Chương 1 — Giới thiệu¶
1.1 Mục tiêu¶
Phạm vi. Sổ tay này bao quát việc thiết kế, thi công và quan trắc hai họ kết cấu đất có cốt dùng cho công trình đường bộ:
- Tường MSE — tường đất có cốt (mechanically stabilized earth), trong đó đất được gia cường và khối đất có cốt tạo thành mặt tường thẳng đứng hoặc gần thẳng đứng.
- Mái dốc RSS — mái dốc đất có cốt (reinforced soil slope), trong đó đất được gia cường và khối đất có cốt tạo thành mặt dốc (thường dốc hơn mức đất có thể đứng khi không có cốt, nhưng thoải hơn một bức tường).
Cả hai đều được tạo từ cùng ba thành phần — đất đắp có ma sát, cốt gia cường chịu kéo và mặt tường — và cùng dựa trên tương tác đất–cốt gia cường. Chúng khác nhau ở hình học, ở dạng phá hoại chi phối, và do đó ở cách thiết kế.
Tài liệu nguồn. Sổ tay hợp nhất và cập nhật một chuỗi công trình FHWA và AASHTO trước đó, chủ yếu gồm:
- Reinforced Soil Structures, Tập I (Design and Construction Guidelines) và Tập II (Summary of Research and Systems Information) — FHWA-RD-89-043.
- Geosynthetic Design and Construction Guidelines — FHWA-HI-95-038.
- Design and Construction Monitoring of Mechanically Stabilized Earth Structures — FHWA, 1994.
- Guidelines for Design, Specification, and Contracting of Geosynthetic Mechanically Stabilized Earth Slopes on Firm Foundations — FHWA-SA-93-025.
- AASHTO Bridge Design Specifications, Mục 5.8 (và các bản sửa đổi tạm thời), cung cấp khung tải trọng và sức kháng mà các chương thiết kế tuân theo.
Bản thân sổ tay này là bản cập nhật của FHWA-SA-96-071 (Dự án Trình diễn số 82, Cải tạo nền).
Thuật ngữ. Sổ tay ấn định một hệ thuật ngữ được dùng nhất quán xuyên suốt:
| Thuật ngữ | Ý nghĩa |
|---|---|
| Tường MSE | Khối đất có cốt với mặt tường thẳng đứng hoặc gần thẳng đứng |
| Mái dốc đất có cốt (RSS) | Khối đất có cốt với mặt dốc |
| Cốt gia cường | Các phần tử chịu kéo — dải thép, lưới thanh, lưới hàn, vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật |
| Đất đắp có cốt | Đất có ma sát được đắp bên trong vùng có cốt |
| Đất lưng tường / đất được giữ | Đất phía sau vùng có cốt mà kết cấu phải giữ lại |
| Mặt tường | Phần tử hữu hình giữ mặt của khối đất đắp có cốt — tấm bê tông, khối mô-đun, vải địa kỹ thuật quấn hoặc mặt quấn phủ thực vật |
| Đất nền | Đất nguyên trạng bên dưới khối đất có cốt |
| Cốt dãn được / không dãn được | Cốt biến dạng đủ để phân phối lại tải (vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp) hay gần như cứng tuyệt đối so với đất (thép) |
| Tuổi thọ thiết kế | Khoảng thời gian kết cấu phải đảm bảo hiệu năng, bao gồm cả độ bền của cốt gia cường |
1.2 Quá trình phát triển¶
Đất có cốt như một hệ kỹ thuật bắt đầu từ bằng phát minh Reinforced Earth của Henri Vidal thập niên 1960: quan sát rằng một loại đất đắp có ma sát được gia cường bằng các dải cốt đặt gần nhau, liên kết bằng ma sát, sẽ ứng xử như một khối dị hướng, liền khối, có lực dính biểu kiến. Những ứng dụng lớn đầu tiên diễn ra ở Pháp rồi Hoa Kỳ, và khái niệm này lan theo hai hướng:
- Cốt kim loại (dải và lưới thép) trưởng thành thành các hệ tường MSE độc quyền tiêu chuẩn, với phương pháp thiết kế công bố và hồ sơ hiệu năng hàng chục năm.
- Cốt địa kỹ thuật tổng hợp (vải và lưới địa kỹ thuật) tiếp nối, trước tiên cho mái dốc rồi cho tường và mố cầu, mở rộng kỹ thuật này cho nhiều loại đất đắp và điều kiện khu đất hơn.
Song song đó, các phương pháp thiết kế hội tụ về khung mà sổ tay này sử dụng: ổn định ngoài của khối đất có cốt xem như một vật thể cứng, ổn định trong của từng lớp cốt chống kéo và nhổ, và ổn định tổng thể của toàn bộ mái dốc hoặc hệ tường. Đóng góp của sổ tay là phát biểu thống nhất các phương pháp đó cho cả cốt kim loại lẫn cốt địa kỹ thuật tổng hợp, và dẫn dắt chúng đến tận định mức kỹ thuật và công tác kiểm tra hiện trường.
1.3 Các điểm then chốt cần ghi nhớ¶
- Tường MSE và mái dốc đất có cốt chia sẻ nguyên lý nhưng không chia sẻ dạng phá hoại — phải thiết kế khác nhau.
- Cốt gia cường được giữ bằng ma sát, không bắt vít vào một kết cấu cứng.
- Sổ tay tuân theo khung tải trọng–sức kháng của AASHTO và phát biểu thiết kế thống nhất cho cả cốt kim loại và địa kỹ thuật tổng hợp.
- Tuổi thọ thiết kế của kết cấu và độ bền của cốt gia cường là những thông số đầu vào của thiết kế, không phải việc nghĩ thêm sau — xem Chương 3.