Chương 2 — Hệ thống & Đánh giá dự án¶

2.1 Ứng dụng¶

Đất có cốt được dùng ở bất cứ đâu cần làm cho một khối đất dốc hơn, khỏe hơn hoặc ổn định hơn mức đất nguyên trạng, nhưng ở đó một kết cấu bê tông thông thường sẽ quá tốn kém, quá nặng hoặc quá chậm thi công. Sổ tay phân ứng dụng thành ba nhóm:

Tường MSE — mở rộng nền đường, tách mức giao thông, mố cầu và tường cánh, tường ven sông biển, và tường chắn đô thị nơi hành lang giải phóng mặt bằng chật.
Mái dốc đất có cốt — mái dốc mới (đào hoặc đắp) dựng dốc hơn mức đất có thể đứng tự nhiên; sửa chữa mái dốc đã phá hoại hoặc đang trượt từ từ; mở rộng đường hiện hữu nơi chân dốc không thể dịch ra ngoài.
Ứng dụng lai và đặc biệt — đất có cốt trên nền yếu, nền đắp có cốt trên cọc, và các kết cấu kết hợp MSE với các phần tử thông thường.

2.2 Ưu điểm và nhược điểm¶

Ưu điểm của tường MSE

Chi phí và tốc độ. Mặt tường đúc sẵn và đất đắp hạt rời rẻ và nhanh hơn nhiều so với tường bê tông đổ tại chỗ.
Tính linh hoạt. Mặt tường chịu được lún không đều tốt hơn nhiều so với tường cứng, và có thể xây theo đường cong, bậc và hình học phức tạp.
Tính thi công. Hệ thống được xây từ dưới lên bằng thiết bị nhỏ, không cần ván khuôn lớn hay thời gian bảo dưỡng.
Mỹ quan. Dễ thay đổi kết cấu bề mặt và hoàn thiện.

Ưu điểm của mái dốc đất có cốt

Tận dụng đất tại chỗ. Đất tại chỗ chất lượng trung bình thường có thể dùng trong vùng có cốt, giảm nhu cầu đổ đất về và thải đất đi.
Thực vật. Mặt dốc có thể phủ thực vật, nên kết cấu hòa hợp với cảnh quan — một lợi thế quyết định ở khu vực nhạy cảm về môi trường.
Sửa chữa. Có thể ổn định một mái dốc mà không cần tường kết cấu lớn.

Nhược điểm

Chất lượng đất đắp có cốt rất quan trọng. Đất trong vùng có cốt phải đạt các giới hạn về độ hạt, độ dẻo và tính điện hóa — không phải "đất nào cũng được".
Ăn mòn và độ bền. Cốt thép phải được bảo vệ khỏi đất đắp và nước xâm thực; vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp phải chống từ biến, hư hại khi thi công và lão hóa hóa học.
Thoát nước là bắt buộc. Thiết kế giả định đất đắp thoát nước tự do; một hệ thống thoát nước bị tắc hoặc bị bỏ qua có thể sinh ra áp lực thủy tĩnh mà thiết kế chưa từng tính đến.
Biến dạng. Tường MSE chuyển vị — mặt tường nghiêng và thân tường phình ra ngoài một chút — và thiết kế phải chấp nhận điều này, đặc biệt khi có đường ống hay kết cấu nằm sau tường.
Không phù hợp mọi khu đất. Nền mềm hoặc chịu nén, nước ngầm xâm thực, hoặc dung sai quá chặt có thể loại bỏ phương án đất có cốt.

2.3 Chi phí tương đối¶

Đất có cốt thường là phương án rẻ nhất trong một dải chiều cao tường — sổ tay trình bày các so sánh chi phí cho thấy tường MSE trở nên cạnh tranh với tường chắn thông thường khi vượt khoảng vài mét chiều cao, và mái dốc đất có cốt trở nên cạnh tranh khi góc dốc yêu cầu vừa phải và có sẵn đất tại chỗ. Chi phí do nguồn đất đắp, loại mặt tường, khối lượng cốt gia cường và xử lý nền quyết định, chứ không chỉ do chiều cao. Các số liệu chi phí của sổ tay (Phụ lục C và phần ước tính chi phí dự án ở Chương 7) đã cũ và phải được quy đổi về giá tại địa phương.

2.4 Mô tả các hệ thống MSE/RSS¶

Phân biệt hệ thống. Câu hỏi đầu tiên là cốt gia cường thuộc loại không dãn được hay dãn được:

Không dãn được (dải thép, lưới thanh, lưới hàn) biến dạng rất ít so với đất, nên chính biến dạng của đất huy động lực kéo trong cốt. Thiết kế dùng mô hình khối trọng lực liền khối với áp lực đất chủ động kiểu Rankine và một đường lực kéo lớn nhất.
Dãn được (vải và lưới địa kỹ thuật) biến dạng tương đương đất, nên tương thích biến dạng nội bộ chi phối phân bố tải. Thiết kế dùng mô hình nêm neo với phân bố ứng suất khối trọng lực đều đặn hơn theo độ sâu.

Sổ tay xử lý cả hai trong một khung nhưng lưu ý phân bố ứng suất và mô hình nhổ, mối nối khác nhau.

Các loại hệ thống. Hệ tường MSE được phân biệt theo mặt tường (tấm bê tông đúc sẵn, khối bê tông mô-đun, vải địa kỹ thuật quấn, gỗ, hoặc lưới hàn) và theo cốt (dải, lưới, lưới thanh, vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật). Hệ mái dốc đất có cốt được phân biệt chủ yếu theo cách xử lý mặt dốc (quấn trần, quấn phủ thực vật, quấn gia cố).

Hệ mặt tường. Các loại mặt tường gồm:

Tấm bê tông đúc sẵn phân đoạn — mặt tường MSE kinh điển, gắn vào cốt bằng mối nối cơ học hoặc ma sát.
Khối bê tông mô-đun (MBW) — khối xếp khô có chốt, lỗ hoặc đuôi liên kết với cốt.
Mặt tường mềm (quấn) — vải địa kỹ thuật quấn quanh đất mặt và được giữ bằng một đoạn quấn hồi lưu; đôi khi có lưới bảo vệ hoặc lớp bê tông phun.
Mặt tường tạm — dùng trong thi công, sau đó được che phủ.

Các loại cốt. Thép: dải trơn hoặc có gờ, lưới thanh, lưới hàn và (ở một số hệ) neo thép. Địa kỹ thuật tổng hợp: vải dệt và không dệt, và lưới địa kỹ thuật một phương. Việc chọn lựa phụ thuộc cường độ, độ cứng, độ bền, mối nối với mặt tường và chi phí.

Vật liệu đất đắp có cốt. Đất đắp có cốt phải có ma sát và thoát nước tự do: thường là đất hạt rời đạt giới hạn về hàm lượng hạt mịn, chỉ số dẻo, độ hạt và tính xâm thực điện hóa. Khi không có đất hạt rời phù hợp, chỉ có thể dùng đất chất lượng thấp hơn kèm các biện pháp thiết kế bổ sung (tăng cốt, tăng bảo vệ chống ăn mòn, hoặc lớp thoát nước).

Vật liệu khác. Vật liệu mối nối mặt tường, gối đỡ, cốt liệu thoát nước và ống thoát, vải địa kỹ thuật lọc, và vật liệu chống xói.

2.5 Đánh giá khu đất¶

Khảo sát khu đất. Một dự án đất có cốt cần cùng thông tin ngầm như mọi kết cấu chắn: địa tầng, chế độ nước ngầm và tính chất kỹ thuật của đất nền.

Khảo sát hiện trường. Đi thực địa: nhận diện hình học mái dốc, chỗ rò nước, mất ổn định hiện hữu, đường thoát nước, đường ống, hành lang giải phóng mặt bằng và lối vào cho thiết bị thi công.

Khảo sát dưới bề mặt. Hố khoan, hố đào thử và thí nghiệm tại chỗ xác lập mặt cắt nền và độ sâu tới tầng chịu tải tốt — yếu tố quyết định cho lún và ổn định tổng thể.

Thí nghiệm phòng. Thí nghiệm cường độ và cố kết đất nền, cùng thí nghiệm độ hạt, độ dẻo, đầm chặt và điện hóa của các loại đất đắp có cốt tiềm năng.

2.6 Đánh giá dự án¶

Việc chọn giữa tường thông thường, tường MSE và mái dốc có cốt phụ thuộc nhiều yếu tố:

Yếu tố chọn kết cấu — chiều cao và độ nghiêng mặt yêu cầu, điều kiện nền, nguồn đất đắp và lối vào thi công.
Điều kiện địa chất và địa hình — sự hiện diện của tầng mềm, sụt lún hoặc trương nở; ổn định mái dốc của đất xung quanh; bối cảnh động đất.
Điều kiện môi trường — nước ngầm hoặc hóa học đất xâm thực (clorua, sunphat, độ axit), chi phối ăn mòn thép và độ bền vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp; cùng các ràng buộc sinh thái, có thể ưu tiên một mái dốc RSS phủ thực vật.
Kích thước và tính chất kết cấu — tải trọng kết cấu phải chịu (kể cả tải mố cầu) và tuổi thọ phục vụ yêu cầu.
Mỹ quan — mặt tường hữu hình và bối cảnh của nó.
Ứng dụng đáng ngờ — sổ tay chỉ rõ những tình huống đất có cốt kém phù hợp, gồm nền rất mềm, môi trường xâm thực không được bảo vệ đầy đủ, và trường hợp dung sai yêu cầu phi thực tế.

2.7 Thiết lập tiêu chí dự án¶

Phương án. So sánh ít nhất một phương án thông thường với phương án đất có cốt về chi phí, tính thi công và rủi ro.

Cân nhắc mặt tường. Loại mặt tường, kết cấu bề mặt và mối nối được chọn theo hiệu năng, độ bền và ngoại quan.

Tiêu chí hiệu năng. Đặt giới hạn về biến dạng mặt tường, lún không đều và độ mở mối nối mà kết cấu phải thỏa mãn — các tiêu chí mà thiết kế phải đạt và quan trắc phải kiểm chứng.

Tuổi thọ thiết kế. Ấn định tuổi thọ phục vụ yêu cầu (thường 75–100 năm với kết cấu đường bộ), vì nó trực tiếp quyết định chiều dày ăn mòn cho cốt thép và các hệ số giảm áp dụng cho cường độ vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp.

2.8 Trình tự thi công¶

Tường MSE mặt tường đúc sẵn — đặt đệm tạo phẳng, dựng hàng tấm đầu tiên, nối và đặt cốt, đắp và đầm đất theo từng lớp, rồi lặp lại từng hàng một.
Tường MSE mặt tường mềm — xây theo lớp, quấn vải địa kỹ thuật quanh đất mặt và giữ bằng đoạn quấn hồi lưu, rồi đầm chặt.
Thi công RSS — đặt cốt ở cao độ thiết kế khi đắp dâng lên, tạo bậc cho nền, rồi xử lý mặt dốc (thực vật hoặc gia cố).

2.9 Khía cạnh độc quyền¶

Nhiều hệ MSE là độc quyền, được bảo hộ bằng bằng sáng chế và được cung cấp kèm phương pháp thiết kế, cấu tạo mặt tường và sức kháng mối nối riêng. Do đó sổ tay phân biệt vật liệu (phải đạt định mức bất kể nhà cung cấp) với ứng dụng đặc biệt (cần thiết kế và số liệu thí nghiệm của chính nhà cung cấp hệ thống). Đây là nguồn gốc của các phương thức hợp đồng theo kết quả và nhà cung cấp thiết kế ở Chương 8.

2.10 Các điểm then chốt cần ghi nhớ¶

Chọn họ kết cấu trước tiên: tường MSE (mặt thẳng đứng) hay RSS (mặt dốc) — chúng phá hoại khác nhau và được thiết kế khác nhau.
Phân loại cốt là dãn được hay không dãn được; điều này thay đổi mô hình ổn định nội bộ.
Chất lượng đất đắp, ăn mòn/độ bền và thoát nước là ba nguyên nhân phá hoại lặp lại — phải đánh giá ngay từ giai đoạn dự án.
Tuổi thọ thiết kế là thông số đầu vào lan truyền tới mọi hệ số độ bền.