng ở một kết cấu cụ thể mà ta chỉ cần xem xét một hoặc một số tiêu chí
chính để lựa chọn tính toán V
phù hợp với công trình xây dựng.
Phụ lục 1: Bảng 1.3 giới thiệu chỉ tiêu cơ lý chính theo ứng dụng của V
;
Bảng 1.4 giới thiệu thông số kỹ thuật vải không dệt polyfelt TS; Bảng 1.5 và
bảng 1.6 giới thiệu loại V
1.1.1.4
không dệt HD – Việt Nam [50].
Các chức năng của VĐKT [13], [14], [27], [31], [34], [35], [36],
[38], [44], [56], [58], [61], [62], [63], [66], [68]
1. Làm lớp phân cách giữa các lớp vật liệu với nhau (separation)
V
được làm lớp ngăn cách giữa lớp đệm cát và lớp bùn bên dưới,
ngăn cách giữa lớp móng dưới (subbase) và lớp đáy áo đường đắp bằng cát
bên trên. Sử dụng V
trong trường hợp này nhằm tránh tình trạng sau khi
đào bỏ một phần đất yếu thay bằng cát, cát sẽ chìm xuống đất yếu (bùn sét) và
đất vẫn sẽ trồi lên lẫn vào cát. Lớp “cát – bùn” mới hình thành không thể lu
chặt được, làm mất tác dụng của lớp đệm cát
ũng tương tự như vậy khi thi
công cấp phối đá dăm trên lớp bề mặt đường đắp bằng cát phải có một lớp
V
ngăn cách để không cho các hạt cấp phối đá dăm chui xuống cát và cát
hạt cát không trồi lên đá dăm Và như vậy chúng ta mới thi công được cấp
phối đá dăm đạt Kyc = 98%.
6
Hình 1.2 Mái dốc Bukit Panggal Mosque,
Tutong, Brunei. VĐKT chức năng ngăn
cách hạt sét mềm ra khỏi mặt dốc [61]
Hình 1.3 Tường chắn Arca Budaya, Kuala
Lumpur,Malaysia. VĐKT làm lớp phân
cách giữa bụi đá và đất bên trên trồng cây
[61]
2. Chức năng gia cường đất yếu (reinforcement)
ối với nền đắp cao trên nền đất yếu, khi đạt đến một độ cao nào đó nền
sẽ bị trượt trồi – trượt toàn khối, trượt cục bộ mái taluy.
hỏng đó, người ta sử dụng V
yếu rồi rải V
ể chống lại sự phá
để gia cố bằng cách đào bỏ một phần đất
, đắp cát lên trên, rồi rải tiếp lớp V
tiếp theo… V
gia cường còn được sử dụng trong trường hợp nền đất không yếu nhưng nền
cần đắp cao. Việc tính toán gia cường V
bao nhiêu lớp, khoảng cách…
được tính toán thiết kế đảm bảo an toàn.
Hình 1.4 Đường đê Punarbhava, West Bengal,
Ấn Độ. VĐKT gia cường ổn định nền [61]
3. V
Hình 1.5 Gia cường nền nhà ở dân dụng
làm cốt tường chắn đất (tường chắn cốt mềm)
Trên thế giới, để tăng khả năng đắp đất cho tường chắn có chiều cao lớn,
hoặc độ dốc đứng đến 900, người ta đã sử dụng V
xây dựng nhiều tường
chắn vừa đạt yêu cầu về chiều cao đắp tường, độ bền sử dụng và tạo cảnh
quan thẩm mỹ nhưng giá thành rẻ hơn từ 25% đến một nửa so với tường
bêtông cốt thép [14], [19], [34], [44], [45]
7
Hình 1.6 VĐKT làm tường chắn, Thị trấn
Khánh Dương, Tỉnh Cam Túc, TQ [58]
Hình 1.7 VĐKT với chức năng làm cốt
tường chắn đất
4. Chức năng lọc, thoát nước sau lưng tường chắn (drainage)
Thoát nước sau lưng tường chắn đất hoặc một hệ thống thoát nước ngầm
trong những công trình đất đắp về giao thông, thủy lợi… trước đây người ta
dùng vật liệu hạt làm tầng lọc ngược – với một cấp phối vật liệu nhất định.
Tuy nhiên hiệu quả của tầng lọc ngược không đạt yêu cầu sau một thời gian
sử dụng do các hạt bụi, sét bám, lấp kín tầng lọc ngược làm giảm hoặc mất
khả năng thoát nước của tầng lọc ngược.
người ta đã sử dụng V
ể thay thế tầng lọc ngược này,
với chức năng lọc, thoát nước đạt yêu cầu và hiệu
quả sử dụng cao hơn Lần đầu tiên ở Việt Nam, chức năng này đã được dùng
ở tường chắn đất của đường dẫn lên cầu Tân Thịnh trên QL1 từ Hà Nội đi
Lạng ơn
Hình 1.8 Tường chắn Novotel Hotel, Patong,
Phuket, Thailand. VĐKT lọc, được quấn
quanh ống thu nước đáy tường chắn [61]
5. V
Hình 1.9 Chức năng tiêu, thoát nước
công trình đường cao tốc
Nam
Carolina, Hoa Kỳ [56]
với chức năng vật liệu thấm hạ mực nước ngầm
Người ta sử dụng V
bao lấy vật liệu đá dăm cỡ nhỏ để thoát nước,
bao lấy ống thoát nước ngầm trước khi đắp cát, bao bọc lấy vật liệu đá dăm
khi không có ống thoát nước, bao lấy vật liệu đá dăm có dạng cắt ngang hình
8
thang hở không có ống thoát nước, làm chức năng lớp thấm nước để hạ mực
nước ngầm.
Hình 1.10 VĐKT sử dụng ở hào bố trí
ống dẫn nước (Australia)
Hình 1.11 VĐKT sử dụng với chức
năng vật liệu thấm (Quốc đảo Solomon)
6. Bảo vệ, chống xói mòn nền đường đắp, đê biển và xói ta luy mái hồ đập
V
được sử dụng với chức năng chống xói mòn [31], bảo vệ mái dốc
không bị xói lở làm hư hỏng nền đường, các rãnh dọc hai bên đường, chống
xói mòn mái dốc nền đường, đê, đập, đáy các kênh đào, các khu lấp đất lấn
biển, nền đường đắp ven sông hồ, mái dốc khu vực thượng, hạ lưu sông, đặc
biệt là đoạn qua chỗ thu hẹp lòng sông lưu vực cầu… ví dụ như chống xói ở
thượng và hạ lưu của các cầu: cầu hù
Nguyệt (qua sông Cầu), cầu Sương
ổng (qua sông
uống), cầu Như
iang (qua sông hương) trên QL1 đoạn
Hà Nội – Lạng ơn do công ty ư vấn Thiết kế PCI Nhật Bản thiết kế (1998).
7. V
làm ống địa kỹ thuật (nhóm SI Geosolution) [35]
Ống địa kỹ thuật được sử dụng rất đa dạng với nhiều hình thức khác
nhau: người ta lấy V
may thành ống rồi bơm đầy cát vào, xếp thành bờ
bảo vệ chống xói mòn bờ đê, các công trình chạy dọc bờ biển. Ống địa kỹ
thuật cũng được dùng trong xử lý nạo vét lòng sông, biển. Ngoài ra ống địa kỹ
thuật cũng được dùng để rút nước từ bùn. Ống địa kỹ thuật và hệ thống ngăn
giữ là một giải pháp có tính kinh tế cao, có thể xử lý những vấn đề liên quan
đến môi trường sinh thái ô nhiễm, chất thải từ nhà máy, xí nghiệp, các chất
thải từ nông nghiệp, công nghiệp, ao, hồ …
- Xem thêm -
.PDF 
20 
308 
51 
