Báo cáo khoa học KHỐI ĐẤT GIA CỐ

Trong thiết kế kết cấu đất gia cố bằng vải hoặc lưới địa kỹ thuật hiện nay, quan hệ giữa cường độ và khoảng cách giữa các lớp gia cố là tuyến tính. Hay nói một cách khác, khi cường độ của lớp gia cố tăng lên và khoảng cách lớp gia cố cũng tăng lên với cùng hệ số thì ứng xử của khối đất gia cố không thay đổi. Điều này đã khuyến khích nhà thiết kế sử dụng lớp gia cố có cường độ cao với khoảng cách lớn để giảm giá thành xây dựng. Hàng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học " KHỐI ĐẤT GIA CỐ "ỨNG XỬ CỦA KHỐI ĐẤT GIA CỐ TRONG XÂY DỰNG TƯỜNG CHẮN VÀ MỐ CẦUTS. PHẠM QUYẾT THẮNGViện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Trong thiết kế kết cấu đất gia cố bằng vải hoặc lưới địa kỹ thuật hiện nay, quan hệ giữa cường độvà khoảng cách giữa các lớp gia cố là tuyến tính. Hay nói một cách khác, khi cường độ của lớp gia cố tăng lênvà khoảng cách lớp gia cố cũng tăng lên với cùng hệ số thì ứng xử của khối đất gia cố không thay đổi. Điều nàyđã khuyến khích nhà thiết kế sử dụng lớp gia cố có cường độ cao với khoảng cách lớn để giảm giá thành xâydựng. Hàng loạt các thí nghiệm kích thước lớn (tỷ lệ 1:1) đã chứng minh khoảng cách lớp gia cố đóng vai tròquyết định trong ứng xử của khối gia cố. Bài báo này trình bày kết quả thí nghiệm của một số khối gia cố kíchthước lớn để làm rõ hơn và chính xác hơn vai trò của khoảng cách lớp gia cố đồng thời đưa ra công thức hợp lýhơn xác định sức chịu tải của khối gia cố so với công thức hiện có.1. Giới thiệu Khối đất gia cố bằng vải/lưới địa kỹ thuật - Geosynthetic-Reinforced Soil (GRS) – là khối đất được giacường bằng các lớp gia cố thông thường theo phương ngang. Trong nhiều thập kỷ qua, GRS đã được ứngdụng vào nhiều kết cấu như tường chắn đất, mố cầu, đê, mái dốc, đường xe lửa, đường dẫn lên cầu, móngnông,… (Adams và cộng sự [2]; Wu và cộng sự [11, 12, 13, 14]). Thực tế cho thấy kết cấu GRS có nhiều ưuđiểm so với kết cấu thông thường như khả năng chịu biến dạng cao (chịu được lún lệch lớn) có thể sử dụngđược nhiều loại đất có chất lượng thấp, dễ thi công, và hiệu quả kinh tế cao (Wu [10]; Holtz và cộng sự [7]). Trong các phương pháp thiết kế tường gia cố và mố cầu gia cố, cường độ yêu cầu của lớp gia cố được xácđịnh theo công thức 1: Tyc   h  S v  Fs (1)trong đó: Tyc - cường độ yêu cầu của lớp gia cố tại độ sâu z (L); h - ứng suất hông của khối đất gia cố tại độ sâu z (F/L2); Sv - khoảng cách của lớp gia cố tại độ sâu z (L); Fs - hệ số an toàn (không thứ nguyên). Phương trình trên chỉ ra rằng nếu h và Fs không đổi thì Tyc tuyến tính với Sv, có nghĩa là tỷ số Tyc /Sv làhằng số. Điều này có nghĩa là nếu ta tăng đồng thời gấp đôi cường độ của lớp vật liệu gia cố và khoảng cáchthì ứng xử của khối gia cố sẽ không đổi. Như vậy, phương trình (1) sẽ khuyến khích việc sử dụng khoảng cáchlớp gia cố lớn cùng với cường độ cao để giảm thời gian và giá thành xây dựng. Các kết quả thí nghiệm và thựctế quan sát hiện trường cho thấy công thức này không phản ánh được thực tế và khoảng cách của các lớp giacố đóng vai trò quan trọng hơn nhiều so với cường độ lớp gia cố. Bài báo này trình bày những thí nghiệm kíchthước lớn (full-scale) để đánh giá chính xác hơn mối quan hệ giữa cường độ và khoảng cách lớp gia cố, đồngthời cũng đưa ra công thức tính toán chính xác hơn so với công thức hiện nay về sức chịu tải của khối gia cố,nội lực của lớp gia cố. Dựa trên công thức này kiến nghị việc sử dụng độ cứng và cường độ của lớp gia cốbằng vải hoặc lưới địa kỹ thuật. Ở Mỹ, khối đất gia cố được sử dụng cho nhiều dạng kết cấu như trụ cầu, mố cầu (hình 1 đến 5) và tườngchắn, đường dẫn (hình 4 đến 6). Thực tế ứng dụng cho thấy kết cấu này giảm đáng kể chi phí và thời gian thicông so với kết cấu thông thường. Ở Việt Nam một số tường chắn đã được ứng dụng (hình 7) và đem lại hiệuquả nhất định.Hình 1. Trụ cầu tại trung tâm nghiên cứu đường cao tốc Hình 2. Trụ cầu và mố cầu do CDOT xây (TFHWC – FHWA), VA, USA tại Denver, CO, USA Hình 3. Mố cầu tại TFHRC Hình 4. Mố cầu và đường dẫn tại Denver, CO, USA Hình 5. Mố cầu tại OH, USA Hình 6. Tường chắn cao 55 feet (17 m) tại CO, USA Hình 7. Tường chắn gia cố lưới địa kỹ thuật tại Sun Villas, Mỹ Khê, Đà Nẵng2. Các thí nghiệm kích thước lớn (full-scale) Các thí nghiệm kích thước lớn bằng kích thước thực tế, thể hiện được rõ ràng mối quan hệ giữa cường độvà khoảng cách lớp gia cố, được trình bày trong bài báo này gồm thí nghiệm trụ cầu kích thước nhỏ của Adamsvà cộng sự [1, 2], nén 3 trục không hạn chế nở hông của Elton và Patawaran [6], và một loạt thí nghiệmGeneric Soil-Geosynthetic Composite gần đây của Pham [9].2.1 Thí nghiệm trụ cầu của Adams (2002, 2007) Adams và cộng sự [1, 2] đã tiến hành thí nghiệm không hạn chế nở hông cho 5 trụ cầu kích thước nhỏ tạiTFHWC, VA, USA. Kích thước mẫu tiết diện ngang là 1 m x 1 m, cao 2 m, hình dạng của mẫu sau khi phá hoạithể hiện trên hình 8. Trong 5 mẫu thí nghiệm có 1 mẫu đất không gia cố; 2 mẫu có khoảng cách lớp vải địa kỹthuật 0,2 m; 2 mẫu có khoảng cách 0,4 m và 0,6 m. Hai loại vải địa kỹ thuật được sử dụng có cường độ 70kN/m và 21 kN/m. Các thông số của 5 mẫu thí nghiệm và kết quả thí nghiệm thể hiện trên hình 9. So sánh ứngxử của mẫu thí nghiệm với các khoảng cách và cường độ vải ...