Việc bảo vệ bờ biển luôn là một thách thức lớn đối với nhiều quốc gia, đặc biệt là các vùng ven biển dễ bị xói mòn. Trong thời đại hiện nay, công nghệ lọc địa kỹ thuật đã trở thành một giải pháp tiên tiến và hiệu quả để giải quyết vấn đề này. Bài viết này sẽ khám phá chi tiết về cách công nghệ lọc địa kỹ thuật được ứng dụng trong việc bảo vệ bờ biển, đặc biệt là trường hợp của bãi biển “Amélie” trên bờ biển Aquitaine của Pháp.

Tổng quan về bờ biển Aquitaine

Bờ biển Aquitaine trải dài khoảng 240 km dọc theo Đại Tây Dương, từ cửa sông Gironde ở phía bắc đến cửa sông Adour ở phía nam. Với hướng từ nam lên bắc và không có các hòn đảo ngoài khơi, bờ biển này trực tiếp chịu tác động của sóng biển mạnh mẽ, dẫn đến việc xói mòn và tái tạo liên tục của bờ cát. Vùng này cũng được bao phủ bởi các đụn cát, và nền đất dưới nước ảnh hưởng đến sóng biển từ xa.

Từ giữa thế kỷ 18, bờ biển phía bắc Médoc đã chịu đựng xói mòn dữ dội từ gió và biển. Sự lùi dần của đường bờ biển đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng vào giữa thế kỷ 19. Mực nước biển dâng lên khoảng 3 mm mỗi năm cũng góp phần vào việc thay đổi đường bờ biển, nhưng nguyên nhân chính của xói mòn là do sự giảm thể tích cát trên thềm lục địa. Cát từ bãi biển không đủ để bù đắp cho cát từ đụn cát bị cuốn trôi ra biển.

Vấn đề cụ thể của bãi biển “Amélie”

Tại bờ biển Médoc, sự lùi dần của đường bờ đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng vào giữa thế kỷ 19. Bãi biển “Amélie” chỉ mới được xây dựng vào năm 1994, với một đê chắn sóng bằng đá dài 270 m để bảo vệ bờ biển sau những cơn bão năm 1994-1995. Tuy nhiên, đê chắn sóng này đã bị hư hại trong mùa đông tiếp theo.

Vào năm 1996, đê chắn sóng đã được ổn định và hai đập chắn nước vuông góc đã được xây dựng để ngăn chặn nước biển tràn qua hàng rào bảo vệ. Tuy nhiên, các công trình bảo vệ này đã đẩy vấn đề xói mòn vào sâu bên trong, nơi các đụn cát chịu tác động trực tiếp của sóng biển.

Lựa chọn cấu trúc thân thiện với môi trường biển

Từ mong muốn chung là giảm thiểu và kiểm soát vấn đề xói mòn biển, nhưng cũng nhận thức rằng các công trình cứng nhắc và lớn không phải là giải pháp tối ưu, các đại diện địa phương đã tự nhiên hướng tới các cấu trúc thân thiện với môi trường biển. Cấu trúc này không chỉ giúp giảm xói mòn mà còn có thể đảo ngược nếu không hiệu quả.

Vào năm 1998, một cấu trúc thí nghiệm bảo vệ đã được lắp đặt ở đầu bãi biển, bao gồm bốn hàng cọc gỗ được đóng vào cát, vuông góc hoặc song song với đường bờ biển. Do sóng mạnh của cơn bão tháng 12 năm 2002, đê chắn sóng bằng đá “L’Amelie” đã cho thấy dấu hiệu lún và các công việc ổn định đã được quyết định thực hiện khẩn cấp.

Đê chắn sóng bằng ống lọc địa kỹ thuật

Ống lọc

Các ống lọc địa kỹ thuật được tạo thành từ một cuộn vải lọc địa kỹ thuật dài 40 m và rộng 6 m, được gấp lại và may dọc theo toàn bộ chiều dài để tạo thành một hình trụ có đường kính 1,8 m. Một đầu ống được sử dụng để bơm cát và nước vào, trong khi đầu kia là đầu ra của nước.

Tính chất chính của vỏ lọc

Vỏ lọc của ống phải cung cấp cả tính chất thủy lực và cơ học, cần thiết trong giai đoạn xây dựng các ống. Về mặt thủy lực, vỏ lọc hoạt động như một bộ lọc công nghiệp, tách các hạt rắn khỏi chất lỏng. Kích thước mở lọc (FOS) kiểm soát kích thước của các hạt đất được giữ lại trong ống. Độ thấm của vải địa kỹ thuật cũng là một yếu tố quan trọng, giúp áp suất nước bên trong được giải phóng ngay lập tức qua thành ống, cho phép dòng chảy nước cao và tốc độ bơm cát nhanh.

Ứng Dụng Xơ Dừa Trong Ổn Định Đất: Trường Hợp Thực Tiễn

Tính chất cơ học

Vỏ địa kỹ thuật cũng phải chịu được các áp lực cơ học trong quá trình lắp đặt. Sự mài mòn của mặt trong của vỏ do các hạt đất chảy bên trong ống thường được bù đắp bằng độ dày của vải địa kỹ thuật. Khi ống được bơm đầy hỗn hợp đất và nước, áp suất thủy lực bên trong áp dụng một lực căng lên vải lọc, yêu cầu vải phải có độ bền kéo đủ lớn.

Tối ưu hóa tính chất của vỏ lọc

Sự lựa chọn vỏ lọc là một quá trình cần sự cân nhắc giữa nhiều đặc điểm:

• Kích thước mở lọc tối ưu: nhỏ hơn kích thước hạt đất chính để giữ đất bên trong ống, nhưng lớn hơn các hạt mịn để ngăn chặn tắc nghẽn.
• Số lượng khe hở tối ưu: lớn hơn 25 để đảm bảo đồng nhất của bộ lọc, nhưng nhỏ hơn 40 để giảm nguy cơ tắc nghẽn bên trong.
• Độ dày tối ưu để cung cấp đủ khả năng chống mài mòn và độ bền kéo, cùng với độ thấm nước tốt.

Vỏ lọc hai lớp

Vỏ lọc hai lớp phát triển cho việc lọc đất cũng có tính chất tối ưu để sử dụng làm vỏ ống. Vải địa kỹ thuật không dệt kim châm kết hợp cả lớp lọc với tính chất thủy lực tối ưu và lớp ngoài cho mục đích cơ học. Lớp ngoài làm từ các sợi thô hơn có kích thước lỗ lớn hơn, tăng độ thấm nước tổng thể của bộ lọc và giảm nguy cơ tắc nghẽn bên trong.

Tác dụng của lớp vải địa kỹ thuật

Đê chắn sóng bằng ống

Các ống được lắp đặt ở vị trí cuối cùng và được bơm đầy cát. Khi ống đầy cát, nó có hình dạng gần như tròn với hai phần phẳng nhỏ ở phía dưới và phía trên. Chiều cao của ống khoảng 1,4 m và chiều rộng 2,1 m. Đường may được đặt dưới ống tiếp xúc với đất.

Kết luận

Cấu trúc thân thiện với môi trường biển như đê chắn sóng bằng ống lọc địa kỹ thuật là một lựa chọn thay thế hấp dẫn cho các giải pháp truyền thống như đê chắn sóng bằng đá. Chúng có tốc độ lắp đặt nhanh, có thể đảo ngược nếu cần thiết và chi phí rẻ hơn từ 20% đến 30% so với các giải pháp truyền thống.

Đê chắn sóng bằng ống lọc địa kỹ thuật được xây dựng vào tháng 12 năm 2002 để kiểm soát xói mòn đụn cát dọc theo bãi biển “Amélie” đã cho thấy sự ổn định tốt, chịu được các cơn bão mạnh trong mùa đông. Giải pháp kỹ thuật này hứa hẹn sẽ được áp dụng cho các công trình thủy lực khác trong tương lai.

Thông số vải địa kỹ thuật không dệt – Báo giá từ nhà sản xuất

Tham khảo

• Delmas Ph., Artières O., Schörgenhuber H. Lugmayer R. 2000. Development of a new geotextile filtration system. In W. Wolski J. Mlynarek (eds), Proc. of the Third Int. Conf. Geofilters 2000, Warsaw, 5-7 June 2000: 51-58. Rotterdam: Balkema Publishers.
• Giroud J.P., Delmas P. Artières O. 1998. Theoretical basis for the Development of a Two-Layer Geotextile Filter. In R.K. Rowe (ed), Proceedings of the Sixth International Conference on Geosynthetics, Atlanta, 25-29 March 1998: 1037

The post Bảo vệ bờ biển bằng công nghệ lọc địa kỹ thuật appeared first on HƯNG PHÚ.

Trong ngành kỹ thuật địa kỹ thuật, vật liệu ổn định đất đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ môi trường và phát triển cơ sở hạ tầng bền vững. Một trong những vật liệu mới nổi, thân thiện với môi trường là xơ dừa (Coir Geotextiles).

Xơ dừa không chỉ là một sản phẩm thay thế bền vững như một lớp vải địa kỹ thuật dệt mà còn có nhiều ứng dụng trong các công trình kỹ thuật địa chất và bảo vệ môi trường. Bài viết này sẽ đi sâu vào các ứng dụng của xơ dừa trong ổn định đất và trình bày một số trường hợp thực tiễn cụ thể.

1. Tổng Quan về Xơ Dừa

Xơ dừa là một loại vật liệu tổng hợp tự nhiên được làm từ sợi dừa. Sợi dừa được chiết xuất từ vỏ dừa và sau đó được xử lý để tạo ra các sản phẩm kỹ thuật, như lưới xơ dừa. Lưới xơ dừa có thể được dệt thành các loại vải khác nhau hoặc không dệt, và có thể được sử dụng cho nhiều mục đích kỹ thuật khác nhau​.

Xơ dừa có những đặc tính nổi bật như khả năng phân hủy sinh học trong khoảng thời gian từ sáu tháng đến một năm, độ bền kéo cao, và khả năng chịu nước mặn, làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt​​.

2. Ứng Dụng Kỹ Thuật của Xơ Dừa

Ổn Định Đất và Kiểm Soát Xói Mòn

Xơ dừa được sử dụng rộng rãi trong việc ổn định đất và kiểm soát xói mòn nhờ khả năng giữ đất và hỗ trợ sự phát triển của thảm thực vật. Khi được sử dụng làm lớp phủ mặt đất, xơ dừa giúp giữ đất, giảm thiểu xói mòn do gió và nước, và tạo điều kiện cho cây cỏ phát triển. Một số nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của xơ dừa trong việc kiểm soát xói mòn trên các bờ dốc và bờ sông.

Làm Lớp Lót và Lớp Phủ

Xơ dừa cũng được sử dụng làm lớp lót và lớp phủ trong các công trình xây dựng để ngăn chặn sự thoát hơi nước và cải thiện sự ổn định của nền móng. Trong một số dự án, xơ dừa được sử dụng để lót các con kênh và hồ chứa nước nhằm ngăn chặn sự mất nước và bảo vệ bờ hồ khỏi sự xói mòn​.

Tăng Cường Độ Chịu Lực của Đất

Xơ dừa còn được sử dụng để tăng cường độ chịu lực của đất. Khi được trộn vào đất, sợi dừa tạo ra một kết cấu vững chắc hơn, giúp đất chịu được tải trọng lớn hơn và giảm thiểu sự lún. Đây là một giải pháp hữu hiệu cho các khu vực có nền đất yếu, nơi mà việc xây dựng các công trình cần một nền móng vững chắc​​.

3. Các Trường Hợp Thực Tiễn

Dự Án 1: Ổn Định Bờ Sông

Một dự án ở Tây Đức đã sử dụng xơ dừa để ổn định bờ sông bị xói mòn nặng do lũ lụt. Lưới xơ dừa được cắm sâu vào lòng đất và cố định bằng cọc gỗ, sau đó được phủ lên bằng một lớp thảm thực vật tự nhiên. Kết quả cho thấy bờ sông đã được bảo vệ tốt hơn, giảm thiểu xói mòn và tăng cường sự ổn định của bờ sông​​.

Dự Án 2: Xây Dựng Đường Nông Thôn ở Kerala, Ấn Độ

Một dự án ở Kerala đã áp dụng xơ dừa để xây dựng một con đường nông thôn. Con đường dài 1.5 km được xây dựng trên nền đất yếu, thường bị ngập nước trong mùa mưa. Xơ dừa được sử dụng làm lớp lót dưới mặt đường, giúp cải thiện độ chịu lực của đất và ngăn chặn sự xói mòn. Kết quả là con đường đã ổn định hơn và có tuổi thọ kéo dài​.

Dự Án 3: Kiểm Soát Xói Mòn trên Đồi

Một dự án ở Ấn Độ đã sử dụng xơ dừa để kiểm soát xói mòn trên các đồi dốc. Lưới xơ dừa được trải ra trên bề mặt đất và cố định bằng cọc, sau đó được trồng cây xanh để tăng cường khả năng chống xói mòn. Dự án đã thành công trong việc giảm thiểu xói mòn và cải thiện cảnh quan tự nhiên của khu vực​.

4. Kết Luận

Xơ dừa là một giải pháp bền vững và hiệu quả cho các vấn đề về ổn định đất và kiểm soát xói mòn trong ngành kỹ thuật địa kỹ thuật. Với khả năng phân hủy sinh học, độ bền cao và khả năng thích ứng với các điều kiện môi trường khắc nghiệt, xơ dừa không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Các trường hợp thực tiễn đã chứng minh rằng việc sử dụng xơ dừa có thể cải thiện đáng kể sự ổn định của đất và kéo dài tuổi thọ của các công trình xây dựng.

Việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng mới của xơ dừa trong kỹ thuật địa kỹ thuật vẫn đang tiếp tục, và tiềm năng của loại vật liệu này còn rất lớn. Các nhà khoa học và kỹ sư cần tiếp tục khám phá và tối ưu hóa các phương pháp sử dụng xơ dừa để đảm bảo sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.

Tài liệu tham khảo

• Beena, K. S. “Case Studies on Application of Coir Geotextiles for Soil Stabilization.” International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering. 2013. ​

The post Ứng Dụng Xơ Dừa Trong Ổn Định Đất: Trường Hợp Thực Tiễn appeared first on HƯNG PHÚ.

Công nghệ sử dụng túi vải địa kỹ thuật để bơm vật liệu như cát, đất bùn, hay vữa xi măng vào trong, tạo nên những kết cấu dạng túi hoặc ống cỡ lớn, được đặt đơn lẻ hay xếp chồng thành những kết cấu thay đê biển, kè bảo vệ bờ đang có xu hướng được nhiều nước trên thế giới áp dụng.

Tuy nhiên ở Việt Nam công nghệ này còn rất mới và chưa được áp dụng nhiều. Báo cáo tổng hợp các ứng dụng và phương pháp tính toán túi vải địa kỹ thuật.

Thi công túi địa kỹ thuật HPtex Geobag Hưng Phú cung cấp

Đặt bài toán cụ thể để tính toán, phân tích tính kinh tế và ưu, nhược điểm của giải pháp công nghệ này. Đưa ra các khuyến cáo khi thiết kế, thi công túi địa kỹ thuật trong thực tế.Kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng là một trong các tiêu chuẩn thiết kế đê biển tràn nước ở Việt Nam.

Túi địa kỹ thuật có kích thước nhỏ, hình vuông được may theo các quy cách lớn nhỏ khác nhau. Sức chứa cát trong túi địa kỹ thuật này có thể lên đến tối đa 2,5m3. Tùy theo thiết bị thi công công trình có đáp ứng việc di chuyển chúng hay không.

Trong tài liệu kỹ thuật này. Thay vì dùng ống địa kỹ thuật. Có kích thước dài và lớn để tạo nên các đê biển chắn sóng ven bờ. Tài liệu này bạn có thể tính toán cho cách thi công ống địa kỹ thuật Geotube.

Đặt vấn đề về tính toán thi công túi địa kỹ thuật

Giải pháp bảo vệ bờ có thể là giải pháp công trình hoặc phi công trình. Với giải pháp công trình có thể sử dụng công trình cứng, theo cách hiểu truyền thống công trình bảo vệ bờ cứng là những công trình được xây dựng bằng những kết cấu cứng như:

Bê tông gạch đá…, đôi khi do điều kiện đất nền và các điều kiện thuỷ hải văn phức tạp việc áp dụng công trình cứng gặp nhiều khó khăn và không kinh tế.

Vì vậy đòi hỏi công nghệ phải có bước chuyển mới, tạo kết cấu mới có thể dùng thay thế công trình cứng mà vẫn đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật và kinh tế, một trong những kết cấu đó là túi vải địa kỹ thuật cho công trình bảo vệ bờ.

Thi công túi địa kỹ thuật bảo vệ bờ biển

Ứng dụng của túi địa kỹ thuật cho các công trình bảo vệ bờ 

Túi vải địa kỹ thuật là công nghệ mới, được đề xuất và thử nghiệm vào những năm 60 và 70 do hãng Delta-Hà Lan ứng dụng vào thi công các công trình bảo vệ bờ biển, tuy nhiên đến những năm 80 (thế kỷ 20) túi vải địa kỹ thuật mới được quan tâm, phát triển.

Với những tính năng như tính đàn hồi, tính thấm lọc rất cao, phương pháp thi công túi địa kỹ thuật đơn giản, thời gian thi công nhanh, giá thành rẻ, tận dụng được vật liệu tại chỗ, thân thiện với môi trường và đặc biệt có thể thi công trong môi trường nước.

Với những ưu điểm vượt trội trên, cùng với thời gian, phương pháp thi công túi địa kỹ thuật ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các công trình cải tạo, bảo vệ bờ, giảm thiểu tác hại do sóng biển gây ra, mang lại những lợi ích vô cùng to lớn.

Ở Việt Nam, mấy năm gần đây, túi vải địa kỹ thuật cũng đã được ứng dụng, thử nghiệm tại một số bãi biển như: cửa biển Hoà Duân huyện Phú Thuận tỉnh Thừa Thiên Huế, cửa Lộc An huyện Đất Đỏ tỉnh Bà Rịa Vũng Tầu.

Bước đầu các công trình trên đã phát huy được hiệu quả, góp phần vào bảo vệ bờ, chống xói lở, tạo cảnh quan thiên nhiên. Một số hình ảnh về ứng dụng công nghệ túi vải địa kỹ thuật trên thế giới và ở Việt Nam được trình bày từ hình 1; 2; 3; 4; 5. 

Các tiêu chuẩn thiết kế và thi công túi địa kỹ thuật

Tiêu chuẩn về hình dạng túi địa kỹ thuật

Khi được bơm căng, túi địa kỹ thuật thường có hai loại hình dạng: Hình ôvan và hình elip. Tùy vào đặc điểm từng loại công trình, điều kiện địa hình, điều kiện thi công…

Ta sẽ chọn được hình dạng túi phù hợp, đối với túi có dạng hình elíp nhiều thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, hình dạng túi chỉ phụ thuộc vào yêu cầu về kích thước công trình và điều kiện thi công.

Đối với túi có hình ô van nhiều thực nghiệm cho kết quả là: Chu vi túi không nên lớn hơn 25m, tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng túi (khi đã cố kết) H/W = 0,6 – 0,75.

Vải địa kỹ thuật dùng chế tạo túi vải địa kỹ thuật phải thỏa mãn các tiêu chuẩn: Sức kháng bề mặt ít nhất là 40kN/m sức kháng căng tại những mối nối chịu được ít nhất 20kN/m độ thấm nước 56l/s/m2 độ dãn dài: 16% (khi có tác dụng của việc bơm cát biển).

Hình dạng của túi vải địa kỹ thuật được minh hoạ như trong hình 3.1.

Tiêu chuẩn ổn định của túi địa kỹ thuật khi xếp chồng

Điều kiện ổn định của khối xếp phụ thuộc chủ yếu vào lực ma sát giữa túi vải địa kỹ thuật và nền giữa các túi địa kỹ thuật với nhau. Do vậy tiêu chuẩn của khối xếp là hết sức quan trọng. Công trình dùng túi vải địa kỹ thuật có hai kiểu xếp chồng:

1. Xếp chồng theo chiều dàiSơ đồ xếp chồng túi vải địa kỹ thuật theo chiều dài được bố trí như hình 

Xếp chồng theo chiều dài là trường hợp chỉ xếp một ống theo chiều dài, trường hợp này túi trước phải chồng lên túi sau ít nhất 3m để tạo lực ma sát cho túi liền kề.

Xếp chồng theo chiều cao Xếp chồng theo chiều cao là trường hợp, xếp nhiều túi địa kỹ thuật chồng lên nhau, trường hợp này việc tính toán sẽ phức tạp hơn, vị trí túi và hình dạng túi sau khi được làm đầy rất quan trọng trong việc tính toán số lượng túi và chiều cao khối xếp, hình dạng và độ
căng của túi phụ thuộc vào vật liệu và áp lực bơm.

Khi túi chưa được làm đầy ứng suất trong túi bằng không khi túi được làm đầy ( Túi có dạng hình tròn) ứng suất trong túi là lớn nhất

Hình dạng của túi có thể xác định theo các công thức dưới đây:

Trước đây, dựa vào các nguyên tắc trên người ta thường giả định các điểm cuối của túi là hình trụ và bề mặt trên của túi là phẳng. Tuy nhiên không có giả định được đưa ra cho độ dãn cơ cấu dưới tác dụng của sức nặng, hoặc làm giảm sức nặng do phản lực. Hình 3.4 thể hiện ví dụ về sơ đồ hình dạng túi vải địa kỹ thuật . Kích thước của túi được xác định theo công thức:

Trong thực tế việc thay đổi mặt cắt ngang của túi là rất phức tạp, nó phụ thuộc vào vật liệu làm đầy túi và cột nước tĩnh trên túi, hình dạng của mặt cắt ngang sẽ thay đổi từ hình dạng phẳng cho tới hình tròn, giả định rằng trong suốt quá trình bơm, vật liệu trong túi ở dạng lỏng và túi vải địa kỹ  thuật là một túi mềm không thấm qua được. Áp lực trong túi được tính như sau:

Hình dạng của túi vải địa kỹ thuật được tính thử dần qua các công thức trên, đầu tiên ta giả định ứng suất giới hạn trong túi, ta xác định được chiều cao của túi sau đó ta có thể tính đúng dần bán kính cong của túi bằng công thức r = s/pA giá trị ứng suất và hình dạng của túi là đúng.

Nếu chiều cao của túi xấp xỉ giá trị giả định. Một thí nghiệm với giả định nền nằm ngang phẳng đã xác định được chiều cao cột nước tĩnh Hm = 5m và Hm = 8m, kết quả được trình bày ở hình 3.5.

Đường kính trung bình của túi là D = 2,5m, tuy nhiên thực tế túi vải địa kỹ thuật có hình ovan, với chiều cao và chiều dài trung bình là: 2,1m x 2,7m trong trường hợp Hm = 5m và 2,25 x 2,60m trong trường hợp Hm = 8m.

Ta có thể tính toán túi vải địa kỹ thuật xếp chồng tiếp, theo cách tính toán trên, khi tính toán các túi vải địa kỹ thuật xếp chồng phía trên ta có thể coi như đặt trên bề mặt phẳng

Tiêu chuẩn ổn định khác

Khi khối xếp gia cố chịu tác động của sóng khối gia cố phải đảm bảo các điều kiện sau:
– Không bị phá hoại về mặt kết cấu túi.
– Khối xếp không được biến hình theo hai phương ngang túi và dọc túi.

3.4. Tiêu chuẩn ổn định của khối gia cố dưới tác dụng của dòng chảy

Túi vải địa kỹ thuật dưới tác dụng của dòng chảy phải thỏa mãn tiêu chuẩn ổn định sau:
– Khối không được biến hình dưới tác dụng của dòng chảy

Tiêu chuẩn và phương pháp thi công túi địa kỹ thuật và khối gia cố bằng túi địa kỹ thuật

Túi vải địa kỹ thuật được thi công chủ yếu bằng máy móc, đòi hỏi kỹ thuật cao trong suốt quá trình thi công. Vị trí túi phải được đặt chính xác vào vị trí cần đặt, và phải có biện pháp cố định túi, tránh trường hợp làm xê dịch túi trong quá trình bơm vật liệu.

Vật liệu trước khi bơm vào túi phải được trộn đều đạt dung trọng thiết kế, Để đảm bảo ổn định cho máy bơm, áp lực bơm phải luôn được đảm bảo không được vượt quá quy định nhằm tránh trường hợp túi vải địa kỹ thuật bị bục trong quá trình bơm.

Với những công trình thi công ngoài biển, tại những vị trí nước sâu cần chọn thời gian thi công thích hợp, tránh lúc có gió to sóng lớn rất khó định vị túi cũng như khó khăn trong quá trình bơm.

Tính toán ứng dụng

Lựa chọn phần mềm tính toán

Phần mềm GeoCoP(3.0) là bộ phần mềm chuyên dụng được phát triển bởi công ty ADAMA –Engineering – Hoa Kỳ, dùng để tính toán thảm địa kỹ thuật và túi vải địa kỹ thuật.

Phần mềm sẽ tính toán xác định những thông số kích thước hình học của túi vải địa kỹ thuật, ứng suất trên bề mặt túi từ đó giúp ta lựa chọn được các thông số thiết kế cho túi vải địa kỹ thuật.

Nguyên tắc tính toán túi vải địa kỹ thuật, dựa trên nguyên lý cân bằng của vỏ túi từ đó xác định được sức căng tại vỏ túi.

Phương pháp tính toán này dựa trên những giả thiết sau đây:

– Túi vải địa kỹ thuật là thẳng tại mọi vị trí trên túi mặt cắt ngang luôn vuông góc với trục dọc của túi. Thành phần lực gây lên ứng suất trong ống chủ yếu do áp lực bơm trong quá trình làm đầy túi.

– Vỏ của túi là rất mỏng mềm và có trọng lượng không đáng kể.

– Vật liệu bơm vào túi là vật liệu lỏng, có tính sệt không gây ứng suất cục bộ trong túi.

– Không có ứng suất kéo giữa vật liệu trong túi và vỏ túi. Giới thiệu giao diện chương trình GeoCoPS:

Bài toán ứng dụng

Mô tả bài toán

Tuyến đê dùng thử nghiệm bằng túi vải địa kỹ thuật tại bãi bồi Kim Sơn có chiều dài 3km, có tác dụng chống đỉnh triều trung bình, phục vụ cho công tác thi công lấn biển. Theo kết quả tính toán thủy văn, tính toán được cao trình đỉnh đê bao là: +2,3 xấp xỉ với đỉnh triều trong vùng, chiều cao đê trung bình 2,3m.

Các điều kiện biên của bài toán

Giải pháp sử dụng túi vải địa kỹ thuật trong công tác quai đê lấn biển được thực hiện với các thông số cụ thể như sau:
– Vật liệu dùng bơm vào túi là vật liệu cát tại chỗ có dung trọng gv = 2200kg/m3, và bùn có
khối lượng đơn vị 1800kg/m3.
– Hệ số triết giảm an toàn trong quá trình thi công, lắp đặt RFid = 1,3.
– Hệ số triết giảm độ bền của túi, RFd = 1.
– Hệ số triết giảm do nền công trình nền, RFc = 1,5.
– Hệ số triết giảm độ bền mối nối, RFss = 2.
– Chu vi của túi, L = 10 m.
– Chọn dạng mặt cắt túi có dạng hình Ôvan.

Các trường hợp tính toán

Ta sẽ tính toán cho các trường hợp sau đây: Có 2 trường hợp tính toán lớn là: Trường hợp A (thi công trên cạn) và trường hợp B (thi công dưới nước), trong mỗi trường hợp tính toán đó sẽ chia ra 6 trường hợp tính toán nhỏ là: A1, A2, A3, A4, A5, A6; B1, B2, B3, B4, B5, B6. Cụ thể các trường hợp như sau:

Kết quả tính toán

Sau khi tính toán, phần mềm GeoCoPS đưa ra kết quả các phương án, kết quả các phương án tính toán được thể hiện ở các bảng 3 và bảng 4

Nhận xét kết quả tính toán và kiến nghị phương án chọn

Thi công túi địa kỹ thuật chống xâm thực từ biển

Sau khi tính toán cho 12 trường hợp, ta có các thông số tương ứng với 12 phương án lựa chọn khác nhau. Với điều kiện chế tạo túi vải ở Việt Nam mới chỉ chế tạo được những túi có chu vi nhỏ hơn L=10m.

Xét theo điều kiện chiều cao mặt cắt đê thiết kế H = 2,3m, các phương án A2, A5, B2, B3, B5, B6 có kết quả tính toán phù hợp. Tuy nhiên căn cứ vào điều kiện thủy, hải văn, vật liệu thực tế tại vị trí xây dựng và yêu cầu thời gian thi công liên tục, do đó ta chọn phương án thi công trong nước, phương án B5 và B6 được chọn.

Dựa vào kết quả tính toán trình bày như ở bảng 3 và 4 ta nhận thấy rằng, phương án B5 có diện tích mặt cắt ngang túi (sau cố kết) là: 7,4m2, Phương án B6 có diện tích mặt cắt ngang (sau cố kết) là: 6,8m2.

Do vậy so sánh về điều kiện kinh tế ta chọn phương án B6 là phương án chọn cuối cùng. Phương án B6 có các thông số thiết kế cơ bản sau:
Chu vi túi, L = 10m. Chiều cao lớn nhất của túi, Hmax = 2,5m. Chiều cao túi sau khi đã cố kết, H = 2,3m.

Chiều rộng túi lớn nhất của túi, W = 3,6m. Chiều rộng túi tiếp xúc với nền, Wn = 1,8m. Trọng lượng đơn vị của túi (sau khi đã cố kết), g t =930kN/m3.
Áp lực bơm tại van của túi, p = 19,90kPa.

Hình dạng mặt cắt ngang của túi sau khi được bơm đầy có dạng hình Ôvan . Kết quả trên được hiện thị dạng biểu đồ ở hình 11 như sau:

Kết luận

Túi vải địa kỹ thuật là một giải pháp mới trong xây dựng đê biển và công trình bảo vệ bờ biển. Trên cơ sở phân tích những ưu, nhược điểm của túi vải địa kỹ thuật, từ đó nêu bật được ưu điểm của túi vải địa kỹ thuật so với các giải pháp truyền thống.

Đồng thời nêu những ứng dụng của vải địa kỹ thuật trong thi công các công trình bảo vệ bờ biển. Nghiên cứu và trình bày cơ sở lý thuyết của phư

Thi công túi địa kỹ thuật HPtex Geobag do Hưng Phú cung cấp

ơng pháp, sử dụng túi vải địa kỹ thuật xây dựng công trình bảo vệ bờ biển, các tiêu chuẩn về hình dạng túi, phân loại công trình.

Các phương pháp thi công, trình tự thi công, cũng được đề cập, đánh giá giúp cho bạn đọc có thể ứng dụng trong tính toán. Nghiên cứu, giới thiệu và trình bày cách sử dụng phần mềm GeoCoPS.

Việc tính toán, thiết kế túi gặp rất nhiều khó khăn, bài toán phải tính thử dần nên khối lượng tính toán lớn. Phần mềm GeoCoPS là một phần mềm chuyên dụng, dùng tính toán, thiết kế các thông số của túi vải địa kỹ thuật, với phần mềm GeoCoPS việc tính toán thiết kế túi vải địa kỹ thuật trở nên hết sức dễ dàng, thuận lợi.

Kết quả tính toán của phần mềm này đã được kiểm chứng qua các công trình cụ thể và khẳng định đây là phần mềm có độ tin cậy cao.Với giao diện rất dễ sử dụng, tốc độ tính toán nhanh, phần mềm GeoCoPS là phần mềm rất hữu hiệu cho việc tính toán, thiết kế túi vải địa kỹ thuật, giúp việc tính toán nhanh hơn, kết quả đưa ra chính xác hơn.

Thi công túi địa kỹ thuật

Bài toán ứng dụng tính toán cho đê biển Kim Sơn, Ninh Bình là vị trí có điều kiện nền yếu, các giải pháp đắp đê, lấn biển truyền thống trước đó bộc lộ rất nhiều nhược điểm.

Báo cáo đã đề xuất áp dụng giải pháp sử dụng túi vải địa kỹ thuật vào công tác đắp đê, lấn biển tại bãi bồi Kim Sơn. Sử dụng phần mềm GeoCoSP tính toán cho 12 trường hợp, từ kết quả đó phân tích, đánh giá chọn được phương án xây dựng phù hợp đảm bảo điều kiện kinh tế, kỹ thuật với các thông số thiết kế sau:

Chu vi túi, L = 10m, chiều cao lớn nhất của túi, Hmax = 2,5m, chiều cao túi sau khi đã cố kết, H = 2,3m, chiều rộng túi lớn nhất của túi, W = 3,6m, chiều rộng túi tiếp xúc với nền, Wn = 1,8m, trọng lượng đơn vị của túi (sau khiđã cố kết), g t = 22,930kN/m3, áp lực bơm tại van của túi, p = 19,90kPa.

Thi công túi địa kỹ thuật bảo vệ bờ biển

Việc áp dụng giải pháp túi vải địa kỹ thuật vào đắp đê ở Kim Sơn đã giải quyết được những vấn đề như: Khắc phục được tình trạng trượt chân đê do tác động của thủy triều, thi công liên tục, do đó rút ngắn được thời gian thi công, tận dụng được vật liệu tại chỗ để xây dựng, hạ giá thành công trình, phương pháp thi công đơn giản, qua đó giảm được nhân công, máy móc.

Qua kết quả tính toán trên, đã khẳng định ưu điểm vượt trội của giải pháp sử dụng túi vải địa kỹ thuật trong thi công đê biển và các công trình bảo vệ bờ biển.

Một số tồn tại cần phải nghiên cứu tiếp Qua nghiên cứu sơ bộ, thấy còn một số tồn tại như sau:

+ Giải pháp thi công túi vải cỡ lớn, cần phải có nghiên cứu hiện trường để đánh giá. Việc bố trí lỗ thoát khí trong quá trình bơm như thế nào?

+ Phần mềm GeoCoPS chưa tính toán được quá trình cố kết theo thời gian của túi.

+ Không xét được ảnh hưởng của nền đến biến dạng của túi

Thi công túi địa kỹ thuật HPtex Geobag tại Phú Quốc

The post Tính toán thiết kế thi công túi địa kỹ thuật trong kỹ thuật kè mềm và bảo vệ bờ biển appeared first on HƯNG PHÚ.

Vải địa kỹ thuật là một loại vật liệu được thực hiện bởi công nghệ dệt vải dùng trong xây dựng hạ tầng cầu đường. Xây dựng cầu cảng và hiện nay chúng được sử dụng trong nông nghiệp, trang trí cảnh quan, xử lý môi trường và các chức năng khác.

Vải địa tiền thân của nó xuất xứ là một loại vải lọc, dùng để che chắn sự xói mòn và rửa trôi đất. Qua thời gian sử dụng chúng được đưa vào trong các ứng dụng kỹ thuật xây dựng gia cố nền đất yếu.

Không những thế, chúng được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các công trình phức tạp và ngày càng bắt buộc trong công tác xử lý nền móng.

Hầu hết các loại vải địa kỹ thuật bao gồm các polyme thuộc họ polyolefin, polyeste hoặc polyamit, có liên quan đến các vấn đề môi trường liên quan đến ô nhiễm đất. Vải địa kỹ thuật có thể được sử dụng cho ít nhất một trong các chức năng sau

Tách, gia cố, lọc, thoát nước, ổn định, phân cách và chống xói mòn. Do các đặc tính của cường độ cao, giá thành rẻ và dễ sử dụng nên vải địa kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong địa kỹ thuật như gia cố nền mềm, bảo vệ mái dốc, hệ thống thoát nước.

Bài báo này đánh giá thành phần và chức năng của vải địa kỹ thuật trong công trình địa kỹ thuật. Ngoài ra, dựa trên các tài liệu bao gồm dữ liệu gần đây nhất, cuộc thảo luận chuyển sang sự phát triển gần đây của vải địa kỹ thuật, với trọng tâm là vải địa kỹ thuật xanh.

Vải địa kỹ thuật thông minh và vải địa kỹ thuật hiệu suất cao. Tình hình hiện tại của các loại vải địa kỹ thuật mới này và ứng dụng của chúng trong công trình địa kỹ thuật được xem xét.

Giới thiệu

Địa tổng hợp là các sản phẩm được làm từ vật liệu tổng hợp hoặc cao phân tử tự nhiên, được sử dụng để tiếp xúc với đất hoặc đá và / hoặc các vật liệu địa kỹ thuật khác.

Vật liệu địa tổng hợp chủ yếu bao gồm vải địa kỹ thuật, lưới địa, tế bào địa lý, lưới địa kỹ thuật, màng địa, thảm kiểm soát xói mòn, lớp lót đất sét địa tổng hợp và địa tổng hợp . Vải địa kỹ thuật là vật liệu địa tổng hợp được sử dụng rộng rãi nhất .

Việc sử dụng vải địa kỹ thuật được báo cáo đầu tiên có thể được coi là túi nylon chứa đầy cát được sử dụng trong Công trình Delta của Hà Lan vào năm 1956 . Trong 60 năm gần đây, vải địa kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong công trình địa kỹ thuật.

Hiện tại, hơn 1,4 tỷ mét vuông vải địa kỹ thuật được sử dụng mỗi năm và xu hướng này đang gia tăng. Khoảng 98% vải địa kỹ thuật bao gồm các polyme không phân hủy từ họ polyolefin, polyester hoặc polyamide.

Việc sử dụng lâu dài các loại vải địa kỹ thuật, do một số yếu tố môi trường như gió, độ ẩm, ma sát và bức xạ tia cực tím, có thể gây ra sự phân hủy polyme tổng hợp, dẫn đến sự tích tụ của vi nhựa trong môi trường xung quanh.

Ngoài ra, việc ứng dụng vải địa kỹ thuật trong công trình địa kỹ thuật có thể gặp phải các điều kiện môi trường phức tạp [6], chẳng hạn như điều kiện axit-bazơ phức tạp, và khi đó các yêu cầu về hiệu suất của vải địa kỹ thuật sẽ cao hơn 

Vì vậy, vải địa kỹ thuật nên phát triển theo hướng hiệu suất cao và đa chức năng. Với sự phổ biến của khái niệm xanh, vô số học giả đã nghiên cứu khả năng của các loại vải địa kỹ thuật tự nhiên thay thế các loại vải địa kỹ thuật polyme không phân hủy sinh học .

Hiện nay, vải địa kỹ thuật tự nhiên có thể thay thế vải địa kỹ thuật tổng hợp trong 50% tất cả các ứng dụng. Với việc tích hợp cảm biến sợi quang vào vải địa kỹ thuật, vải địa kỹ thuật cũng đang phát triển theo hướng lĩnh vực trí tuệ đa chức năng. 

Khi các loại vải địa kỹ thuật thông minh được áp dụng để gia cố cấu trúc địa kỹ thuật, nó cũng có thể thực hiện giám sát sức khỏe của cấu trúc địa kỹ thuật, để đảm bảo rằng cấu trúc địa kỹ thuật và các vị trí của nó có nguy cơ hỏng hóc và hư hỏng cao có thể được tìm thấy sớm.

Giai đoạn, có lợi cho việc phòng ngừa và bảo trì trước. Với sự phát triển của vật liệu sợi, một số loại vải địa kỹ thuật hiệu suất cao mới đã xuất hiện, bao gồm vải địa kỹ thuật wicking và vải địa kỹ thuật cần kim loại sợi bazan Vải địa kỹ thuật được coi là loại vải tiết kiệm chi phí, bền và dễ sử dụng.

Ngày nay, vải địa kỹ thuật ngày càng phát triển không thể thiếu trong công trình địa kỹ thuật. Bài báo này đánh giá thành phần và chức năng của vải địa kỹ thuật trong công trình địa kỹ thuật.

Ngoài ra, dựa trên các tài liệu bao gồm dữ liệu gần đây nhất, cuộc thảo luận chuyển sang sự phát triển gần đây của vải địa kỹ thuật, với trọng tâm là vải địa kỹ thuật xanh , vải địa kỹ thuật thông minh và vải địa kỹ thuật hiệu suất cao.

Sự phát triển của các loại vải địa kỹ thuật mới này và ứng dụng của chúng trong công trình địa kỹ thuật được xem xét lại. 

Thành phần và chức năng của vải địa kỹ thuật

Vật liệu cơ bản của vải địa kỹ thuật tổng hợp

Việc lựa chọn vật liệu vải địa kỹ thuật phải phù hợp với tình hình thực tế của dự án, không chỉ xem xét các yêu cầu về tính năng của vải địa kỹ thuật trong công trường mà còn phải xem xét đến giá thành sản phẩm. Hiện nay, chất liệu cơ bản của vải địa kỹ thuật chủ yếu là sợi tổng hợp.

Polypropylene (PP) là vật liệu được sử dụng thường xuyên nhất liên quan đến vải địa kỹ thuật, tiếp theo là polyethylene terephthalate (PET) và polyethylene (PE). Hình 1 minh họa các polyme phổ biến nhất được sử dụng làm vải địa kỹ thuật và hình ảnh SEM.

Polypropylene là một trong những loại sợi được sử dụng rộng rãi nhất cho vải địa kỹ thuật vì chi phí thấp, đặc tính kéo chấp nhận được và tính trơ hóa học. Loại sợi này có một lợi thế bổ sung vì mật độ thấp, dẫn đến chi phí trên mỗi khối lượng cực kỳ thấp.

Nhược điểm chính của polypropylene là độ nhạy với tia cực tím kém. Ngoài ra, ở nhiệt độ cao, hiệu suất của nó dễ dàng xấu đi, thể hiện đặc tính kháng trượt kém.

Bảng 1 tóm tắt các thuộc tính Một loại sợi tổng hợp chính khác cho vải địa kỹ thuật là PET. Nó có đặc tính kéo tuyệt vời và kháng trượt tốt.

Các chất phụ gia thường được thêm vào để nâng cao hiệu suất của vải địa kỹ thuật, chẳng hạn như chất chống oxy hóa, Mặc dù sợi polyethylene thường được sử dụng để làm màng chống thấm, nhưng do thiếu nguồn cung cấp Chất ổn định kháng UV amin bị cản trở, chất hấp thụ và chất ổn định tia cực tím, chất ổn định nhiệt lâu dài.

Chức năng của vải địa kỹ thuật

 Vải địa kỹ thuật được sử dụng trong phân cách lớp vật liệu

Chức năng phân tách của vải địa kỹ thuật đề cập đến một loại vải địa kỹ thuật có thể tách hai loại vật liệu với các đặc tính khác nhau, tránh trộn lẫn với nhau và làm mất tính toàn vẹn và tính toàn vẹn cấu trúc của Vật liệu khác nhau.

Trong Hình 2, khi tập hợp đá được đặt trên đất hạt mịn, cả hai cơ chế sẽ xảy ra đồng thời theo thời gian. Một là đất mịn ở lớp dưới cố gắng đi vào khoảng trống của cốt liệu, do đó phá hủy khả năng thoát nước của nó; còn lại là tập hợp ở lớp trên cố gắng xâm nhập vào đất mịn, do đó phá hủy cường độ của cốt liệu. Điều này thường xảy ra mà không cần sử dụng vải địa kỹ thuật

Hình 3 thể hiện sự so sánh của mặt đường có hoặc không có vải địa kỹ thuật. Chức năng ngăn cách của vải địa kỹ thuật có thể ngăn chặn hiệu quả hiệu ứng bơm do động lực học tạo ra. Một số lĩnh vực ứng dụng là :

Giữa lớp nền và nền đá ở những con đường và sân bay không trải nhựa và lát đá

• Giữa lớp nền trong đường sắt

• Giữa bãi chôn lấp và bãi đá trên nền đá Giữa các tấm Màng chống thấm và các lớp thoát nước cát

• Bên dưới các tấm lát vỉa hè Khu vực bên dưới lề đường Bên dưới bãi đậu xe

• Bên dưới các sân thể thao và điền kinh

Vải địa kỹ thuật được sử dụng tách lọc

Trong đất không ổn định bên trong, thấm nước có thể gây ra hiện tượng ngập úng; sự vận chuyển của các hạt mịn theo dòng thấm đi kèm với sự sụp đổ của cấu trúc đất.

Bởi vì vải địa kỹ thuật có tính thấm và độ thoáng khí dương, chúng có thể được đặt trong cấu trúc đất để cho phép chất lỏng trong đất đi qua và thải ra ngoài, đồng thời đóng vai trò bảo tồn đất, có thể ngăn chặn hiệu quả sự thất thoát của các hạt đất, cát mịn.

Và những viên đá nhỏ ở thượng nguồn, ngăn chặn sự phá hủy đất, và tránh hiện tượng ngập úng một cách hiệu quả. Cơ chế được thể hiện trong

Hình 4. Chức năng lọc của vải địa kỹ thuật cũng được sử dụng rộng rãi trong công trình địa kỹ thuật.

Hình 3 thể hiện sự so sánh của mặt đường có hoặc không có vải địa kỹ thuật. Chức năng ngăn cách của vải địa kỹ thuật có thể ngăn chặn hiệu quả hiệu ứng bơm do động lực học tạo ra

.Một số lĩnh vực ứng dụng là

 • Giữa các tấm màng chống thấm và các lớp thoát nước cát

• Bên dưới các tấm lát vỉa hè

• Khu vực bên dưới lề đường Ví dụ, vải địa kỹ thuật được sử dụng để ngăn các hạt đất di chuyển và xâm nhập vào các cốt liệu thoát nước hoặc đường ống thoát nước, đồng thời duy trì hoạt động bình thường của hệ thống thoát nước; để vải địa kỹ thuật dưới lớp bảo vệ riprap và các vật liệu bảo vệ khác trên bờ biển và bãi sông có thể ngăn chặn xói mòn đất và sạt lở bờ sông. 

Vải địa kỹ thuật được sử dụng trong hệ thống thoát nước

Vải địa kỹ thuật có khả năng dẫn nước thuận lợi, được dùng làm kênh thoát nước. Nước trong cấu trúc đất trong các tấm vải địa kỹ thuật có thể được thu gom và thải từ từ dọc theo các tấm vải địa kỹ thuật (Hình 5).

Hiện nay, vải địa kỹ thuật đã được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thoát nước ngầm, thoát nước dưới lớp nền, thoát nước tường chắn và các công trình thoát nước khác (Hình 6).

Vải địa kỹ thuật được sử dụng trong gia cố

Vải địa kỹ thuật được đặt bên trong đất làm vật liệu gia cố, chúng kết hợp với đất để tạo thành đất hỗn hợp gia cường. So với đất không gia cố, cường độ và tính năng biến dạng của đất hỗn hợp gia cố được cải thiện rõ ràng (Hình 7).

Có ba đặc tính cơ học quan trọng của vải địa kỹ thuật được sử dụng để gia cố: Cường độ chịu kéo, Sức kháng thủng và Độ biến dạng. Chức năng gia cố của vải địa kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất trong công trình địa kỹ thuật.

Như trong Hình 8, nó đã được sử dụng rộng rãi trong việc gia cố đường và đường sắt lát đá và không trải nhựa, gia cố tường, gờ, mái dốc và gia cố nền đất yếu 

Ngoài một số ứng dụng chính trên của vải địa kỹ thuật, các chức năng của vải địa kỹ thuật bao gồm rào cản và chống xói mòn. Chức năng chống thấm của vải địa kỹ thuật thường được sử dụng trong chống thấm hồ chứa, chống thấm hầm và chống thấm bãi chôn lấp.

Hiệu quả bảo vệ của vải địa kỹ thuật nói chung là thông qua việc đặt vải địa kỹ thuật, có thể làm giảm sự mất đất do tác động của mưa và nước mặt chảy tràn. Nói chung, vải địa kỹ thuật đóng nhiều hơn hai chức năng cùng một lúc, khi được sử dụng trong kỹ thuật địa kỹ thuật.

Phân tích ứng dụng của vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật đã đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực địa kỹ thuật và thể hiện sự tăng trưởng ổn định trong nhu cầu thị trường toàn cầu. Quy mô thị trường vải địa kỹ thuật toàn cầu ước tính là 4,6 tỷ đô la Mỹ vào năm 2019 và tốc độ tăng trưởng kép hàng năm dự kiến là 11,9%.

Được thúc đẩy bởi Trung Quốc, Ấn Độ và các quốc gia khác, khu vực Châu Á Thái Bình Dương là thị trường vải địa kỹ thuật lớn nhất. Do nhu cầu cao đối với vải địa kỹ thuật trong các dự án phát triển cơ sở hạ tầng hiện đại của đất nước

Trung Quốc chiếm 45,7% thị trường vải địa kỹ thuật Châu Á Thái Bình Dương vào năm 2019. Như thể hiện trong Hình 9, các ứng dụng chính của vải địa kỹ thuật bao gồm xây dựng đường, chống xói mòn và thoát nước các hệ thống.

Với nhu cầu sử dụng vải địa kỹ thuật ngày càng cao, các loại vải địa kỹ thuật cũng được đổi mới. Với sự phát triển của khái niệm xanh, các loại vải địa kỹ thuật làm bằng sợi tự nhiên rất đáng được xem xét.

Vải địa kỹ thuật thông minh cũng là xu hướng phát triển của vải địa kỹ thuật. Hiện nay, việc tích hợp cảm biến sợi quang vào vải địa kỹ thuật có thể làm cho vải địa kỹ thuật có chức năng gia cố, giám sát an toàn kết cấu và cảnh báo sớm.

Sự phát triển mới nhất của vải địa kỹ thuật tự nhiên, vải địa kỹ thuật thông minh và vải địa kỹ thuật hiệu suất cao sẽ được tóm tắt chi tiết dưới đây.

Vải địa kỹ thuật xanh (vải địa kỹ thuật không dệt Secutext Green)

Hầu hết các loại vải địa kỹ thuật được làm từ PP, PET và PE, là những polyme không phân hủy. Trong quá trình sử dụng lâu dài, do các tác nhân từ môi trường bên ngoài như gió, nước, ma sát và bức xạ tia cực tím có thể gây ra hiện tượng xẹp lún các polyme tổng hợp, dẫn đến tích tụ các vi nhựa trong môi trường xung quanh.

Thứ hai, sự phân huỷ của polyme sẽ làm cho các chất phụ gia lọc ra khỏi vải địa kỹ thuật sẽ gây ô nhiễm môi trường. Các đặc tính của vải địa kỹ thuật làm bằng sợi tự nhiên đáp ứng nhu cầu của hầu hết các ứng dụng,đồng thời có chi phí thấp và khả năng phân hủy sinh học.

Do đó, vải địa kỹ thuật tự nhiên có tiềm năng thay thế vải địa kỹ thuật tổng hợp trong khá nhiều ứng dụng của vải địa kỹ thuật.

Chất liệu cơ bản của vải địa kỹ thuật tự nhiên

Có ba loại sợi tự nhiên: Sợi thực vật, sợi động vật và sợi khoáng. Trong số các loại sợi này, sợi thực vật đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho vải địa kỹ thuật tự nhiên vì nguồn gốc phong phú, dễ khai thác, giá thành rẻ và hiệu suất cao.

Chất liệu cơ bản của vải địa kỹ thuật tự nhiên

Các đặc tính của sợi tự nhiên được xác định bởi thành phần và vị trí của các thành phần . Các thành phần chính của sợi tự nhiên là cellulose, hemicellulose, lignin và pectin .

Hàm lượng của từng thành phần trong mỗi loại sợi tự nhiên là khác nhau. Xenluloza, hemixenluloza và lignin là những thành phần cơ bản quyết định tính chất vật lý của sợi.

Xenlulo là thành phần hữu cơ cứng nhất và mạnh nhất trong chất xơ. Hemicellulose có cấu trúc mở, chứa một đội quân các nhóm hydroxyl và acetyl. Do đó, hemicellulose hòa tan một phần trong nước và có tính hút ẩm.

Lignin chủ yếu là polyme đơn vị thơm, phenylpropan. Tuổi thọ sử dụng của vải địa kỹ thuật tự nhiên phụ thuộc vào hàm lượng xenlulo và lignin trong sợi thành phần; hàm lượng càng cao thì độ bền càng cao .

Hình 10 tóm tắt cấu trúc hóa học và tính chất của các thành phần chính trong sợi thực vật.

Hình 10. Cấu trúc hóa học và tính chất của các thành phần chính trong sợi thực vật

Các đặc tính của sợi tự nhiên thay đổi theo các loại khác nhau. Vải địa kỹ thuật tự nhiên thường chọn sợi tự nhiên có tính chất cơ học cao làm nguyên liệu thô. Bảng 2 phác thảo thành phần và các đặc tính của sợi tự nhiên thường được sử dụng để làm vải địa kỹ thuật tự nhiên.

Trong số các loại sợi này, sợi đay và sợi xơ dừa đã trở thành vật liệu nghiên cứu tốt nhất cho vải địa kỹ thuật tự nhiên do tính ưu việt của chúng hiệu suất và một số sản phẩm thương mại có sẵn.

Hiệu suất của vải địa kỹ thuật tự nhiên trong kỹ thuật địa kỹ thuật

Trong những năm gần đây, vải địa kỹ thuật tự nhiên đã được phát triển rất nhiều. Nhiều học giả đã nghiên cứu ứng dụng và hiệu suất của vải địa kỹ thuật tự nhiên trong địa kỹ thuật

Tác giả đã sắp xếp và phân tích ứng dụng của vải địa kỹ thuật tự nhiên trong công trình địa kỹ thuật ở những năm gần đây. Hình 11 mô tả các loại vải địa kỹ thuật tự nhiên phổ biến hiện nay 

Xói mòn đất đề cập đến quá trình đất bị tước đi và di chuyển bởi gió hoặc nước bề mặt do lớp phủ thực vật không đủ hoặc không thích hợp . Suy thoái đất do xói mòn có tác động tiêu cực nghiêm trọng đến tính bền vững của môi trường và năng suất nông nghiệp.

Để ngăn đất tiếp tục suy thoái, vải địa kỹ thuật được sử dụng làm lớp phủ đất để bảo vệ tạm thời cho đất, có thể kiểm soát xói mòn hiệu quả cho đến khi đất được ổn định bởi thảm thực vật. Tác dụng của vải địa kỹ thuật xơ dừa như một biện pháp bảo vệ bờ là tuyệt vời. 

Vải địa kỹ thuật làm bằng sợi tự nhiên có hiệu quả cao trong việc kiểm soát xói mòn . Bảng 3 tóm tắt các loại vải địa kỹ thuật tự nhiên được sử dụng để bảo vệ và tác dụng bảo vệ của nó.

So với vải địa kỹ thuật tổng hợp, vải địa kỹ thuật tự nhiên hiệu quả hơn trong việc kiểm soát xói mòn và có độ bám dính của đất tốt hơn. Quan trọng hơn, do khả năng phân hủy sinh học của vải địa kỹ thuật tự nhiên, có thể tránh được sự tích tụ của vi nhựa trong môi trường.

Hơn nữa, tuổi thọ ngắn và khả năng hút ẩm của vải địa kỹ thuật tự nhiên ít ảnh hưởng đến việc kiểm soát xói mòn. Miễn là thảm thực vật được thiết lập tại chỗ, vải địa kỹ thuật trở nên dư thừa trong việc kiểm soát xói mòn, do đó, tuổi thọ của vải địa kỹ thuật tự nhiên là khoảng hai đến ba năm, điều này ít ảnh hưởng đến việc kiểm soát xói mòn.

Khả năng hút nước và trữ nước của vải địa kỹ thuật tự nhiên được coi là một khía cạnh tích cực. Thứ nhất, khả năng hút nước cao làm giảm sự chảy nước của đất do mưa lớn.

Thứ hai, lượng nước tích trữ có thể thoát ra mặt đất ổn định trong điều kiện thời tiết khô ráo, tạo môi trường lý tưởng cho cây phát triển. Vì vải địa kỹ thuật tổng hợp hầu như không thấm nước, nên người ta cho rằng vải địa kỹ thuật tự nhiên thích hợp cho việc chống xói mòn hơn vải địa kỹ thuật tổng hợp.

Ngoài ra, các sản phẩm phân hủy của vải địa kỹ thuật tự nhiên rất giàu chất dinh dưỡng cho đất, có thể được sử dụng làm phân bón cho thảm thực vật mới.

Vải địa kỹ thuật tự nhiên có độ bền kéo ban đầu cao. Được sử dụng để xây dựng đường, nó có thể được gia cố hiệu quả ở giai đoạn đầu sử dụng đường.

Nghiên cứu khả năng chịu lực của đường địa kỹ thuật có gia cố bằng đay và đường không gia cố cho thấy so với đường không gia cố, khả năng chịu lực của đường có gia cố bằng vải đay và đường không gia cố tăng khoảng 1,5–7 lần.

Do khả năng phân hủy sinh học của sợi tự nhiên, hiệu suất của vải địa kỹ thuật tự nhiên sẽ giảm theo thời gian, dẫn đến việc gia cố sau này bị hỏng khi được sử dụng trong xây dựng đường bộ.

Trong những năm gần đây, các học giả đã phát hiện ra rằng độ bền lâu dài của vải địa kỹ thuật tự nhiên không đặc biệt quan trọng đối với việc tăng cường sự ổn định của lớp dưới đường cao tốc nông thôn. Tại Ấn Độ, ngày càng có nhiều loại vải địa kỹ thuật tự nhiên được sử dụng để tăng cường nâng cấp đường nông thôn.

Điều này là do các loại vải địa kỹ thuật tự nhiên có độ bền kéo ban đầu cao, làm cho lớp nền chịu ứng suất thấp trong thời gian xây dựng và khai thác của đường.

Sau đó, theo thời gian, sự cố kết và nén chặt của lớp đất dưới tác dụng của tải trọng giao thông, do đó khả năng chịu lực được nâng cao. Sau khi lớp vải địa kỹ thuật tự nhiên xuống cấp, khả năng chịu lực của lớp phụ đảm bảo yêu cầu sử dụng. Bảng 4 tóm tắt các loại vải địa kỹ thuật tự nhiên được sử dụng để gia cố và tác dụng của nó.

Vải địa kỹ thuật tự nhiên cũng có thể được sử dụng để lọc hoặc thoát nước trung và ngắn hạn, và các loại sợi tự nhiên có khả năng loại bỏ kim loại nặng.

Abbar và cộng sự.Nghiên cứu ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật lanh đối với các kim loại nặng hòa tan bằng cách sử dụng các bộ lọc chứa đầy cát và vải địa kỹ thuật lanh.

Kết quả chứng minh rằng vải địa kỹ thuật lanh đã cải thiện khả năng của bộ lọc để giữ lại kim loại hòa tan và gắn kim loại nặng (Hình 12). Vì vậy, vải địa kỹ thuật tự nhiên có ưu điểm rõ ràng trong việc lọc các kim loại nặng hòa tan.

Tuy nhiên, tính hút ẩm của sợi thực vật liên quan đến các vấn đề chính là hấp thụ nước và độ giãn nở của sợi. Người ta thấy rằng vải địa kỹ thuật đay, như một phương tiện thoát nước, là khả thi và kinh tế để giải quyết các vấn đề thoát nước gặp phải trong công trình địa kỹ thuật.

Do khả năng hấp thụ nước cao, đường kính lỗ của bộ lọc giảm đáng kể. Trong trường hợp xấu nhất, điều này sẽ dẫn đến việc cắm bộ lọc và mất khả năng thẩm thấu hoàn toàn. Tính hút ẩm và tuổi thọ của vải địa kỹ thuật tự nhiên hạn chế chức năng lọc hoặc thoát nước của vải địa kỹ thuật tự nhiên.

Từ ứng dụng trên của vải địa kỹ thuật tự nhiên, có thể thấy rằng sự phân hủy sinh học sớm của vải địa kỹ thuật tự nhiên là vấn đề cơ bản làm hạn chế chức năng hơn nữa của vải địa kỹ thuật tự nhiên.

Phần lớn các nghiên cứu về vải địa kỹ thuật tự nhiên trong hai thập kỷ qua đã xem xét cách cải thiện độ bền của vải địa kỹ thuật tự nhiên. Bảng 5 trình bày các phương pháp cải thiện hiệu suất của vải địa kỹ thuật tự nhiên trong những năm gần đây.

Hiện tại, các phương pháp chính để tăng cường các đặc tính của vải địa kỹ thuật tự nhiên là thêm một lượng sợi tổng hợp nhất định, hoặc sửa đổi vải địa kỹ thuật tự nhiên về mặt hóa học.

Thêm một lượng sợi tổng hợp nhất định có thể cải thiện các tính chất cơ lý của vải địa kỹ thuật tự nhiên. Các loại vải địa kỹ thuật tổng hợp bằng sợi tự nhiên / polyme này, chẳng hạn như vải địa kỹ thuật đay / PET, vải địa kỹ thuật đay / PP và vải địa kỹ thuật cây tầm ma / axit polylactic, chứng tỏ hiệu suất đầy hứa hẹn trong các thử nghiệm khác nhau.

Điều chỉnh hóa học hoặc sử dụng chất xúc tiến kết dính cũng có thể là những con đường thú vị để cải thiện các đặc tính cơ học tổng thể. La Mantia và cộng sự. đã tóm tắt các phương pháp biến đổi hóa học của sợi tự nhiên:

Xử lý kiềm, axetyl hóa, xử lý bằng axit stearic, benzyl hóa, xử lý TDI, xử lý peroxide, xử lý anhydrit, xử lý pemanganat, xử lý silan , xử lý isocyanate và xử lý huyết tương.

Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các loại vải địa kỹ thuật biến đổi hóa học, chẳng hạn như khả năng chống phân hủy hóa học của vải địa kỹ thuật đay được xử lý bằng cách ester hóa được cải thiện.

Vải địa kỹ thuật thông minh

Cảm biến quang sợi là một loại cảm biến mới dựa trên sợi quang học được phát triển vào giữa những năm 1970. Nó có ưu điểm là cách điện vượt trội, chống nhiễu điện từ mạnh, độ nhạy cao, và dễ dàng nhận ra giám sát từ xa của tín hiệu đo được.

Cảm biến sợi quang được tích hợp vào vải địa kỹ thuật bằng cách sử dụng một số vị trí cố định đan dọc giữa cảm biến và vải. Khi vải địa kỹ thuật được áp dụng để ổn định và gia cố các cấu trúc địa kỹ thuật như đập,đường sắt, kè và mái dốc.

Cảm biến sợi quang có thể cung cấp các chức năng khác cho vải địa kỹ thuật, chẳng hạn như theo dõi sự thay đổi của biến dạng cơ học, nhiệt độ, độ ẩm và áp suất lỗ rỗng để theo dõi tình trạng của các công trình địa kỹ thuật.

Để đảm bảo phát hiện sớm nguy cơ hư hỏng và hỏng hóc cao của các công trình địa kỹ thuật và vị trí của chúng, điều này có lợi cho việc ngăn ngừa hoặc sửa chữa trước. Vì vậy, vải địa kỹ thuật thông minh có triển vọng vượt trội.

Phát triển vải địa kỹ thuật thông minh

Cảm biến sợi quang dựa trên cách tử Fiber Bragg (FBG) là cảm biến đầu tiên được áp dụng cho vải địa kỹ thuật Nguyên lý làm việc và nguyên lý cảm biến của FBG được thể hiện trên hình 13

Tuy nhiên, công nghệ này là công nghệ đo gần như phân tán, chỉ cung cấp thông tin biến dạng dọc theo một số điểm hữu hạn của sợi quang, dẫn đến hệ thống giám sát cảm biến sợi quang dựa trên FBG chỉ có thể đo biến dạng phân bố gần như có độ dài giới hạn.

Không thể đáp ứng nhu cầu giám sát của các công trình kè, đập, đường sắt, mái dốc, và các công trình địa kỹ thuật dài hàng trăm mét khác

Thứ hai, cảm biến FBG sử dụng sợi silica làm môi trường cảm biến và độ căng cuối cùng của sợi quang silica thông thường chỉ khoảng 5%. Giá thành của cảm biến FBG tương đối cao, khoảng hơn 20 đô la Mỹ cho mỗi cảm biến điểm

Do đó, chi phí cao và tính dễ bị tổn thương cũng hạn chế việc sử dụng cảm biến sợi quang này trong các loại vải địa kỹ thuật thông minh 

Để đáp ứng nhu cầu giám sát cấu trúc địa kỹ thuật diện tích lớn, cảm biến sợi quang phân tán ra đời. Tán xạ Brillouin là một loại hiện tượng tán xạ ánh sáng gây ra bằng sự tương tác giữa sóng ánh sáng tới trong sợi và sóng âm đàn hồi trong sợi.

Cảm biến tán xạ Brillouin phân tán bằng sợi quang sử dụng tín hiệu tán xạ ngược của nó để đo các đại lượng vật lý bên ngoài. Vải địa kỹ thuật dựa trên loại cảm biến này (Hình 14), nó không chỉ có thể tăng cường cấu trúc địa kỹ thuật, mà còn đáp ứng nhu cầu giám sát của cấu trúc địa kỹ thuật diện tích lớn. 

Khi xảy ra biến dạng cơ học (biến dạng> 1%) của hai loại vải địa kỹ thuật thông minh trên, cảm biến sợi quang có khả năng bị hỏng, và độ giòn của sợi silica phải được bảo vệ bằng cáp đắt tiền.

Cảm biến sợi quang polyme tích hợp vải địa kỹ thuật (Hình 15) cung cấp một giải pháp cho phép đo phân tán biến dạng cao. Công nghệ máy đo phản xạ miền thời gian quang học POF dựa trên nguyên tắc tăng mức độ ánh sáng tán xạ tại nơi tác động lên POF [107–109].

Liehr và cộng sự. [110] nhận thấy rằng với công nghệ OTDR, có thể đo tới 40% sự phân bố chủng bằng cách sử dụng polymethyl methacrylate POF tiêu chuẩn.

So với các cảm biến nêu trên, POF với độ đàn hồi cao, biến dạng đứt gãy cao và biến dạng đo lường (cao hơn 40%) có nhiều ưu điểm hơn do tích hợp cảm biến trên vải địa kỹ thuật, đặc biệt để theo dõi biến dạng cơ học cao (như độ dốc với nguy cơ trượt lở đất) trong một khu vực nhỏ.

Perfluoropof suy hao thấp có thể mở rộng phạm vi đo đến 500 m. Cảm biến POF có thể được xử lý trực tiếp bằng máy dệt và có thể được nhúng vào quy trình sản xuất cấu trúc vải (vải nhiều trục).

Ngoài vải địa kỹ thuật tích hợp cảm biến sợi quang, các vật liệu tiên tiến khác cũng đang thúc đẩy sự phát triển của vải địa kỹ thuật thông minh, chẳng hạn như lớp phủ graphene.

Graphene có thể cung cấp cho vải địa kỹ thuật các đặc tính tuyệt vời, bao gồm độ dẫn nhiệt tuyệt vời (độ dẫn nhiệt lớn), độ dẫn điện tuyệt vời, độ bền cao (giảm trọng lượng), tính ổn định, tự sửa chữa, tính kỵ nước hiệu suất kháng khuẩn (để ngăn chặn việc cắm bộ lọc), và chức năng cảm biến nhiệt độ / áp suất / độ ẩm (nhiệt độ, thay đổi áp suất và phát hiện vị trí rò rỉ).

Có thể dự đoán rằng các loại vải địa kỹ thuật thông minh hơn sẽ xuất hiện trong tương lai gần và đóng một vai trò lớn hơn trong kỹ thuật địa kỹ thuật.

Ứng dụng của vải địa kỹ thuật thông minh trong nghiên cứu trường hợp-kỹ thuật địa kỹ thuật

Giám sát Kè đường sắt gần Chemnitz

STFI của Đức và Công ty dệt Alpe Adria của Ý đã áp dụng các loại vải địa kỹ thuật tích hợp dựa trên công nghệ POF OTDR cho các tuyến kè đường sắt gần thành phố Kemnes của Đức (Hình 16).

Vải địa kỹ thuật tích hợp sợi quang vẫn còn nguyên vẹn trong quá trình lắp đặt nghiêm ngặt và thường xuyên được thẩm vấn sau khi xây dựng lại kè vào năm 2007 để kiểm tra sự xuất hiện của biến dạng hoặc độ lún của kè có thể do giao thông đường sắt gây ra.

Thí nghiệm hiện trường chứng minh tính khả thi của việc sử dụng vải địa kỹ thuật tích hợp sợi quang để gia cố và giám sát kè đường sắt đồng thời. Ngoài ra, vải cảm biến còn có thể chịu được việc lắp đặt các máy móc hạng nặng trong công trường mà không bị hư hại gì.

Ngoại trừ sự gia tăng suy giảm nhỏ và đồng đều dọc theo sợi quang, không có ảnh hưởng tiêu cực lâu dài nào xảy ra trong vòng 14 tháng kể từ khi lắp đặt.

Thử nghiệm thực địa để đánh giá độ ổn định của mái dốc tại Belchatow ở Ba Lan

Phạm vi của thử nghiệm hiện trường này là để đánh giá khả năng điều tra và quan sát các dốc trượt và trượt lở đất bằng cách sử dụng các loại vải địa kỹ thuật tích hợp sợi quang học.

Sợi được chọn là PMMA POF tiêu chuẩn, được tích hợp trong vải địa kỹ thuật và có thể đo hành vi biến dạng phân bố trên chiều dài 100 m. PMMA POF tiêu chuẩn có thể quan sát độ căng lên đến 40%.

Thông qua việc đánh giá sự thay đổi chiều dài của cáp quang cảm biến, vị trí và vận tốc trượt của vết nứt trượt lở đất đã được xác định. Kết quả cho thấy vận tốc leo dốc của mái dốc là không đổi và vận tốc trung bình là khoảng 2 mm mỗi ngày.

Kết quả thử nghiệm chứng minh khả năng ứng dụng của vải địa kỹ thuật thông minh trong việc theo dõi sức khỏe kết cấu.

Kiểm tra thực địa để đánh giá lợi ích của việc gia cố địa kỹ thuật khi hư hỏng mái dốc tại Zimmersrode

Các cuộc thử nghiệm thực địa được thực hiện tại một địa điểm khai thác cũ ở Zimmersrode [113], nằm cách Kassel, Đức khoảng 50 km về phía nam Các loại vải địa kỹ thuật thông minh mà các cảm biến sợi quang được tích hợp trước tiên trong một loại vải địa kỹ thuật mỏng như sợi dây thừng và sau đó được đặt giữa hai lớp thảm lọc không dệt đã được sử dụng.

Mục đích là để thu thập thông tin có giá trị cũng như hiệu suất của các loại vải địa kỹ thuật thông minh chống lại thời tiết và căng thẳng cơ học. Kết quả thử nghiệm chứng minh vải địa kỹ thuật tích hợp POF cung cấp giải pháp đo lường phân tán độ biến dạng cao và không có ảnh hưởng tiêu cực của độ ẩm lên sợi cảm biến.

Vải địa kỹ thuật hiệu suất cao

Với sự mở rộng ứng dụng của vải địa kỹ thuật và sự phức tạp của môi trường, các loại vải địa kỹ thuật có độ bền cao, đa chức năng và hiệu suất cao đã trở thành hướng phát triển của vải địa kỹ thuật Hiện nay, các phương pháp chính để cải thiện hiệu suất của vải địa kỹ thuật là phụ gia, biến tính hóa học và vải địa kỹ thuật tổng hợp.

Lưới vải địa kỹ thuật thông minh chống xói mòn tại Humberg Đức

Đó là một phương pháp được chia sẻ để sử dụng các chất phụ gia để tạo ra các khuyết tật về hiệu suất của vải địa kỹ thuật, chẳng hạn như chất ổn định và chất chống oxy hóa, nhưng một đội quân các chất phụ gia đang gây ô nhiễm môi trường.

Việc sửa đổi vải địa kỹ thuật cũng là một biện pháp quan trọng để mở rộng lĩnh vực ứng dụng của vải địa kỹ thuật và nâng cao giá trị gia tăng. Vải địa kỹ thuật biến tính có độ bền cao hơn và chống suy thoái.

Ví dụ, ghép chitosan hoặc cysteine cộng hóa trị lên vải địa kỹ thuật PP biến tính acrylic có thể làm cho vải địa kỹ thuật có khả năng thu giữ kim loại nặng trong khi thoát nước hoặc lọc. Vải địa kỹ thuật composite thường được làm bằng hỗn hợp nhiều loại sợi khác nhau, chúng kết hợp các chức năng tốt nhất của các vật liệu khác nhau.

Việc tìm kiếm các loại sợi hiệu suất cao phù hợp luôn là một hướng nghiên cứu quan trọng của các loại vải địa kỹ thuật hiệu suất cao. Độ bền và mô đun của sợi vô cơ như sợi thủy tinh, sợi bazan, và sợi carbon rõ ràng là cao hơn sợi tổng hợp.

Tuy nhiên, do chi phí sản xuất cao nên diện tích lớn của sợi vô cơ trên vải địa kỹ thuật bị hạn chế. Các loại vải địa kỹ thuật tổng hợp sợi thủy tinh, được làm từ sợi thủy tinh và vải không dệt kim sợi ngắn, có các đặc điểm là thấm nước cao, chống lọc tuyệt vời và chống mài mòn Vải địa kỹ thuật sợi bazan có ưu điểm là bảo vệ môi trường và chịu nhiệt độ cao.

Ngoài một số vật liệu sợi ở trên, còn có một đội quân vật liệu sợi, có khả năng được sử dụng làm nguyên liệu vải địa kỹ thuật hiệu suất cao, trong đó loại được mong muốn nhất là sợi nano.

Sợi nano là một trong những vật liệu tiên tiến nhất, có thể dễ dàng thiết kế thành vật liệu hiệu suất cao với hiệu suất độc đáo và có thể nâng cao đáng kể hiệu suất của các loại vải địa kỹ thuật hiện có 

Kết luận

Trong những thập kỷ gần đây, vải địa kỹ thuật đã được sử dụng rộng rãi trong công trình địa kỹ thuật, và nhu cầu thị trường toàn cầu đang tăng lên một cách ổn định.

Vải địa kỹ thuật chủ yếu được cấu tạo từ các polyme dòng polyolefin, polyester hoặc polyamit, và các chất phụ gia thường được thêm vào để nâng cao hiệu suất của vải địa kỹ thuật. Vải địa kỹ thuật có thể được sử dụng cho ít nhất một trong các chức năng sau trong công trình địa kỹ thuật:

Tách, lọc, thoát nước, gia cố, rào cản và chống xói mòn. Vải địa kỹ thuật ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật địa kỹ thuật, nhưng cũng có khá nhiều vấn đề tiềm ẩn:

Một phần của kỹ thuật địa kỹ thuật đặt ra các yêu cầu cao hơn đối với vải địa kỹ thuật, sự xuống cấp của vải địa kỹ thuật trong quá trình ứng dụng và ô nhiễm môi trường tiềm ẩn. Đây là những điều đáng để chúng ta quan tâm.

Dựa trên tổng quan tài liệu và dữ liệu mới nhất, xu hướng phát triển của vải địa kỹ thuật được thảo luận. Vải địa kỹ thuật tự nhiên phù hợp với khái niệm xanh, có lợi cho việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Vải địa kỹ thuật sợi tự nhiên có thành phần chủ yếu là sợi thực vật. Trong một phần các ứng dụng ngắn hạn và trung hạn của địa kỹ thuật, nó có thể thay thế vải địa kỹ thuật truyền thống một cách tự nhiên.

Đặc biệt trong ứng dụng kiểm soát xói mòn, khả năng hút nước và lưu trữ của vải địa kỹ thuật tự nhiên là những mặt tích cực. Độ bền hạn chế ứng dụng của vải địa kỹ thuật sợi tự nhiên.

Sợi xơ tự nhiên chống xói mòn – Vải địa kỹ thuật tự phân hủy

Hiện tại, độ bền của vải địa kỹ thuật tự nhiên có thể được cải thiện hiệu quả bằng cách thêm một số sợi tổng hợp và sửa đổi hóa học. Khi vải địa kỹ thuật thông minh được áp dụng để gia cố cấu trúc địa kỹ thuật, việc theo dõi sức khỏe của cấu trúc địa kỹ thuật có thể được thực hiện để đảm bảo rằng cấu trúc địa kỹ thuật và vị trí của nó có nguy cơ hỏng hóc và hư hỏng cao có thể được tìm thấy trong giai đoạn đầu, có lợi cho việc phòng ngừa và bảo trì trước.

Khả năng giám sát của vải địa kỹ thuật thông minh phụ thuộc vào đặc tính của cảm biến. Hiện tại, cảm biến sợi quang được tích hợp vào vải địa kỹ thuật chủ yếu bao gồm cảm biến sợi quang dựa trên cách tử Fiber Bragg, cảm biến sợi quang dựa trên sự tán xạ Brillouin và cảm biến sợi quang polyme, có những ưu và nhược điểm riêng.

Ngược lại, cảm biến POF có độ đàn hồi cao, độ căng đứt gãy cao và độ biến dạng đo (cao hơn 40%) phù hợp hơn với vải địa kỹ thuật thông minh. Ngoài cảm biến sợi quang, còn có các công nghệ khác, chẳng hạn như công nghệ graphene, có thể làm cho vải địa kỹ thuật trở nên thông minh.

Vải địa kỹ thuật hiệu suất cao luôn là một hướng quan trọng của sự phát triển vải địa kỹ thuật. Hiện tại, chủ yếu là bổ sung các chất phụ gia và sửa đổi vải địa kỹ thuật để bù đắp các khuyết tật về hiệu suất của vải địa kỹ thuật.

Thứ hai, vải địa kỹ thuật với các đặc tính tuyệt vời có thể được làm từ sợi hiệu suất cao, chẳng hạn như sợi thủy tinh hoặc sợi bazan. Trong tương lai, có thể thiết kế các loại vải địa kỹ thuật với các đặc tính độc đáo và tuyệt vời bằng cách áp dụng các sợi nano vào vải địa kỹ thuật

Đóng góp của tác giả:

Khái niệm hóa, HW, TL, CY; Thảo luận và đánh giá tài liệu, HW, CL, MM; Viết-Bản thảo gốc, CY, YZ, YL; Viết- Đánh giá và chỉnh sửa, HW, TL Tất cả các tác giả đã đọc và đồng ý với phiên bản xuất bản của bản thảo. 2016; trang 3–15. 9.

Bhattacharyya, R .; Smets, T.; Fullen, MA; Poesen, J.; Booth, CA Hiệu quả của vải địa kỹ thuật trong việc giảm dòng chảy và mất
đất: Một tổng hợp. Catena 2010, 81, 184–195. [CrossRef] Vải địa kỹ thuật – Một nghiên cứu thực địa. J. Nat. Sợi 2019, 1–18. [CrossRef]

4. Vải địa kỹ thuật Agrawal, BJ: Là ứng dụng cho công trình dân dụng – tổng quan. Trong Kỷ yếu của Hội nghị Quốc gia về Các Xu hướng Gần đây trong Kỹ thuật & Công nghệ, Anand, Ấn Độ, ngày 13–14 tháng 5 năm 2011; trang 1–6.

Kinh phí: Công trình này được hỗ trợ bởi Dự án Phát triển Xã hội của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Thiểm Tây

Lược Dịch – Hưng Phú địa kỹ thuật môi trường.

The post Đánh giá về ứng dụng và đổi mới của vải địa kỹ thuật trong công tác địa kỹ thuật appeared first on HƯNG PHÚ.

TS. Huỳnh Ngọc Hào
Khoa cầu đường, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung

Tóm tắt

Ở nước ta hiện nay, đường cao tốc đang được xây dựng trên quy mô lớn. Tuy nhiên, khi tính toán ổn định đường đắp cao tốc có gia cường vải địa kỹ thuật (VĐKT), người ta thường quan tâm đến thông số cường độ của vải mà chưa có quan tâm nhiều đến độ cứng của VĐKT.

Trong bài viết này, tác giả trình bày về độ cứng của vải địa kỹ thuật (VẢI ĐỊA KỸ THUẬT), cách xác định độ cứng thông qua cường độ của vải địa với mô đun đàn hồi đất nền và các kết quả phân tích phần tử hữu hạn trên phần mềm ứng dụng.

Hệ thống giao thông đường bộ trong cả nước ngày càng phát triển và hoàn thiện, đòi hỏi ngành giao thông cần có nhiều nghiên cứu sâu rộng đến lĩnh vực này một cách hiệu quả nhằm tăng cường tính an toàn ổn định, bền trong sử dụng, và hiệu quả về mặt kinh tế, giảm giá thành xây dựng công trình.

Trong đó công trình đường cao tốc hiện nay đang được xây dựng khắp cả nước với quy mô lớn đang được nhà nước và các nhà đầu tư đặc biệt quan tâm.

• Mời bạn tham khảo 10 báo giá vải địa kỹ thuật thông dụng nhất thị trường Việt Nam hiện nay: Theo link
  • https://diakythuatvietnam.com/bao-gia-vai-dia-ky-thuat-khong-det-nam-2019.html
• Hoặc bạn có thể tham khảo thêm 04 báo giá vải địa kỹ thuật thuộc 04 thương hiệu được
  • https://diakythuatvietnam.com/4-bao-gia-vai-dia-ky-thuat-2021.html

Các đường cao tốc đang xây dựng hiện nay có khối lượng thi công rất lớn, như cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi có cao độ chiều cao đắp có đoạn trên 12m, với bề rộng mặt đường đến 25m; bề rộng đáy đường đắp lên đến 50m chưa kể phần bệ phản áp hai bên.

Trong cao tốc này, thiết kế có sử dụng loại vật liệu mềm – vải địa kỹ thuật cường độ cao (T = 400 kN/m) để gia cường nền đắp, có đoạn dùng đến 5 lớp, dài 55m, đặt cách nhau 1,2m trong nền đắp.

Abstract

In our country today, highways are being built on a large scale. However, when calculating the stabilization of embankment with geotextile reinforcement, people are likely to be interested in the strength parameters of geotextile rather than pay attention to its stiffness. In this paper, the author presents the stiffness of geotextile, how to determine the stiffness of geotextile through intensity with elastic modulus of soil and the results of finite element analysis on the application software.

Thông thường, trong tính toán thiết kế người ta quan tâm đến cường độ VĐKT (Tmax) mà chưa có quan tâm nhiều đến độ cứng của vải địa kỹ thuật (EAg). Phần sau đây, bài viết này trình bày cách xác định độ cứng của VĐKT và các kết quả phân tích sự ảnh hưởng của độ cứng VĐKT đến hệ số an toàn ổn định nền đường đắp:

Độ cứng (Stiffness) của VĐKT được hiểu như sau:

Một cách khái niệm độ cứng của vải địa kỹ thuật, là độ cứng uốn: là một thước đo của sự tương tác giữa khối VĐKT và độ cứng uốn của nó, được thể hiện thông qua cách mà VĐKT bị uốn cong dưới trọng lượng bản thân; phương pháp thí nghiệm là ASTM D1388.

Độ cứng uốn còn được gọi là độ cứng linh hoạt. Phương pháp này lấy một mẫu VĐKT rộng 25 mm và trải theo chiều dọc trên các biên của một bề mặt ngang.

Chiều dài của phần lồi ra được đo khi đầu của tấm VĐKT uốn cong dưới trọng lượng bản thân và chỉ cần chạm vào một mặt phẳng nghiêng tạo thành một góc 41,5 ° so với bề mặt ngang.

Một nửa chiều dài này là chiều dài uốn của mẫu vật. Lập phương của số lượng này nhân với khối lượng trên đơn vị diện tích của VĐKT chính là độ cứng uốn của nó, đơn vị mg – cm.

Trong phạm vi bài viết này, độ cứng không sử dụng theo khái niệm độ cứng uốn, ở đây khái niệm độ cứng được hiểu là: (EAg /L) là độ cứng đơn vị của phần tử thanh chịu lực dọc trục, mô hình hóa phần tử VĐKT trong bài toán phần tử hữu hạn.

Và như vậy EAg được gọi là độ cứng của phần tử VĐKT. Trong đó A là diện tích tiết diện VĐKT xác định theo chiều dày vải. (EAg – đơn vị tính kN); E là mô đun đàn hồi của VĐKT hiểu như sau: Mô đun đàn hồi (Modulus of elasticity): là độ dốc đoạn đầu của đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng VĐKT.

Tùy theo phương pháp chế tạo khác nhau, độ dốc của mỗi loại vải địa sẽ khác nhau.Một số khái niệm mô đun ở các giai đoạn quan hệ ứng suất – biến dạng khác nhau của VĐKT như sau:

Mô đun tiếp tuyến ban đầu (Initial tangent modulus): Mô đun này đơn giản đối với nhiều loại VĐKT dệt theo cả chiều dọc, chiều ngang và kể cả đối với loại VĐKT không dệt, chế tạo phương pháp nhiệt hóa.

Ở đây, độ dốc ban đầu là xấp xỉ tuyến tính (giống như trong thí nghiệm đất thông thường) và sẽ cho một giá trị mô đun khá chính xác. Mô đun tiếp tuyến trục tung dời ngang (Offset tangent modulus):

Khái niệm này thường được sử dụng khi độ dốc ban đầu của đường cong là rất thấp và điển hình là loại VĐKT không dệt khâu lỗ kim. Mô đun cát tuyến (Secant modulus): ví dụ một mô đun cát tuyến cong ở mức 10%, ở đây người ta vẽ một đường từ gốc của trục đến đường cong định ở mức 10% và đo độ dốc của nó từ gốc trục không kể đường cong đến điểm này, gọi đó là độ dốc 10% và xác định được mô đun cát tuyến ES10. 

Để đảm bảo VĐKT cùng tham gia chịu tải hay VĐKT huy động hết khả năng chịu lực thì đất nền và vải địa kỹ thuật phải phá hoại tại cùng mức biến dạng. Từ biểu thức (1) có thể nhận thấy mức biến dạng để đạt tới trạng thái phá hoại càng nhỏ khi độ cứng EAg của VĐKT càng lớn.

Biến dạng của đất nền khi phá hoại tại vị trí cần xem xét để so sánh với biến dạng giới hạn của VĐKT phụ thuộc vào mô đun đàn hồi và hệ số Poisson của đất nền. Khi phá hoại, quan hệ giữa các thành phần ứng suất trong đất là:

Một số kết quả phân tích PTHH cho thấy sự ảnh hưởng của độ cứng VĐKT

– EAg(15)đến hệ số an toàn ổn định (Fs) đối với loại đất thông thường:

Ảnh hưởng độ cứng của vải địa kỹ thuật EAg kể đến cường độ Tmax(=12; 14; 16 kN/m) của VĐKT đến Fs

Ảnh hưởng độ cứng của vải địa kỹ thuật EAg kể đến cường độ Tmax của VĐKT và mô đun đàn hồi đất (Es) đến Fs

Bảng 5: Ảnh hưởng độ cứng (EAg), cường độTmax = 500 ÷ 900 kN/m VĐKT và mô đun đàn hồi của đất Es đến an toàn ổn định Fs =1.2 

2.3. Biểu đồ quan hệ ảnh hưởng của độ cứng của vải địa kỹ thuật (EAg), cường độ (Tmax) VĐKT và mô đun đàn hồi của đất (Es) đến an toàn ổn định (Fs=1,2)

KẾT LUẬN

Từ các kết quả phân tích trên cho thấy độ cứng của vải địa kỹ thuật (EAg) gia cường trong nền đắp có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số an toàn ổn định (Fs). Biểu thức (15) đề xuất tính toán Độ cứng của vải địa kỹ thuật, không những có liên quan đến cường độ của VĐKT mà còn có ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi đất đắp.

Với mỗi loại vải địa kỹ thuật dệt hay không dệt có cường độ (Tmax) được gia cường trong nền đất có mô đun đàn hồi (Es) bao nhiêu thì cần có giá trị độ cứng (EAg) VĐKT tương ứng mới phát huy hiệu quả làm việc, đảm bảo an toàn và kinh tế.

Việc nghiên cứu độ cứng VĐKT trong đường cao tốc có gia cường vải địa kỹ thuật sẽ hoàn thiện tính toán đối với loại bài toán này đồng thời kiểm soát kỹ thuật, sử dụng hiệu quả vật liệu, giảm giá thành xây dựng công trình. 

The post Độ cứng vải địa kỹ thuật cường độ cao ảnh hưởng đến hệ số an toàn ổn định nền đường đắp cao tốc appeared first on HƯNG PHÚ.

Numerical modelling of abutment approach road embankment treated by deep cement mixing column combined with geotextile

Nguyễn Tấn Nguyên
Trung tâm TVGS, Tổng công ty TVTK GTVT (TEDI)

Tóm tắt

Gia cố nền bằng Cọc đất gia cố xi măng (XMĐ) kết hợp vải Địa Kỹ Thuật (ĐKT) (hệ GRPS) hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi cho đường dẫn vào cầu vì: Chi phí rẻ hơn so với phương án sàn giảm tải, thời gian thi công nhanh hơn so với các phương pháp khác như giếng cát, bấc thấm.

Để xây dựng mô hình cho nền đường dẫn vào cầu bằng phương pháp PTHH (Phần Tử Hữu Hạn), các tài liệu thường chỉ mới mô phỏng mặt cắt ngang điển hình tại vị trí bất lợi (đắp cao tại mố). Rất ít tài liệu mô hình theo phương dọc cầu để mô phỏng nền đường và mố cầu làm việc đồng thời.

Vì vậy, bài báo này sẽ nghiên cứu vấn đề trên. Nội dung trình bày: (1) xây dựng mô hình đường dẫn theo phương dọc cầu bằng phương pháp PTHH, (2) kiểm chứng xây dựng mô hình, (3) ứng dụng vào công trình cầu IC3 – TP. Cần Thơ để so sánh hiệu quả của phương pháp hệ cọc đất gia cố xi măng với phương pháp đã được sử dụng trước đó là giếng cát kết hợp gia tải.

Từ khóa: Hệ GRPS, cọc đất gia cố xi măng, đường dẫn vào cầu, gia cố địa kỹ thuật.

Chỉ số phân loại: 2.4

Abstract:

The deep cement mixing column combined with geotextile method (GRPS system) is now widely using to improve abutment approach road embankment due to lower cost than pile slab method, and faster construction time more than sand drain or PVD method.

To simulate calculation model by FEM for abutment approach road, some studies normally build calculation model by the typical section of embankment at unfavourable position (at abutment).

There is a little document build model follow longitudinal to analysis work together between abutment and road embankment.Therefor, this paper will study above matters, the content includes: (1) how to build a FE model for abutment appoach road embankment, (2) verification of model, (3) applying the selected model for IC3 bridge to compare effect of the above treatment method with the sand drain method.
Keywords: GRPS system, deep cement mixing column, abutment approach road embankment, geosynthetic reinforcement.

Classification number: 2.4

Giới thiệu

Khi xây dựng các công trình cầu đường đi qua khu vực đất yếu, tại vị trí tiếp giáp giữa cầu và đường thường xảy ra hai vấn đề:

Chênh lệch độ lún tại vị trí tiếp giáp đường và mố cầu do mố cầu được tựa trên hệ cọc nên có độ lún nhỏ, trong khi đó nền đường không được xử lý sẽ có độ lún lớn (hình 1).

Vì vậy, phải thường xuyên vuốt nối êm thuận, đảm bảo an toàn giao thông. Hiện tượng này thực tế xảy ra tại mố A1 đầu cầu Gò Dưa, đường Phạm  Văn Đồng sau hai năm đưa vào sử dụng.

Nền đường dẫn vào cầu chưa được xử lý có độ lún lớn, gây ra áp lực ngang cho các lớp đất bên dưới và gây ra chuyển vị ngang cọc mố cầu (hình 2). Chuyển vị ngang này phát triển lớn dần có thể gây phá hoại cọc, làm sụp đổ mố cầu. Hiện tượng này đã xảy ra ở cầu Kỳ Hà, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh.

Để giải quyết vấn đề trên, phương pháp hiện nay hay được sử dụng là hệ cọc đất gia cố xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật (hệ GRPS) vì: chi phí xây dựng rẻ hơn so với phương pháp sàn giảm tải, thời gian thi công nhanh hơn so với các phương truyền thống: cọc cát, bấc thấm.

Một số nghiên cứu về hệ GRPS cho thấy rằng cơ chế truyền lực trong hệ đó là sự kết hợp giữa hiệu ứng vòm, hiệu ứng màng của vải địa kỹ thuật và sự tập trung ứng suất lên đầu cọc [1-2].

Tuy nhiên, mô hình trên chỉ mới xây dựng cho nền đường thông thường bằng cách mô phỏng mặt cắt ngang điển hình tại vị trí đắp cao bất lợi. Rất ít tài liệu xây dựng mô hình theo phương dọc cầu để mô phỏng nền đường và mố cầu làm việc đồng thời.

Vì vậy, bài báo này sẽ nghiên cứu các vấn đề trên, nội dung trình bày: (1) xây dựng nền đường dẫn theo phương dọc cầu bằng phương pháp PTHH, (2) kiểm chứng mô hình, (3) áp dụng mô hình đã chọn vào cầu IC3 để từ đó so sánh hiệu quả của phương pháp gia cố bằng hệ cọc đất gia cố xi măng với phương pháp đã sử dụng là giếng cát kết hợp gia tải.

Mô hình hóa đường dẫn vào cầu

Chuyển đổi bài toán từ 3D về 2D

Vì bài toán không gian 3D có số lượng phần tử lớn, nhiều số ẩn nên tác giả chuyển bài toán 3D về bài toán biến dạng phẳng 2D. Cọc xi măng đất (XMĐ): Hàng cọc đất gia cố xi măng theo phương ngang được quy đổi theo phương pháp của Huang [3]. Theo đó hàng cọc tròn XMĐ được quy về dạng tường cọc có chiều dày bằng đường kính cọc, mođun đàn hồi tương đương tính theo công thức:

Aw: diện tích tường cọc tương đương; Ap: diện tích cọc đất gia cố xi măng; Es, Ep: mô đun đàn hồi của đất, cọc; Eeq: mô đun đàn hồi của tường cọc; S: khoảng cách cọc. Cọc khoan nhồi mố cầu: Hàng cọc khoan nhồi cũng được quy về tường cọc.

Tại vị trí mố cầu đắp cao nên gây ra mô men uốn tác dụng lên cọc khoan nhồi, nên phần tử tấm (plate) được sử dụng để mô phỏng, các thông số về độ cứng EA và độ cứng chống uốn EI xác định theo phương pháp Randolph [4]:

Iw: Mô men chống uốn của tường cọc; Ip: mô men chống uốn của cọc mố; Is: mô men chống uốn của phần đất nền.

 Kích thước mô hình tính toán và mật độ lưới PTHH Kích thước mô hình:

Được xác định bằng cách xét hàm hội tụ độ lún tại điểm gần biên khi cho kích thước biên thay đổi.
Lưới PTHH: Được xác định bằng cách xét hàm hội tụ độ lún lớn nhất nền đường khi cho mật độ lưới PTHH thay đổi.

Mô hình vật liệu Các lớp đất: Lớp đất sét áp dụng theo mô hình Modified Cam Clay,

Vì mô hình này xây dựng trên cơ sở lý thuyết trạng thái tới hạn, ứng xử phi tuyến thông qua quy luật tăng bền, phù hợp với ứng xử của lớp đất sét. Lớp cát đắp nền đường và lớp đất chịu lực được áp dụng theo mô hình Morh – Coulomb.

Vải địa kỹ thuật: Áp dụng theo mô hình đàn hồi tuyến tính. Thông số đầu vào chỉ có độ cứng EA, chỉ chịu kéo, không chịu nén. Mố cầu và cọc khoan nhồi: Áp dụng theo mô hình đàn hồi tuyến tính và sẽ kiểm chứng ở mục 3. Cọc đất gia cố xi măng: mô hình Morh – Coulomb được áp dụng và sẽ kiểm chứng ở mục 3.

Kiểm chứng, lựa chọn mô hình:

 Mố cầu: Mô phỏng 2D cho mố cầu được tham khảo theo tài liệu [5].

Tác giả dùng PLAXIS 2D để mô phỏng lại nền đường dẫn vào cầu Brookdale Avenue.

Kết quả hình 3 cho thấy độ lún tính toán của bài báo gần sát với số liệu trong tài liệu [5]. Sở dĩ có sai số là vì lưới PTHH sử dụng trong bài báo là dạng mịn (số lượng phần tử 486, kích thước phần tử 3.46), còn trong tài liệu [5] không thể hiện rõ.

Từ đó, mô phỏng 2D áp dụng cho mố cầu là dạng phần tử phẳng 15 nút, mô hình là đàn hồi tuyến tính.

Cọc đất gia cố xi măng và cọc khoan nhồi

Mô phỏng 2D cho cọc khoan nhồi và cọc XMĐ được tham khảo theo tài liệu [6]. Tác giả dùng PLAXIS 2D để mô phỏng lại nền đường dẫn vào cầu Trần Thị Lý – Đà Nẵng. 

Kết quả hình 4 cho thấy độ lún của bài báo gần sát với kết quả trong tài liệu [6]. Từ đó, mô phỏng 2D cho cọc khoan nhồi là dạng phần tử tấm, cọc XMĐ là dạng phần tử phẳng 15 nút, mô hình là Morh – Coulomb 4. Áp dụng cho cầu vượt IC3 4.1.

Hiện trạng vị trí đường dẫn Cầu vượt IC3-TP.Cần Thơ nằm trên QL1A, là cửa ngỏ về các tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu (hình 5). Đường dẫn vào cầu dài L = 60m, chiều cao đắp tại mố Hđắp = 3m. Mố cầu BTCT M350, cọc khoan nhồi ∅1000, chiều dày lớp đất yếu D1 = 25m. Cọc XMĐ đường kính ∅800. 

Thông số vật liệu

Kích thước mô hình, lưới PTHH

Biên trái: Kết quả hình 6 cho thấy khi biên trái thay đổi thì độ lún tại vị trí đầu đường dẫn hội tụ dần về ∆S=168mm. Nên biên trái mô hình được chọn là Lt=30m.

Biên phải: Hình 7 cho thấy độ lún tại mép trên bệ mố hội tụ dần về ∆S = 131mm. Nên biên phải mô hình được chọn là Lp = 20m. 

Chiều sâu mô hình: Hình 8 cho thấy độ lún của mũi cọc khoan nhồi hội tụ dần về ∆S = 126mm. Nên chiều sâu mô hình được chọn là D2 = 14m.

Chọn lưới PTHH: Kết quả hình 9 cho thấy khi mật độ lưới PTHH (phần tử hữu hạn) thay đổi thì độ lún lớn nhất của nền đường hội tụ về giá trị S=1590mm. Từ đó, mật độ lưới PTHH dạng mịn được chọn.

Từ kết quả phân tích trên, biên mô hình được chọn lần lượt là: Lt = 30m, Lp = 20m, D2 = 14m. Mật độ lưới PTHH là dạng mịn được chọn. Mô hình hoàn chỉnh cho nền đường dẫn vào cầu IC3 như hình 10.

Tải trọng kết cấu phần trên cầu được quy đổi về lực tập trung F = 311.98kN đặt tại gối cầu. Cọc XMĐ được bố trí theo 3 vùng: AB (2.4≤H≤3) là a=1.8m, BC (1.8≤H≤2.4) là a=2.0m, CD (H≤1.8) là a=2.2m.

Sức chịu tải của nền đường

Sức chịu tải của cọc XMĐ: Ứng suất lớn nhất tác dụng lên cọc đất gia cố xi măng tính được là

δyy = 723.28kN/m2, nên cọc XMĐ(Xi Măng Đất) chịu tải trọng lớn nhất là Qcol = Ap*δyy = 363.37kN

Sức chịu tải theo đất nền của cọc XMĐ được xác định theo công thức của Bergado: Qultsoil  (dLcol  2.25d 2)Cusoil (3) d, Lcol: Đường kính, chiều dài cọc XMĐ; Es, Ep: Mô đun đàn hồi của đất, cọc; Cusoil:

Sức kháng cắt của đất nền. Kết quả tính được Qultsoil = 988.28kN, lấy hệ số an toàn Fs = 2.5 theo Bergado  Qultsoil/Fs = 395.31kN > Qcol = 363.37kN, vì vậy cọc XMĐ đảm bảo điều kiện chịu lực. Khả năng chịu lực của lớp đất bên dưới:

Ứng suất lớn nhất gây ra cho lớp đất bên dưới đầu cọc XMĐ là yy = 356.75 kN/m2. Sức chịu tải của lớp đất bên dưới khối móng được tính theo công thức của Terzaghi:

N’γ, N’q, N’c: Hệ số phụ thuộc vào góc nội ma sát  của lớp đất bên dưới khối móng; B, H: Bề rộng, chiều sâu khối nền gia cố Kết quả tính được Rđn=18439 kN/m2, lấy hệ số Fs=2.5Rđn/Fs =7375>yy = 356.75kN/m2 nên lớp đất bên dưới đạt yêu cầu chịu lực.

Độ lún nền đường sau khi gia cố

Độ lún lớn nhất tính toán được là ∆S=18.8cm ≤ [∆S]= 20cm (thỏa mãn yêu cầu quy trình 22TCN 262-2000).

4. So sánh hiệu quả của phương pháp gia cố nền bằng hệ cọc đất gia cố xi măng với phương pháp giếng cát đã xử dụng trước đó

Cầu vượt IC3 đã được thi công và khánh thành vào tháng 9 năm 2013. Theo thiết kế thì nền đường dẫn vào cầu được gia cố bằng giếng cát ∅400 kết hợp với đắp gia tải cao H = 3.8m trong vòng 3 tháng.

So sánh về mặt kỹ thuật: với cách bố trí cọc XMĐ cho thấy rằng độ lún khi gia cố bằng hệ cọc XMĐ là tương đương với phương pháp giếng cát, và đều thỏa mãn S≤ 20cm (22TCN262-2000).

So sánh về mặt kinh tế: để tính chi phí gia cố nền bằng cọc đất gia cố xi măng, tác giả dùng đơn giá của công trình tương tự, còn đơn giá gia cố nền bằng giếng cát đã có sẵn trong dự toán của dự án IC3. Từ bảng 2 cho thấy: phương án cọc đất gia cố xi măng có chi phí xây dựng lớn hơn 0.5% so với phương án giếng cát.

Tuy nhiên, xét về tổng thể thì phương án cọc XMĐ kinh tế hơn vì: có thể thi công đắp nền ngay sau khi thi công cọc XMĐ, trong khi đó phương án giếng cát phải đợi 3 tháng cho nền đường cố kết nên tăng thêm chi phí quản lý.

Kết luận Mô hình hóa cọc đất gia cố xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật 

(1) Bằng tính toán và kiểm chứng kết quả, tác giả giới thiệu cách thức xây dựng mô hình nền đường dẫn vào cầu bằng phương pháp PTHH, theo đó:
+ Mố cầu được mô phỏng 2D bằng phần tử phẳng 15 nút với mô hình đàn hồi tuyến tính. Cọc mố cầu được mô phỏng bằng phần tử tấm (plate), mô hình đàn hồi tuyến tính. Cọc XMĐ được mô phỏng bằng phần tử phẳng 15 nút với mô hình Mohr – Coulomb.

+ Kích thước mô hình bài toán được xác định bằng cách xét hàm hội tụ độ lún của điểm gần biên. Khi áp dụng cho công trình cầu vượt IC3 thì các kích thước được xác định lần lượt là: biên trái Lt = 30m, biên phải Lp = 20m, chiều sâu mô hình là D2 = 14m.

+ Mật độ lưới PTHH cũng được xác định bằng cách xét hàm hội tụ độ lún lớn nhất nền đường. Khi áp dụng cho công trình cầu vượt IC3 thì mật độ lưới PTHH là dạng mịn (fine) được lựa chọn. (2) So sánh hiệu quả giữa  phương pháp gia cố nền bằng hệ cọc XMĐ với phương pháp giếng cát trong điều kiện đường dẫn vào cầu IC3, cho thấy những vấn đề sau:

+ Về mặt kỹ thuật: độ lún của hai phương pháp là tương đương đương nhau và đều thỏa mãn S ≤ 20cm (22TCN262-2000).

+ Về mặt kinh tế: Phương pháp cọc XMĐ có hiệu quả kinh tế cao hơn so với phương pháp giếng cát vì: (1) chi phí xây dựng không chênh lệch nhiều so với phương pháp giếng cát kết hợp, (2) đẩy nhanh tiến độ thi công, có thể thi công đắp nền ngay sau khi thi công xong cọc XMĐ mà không cần đợi nền cố kết. Nên đây cũng là một gợi ý tham khảo để áp dụng cho các công trình tương tự

The post Mô hình hóa nền đường dẫn vào cầu gia cố bằng hệ cọc xi măng đất kết hợp với vải địa kỹ thuật appeared first on HƯNG PHÚ.

RESEARCH ON THE METHOD OF SOFT SOIL IMPROVEMENT FOR ROAD EMBANKMENT WITH CEMENT AND GEOTEXTILE

PGS. TS. Võ Phán và KS. Nguyễn Tấn Thành
Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM

Giới thiệu giải pháp gia cố đất bằng xi măng

Nội dung bài báo nghiên cứu khả năng cải tạo đất yếu khu vực tỉnh Trà Vinh bằng xi măng có gia cường vải địa kỹ thuật để đắp đường. Bằng thí nghiệm cắt trực tiếp và nén một trục nở hông với các hàm lượng xi măng thích hợp. Xi măng sử dụng loại PCB40, các hàm lượng xi măng được xét đến: 6%, 8%, 10%. Ứng dụng của hỗn hợp vật liệu này vào đắp đường có gia cường vải địa kỹ thuật tại Khu kinh tế Định An – Huyện Duyên Hải – Trà Vinh.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu phát triển về cơ sở hạ tầng rất lớn và cấp thiết. Phần lớn các công trình được xây  dựng trên nền đất hình thành một cách tự nhiên trong những môi trường khác nhau.

Do nền đất tự nhiên một số khu vực chưa đáp ứng được yêu cầu chịu tải, biến dạng lún và ổn định của các công trình nhưng việc thay thế đất yếu đó bằng loại đất thích hợp thì lại rất tốn kém.

Vì vậy, để tiết kiệm chi phí, các giải pháp gia cường cho đất tự nhiên cần được quan tâm. Tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, các công trình giao thông đường bộ đều được đắp bằng đất địa phương, do không đủ thời gian cố kết nên rất dễ bị trượt, lở do tải trọng bản thân, mưa lũ.

Do đó, gia cố xi măng kết hợp vải địa kỹ để đắp đường nhằm tăng cường độ của đất và tăng tính ổn định của nền đường; đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thực hiện các thí nghiệm trong phòng: nén đơn, cắt trực tiếp với các hàm lượng xi măng: 6%, 8%, 10%, và đất. Sử dụng xi măng Pooclăng đa dụng Holcim PCB40. Tính toán và mô phỏng: Sử dụng phần mềm Geo Slope/W và Plaxis để tính toán ổn định nền đường.

THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

Nguyên vật liệu dùng trong thí nghiệm

Đất dùng trong thí nghiệm

Đất dùng cho thí nghiệm thuộc khu vực huyện Duyên Hải – tỉnh Trà Vinh với các thông số cơ lý như sau:

Bảng 1. Các thông số cơ lý của đất yếu xác định trong phòng thí nghiệm.3.1.2. Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp

Bảng 2. Bảng tổng hợp của hỗn hợp đất – xi măng.

Thí nghiệm nén đơn (ASTM D2166)

Kết quả thí nghiệm nén đơn
Bảng 3. Bảng tổng hợp của hỗn hợp đất – xi măng.

ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP SAU KHI GIA CỐ XI MĂNG KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Số liệu địa chất

Tính toán ổn định cho công trình đắp bằng đất tự nhiên

 Phân tích bằng phần mềm SLOPE/W
Phần mềm sử dụng để tính toán là Geo Studio 2007 – Slope/W. Hệ số ổn định cho phép [FS] = 1,4.

Gia cố đất bằng xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật

Mô hình bài toán đắp bằng đất sau khi gia cố xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật trong Geo Slope.

Mô hình bài toán đắp bằng đất sau khi gia cố xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật trong Geo Slope

Phân tích bằng phần mềm Plaxis 8.5 Nhằm tìm ra chiều cao đắp tối đa, chịu được tải trọng xe 19 kN/m2 mà không bị trượt nếu sử dụng đất gia cường xi măng 10%. Sử dụng phương pháp phân tích Plastic Analysic và Phi/c reduction. [FS] = 1,4

Gia cố đất bằng xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật

Mô hình Plaxis khi đắp bằng đất gia cường xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật 

Kết quả Plaxis khi đắp bằng đất gia cường xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận giải pháp gia cố đất bằng xi măng

Như vậy, bằng các thí nghiệm trong phòng và thử nghiệm trên mô hình, có thể rút ra một số kết luận về đất yếu khu vực huyện Duyên Hải – tỉnh Trà Vinh khi gia cường với xi măng, như sau:

1. Hàm lượng xi măng 10% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng sức kháng cắt cao nhất: C tăng 1.795 % ( từ 5,5 kPa lên 98,779 kPa), φ tăng 526% (từ 4058’lên 24011’).

2. Hàm lượng xi măng 10% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng sức kháng nén đơn qu cao nhất: 501 % (từ 169,3 kN/m2 lên 849,2 kN/m2).

3. Hàm lượng xi măng 10% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng module E50 nhiều nhất: 963 % (từ 12,7 kPa lên 122,36 kPa).

4. Sau khi đắp đường tường lớp với các lớp đất trộn xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật thì nền đường đắp ổn định.

Kiến nghị

Trong quá trình nghiên cứu, có một số vấn đề cần lưu ý khi áp dụng thi công thực tế:
1. Độ ẩm đầm chặt tốt nhất khi thi công.

2. Hệ số an toàn là 1.42 với các điều kiện thí nghiệm trong phòng là lý tưởng Nhưng ngoài thực tế công trình còn ảnh hưởng nhiều yếu tố môi trường, điều kiện thi công,… Vì thế chỉ nên đắp tối đa là 2,5 m cho công trình áp dụng loại vật liệu này thì mới đảm bảo tính ổn định cho nền đắp đường.

3. Các kết quả trong nghiên cứu chỉ nên được sử dụng ở vùng Duyên Hải – Trà Vinh hoặc các vùng địa chất tương tự.

The post Giải pháp gia cố đất bằng xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật để đắp đường appeared first on HƯNG PHÚ.

Research on reinforcement by earth cement pillars combined geotechnical facilities under the causeway
Bùi Hữu Hiệp
Giảng viên Trường Đại học Tiền Giang, Tiền Giang, Việt Nam – buihuuhiep@tgu.edu.vn

Tóm tắt — Nội dung bài báo nghiên cứu sự phân bố ứng suất trong nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật dưới nền đường đắp cao khu vực huyện Cai Lậy – tỉnh Tiền Giang.

Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D, số liệu về các tính chất của đất tự nhiên, một hố khoan sâu 26m được khoan khảo sát tại xã Thạnh Lộc -huyện Cai Lậy – tỉnh Tiền Giang. Nâng cao hiệu quả gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng phù hợp với các điều kiện địa chất cụ thể.

Abstract — The content of the article studies the distribution of stress in the soft ground reinforced by cement earth pillars combined with geotextiles under the causeway in the area of Cai Lay district – Tien Giang province.

Simulated by Plaxis 2D software, data on the properties of natural soil, a 26m deep borehole was drilled and surveyed in Thanh Loc commune – Cai Lay district – Tien Giang province. Improve the effectiveness of reinforcing soft ground with cement soil pillars suitable for specific geological conditions.

Từ khóa — Ứng suất, đất trộn xi măng, stress, soil-cement columns, Plaxis 2D.

Đặt vấn đề 

Việc xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như giảm hệ số rỗng, giảm nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mô đun biến dạng, tăng cường chống cắt của đất,… đảm bảo điều kiện khai thác bình thường của công trình.

Các biện pháp gia cường thường được áp dụng như: vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, đất trộn vôi, đất trộn xi măng, silicat hóa. Trong trường hợp này, đất nền và đất trong khối đắp sau khi được gia cường có khả năng chịu tải cao hơn, tính biến dạng giảm, từ đó độ ổn định của công trình được gia tăng và đảm bảo điều kiện làm việc của công trình.

Trên thế giới, kỹ thuật gia cố đất bằng cọc thường sử dụng cọc bê tông cốt thép (BTCT), cọc ống BTCT được ứng dụng nhiều trong xây dựng nền đường sắt, đường bộ. Vải địa kỹ thuật (VĐKT) được lắp đặt trên mũ cọc như là một lớp đệm gia cố.

Do có sự biến dạng khác nhau giữa các cọc nên có sự phân bố lại ứng suất trong khối đắp theo cơ chế hiệu ứng vòm, VĐKT sẽ gánh chịu một phần tải trọng thông qua sức chịu kéo. Phần còn lại sẽ truyền vào cọc và chuyển lên tầng đất sâu hơn hoặc lớp đất cứng phía dưới.

Sự phân bố lại ứng suất trong nền đất sau khi được gia cố trụ đất xi măng là sự gia tăng ứng suất tác dụng lên đầu trụ đồng thời ứng suất tác dụng lên đất yếu xung quanh trụ sẽ giảm xuống đáng kể, điều này cũng có nghĩa là sức chịu tải của khối đất được gia cố sẽ tăng lên đáng kể.

Đánh giá hệ số giảm ứng suất SRR bằng các phương pháp giải tích

Cho đến nay đã có rất nhiều tác giả đưa ra phương pháp giải tích để phân tích sự phân bố ứng suất thông qua hệ số SRR như trong bảng 1.

Trong đó:
SRR: Là hệ số giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu.
s: Là khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các trụ.
a: Là bề rộng trụ.
H: Là chiều cao khối đắp.
γ: Là trọng lượng riêng của đất đắp.
Kp= (1+ sinφ)/(1- sinφ) là hệ số áp lực bị động của đất.
φ: Là góc ma sát trong của đất đắp.
K = 1

Tuy nhiên các phương pháp tính hệ số giảm ứng suất SRR đều khác nhau, thậm chí là khác nhau về thông số ảnh hưởng trong khi SRR phải là một hàm của rất nhiều các thông số như:

Chiều cao khối đắp, sức chống cắt của vật liệu đất đắp, khoảng cách bố trí trụ, độ cứng trụ, độ cứng của đất nền,… Vì vậy, ta cần phải xác định phương pháp thích hợp nhất để phân tích sự phân bố ứng suất trong nền đất gia cố.

Đánh giá hệ số ổn định và biến dạng nền đất yếu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Thông qua phần mềm PLaxis 2D cho nền đất yếu dưới nền đường được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật.

Có xét đến các yếu tố phức tạp như trường hợp nền đất chưa được gia cố bằng trụ đất xi măng, trường hợp nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật.

Có thay đổi chiều dài tính toán được ứng dụng để kiểm tra ổn định và biến dạng trong nền đất yếu, được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng tại huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang.

Phân tích, tính toán với mô hình cụ thể

Mô hình bố trí trụ đất xi măng

Mô hình là một con đường đắp cao với các lớp đất yếu. Nền đất có 7 lớp đất gồm: 2,8m đất sét yếu; 2,2m bùn sét; 4,5m sét dẻo mềm; 1,0m á sét nửa cứng; 4,5m sét nửa cứng; 3,5m sét pha dẻo cứng và 7,5m sét nửa cứng.

Phía trên các lớp đất là một đường giao thông với chiều cao đất đắp là 5,0m. Nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng có đường kính trụ chọn D = 0,6m, khoảng cách của trụ là 1,2m (tim đến tim). Chiều dài trụ 15m, chiều sâu đất yếu là 15m.

Các thông số và mô hình vật liệu

Vải địa kỹ thuật được mô phỏng bởi phần tử Geogrid có EA = 2500 kN/m và được bố trí 05 lớp phía trên đầu trụ mỗi lớp cách nhau 1,0 m.

Chia lưới tính toán:

Trên thanh công cụ, vào mục Mesh/Global coarseness hoặc chọn biểu tượng để tự sinh các phần tử tính toán. Trong mô hình có nhiều dạng chia lưới khác nhau. Để thuận tiện cho việc tính toán, ta chia mô hình ở chế độ Midium, riêng không gian xung quanh trụ ta chọn chế độ chia lưới mịn Refine Line để cho kết quả chính xác.

Khai báo điều kiện ban đầu của mực nước:

Mực nước ngầm tính toán (Phreatic level) tại độ sâu -1,45m. Khai báo biên đóng vùng cố kết (Closed consodilation boundary) cho 2 biên đứng bên trái và bên phải của bài toán. Tự sinh áp lực nước (Generate water pressures) bằng lựa chọn tự sinh áp lực dựa trên mực nước nằm ngang  Phreatic level)

Tính toán:

Mỗi mô hình được phân tích theo các giai đoạn: Thi công trụ đất xi măng, thi công vải địa kỹ thuật, đắp nền đường và chất tải. * Tính toán dẻo ( Plastic Calculate): Tính toán dẻo là để tính toán biến dạng đàn hồi – dẻo. Nó được sử dụng khi mà phân tích sự phá hoại và ổn định của một đối tượng được phân tích.

Tính toán dẻo không có kể đến sự phụ thuộc vào thời gian khi áp lực nước lỗ rỗng thoát ra và do đó không thích hợp khi phân tích lún trong nền đất có tính thấm yếu.

* Phân tích cố kết (Consolidation Analysis): Đất bão hòa nước phải thoát nước khi độ lún gia tăng (do nước không không có khả năng chịu nén). Vì vậy, cách tính này là phù hợp cho việc phân tích lún theo thời gian đối với đất bão hòa nước và đất có tính thấm yếu.

* Phân tích an toàn (Giảm φC) (Safety Analysis): Đối với phân tích an toàn (ví dụ tính toán hệ số an toàn), Plaxis đã đưa vào kiểu tính toán được gọi là giảm HI-C. Đây là một tính toán dẻo, trong đó những thông số cường độ của đất và giao diện được giảm dần cho đến khi bị phá hoại. 4.3.4. Kết quả mô  phỏng và phân tích kết quả:

Kết luận và kiến nghị

Kết luận

Căn cứ vào kết quả khảo sát trên mô hình có độ lún chỉ 0,054m và có hệ số ổn định là 2,925 là cơ sở để tác giả rút ra được các kết luận khoa học và đóng góp vào thực tiễn:

Công nghệ trụ đất xi măng áp dụng hiệu quả cho việc xử lý các nền đường đắp cao trên nền đất yếu, công trình yêu cầu thời gian thi công ngắn, độ lún còn lại nhỏ, yêu cầu đất nền cố kết nhanh.

Kết quả tính toán có thiết kế hợp lý cho nền đường đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật dưới công trình đắp cao ở huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang là hệ trụ đất xi măng đường kính 0,6m, chiều dài 15m và khoảng cách các trụ là 1,2m.

Kiến nghị

Áp dụng mô hình bài toán để nghiên cứu tính toán xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, xác định trạng thái ứng suất, ứng suất giới hạn và tính độ lún tức thời của bề mặt nền gia cố.

Tham khảo báo giá vải địa kỹ thuật Hưng Phú cung cấp cho dự án của bạn

• Báo giá 10 loại vải địa kỹ thuật phổ biến nhất thị trường Việt Nam  hiện nay
• 04 Nhà sản xuất vải địa kỹ thuật tương ứng với 04 thương hiệu vải địa kỹ thuật tại Việt Nam hiện nay

Một vài hình ảnh kho vải địa kỹ thuật Hưng Phú

Bạn muốn tài liệu – Hãy liên hệ email – dinhbaochaublog@gmail.com

The post Nghiên cứu gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật dưới nền đường đắp cao appeared first on HƯNG PHÚ.

Bài báo trình bày phương pháp sử dụng đất sét yếu địa phương đã được cải tạo với vôi để đắp nền đường có trải vải địa kỹ thuật. Bằng thí nghiệm cắt trực tiếp và nén một trục nở hông

Bạn có thể tham khảo thêm cách tính toán sử dụng vải địa kỹ thuật trong khối đắp. Cụ thể ở đây

• https://diakythuatvietnam.com/tinh-toan-vai-dia-ky-thuat.html

Nghiên cứu xác định hàm lượng vôi hợp lý nhất về mặt hiệu quả cải tạo đất, từ đó áp dụng vào nền đất đắp để làm giảm hàm lượng vải địa kỹ thuật cần sử dụng. Các hàm lượng vôi được xét đến: 0%, 6%, 8%, 10. Ứng dụng kết quả này vào công trình đường tại Thành phố Vị Thanh – tỉnh Hậu Giang.

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI TẠO ĐẤT ĐỊA PHƯƠNG BẰNG VÔI KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT LÀM ĐẤT ĐẮP NỀN ĐƯỜNG KHU VỰC TỈNH HẬU GIANG
STUDY ON THE APPROACH TO USING LOCAL EARTH REINFORCED WITH LIME AND GEOTEXTILE FOR ROAD EMBANKMENT IN HAU GIANG PROVINCE
PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Hữu Trung Tín
Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG TP.HCM

Tải liệu của VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM

ĐẶT VẤN ĐỀ 

Hiện nay, vì nhu cầu khai thác tiềm năng kinh tế và nâng cao đời sống của người dân khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, hệ thống giao thông trong khu vực này đang trên đà phát triển nhanh.Trước nhu cầu tăng cao đó, việc tận dụng đất địa phương làm đất đắp sẽ giúp tiết kiệm đáng kể chi phí và thời gian thi công.

Tuy nhiên, do lịch sử Tình thành địa chất ở Đồng bằng Sông Cửu Long là bồi tích nên các lớp đất bề mặt ở khu vực này thường là đất yếu, việc sử dụng lớp đất mặt để làm đất đắp nền đường cũng vì thế mà trở nên không khả thi. Vì vậy, nghiên cứu phương pháp gia cường đất ở các khu vực này trở nên một ngày càng thiết yếu.

Trong các giải pháp cải tạo đất địa phương hiện nay, phương pháp cải tạo đất bằng vôi được đánh giá là hiệu quả nhất về mặt chi phí, đất sau cải tạo sẽ có cường độ cao, tuy nhiên lại có khuyết điểm là sẽ trở thành vật liệu giòn.

Để cải thiện khuyết điểm đó của đất trộn vôi, nghiên cứu này xem xét giải pháp kết hợp vải địa kỹ thuật làm vật liệu chịu kéo vào đất đã cải tạo bằng vôi trong việc ổn định đất đắp nền đường.

• Báo giá vải địa kỹ thuật tổng hợp https://diakythuatvietnam.com/bao-gia-vai-dia-ky-thuat-khong-det-nam-2019.html

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

– Thí nghiệm trong phòng: Tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp và nén một trục nở hông của đất trộn với các hàm lượng vôi 6%, 8%, 10%. – Tính toán và mô phỏng: Sử dụng phần mềm Geo Slope/W để tính toán chiều cao mỗi lớp đất đắp có thể đối với nền đường.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Nguyên vật liệu chính dùng trong thí nghiệm giải pháp cải tạo đất địa phương

Đất dùng cho thí nghiệm thuộc khu vực Thành phố Vị Thanh trong giải pháp cải tạo đất địa phương, tỉnh Hậu Giang với các thông số cơ lý như sau:

Bảng 1. Các thông số cơ lý của đất tự nhiên

Bảng 2. Hàm lượng thành phần hóa học của vôi dùng trong thí nghiệm (%)

3.2. Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp
3.2.1 Góc ma sát trong ϕ và lực dính c của hỗn hợp đất trộn vôi
Bảng 3. Bảng tổng hợp lực dính c của hỗn hợp đất – vôi (kN/m2)

Bảng 4. Bảng tổng hợp góc ma sát trong φ của hỗn hợp đất – vôi (độ)

•  Khi tăng hàm lượng vôi từ 0% đến 8% thì lực dính tăng nhanh, nhưng khi tăng vôi từ 8% đến 10% thì tốc độ tăng của lực dính giảm dần. Góc ma sát trong chỉ tăng mạnh khi tăng hàm lượng vôi từ 0% đến 6%, còn khi tăng hàm lượng vôi từ 6% đến 10% thì tốc độ tăng góc ma sát trong chậm hơn.

• Theo thời gian, lực dính c phát triển khá nhanh, còn góc ma sát trong φ thì phát triển chậm hơn. Đáng chú ý là ở đất với hàm lượng vôi 8% và 10%, sự chênh lệch góc ma sát trong là không đáng kể (<2%).

Sức chống cắt của hỗn hợp đất trộn vôi

• Việc trộn vôi vào đất có tác dụng cải thiện sức chống cắt của đất rất đáng kể. Đất cải tạo có sức chống cắt cao hơn so với đất tự nhiên từ 460% – 530% ở thời gian bảo dưỡng 14 ngày, từ 330% – 420% ở thời gian bảo dưỡng 21 ngày, từ 250% – 310% ở thời gian bảo dưỡng 28 ngày.

• Hàm lượng vôi càng lớn thì sức chống cắt càng lớn. Tuy nhiên, trong khi tăng hàm lượng vôi từ 6% đến 8% sẽ làm sức chống cắt tăng 15,56% thì khi tăng hàm lượng vôi từ 8% đến 10% chỉ làm tăng sức chống cắt 6,46%. Nói cách khác, khi hàm lượng vôi sử dụng vượt quá 8%, hiệu quả của việc trộn vôi giảm dần. Vì vậy, hàm lượng vôi 8% có thể được xem là hàm lượng hiệu quả nhất.

Bảng 5. Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 200 kPa

Kết quả thí nghiệm nén đơn

Bảng 6. Kết quả thí nghiệm nén đơn của mẫu đất trộn vôi

•  Khi hàm lượng vôi tăng lên thì cường độ nén đơn qu cũng tăng theo. Khi tăng hàm lượng vôi từ 6% lên 8% thì qu tăng mạnh (tăng 137 kN/m2, tức 54.1%). Khi tăng hàm lượng vôi từ 8% lên 10% thì qu tăng chậm hơn (tăng 82 kN/m2, tức 21.0%). Điều này cho thấy khi hàm lượng vôi vượt quá 8% thì hiệu quả cải tạo đất của vôi giảm dần.

• Module biến dạng E50 của đất trộn vôi hàm lượng 8% gần bằng với hàm lượng 10%. Điều này, một lần nữa, khẳng định thêm cho nhận định 8% là hàm lượng vôi hợp lý nhất cho việc cải tạo đất.

ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NỀN ĐẤT ĐẮP KHI XỬ LÝ BẰNG GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG VÔI KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Từ các kết quả thí nghiệm tác giả tiến hành mô phỏng bài toán đắp nền đường bằng đất có gia cường trên phần Geo Slope/W để phân tích ổn định cho công trình đường nối Quốc lộ 61B với Trung tâm Hành chính Thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang. Nền đất đắp đường cao 4 m, đắp nhiều lớp có gia cường vải địa kỹ thuật.

Bảng 7. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất

Bảng 8. Bảng tổng hợp hệ số an toàn với các chiều cao đắp khác nhau

• Để FS > [FS] = 1.4 (Bishop), nếu sử dụng đất tự nhiên có vải địa kỹ thuật thì chiều dày mỗi lớp đất đắp không được quá 0,4 m. Tức để đắp nền đường cao 4 m, ta cần 10 lớp đất đắp, sử dụng 8 lớp vải địa kỹ thuật.

• Trong khi đó, nếu sử dụng đất đã được cải tạo với hàm lượng vôi bột là 8% thì chiều cao mỗi lớp đất đắp có thể là 0,7 m. Tức để đắp nền đường cao 4 m, ta cần 6 lớp đất đắp, chỉ sử dụng 4 lớp vải địa kỹ thuật.

KẾT LUẬN

• Qua quá trình thí nghiệm và mô phỏng đối với loại đất yếu bề mặt ở khu vực thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang thì hàm lượng vôi thích hợp để làm tăng cường độ của đất là 8%.

• Đất được cải tạo với hàm lượng vôi 8% gia tăng sức kháng cắt đáng kể: lực dính c tăng 401% (từ 10,5 kN/m2 lên 42,1 kN/m2), góc nội ma sát φ tăng 234% (từ 12,54o lên 29,47o).

• Đất cải tạo vôi 8% cũng gia tăng cường độ chịu nén đơn: qu tăng 394% (từ 120 kN/m2 lên 473 kN/m2). 4. Khi đắp nền đường cao 4 m có kết hợp vải địa kỹ thuật, để đạt được hệ số an toàn FS > [FS] = 1,4 (theo Bishop), mỗi lớp đất dắp chỉ dày tối đa 0,4 m đối với đất tự nhiên, hoặc mỗi lớp đất đắp dày 0,7 m đối với đất đã được cải tạo bằng vôi 8%.

Vậy kết luận rằng giải pháp cải tạo đất địa phương dùng vôi bột 8%. Trong phương pháp thí nghiệm trên có thể tiết kiệm đến 50% vải địa kỹ thuật dệt hoặc vải địa kỹ thuật không dệt.

Nếu bạn cần tài liệu hãy liên hệ qua Email dinhbaochaublog@gmail.com

The post Giải pháp cải tạo đất địa phương bằng vôi kết hợp vải địa kỹ thuật làm khối đắp nền đường tỉnh Hậu Giang appeared first on HƯNG PHÚ.

Vải địa kỹ thuật gia cường

Hưng Phú xin gửi đến quý bạn muốn tham khảo những trường hợp. Sử dụng vải địa kỹ thuật loại dệt và không dệt. Trong tài liệu nghiên cứu sau đây của các tác giả.

THS NGUYỄN THANH TÚ, TS NGUYỄN MINH ĐỨC, THS MAI TRẦN NAM , TS TRẦN VĂN TIẾNG, THS LÊ PHƯƠNG
GV Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
HVCH, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đất bùn khai thác từ lòng sông có hệ số rỗng lớn, khả năng chịu lực kém, đòi hỏi biện pháp gia tăng cường độ trước khi ứng dụng làm đất đắp trong xây dựng cơ bản. Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng độ bão hoà khi chịu cắt không thoát nước Su của đất gia cường vải địa kỹ thuật dưới điều kiện nén ba trục trong điều kiện không thoát nước không cố kết (UU).

Kết quả nghiên cứu cho thấy các lớp vải địa kỹ thuật làm tăng cường độ kháng cắt của đất trong cả hai trường hợp mẫu không bão hoà và mẫu bão hoà. Quá trình bão hòa làm giảm khoảng 70-80% sức kháng cắt không thoát nước của đất không gia cường.

Khi gia cường bằng vải 2 lớp địa kỹ thuật sau khi bão hòa, độ giảm tối thiểu của Su là từ 45-65%. Nghiên cứu cho thấy quá trình bão hòa giảm đáng kể sức kháng cắt không thoát nước của đất sét gia cường vải địa kỹ thuật.

GIỚI THIỆU

Khi cát san lấp khan hiếm, đất nạo vét từ lòng sông được sử dụng thay thế là phương pháp được đánh giá bảo vệ tài nguyên. Đất sét này chịu tải tốt khi ở trạng thái khô. Khi độ ẩm tăng lên, đất mất khả năng chịu lực (Huerta và Rodriguez, 1992).

Sử dụng gia cường vải địa kỹ thuật và đệm cát là phương pháp phổ biến để cải thiện cường độ đất. Stoltz, Delmas và Barral, (2019) thực Hiện với nhiều loại vải địa khác nhau để đánh giá sự phù hợp khi dùng với các loại bùn sét khác nhau. Kết quả cho thấy vải địa kỹ thuật không dệt với kích thước nhỏ hơn 60 m phù hợp cho các loại đất bùn sét.

Choudhary và cộng sự, (2012) cho thấy rằng việc chèn một lớp gia cường ngang được đặt bên trong mẫu thử ở độ sâu xác định từ đỉnh của mẫu đã nén chặt không chỉ kiểm soát đáng kể khả năng trương nở mà còn cải thiện đáng kể giá trị CBR. Hufenus và cộng sự., (2006) khẳng định đất sét yếu được gia cường khi có lớp cốt liệu thô ở giữa.

Vải địa kỹ thuật đóng vai trò biên thoát nước làm cải thiện sức chịu tải và ổn định nền móng công trình (Zornberg, J.G., & Mitchell, 1994). Yu, Zhang và Zhang, 2005 cho thấy lớp vải địa ngăn cản sự biến dạng ngang của đất. Yang và cộng sự, (2016) cho thấy khả năng gia tăng cường độ chống cắt của đất sét khi được gia cường vải địa kỹ thuật.

Đất bùn sét cần thời gian vài năm để có thể ổn định và cần có những xử lý, gia cường nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết trong đất bùn sét loại này. Phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật gia cường. Đem đến nhiều hiệu quả về mặt cải thiện cường độ cho đất bùn yếu.

Jotisankasa và Rurgchaisri, (2018) thực hiện cắt đất gia cường vải địa kỹ thuật tổng hợp với nhiều loại đất khác nhau và phương pháp tiếp xúc giữa vải và đất. Kết quả cho thấy mức độ hư hỏng đối với mặt phân cách đất sét-vải địa kỹ thuật cao hơn so với chỉ loại đất sét.

Việc cắt đất không bão hòa có cường độ đỉnh cao hơn và có xu hướng giãn ra nhiều hơn so với đất bão hòa, trong khi lớp đất không bão hòa dường như chặt hơn so với cắt lớp đất bão hòa. Như vậy, đất bùn sét gia cường sau khi đầm chặt bị giảm cường độ đáng kể khi bị bão hòa.

Có nhiều nghiên cứu về sức kháng cắt trong điều kiện nén 3 trục của đất sét gia cường, tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu về cường độ của đất sét gia cường bị ảnh hưởng do quá trình bão hòa. Do đó, nghiên cứu về độ giảm cường độ do quá trình bão hòa và biện pháp cải thiện cường độ là cần thiết khi sử dụng đất bùn gia cường trong công trình xây dựng. 

VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM

Đất sét lòng sông

Đất khai thác từ lòng rạch Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang, được phân loại là đất phù sa dẻo theo (MH) theo Unified Soil Classification System (USCS). Hình 1 biểu diễn thành phần hạt của đất và Bảng 1 trình bày các tính chất của đất sét.

Vải địa kỹ thuật 

Vải địa không dệt được sử dụng trong thí nghiệm có khối lượng riêng 200 g/m2 và bề dày 1,3mm. Khả năng chịu kéo theo phương dọc và ngang vải lần lượt là 9,28 kN/m và 7,08 kN/m với biến dạng dài khi phá hoại theo phương dọc và ngang vải là 84,1% và 117,8%. Với lưu lượng thấm ở 100 mm cột nước là 196 lít/m2/giây và hệ số thấm k là 3,6×10-3 m/giây, vải được xem là có tính thấm cao.

Vải địa kỹ thuật không dệt Hưng Phú loại 12kN/m

• Nếu bạn quan tâm xin tham khảo thêm 10 báo giá vải địa kỹ thuật không dệt thông dụng nhất mà Hưng Phú cung cấp. Chúng tôi là nhà cung cấp vải địa từ những năm 2008 đến nay. Vỡi am hiểu các thông số kỹ thuật mà dự án yêu cầu
• Vải địa kỹ thuật dệt nhập khẩu hiện nay chúng tôi vẫn còn sẳn trong kho. Nếu quý khách cần thì chúng tôi có các loại vải nhập khẩu từ Hàn Quốc có lực kéo 400 kN/m. Hoặc vải địa kỹ thuật dệt GET sản xuất trong nước luôn sẳn sàng đáp ứng không giới hạn.

CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM
Chuẩn bị mẫu

Đất sét từ nạo vét từ sông được đem đi phơi khô, nghiền nhỏ và ray qua sàn 0,5 mm để loại bỏ các thành phần tạp chất trong đất. Sau khi sấy khô tối thiểu 1 ngày ở 1000C, đất được trộn với nước để tạo ra hỗn hợp có độ ẩm tại 24,5%. Hỗn hợp này được dưỡng hộ trong tủ dưỡng ẩm 2 ngày trước khi đem đi tạo mẫu.

Các mẫu đất sẽ được tạo ở độ ẩm OMC và dung trọng khô lớn nhất với kích thước đường kính D là 50 mm và chiều cao là 100 mm.

Thí nghiệm xác định sức kháng cắt UU

Có tổng cộng 20 mẫu được thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố kết- không thoát nước theo ASTM-D2850-UU bao gồm mẫu không gia cường, mẫu gia cường 1 lớp, 2 lớp, 3 lớp vải địa kỹ thuật (Hình 2) với 2 điều kiện ban đầu và áp lực buồng nén:
– Các mẫu không bão hoà: các mẫu sẽ được nén với áp lực buồng 50 kPa, 100 kPa, 150 kPa, 200 kPa.
– Các mẫu bão hoà: các mẫu sẽ được bão hoà tại áp lực buồng 500 kPa và nén thí nghiệm tại áp lực buồng 300 kPa. 

KẾT QUẢ
Ứng xử cắt mẫu không bão hoà trong điều kiện UU

a) So sánh mẫu không gia cường và gia cường bằng vải địa kỹ thuật Hình 3 thể hiện quan hệ giữa ứng suất lệnh (hiệu số ứng suất dọc trục 1 và ứng suất buồng 3) theo sự biến dạng dọc trục.

Nhận xét: Áp lực buồng càng lớn thì ứng suất lệch càng lớn với cùng biến dạng dọc trục. Số lớp vải gia cường càng nhiều thì cường độ càng cao. Theo ASTM-D2850-UU, thời điểm mẫu bị phá hoại khi biến dạng dọc trục đạt 15%. Hình 4 thể hiện giá trị áp lực thẳng đứng khi mẫu bị phá hoại cho mẫu không gia cường và gia cường bằng vải tại các áp lực buồng khác nhau.

Ứng xử cắt mẫu bão hoà trong điều kiện UU

Ứng xử cắt mẫu bão hoà gia cường vải địa kỹ thuật

Kết quả cho thấy ứng suất chênh gia tăng theo biến dạng dọc trục mẫu. Số lớp vải càng nhiều, áp lực chênh càng cao (Hình 6)

Bảng 3 trình bày ứng suất chênh lệch, độ gia tăng áp lực nước lỗ rỗng và sức kháng cắt không thoát (Su) nước mẫu bão hoà không gia cường và gia cường bằng vải địa kỹ thuật. Sức chống
cắt không thoát nước mẫu bão hoà được xác định bằng phân nửa của ứng suất lệch.

Đây là sức kháng cắt tổng cộng của mẫu bão bão hoà trong đó cu = Su và u = 0. Sức chống cắt tăng lên khi số lớp vải tăng lên và áp lực nước lỗ rỗng cũng gia tăng (Hình7). Yang và cộng sự. (2016) khẳng định áp lực nước lỗ rỗng tăng lên do vải địa kỹ thuật khống chế độ nở hông của mẫu thí nghiệm từ đó làm gia tăng áp lực nước lỗ rỗng so với mẫu không gia cường.

Trong khoảng biến dạng 1% đến 3%, mẫu gia cường tạo ra áp lực nước lớn hơn so với mẫu không gia cường, do vải địa kỹ thuật ngăn cản quá trình nở hông của mẫu, từ đó làm gia tăng đột biến áp lực nước lỗ rỗng.

Khi biến dạng tăng lên mẫu thí nghiệm có sự phát triển biến dạng ngang (xảy ra hiện tượng trượt giữa đất và vải địa kỹ thuật) (mẫu gia cường 1 và 2 lớp vải) làm giảm áp lực nước lỗ rỗng đồng thời áp lực nước lỗ rỗng được tiêu tán thông qua khả năng thấm cao của vải địa kỹ thuật. Bảng 3: Kết quả thí nghiệm mẫu bão hoà không gia cường và gia cường bằng vải

KẾT LUẬN GIA CƯỜNG BẰNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Các thí nghiệm sức kháng cắt bằng thiết bị nén 3 trục được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng vải địa với đất sét lòng sông. Các kết luận khác bao gồm:

• Ở mẫu không bão hòa, số lớp vải càng lớn thì cường độ càng cao. Khi gia cường, lực dính tăng lên 1,5 đến 2,5 lần, góc ma sát trong  không thay đổi khi gia cường bằng vải. Chỉ số gia tăng cường độ Ruf giảm khi áp lực buồng tăng.
• Các mẫu bão hòa, trong khoảng biến dạng từ 1-3% thì mẫu gia cường vải tạo ra áp lực nước lớn hơn so với mẫu không gia cường do vải ngăn cản sự nở hông của đất. Khi biến dạng tăng lên xảy ra hiện tượng trượt giữa đất và vải địa kỹ thuật, làm giảm áp lực nước lỗ rỗng đồng thời áp lực nước lỗ rỗng được tiêu tán thông qua khả năng thấm cao của vải địa kỹ thuật.
• Sau khi ngâm bão hoà, cường độ mẫu giảm từ 46% – 82%. – Kết quả cho thấy rằng gia cường đất sét lòng sông bằng vải địa kỹ thuật làm gia tăng cường độ đất trong điều kiện bão hoà và không bão hoà.

Hệ thống thoát nước đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng chịu tải của đất sét lòng sông.

The post Sức kháng cắt không thoát nước của đất bùn sét lòng sông gia cường vải địa kỹ thuật trong điều kiện nén 3 trục appeared first on HƯNG PHÚ.