Địa kỹ thuật Tổng hợp, Đất có Cốt & Xử lý Nền¶

Tóm tắt Chuyên đề

Phiên 5 của GeoVadis (GAIC 2025) bao quát các tiến bộ trong lĩnh vực vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp, kết cấu đất có cốt và các giải pháp cải tạo nền tiên tiến. Các trọng tâm kỹ thuật bao gồm vi cơ học ma sát mặt tiếp xúc, cơ chế kháng nhổ của lưới địa kỹ thuật xếp chồng, độ ổn định của tường đất có cốt (RSW) dưới tác động động đất và mưa bão cực đoan, công nghệ tách nước bùn thải quặng bằng ống vải địa kỹ thuật, và ổn định mái dốc đường ống áp lực thủy điện.

1. Cơ chế Kháng Nhổ của Lưới Địa Kỹ Thuật Xếp Chồng (A.O.A. Mohammed, B.K.K. Prabhakara, U. Balunaini)¶

Mối Nối Xếp Chồng trong Thi công Đất Có Cốt¶

Trong các công trình tường đất có cốt (MSE) và nền đường đắp cao, các cuộn lưới địa kỹ thuật buộc phải nối hoặc xếp chồng lên nhau do giới hạn chiều dài cuộn xuất xưởng. Mohammed và cộng sự tiến hành thí nghiệm nhổ quy mô lớn và mô phỏng số rời rạc để xác định hệ số kháng nhổ (\(F^*\)): - Tỷ số trùng khớp mắt lưới (\(S_r\)): Được định nghĩa là mức độ thẳng hàng của các thanh ngang giữa hai lớp lưới xếp chồng. Khi các thanh ngang trùng khít hoàn toàn (\(S_r = 1{,}0\)), sức kháng tì ép bị động của các thanh ngang phía trước sẽ được huy động đồng thời. - Chiều dài xếp chồng tối thiểu (\(L_o\)): Khi nối chồng không dùng chốt nối cơ học, chiều dài đoạn xếp chồng tối thiểu phải đạt từ \(1{,}0\,\text{m} - 1{,}5\,\text{m}\) để chống tuột trước khi lực kéo đạt tới cường độ kéo đứt thiết kế của lưới (\(T_{ult}\)). - Hệ số ma sát tiếp xúc biểu kiến (\(\alpha\)): Hệ số ma sát hiệu dụng \(f^* = \tau / \sigma'_n\) đạt từ \(0{,}85 - 0{,}95\) so với giá trị của một lớp lưới nguyên vẹn nếu công tác đầm nén đất đắp được kiểm soát chặt chẽ.

2. Tường Đất Có Cốt với Bề Mặt Ô Địa Kỹ Thuật (Geocell) (R. Ahamad, A. Shelke, S. Khan)¶

Mặt Tường Ô Địa Kỹ Thuật Dẻo So Với Tấm Bê Tông Đúc Sẵn¶

Các tấm ốp bề mặt bằng bê tông đúc sẵn truyền thống trong tường MSE thường dễ bị nứt vỡ khi xảy ra lún lệch không đều và có lượng phát thải carbon cao. Ahamad và cộng sự nghiên cứu giải pháp xếp tầng các ô địa kỹ thuật (geocell) làm khối mặt tường dẻo: - Cơ chế giam giữ 3 chiều: Các ô geocell chứa đầy đất hạt hoặc cốt liệu tái chế tạo thành khối tường chắn trọng lực dẻo, có khả năng thích ứng với độ lún lệch rất lớn (\(> 5\%\)) mà không gây phá hoại kết cấu. - Ứng xử dưới tải trọng động đất: Khi xảy ra rung chấn địa chấn, mặt tường geocell dẻo tiêu tán năng lượng thông qua ma sát trượt chu kỳ giữa các ô, giúp giảm gia tốc đỉnh ở mặt ngoài tường tới \(30\%\) so với tường khối bê tông xếp cứng. - Khả năng phủ xanh sinh thái: Các ô geocell lộ ra ngoài có thể gieo hạt cỏ thủy lực để tạo mảng xanh tự nhiên, giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị và chống xói mòn bề mặt do mưa bão.

3. Thí nghiệm Mô hình Ly tâm Tường RSW Chịu Mưa Lớn Cực Đoan (V.V. Turlapati, B.V.S. Viswanadham)¶

Tích tụ Áp lực Nước Lỗ rỗng trong Đất Đắp Sau Tường¶

Sự cố sạt lở do mưa bão là nguyên nhân phá hoại phổ biến nhất của tường đất có cốt trên toàn thế giới. Turlapati và Viswanadham thí nghiệm mô hình tường ở gia tốc \(30g\) trong máy ly tâm địa kỹ thuật tích hợp hệ thống phun mưa mô phỏng bão: - Nguy cơ do thiếu tầng lọc thoát nước: Khi không bố trí tầng lọc thoát nước đứng (chimney drain) hoặc lớp thoát nước tổng hợp, một mực nước ngầm treo sẽ dâng lên nhanh chóng sau lưng tường khi gặp mưa lớn (\(100\,\text{mm/h}\) quy đổi thực tế). - Mất lực hút dính ma mao dẫn tức thời: Mũi thấm di chuyển vào trong làm triệt tiêu lực dính biểu kiến (\(c = \psi \tan\phi^b\)), chuyển đổi trạng thái áp lực đất chủ động (\(K_a\)) sang áp lực đất bão hòa thủy tĩnh, làm lực kéo căng trong lưới địa kỹ thuật tăng vọt đột ngột. - Dạng phá hoại chuyển vị: Ảnh chụp chuyển vị ly tâm ghi nhận hiện tượng phình bụng ra ngoài và xoay chân tường, khẳng định vai trò sống còn của các dải vải địa kỹ thuật không dệt thoát nước bố trí xen kẽ giữa các lớp cốt trong đất đắp chất lượng trung bình.

       Mưa bão lớn cực đoan
       │   ▼        ▼        ▼        ▼
       ▼───────────────────────────────────────┐
       │ Mũi thấm ngấm sâu vào khối đắp        │
       │   - Lực hút ma mao dẫn ψ tụt về 0     │
       │   - Lực dính biểu kiến c' biến mất    │
       │═══════════════════════════════════════│
       │ Hình thành mực nước treo / Áp lực Δu  │
       │   - Tổng áp lực đẩy ngang tăng vọt    │
       │   - Sức kháng cắt hữu hiệu tụt dốc    │
       └───────────────────┬───────────────────┘
                           │
                           ▼
       Lực kéo đứt lưới địa kỹ thuật tăng vọt ──► Phình bụng chân tường & xoay lật
       (Biện pháp xử lý: Tầng lọc vải địa kỹ thuật & dải thoát nước tổng hợp)

4. Tách Nước Bùn Thải Bằng Ống Vải Địa Kỹ Thuật (Geotextile Tube) (G.F. Segré Quilichini, S.K. Bhatia; N. Budhai)¶

Giảm Thể Tích Bùn Thải & Quản Lý Đập Thải Quặng¶

Bùn nạo vét luồng tàu biển, quặng đuôi tuyển khoáng và bùn thải công nghiệp có độ ẩm rất cao (\(> 80\%\)) và hàm lượng hạt rắn thấp. Ống vải địa kỹ thuật—các ống lớn may từ vải địa kỹ thuật dệt polypropylene cường độ cao—cung cấp giải pháp khử nước kinh tế và hiệu quả: - Xử lý keo tụ hóa học: Định lượng chất trợ lắng polyme giúp gom các hạt bùn mịn thành các bông cặn bền vững, ngăn ngừa hiện tượng bít tắc sớm các lỗ lọc của vải địa kỹ thuật. - Hiệu suất giữ hạt: Trên \(98\%\) lượng hạt mịn lơ lửng được giữ lại bên trong ống, trong khi nước trong được lọc sạch thoát ra ngoài tự do qua các lỗ vải. - Cố kết và giảm ẩm: Trong vòng 30 đến 90 ngày, độ ẩm bùn giảm xuống dưới \(35\%\), chuyển đổi bùn lỏng thành bánh đất khô có cường độ cao, sẵn sàng cho công tác tái sử dụng hoặc san lấp an toàn.

5. Gia cố Ổn định Mái Dốc Tuyến Ống Thủy điện Middle Tamor (M. Rijal, R. Mahajan, et al.)¶

Ổn định Mái dốc Hiểm trở Vùng Himalaya¶

Tại Dự án Thủy điện Middle Tamor công suất 73 MW ở Nepal, tuyến đường ống áp lực chạy qua sườn núi dốc đứng cấu tạo bởi đá phyllite nứt nẻ và đất tàn tích sườn tích: - Hệ thống gia cố kết hợp: Lưới địa kỹ thuật polyester cường độ cao (\(T_{ult} \ge 200\,\text{kN/m}\)) kết hợp với neo đá tự khoan và lưới thép bảo vệ mặt dốc. - Kiểm soát xói lở bề mặt: Trải thảm xơ dừa sinh học tự phân hủy dọc theo các cơ mái dốc để chống xói rãnh và kích thích thảm thực vật phục hồi trong mùa mưa gió mùa. - Kết quả quan trắc: Hệ thống mốc đo dịch chuyển bề mặt và ống đo nghiêng (inclinometer) khẳng định mái dốc giữ ổn định tuyệt đối qua hai mùa mưa lũ lớn liên tiếp.

6. Danh mục Thiết bị Quan trắc Hiện trường cho Địa kỹ thuật Tổng hợp¶

Ứng dụng Vật liệu Tổng hợp	Thiết bị Quan trắc Kết cấu Chính	Cảm biến Thủy lực / Môi trường	Chỉ tiêu Kỹ thuật Đánh giá
Tường đất có cốt lưới địa kỹ thuật	Cảm biến đo biến dạng dải dài trên lưới	Hộp đo áp lực đất đặt sau mặt tường	Biến dạng kéo cốt sợi (\(\epsilon\)), áp lực đất ngang tác dụng
Thí nghiệm mưa trên máy ly tâm	Đầu đo dịch chuyển laser (LDS)	Áp kế đo áp lực nước kẽ rỗng mini	Chuyển vị phình mặt tường, áp lực kẽ rỗng tăng (\(\Delta u\))
Ống vải địa kỹ thuật tách nước	Cảm biến áp suất bơm tại họng nạp	Cảm biến đo độ đục của nước thoát	Áp lực bơm nạp (\(p_{fill}\)), hàm lượng chất rắn lơ lửng
Gia cố mái dốc đường ống áp lực	Cảm biến đo tải trọng đầu neo (Load cell)	Ống đo nghiêng (Inclinometer) trong mái	Lực căng dư đầu neo đá, vị trí mặt trượt sâu
Cọc đá bọc vải địa kỹ thuật	Bàn đo lún phân tầng theo chiều sâu	Áp kế dây rung đo áp lực kẽ rỗng đất nền	Độ lún cố kết, tốc độ tiêu tán áp lực kẽ rỗng nền sét yếu