TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐỊACHẤT VÀ DẦU KHÍ BỘ MễN ĐỊA KỸ THUẬT … 0O0… ĐỒ ÁN MễN HỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG PHÂN CÁCH TRONG NỀN ĐƯỜNG GVHD: ThS. NGễ TẤN PHONG SVTH : HUỲNH TRỌNG HUẤN MSSV : 30400934 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6 NĂM 2008 TP.HCM BK MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………… i CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG 1 I.1. Vải địa kỹ thuật 1 I.1.1. Lịch sử ra đời 1 I.1.2. Khái niệm 2 I.1.3. Phân loại vải địa kỹ thuật 2 I.1.4. Các đặc tớnh cơ bản của VĐKT và thí nghiệm xác định chúng 3 I.1.5. Chức năng của vải địa kỹ thuật 4 I.1.6. Phạm vi ứng dụng 5 CHƯƠNG II. CƠ SỞ Lí THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN VĐKT VÀ ỨNG DỤNG LÀM PHÂN CÁCH TRONG NỀN ĐƯỜNG………………… 9 II.1. Cơ sở lý thuyết để lựa chọn VĐKT……………………………………… 9 II.1.1. Ba bước thao tác trước khi tính toán thiết kế vải địa kỹ thuật……….9 II.1.2. Các tiêu chuẩn thiết kế…………………………………………… 10 II.2. Cơ sở lý thuyết để tớnh toán và thiết kế VĐKT 11 II.2.1. Dùng VĐKT để tăng sức chịu tải của đất nền………………………11 II.2.2. Dùng VĐKT làm lớp phân cách………………………………… 13 II.2.3. Dùng VĐKT cho chức năng thấm lọc và tiêu thoát nước 16 II.3. Ứng dụng vải địa kỹ thuật làm vật liệu phân cách cho nền đường ụtụ 18 II.3.1. Các dạng phá hủy của nền đường 18 II.3.2. Chức năng của VĐKT trong kết cấu nền đường 18 II.3.3. Sử dụng vải địa kỹ thuật với chức năng phân cách 18 II.3.4. Các phương pháp tớnh toán lớp đắp cho nền đường có ứng dụng VĐKT…………………………………………………21 II.3.5. Quy trình thiết kế theo phương pháp AASHTO-Polyfelt 26 KẾT LUẬN 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 Mở đầu Trong những thập niờn gần đây, ngành xõy dựng đang có những bước phát triển khá mạnh mẽ, góp phần đáng kể trong công cuộc xõy dựng đất nước nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riờng. Chớnh vì thế mà diện tích xõy dựng trên đất tốt ngày càng bị thu hẹp, dần dần mở rộng ra cho những vùng đất yếu.Và việc xõy dựng công trình trên đất yếu rất khó khăn và không thể nờn ta phải có những biện pháp xử lí nền đất cho mục đích xõy dựng. Hiện nay có rất nhiều phương pháp để gia cố và xử lí nền đất yếu như phương pháp giếng cát ,bấc thấm ,vải địa kỹ thuật ,cọc đất vôi, cọc đất xi măng…Nhưng trong đồ án này chỉ đề cập đến phương pháp vải địa kỹ thuật . Phương pháp vải địa kỹ thuật là một phương pháp rất hiệu quả và kinh tế .Vải địa kỹ thuật có thể được ứng dụng làm tăng cường độ của nền, ngăn cách các lớp vật liệu phớa trên với nền đất yếu, cũng như có thể làm nhiệm vụ tiêu thoát nước khá hiệu quả mà thời gian thi công lại rất nhanh và đơn giản. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG I.1. Vải địa kỹ thuật. I.1.1. Lịch sử ra đời. Những năm trước Công nguyờn, con người đã biết trộn chung đất sét với cành cõy, cỏ cõy, rơm rạ…để gia cố nền đất khi xõy dựng công trình. Năm 1926, vải cotton nặng đã được dùng như vật liệu ngăn cách để cải tạo và ổn định đường do cục đường bộ California đảm nhiệm. Từ năm 1926 đến năm 1960 , hầu hết các ứng dụng của vải địa kỹ thuật là làm lớp bảo vệ và phòng chống xói lở trong xõy dựng công trình cầu đường và thủy lợi. Từ những năm 1960 đến 1980, hàng loạt sản phẩm địa kỹ thuật ra đời và mở rộng nhanh phạm vi sử dụng. Năm 1968, lần đầu tiờn một công ty của Pháp đã sản xuất Vải địa kỹ thuật xuyờn kim- không dệt với các tên thương mại là Bidim, sau đó ICI sản xuất VĐKT không dệt bằng nhiệt. Chemie Linz ở Áo là một trong những người đi đầu trong sản xuất loại vải không dệt. Trong vòng 10 năm (1970-1980), ở Bắc Mỹ đã sử dụng tới 90 triệu m 2 vải địa kỹ thuật. Một sự kiện quan trọng là vào năm 1971, hội thảo quốc tế lần nhất về VĐKT đã tổ chức tại Pháp. Đỉnh cao của lĩnh vực sử dụng VĐKT trong xõy dựng là sự ra đời Hiệp hội VĐKT quốc tế (IGS) và hàng loạt các tổ chức tiêu chuẩn về VĐKT như ASTM D35 (Mỹ), CEN (ủy ban của châu Âu về vật liệu ĐKT tổng hợp), GRI ( viện nghiờn cứu vật liệu ĐKT tổng hợp), ISSMFE TC9, ISO Committee…. Hội thảo quốc tế về VĐKT tổ chức lần 2 ở Las Vegas vào năm 1982, lần 3 tại Vienna vào năm 1986, lần 4 tại Hague vào năm 1990, lần 5 tại Singapor vào năm 1994, lần 6 tại Atlanta vào năm 1998. Những năm 90 trở lại đây thì việc sử dụng VĐKT vào các công trình xõy dựng trở nờn rất rộng rói. I.1.2.Khái niệm. Theo TCXDVN, vải địa kỹ thuật là sản phẩm từ polymer tổng hợp, sợi liên tục ,dệt hoặc không dệt, có độ bền cao, có khả năng thoát nước hoặc cách nước, được sử dụng trong xõy dựng để phân cách, gia cố nền hay lọc… Phần lớn vải địa kỹ thuật có thành phần cấu tạo khoảng 96% đến 97% chất trùng hợp (polymer), 2% đến 3% than đen (cacbon black) và 0% đến 1% các phụ gia khác. Các polymer cơ bản dùng trong công nghệ sản xuất vải địa kỹ thuật là: Polypropylen(PP), Polyester(PET), Polyethylen(PE), Polyamide(PA). Phần tử sơ cấp tạo nờn VĐKT gọi là sợi vải có đặc trưng là chiều dài không ngắn hơn 100 lần đường kớnh. Sợi có thể dài liờn tục hoặc sợi ngắn có chiều dài từ 5cm đến 10cm. Tựy theo phương pháp kết dớnh giữa các sợi và bó sợi mà vải có tờn tương ứng. I.1.3.Phân loại. VĐKT có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo cấu trúc, chức năng, vật liệu, mục đích…, sau đõy phân loại theo cấu trúc của vải và theo chức năng sử dụng: a- Theo cấu trúc vải: ● Vải không dệt: gồm những sợi ngắn gắn kết với nhau bằng keo húa học hoặc bằng gia nhiệt có các đặc trưng sau: - Biến dạng từ 30% đến 50% - Sức chịu kéo từ 1 đến 30 kN/m, với những loại vải đặc biệt sức chịu tải có thể đạt tới 30 đến 100 kN/m. Hình 1.1. Vải không dệt. ● Vải dệt: cấu trúc như các loại vải may mặc thông thường có các đặc tớnh sau: - Sức chịu tải lớn, theo hướng dọc lớn hơn hướng ngang. - Loại dệt có modun biến dạng lớn hơn loại không dệt nhưng lại không đẳng hướng. Hình 1.2. Vải dệt b- Theo chức năng sử dụng: ● Loại có chức năng ngăn cách: sử dụng làm ngăn cách giữa 2 lớp vật liệu có tớnh chất cơ lý khác nhau. ● Loại có chức năng thấm lọc: ngăn cách không cho các phần tử lơ lửng trong nước đi qua màng lọc. ● Loại có chức năng thoát nước: cho phép thoát nước theo cả 2 chiều đứng và ngang. ● Loại có chức năng gia cố cơ học: làm đồng nhất sự biến dạng, tăng độ bền phá hủy cục bộ. I.1.4. Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của VĐKT và thí nghiệm xác định chúng. 1- Cường độ chịu kéo và độ gión dài ứng với lực tác dụng cực đại, kN/m và %. Cường độ chịu kéo là giới hạn lực cho khả năng chịu kéo của vải dưới tải trong công trình. Độ gión dài ứng với lực tác dụng cực đại là biến dạng so với lúc ban đầu của vải dưới lực tác dụng cực đại. Xác định các thông số này thông qua thí nghiệm kéo được thực hiện trên 1 mẫu thử có chiều dài 500mm và chiều rộng 100mm. 2- Độ thấm đứng, m/s. Là khả năng cho nước đi qua theo phương vuông góc với mặt vải. Xác định thông số này thông qua thí nghiệm thấm đối với mẫu đất có sử dụng vải. 3- Độ lỗ rỗng, μm. Là kích thước lỗ chiếm 95% trên vải. Xác định thông số này thông qua thí nghiệm sàn lọc các hạt đất qua màng lọc bằng vải. 95% đường kớnh hạt đi qua (d 95 ) chớnh là kích thước lỗ lọc của vải. 4- Độ dày tiêu chuẩn của vải. Chính là khoảng cách giữa 2 đĩa phẳng song song khi 2 đĩa này ép lờn vải một áp lực quy định là 2kPa. 5- Khối lượng đơn vị diện tích, g/m 2 . Là khối lượng của vải trên một đơn vị diên tích. I.1.5. Chức năng của vải địa kỹ thuật. Tựy thuộc vào các công trình mà sử dụng vải địa kỹ thuật có một hay kết hợp các chức năng sau: 1- Chức năng phân cách. Vải địa kỹ thuật được dùng làm tấm ngăn cách liên tục giữa 2 lớp vật liệu có đặc tớnh khác nhau, thí dụ như cát sạn sỏi với bùn sét. Dùng vải địa kỹ thuật sẽ tránh được mất vật liệu, cho phép giảm khối lượng đất đắp và sẽ tiết kiệm đáng kể chi phí xõy dựng. Sử dụng lớp phõn cách bảo đảm rằng tớnh chất cơ học của các lớp đất được bảo quản an toàn, tải trọng tác dụng sẽ được tiếp nhận và sự phõn bố tải trọng trong nền đất tốt hơn. 2- Chức năng thấm lọc. Nước di chuyển có mang theo những phần tử lơ lửng, VĐKT sẽ cho nước đi qua và nó sẽ giữ các vật liệu lơ lửng ở lại. Nhưng quá trình này sẽ bít nhép màng lọc và làm giảm khả năng thấm của màng lọc. Hiện tượng này không thể tránh được và chấp nhận nếu thỏa món các điều kiện sau: o Hệ số thấm theo đường lọc vẫn cao hơn hệ số thấm của khu vực xung quanh. o Hiện tượng bít chậm so với tuổi thọ công trình. o Quá trình lắng có một thời hạn nhất định. 3- Chức năng thoát nước. Ở Việt Nam nền đất yếu thường có độ ẩm tự nhiờn tương đối lớn và độ nhạy cảm tương đối cao. Vì thế VĐKT có thể làm cho nước tiêu thoát nhanh để gia tăng cường độ kháng cắt của đất nền và do đó làm gia tăng ổn định của tổng thể công trình theo thời gian.VĐKT loại không dệt, xuyờn kim có chiều dày và tớnh thấm nước cao là vật liệu có khả năng tiêu thoát nước tốt, cả theo phương đứng và phương ngang.Vì thế làm tiêu tán nước trong lỗ rỗng nhanh, giảm áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình thi công cũng như sau khi xõy dựng và dẫn đến sức kháng cắt tăng lờn. Hai tiêu chuẩn để đánh giá về đặc trưng của lọc ngược là khả năng giữ đất và hệ thấm của vải.VĐKT cần có kích thước lỗ rỗng đủ nhỏ để không cho các hạt đất cần bảo vệ đi qua, đồng thời cũng đủ lớn để đủ khả năng tiêu thoát nước đảm bảo cho việc giảm áp lực nước lỗ rỗng 4- Chức năng gia cố. Vải địa kỹ thuật làm cho việc thi công lớp đầu tiờn dễ dàng hơn như giảm chiều dày, đảm bảo cho phương tiện lưu thông đi lại dễ dàng, làm cho sức chịu tải tăng và biến dạng đồng đều. Tuy không làm tăng độ bền của đất nhưng vải địa kỹ thuật chống lại sự phát triển các vùng phá hoại cục bộ. Đối với nền đất yếu thì sự phá hoại lớp đất đắp xảy ra tức thời. Do đó việc sử dụng vải địa kỹ thuật tránh được sự phá hoại tức thời đó và tăng cường gia cố. Trong kết cấu nền đường VĐKT như bộ phận chịu lực tuy nhiên tải trọng xe tác dụng lờn mặt đường chủ yếu theo phương thẳng đứng, trong khi phương chịu kéo của vải lại theo phương ngang. Vì vậy cường độ chịu kéo và cường độ chịu uốn của vải có ảnh hưởng rất nhỏ trong sự gia tăng khả năng chịu tải của nền dưới tải trọng đứng của bánh xe. Trong trường hợp xõy đê đập hay xõy dựng đường dẫn vào cầu có chiều cao đất đắp lớn có khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang của đất đắp, VĐKT có thể đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực kháng trượt theo phương ngang, nhằm gia tăng ổn định của mái dốc, trong trường hợp này nó có chức năng gia cường. I.1.6. Phạm vi ứng dụng. VĐKT là loại vật liệu địa kỹ thuật được sử dụng khá phổ biến.Vì thế mà phạm vi ứng dụng của nó ngày càng rộng và đa dạng như trong lĩnh vực giao thông vận tải, thủy lợi ,trong công tác ổn định công trình, cầu đường ,… Vùng châu Á, loại đất sét yếu và than bùn là khá phổ biến, nó không cho phép xõy dựng trực tiếp công trình trên nền thiờn nhiờn, cũng như thiết bị thi công không thể di chuyển và lắp đặt trực tiếp trên nó.Vì thế giải pháp VĐKT lúc này là khá hiệu quả Có thể kể ra một số ứng dụng của VĐKT như sau: I.1.6.1. Ứng dụng vải lọc trong đường sắt. VĐKT không dệt, sợi liên tục có thể lắp đặt trong nền đường sắt để phân cách giữa lớp balát và lớp đất nền bờn dưới nhằm tránh hiện tượng chỡm dần và bị bẩn của đá balát đồng thời cho phép tiêu thoát nước từ trung tâm đường ray ra ngoài ,từ đó giúp ổn định đường ray. Hình 1.3. Ứng dụng trong đường sắt I.1.6.2 Làm tầng lọc ngược cổ điển nhiều lớp trong các công trình bảo vệ bờ sông, mái dốc và các công trình tiêu thoát nước khác,… VĐKT Hình 1.4. Ứng dụng trong ống lọc Hình 1.5. Chức năng thoát nước ở bờ dốc gần đường Hình 1.6. Ứng dụng trong giữ ổn định sườn dốc. I.1.6.3. Làm lớp phân cách trong kết cấu nền đường. Việc dùng VĐKT có tác dụng phõn cách tăng cường sức chịu tải cũng như cường độ của nền đường. Ngoài ra ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của vải địa kỹ thuật như xõy dựng các kho chứa, bến bói, bến đập…trên nền đất yếu; gia cố tường, gia cố cầu và các trụ chống; tiêu thoát nước ở các sân vận động, sõn golf và các bói chứa cát… Nước dưới đất nền đường Rãnh thoát tường chắn bờ dốc Kênh dẫn [...]... cống; trong ổn định sườn mái dốc;… và cũn rất nhiều ứng dụng khác Tất cả đã được làm rừ trong đồ án Ngoài ra trong đồ án cũn đưa ra cơ sở lý thuyết tớnh toán thông số của vải như cường độ chịu kéo, độ gión dài, cường độ chống xuyên thủng, độ lỗ rỗng hiệu dụng của vải và ứng dụng vải địa kỹ thuật làm phõn cách trong nền đường Với những tớnh năng quan trọng và sự ứng dụng rộng rói của vải địa kỹ thuật. .. ngược của vải - Chọn loại vải và xác định tớnh năng của nó để thỏa các chức năng đã đề ra KẾT LUẬN Vải địa kỹ thuật - một công nghệ mới xử lí nền đất yếu, được ứng dụng từ rất sớm trong những năm đầu của thế kỷ XX Với những chức năng phân cách, thấm lọc, thoát nước và gia cố, vải địa kỹ thuật đang được ứng dụng rất rộng rãi như làm phõn cách trong nền đường; trong thi công đường sắt; thấm lọc trong. ..Hình 1.7 Ứng dụng gia cố trong nền đường CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VĐKT VÀ ỨNG DỤNG LÀM PHÂN CÁCH TRONG NỀN ĐƯỜNG II.1 Cơ sở lý thuyết để lựa chọn VĐKT II.1.1 Ba bước thao tác trước khi tính toán thiết kế VĐKT 1- Bước 1 Xác định chức năng chớnh của vải Cần phõn biệt được các chức năng chớnh và chức năng phụ của VĐKT trong mỗi giai đoạn xõy dựng là điều quan trọng để thiết kế và xác định... hợp dẫn đến sự phân rã cấu trúc nền Nguyờn nhân gõy nờn phá hủy chức năng có thể do sự xâm nhập của đất nền vào lớp cấp phối bờn trên, dẫn đến sự thoát nước không thích hợp và làm giảm độ bền của nền đường Tải trọng có thể gõy nờn ứng suất cắt trong phần nền, phần cấp phối cũng như lớp bề mặt… II.3.2 Chức năng của VĐKT trong kết cấu nền đường VĐKT sử dụng trong xử lý nền đường đắp trờn nền đất yếu thường... trượt trong mẫu đất Khi tính toán nền đất gia cường bằng VĐKT thì nờn sử dụng các quan hệ sau: Ec = và C0 C1 (2.3) Eϕ = ϕ0 ϕ1 (2.4) Trong đó: Ec và Eϕ - “ hệ số hiệu quả” do tăng cường lực dớnh và tăng góc ma sát trong của đất có VĐKT và đất không VĐKT Trị số Ec và Eϕ thay đổi trong khoảng 0ữ1 C0 và ϕ0 - lực dớnh và góc ma sát trong của đất khi chưa có VĐKT C1 và ϕ1 - lực dớnh và góc ma sát trong của... nước và lọc nước của vải 2- Với chức năng chớnh là gia cố và phân cách thỡ tiờu chuẩn lựa chọn vải là: o Có cường độ chịu kéo phù hợp o Chịu được các phá hoại trong quá trình thi công o Các đặc tớnh tiêu thoát nước và lọc nước của vải 3- Với chức năng thấm lọc là chính thì tiêu chuẩn lựa chọn vải là: o Tiêu chuẩn lọc và dẫn nước b-Các tiêu chuẩn tớnh toán phù hợp với từng loại công trình 1- Đường, các... Nghiệp Mỹ (USFS) sử dụng, dựa trên cơ sở phân tích lý thuyết và kinh nghiệm thực tiễn từ các thí nghiệm trong phòng và hiện trường Phương pháp này xem xét vết lỳn có thể xảy ra do tải trọng xe trong trường hợp có vải và không có vải Khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới tải trọng bánh xe tớnh theo công thức cổ điển (c uNc), trong đó cu sức kháng cắt không thoát nước của đất nền và N c là hệ số khả... nền đường Nhằm bảo đảm chất lượng thi công đầm nén các lớp nền đường theo thiết kế, ngăn ngừa các vết lỳn và phá hoại cục bộ của các lớp chịu lực trong nền đường Ngoài ra cũn giúp cho phép các phương tiện thi công có thể di chuyển trên đất yếu để thi công các bước tiếp theo Chiều dày của lớp ổn định húa nền đường này có thể giảm đáng kể khi dùng VĐKT làm lớp phân cách - Độ lỳn và khả năng thoát nước. .. d- Hệ số thấm Nờn chọn vải có hệ số thấm và độ lỗ rỗng càng lớn càng tốt đảm bảo đất nền được thoát nước tốt nhằm giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền Kd: Kg  100Kd Hệ số thấm theo phương thẳng ứng của vải như trong công thức trên, cần chọn vải có hệ số thấm lớn theo phương ngang để tăng khả năng thoát nước theo phương mặt bằng của vải e- Khả năng kháng tia cực tím (UV) Cần chọn vải có khả năng ổn định... vải : O90- lỗ rỗng hữu hiện trên vải ko- hệ số thấm của vải ks- hệ số thấm của đất Loại a (Cu < 5 và d50 >50mm) Loại b (Cu < 5 và d50 < 50mm hoặc Cu > 5) Cu- hệ số đồng đều (=d60/d10) d60- đường kớnh lỗ chiếm 60% d50- đường kớnh lỗ chiếm 50% d10- đường kớnh lỗ chiếm 10% Tải trọng phương tiện: Nhẹ  10 xe/ ngày Vừa :10-100 xe/ngày Nặng  100xe/ngày II.3 Ứng dụng VĐKT làm vật liệu phân cách cho nền đường . ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐỊACHẤT VÀ DẦU KHÍ BỘ MễN ĐỊA KỸ THUẬT … 0O0… ĐỒ ÁN MễN HỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG PHÂN CÁCH TRONG NỀN ĐƯỜNG GVHD: ThS. NGễ TẤN PHONG SVTH. ,vải địa kỹ thuật ,cọc đất vôi, cọc đất xi măng…Nhưng trong đồ án này chỉ đề cập đến phương pháp vải địa kỹ thuật . Phương pháp vải địa kỹ thuật là một phương pháp rất hiệu quả và kinh tế .Vải. năng của vải địa kỹ thuật. Tựy thuộc vào các công trình mà sử dụng vải địa kỹ thuật có một hay kết hợp các chức năng sau: 1- Chức năng phân cách. Vải địa kỹ thuật được dùng làm tấm ngăn cách liên