Đề tài nghiên cứu giải pháp ổn định mái dốc bằng đinh đất tại khu vực hạ long quảng ninh

* Nội dung nghiên cứu của đề tài - Thông qua việc phân tích biện luận về tác dụng của đinh đất để đưa rađịnh nghĩa về đinh đất, giới thiệu về việc áp dụng công nghệ đinh đất trong giacườ

và đang áp dụng nhiều giải pháp nhằm gia cường, gia cố nâng cao tính ổn địnhcủa mái dốc, vách hố đào như: các biện pháp thay đổi hình dạng mái dốc (đàogiật cấp, giảm góc dốc, bóc bỏ một phần lớp vỏ phong hóa ), tường chắn bêtông cốt thép, đá xây, kè rọ đá, tường cừ, tường có cốt, Tuy nhiên thực tế chothấy, hiện tượng mất ổn định mái dốc, vách hố đào vẫn xảy ra ngay tại các máidốc, vách hố đào đã được gia cố, gia cường Công nghệ đinh đất nhằm tăng độ

ổn định của mái dốc, vách hố đào là một giải pháp kỹ thuật mới, góp phần giảiquyết triệt để hơn vấn đề ổn định của mái dốc đào sâu và vách hố đào Hơn nữa,việc áp dụng công nghệ đinh đất trong gia cường ổn đinh mái dốc, vách hố đàosâu còn góp phần làm giảm chi phí xây dựng, thi công đơn giản, nhanh nên nó đã

và đang được áp dụng rộng rải ở các nước trên thế giới Kết cấu neo đất kết hợp

với khung bê tông, tường chắn, cọc khoan nhồi sẽ giúp cho kết cấu công trìnhthành mảnh hơn, tăng tính thẩm mỹ cho công trình.

Tên gọi “đinh đất” (Soil Nails, xuất phát từ tiếng Pháp Clouage de sol)thực chất là cắm vào trong thể đất đá một hệ thống thanh (đinh) thép, ống thépdài với khoảng cách giữa chúng nhỏ và thường bên ngoài được bao bọc bởi phụtvữa xi măng cát hoặc vữa xi măng (phụt vữa xi măng) Đặc điểm của đinh đất là

nó phát huy tác dụng ở bề mặt tiếp xúc giữa thể đất đá và đinh dọc theo chiều dàicủa nó Trong điều kiện thể đất đá xảy ra biến dạng, thông qua lực dính kết hoặclực ma sát giữa đất đá và suốt chiều dài đinh làm cho đinh đất chịu tác dụng kéo,đồng thời chủ yếu thông quá tác dụng chịu kéo này làm cho thể đất đá được giacường và giữ ổn định

Công nghệ đinh đất được bắt đầu nghiên cứu từ đầu thập niên 60 của thế

kỷ 20 ở châu Âu Sau 50 năm kể từ khi công nghệ này ra đời, nó đã và đangđược sử dụng khá rộng rãi ở các nước như Pháp, Mỹ, Anh, Đức, Trung Quốc,Nhật Bản, Malaysia, trong các hạng mục công trình như gia cố mái ta -luy, mái

đê, mái đập, trụ cầu, tường vây, đất đá bị phong hóa, vách hố đào sâu móng côngtrình Tuy nhiên, tại Việt Nam công nghệ “ đinh đất” đến nay vẫn còn rất ít được

sử dụng do công nghệ này đòi hỏi thiết bị khoan chuyên dụng, có khả năngkhoan xiên sâu vào trong các lớp đất hoặc đá yếu Với mục đích củng cố thêm cơ

sở lý thuyết trong việc tính toán, kết hợp với việc tổng hợp kinh nghiệm tínhtoán và thi công đinh đất trên thế giới nhằm đưa công nghệ này áp dụng vào điềukiện địa chất và đặc điểm thi công cụ thể tại Việt Nam tác giả lựa chọn đề tài

“Nghiên cứu giải pháp ổn định mái dốc bằng đinh đất tại khu vực Hạ Long Quảng Ninh” Đề tài tác giả nghiên cứu sẽ có ý nghĩa thực tiễn trong sản xuất và

-góp phần nhỏ vào việc phổ biến công nghệ đinh đất trong lĩnh vực xây dựng tạiViệt Nam

* Mục đích nghiên cứu

- Tổng quan về công nghệ đinh đất, những ưu nhược điểm và phạm vi ápdụng

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán đinh đất và tổng quan các quy trình thiết

kế đinh đất gia cương ổn định mái dốc của một số nước trên thế giới;

- Vận dụng kết quả nghiên cứu vào việc thiết kế gia cường ổn định máidốc cho một số công trình tại khu vực Hạ Long - Quảng Ninh

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Lý thuyết ổn định mái dốc, công nghệ gia cườngmái dốc bằng đinh đất

Phạm vi nghiên cứu: Một số mái dốc tại khu vực Hạ Long - Quảng Ninh

* Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Thông qua việc phân tích biện luận về tác dụng của đinh đất để đưa rađịnh nghĩa về đinh đất, giới thiệu về việc áp dụng công nghệ đinh đất trong giacường mái dốc ở trên thế giới, những ưu khuyết điểm của công nghệ đinh đất;

- Giới thiệu cơ sở lý thuyết trong việc tính toán thiết kế đinh đất, từ đótổng kết phương pháp và các bước tiến hành thiết kế đinh đất, nguyên tắc cơ bảntrong thiết kế đinh đất;

- Tổng kết các kinh nghiệm về phương pháp thi công đinh đất trên thế giới

và khả năng áp dụng trong điều kiện cụ thể tại Việt Nam, đưa ra các vấn đề cầnlưu ý khi thi công

- Lấy ví dụng tính toán cụ thể cho mái dốc tại khu vực Hạ Long – QuảngNinh.

* Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập, tổng hợp và phân tích các tài liệu có liên quan tới lĩnh vựcnghiên cứu;

- Nghiên cứu lý thuyết về ổn định mái dốc và tính toán giải pháp ổn địnhmái dốc bằng đinh đất;

- Vận dụng lý thuyết để tính toán gia cường mái dốc tại khu vực Hạ Long– Quảng Ninh bằng giải pháp đinh đất

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: góp phần nghiên cứu bản chất của hiện tượng sụttrượt, và ứng dụng công nghệ gia cường mái dốc bằng giải pháp đinh đất

- Ý nghĩa thực tiễn: góp phần cung cấp số liệu ban đầu về việc áp dụngcông nghệ gia cường mái dốc bằng giải pháp đinh đất trong điều kiện Việt Namtại một khu vực cụ thể (Hạ Long – Quảng Ninh), từ đó là cơ sở để mở rộng phạm

vi áp dụng cho những khu vực có điều kiện địa chất tương tự khu vực nghiêncứu

* Cấu trúc luận văn

Ngoài các phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo nội dungchính của Luận văn gồm ba chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ đinh đất

Chương 2: Lý thuyết tính toán, thiết kế gia cường mái dốc bằng đinh đất Chương 3: Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào tính toán thiết kế tăng giacường ổn định mái dốc tại khu vực Hạ Long – Quảng Ninh

Phần II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐINH ĐẤT

1.1 Khái niệm về đinh đất

1.2 Hiện trạng sử dụng công nghệ đinh đất trong gia cường mái dốc ởtrong nước và trên thế giới

1.2.1 Hiện trạng sử dụng công nghệ đinh đất trong gia cường máidốc trên thế giới

1.2.2 Hiện trạng sử dụng công nghệ đinh đất trong gia cường máidốc tại Việt Nam

1.3 Phạm vi áp dụng và những ưu khuyết điểm của công nghệ đinh đấttrong gia cường mái dốc

1.3.1 Phạm vi áp dụng

1.3.2 Những ưu khuyết điểm

1.4 Những nội dung chính cần nghiên cứu của luận văn

Chương 2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ GIA CƯỜNGMÁI DỐC BẰNG ĐINH ĐẤT

2.1 Bài toán cơ bản

2.1.1 Vai trò của đinh đất trong việc cải thiện trạng thái ứng suấttrong đất

2.1.2 Vai trò của hệ đinh đất trong việc giữ ổn định tổng thể máidốc

2.2 Lý thuyết tính toán đinh đất

2.2.1 Cấu tạo của hệ tường đinh đất2.2.2 Các phương pháp xác định sức chịu tải của đinh đất2.2.3 Nội dung thiết kế gia cường mái dốc bằng đinh đất2.2.4 Sơ đồ tổng quát tính ổn đinh mái dốc

Chương 3 ỨNG DỤNG KẾT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO TÍNHTOÁN THIẾT KẾ TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH MÁI DỐC TẠI KHU VỰC HẠLONG – QUẢNG NINH

3.1 Khái quát đặc điểm điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

3.1.1 Đặc điểm vị trí địa lý3.1.2 Đặc điểm địa hình3.1.3 Đặc điểm điều kiện địa chất, địa chất thủy văn3.2 Phân tích nguy cơ gây mất ổn định mái dốc khu vực nghiên cứu

3.2.1 Qui mô công trình3.2.2 Phân tích yếu tố gây mất ổn định mái dốc3.3 Thiết kế gia cường mái dốc bằng đinh đất

3.3.1 Lựa chọn phương án gia cường mái dốc3.3.2 Thiết kế và tính toán gia cường ổn định mái dốc bằng đinhđất

3.3.3 Sơ đồ thi công, biện pháp thi công và biện pháp quan trắc

Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐINH ĐẤT

1.1 Khái niệm về công nghệ đinh đất

Cùng với sự phát triển ngày càng nhiều của các công trình ổn định mái dốc

và công trình hố đào sâu, kỹ thuật gia cố chống đỡ cho các dạng công trình nàycũng không ngừng được phát triển Một dạng công nghệ mới được dùng tronggia cường sự ổn định của mái dốc đó là công nghệ đinh đất Với các ưu điểm củacông nghệ này là kinh tế, độ tin cậy cao và tốc độ thi công nhanh nên nó đãnhanh chóng được phổ biến áp dụng rộng rải ở các nước trên thế giới Như vậy,tiếp theo sau các công nghệ cọc chắn, tường chắn, neo đinh đất đã và đang dầntrở thành một dạng kỹ thuật gia cố quen thuộc trong các công trình mái dốc vàcông trình hố đào

Thuật ngữ “đinh đất” (Soil Nails, xuất phát từ tiếng Pháp Clouage de Sol),tức là người ta tiến hành cắm vào trong thể đất các hàng, các thanh thép hoặcống thép với khoảng cách tương đối gần gần, thường thì bên ngoài các các thanhnày còn được bao bọc bởi lớp vữa xi măng cát hoặc vữa xi măng (đinh phụtvữa) Đặc điểm của đinh đất là dọc theo chiều dài của đinh tiếp xúc với đất xungquanh, dựa trên tác dụng của hệ đinh, cùng với đất xung quanh để tạo nên một tổhợp thống nhất Khi đất bị xảy ra biến dạng thông qua lực dính hoặc ma sát(hoặc cả hai loại lực này) tác dụng dọc theo chiều dài của đinh sẽ làm cho đinhchịu kéo chủ động và chủ yếu dựa trên tác dụng chịu kéo này sẽ làm cho thể đất

bị ràng buộc từ đó giữ cho nó được ổn định Phương cắm của đinh đất thườngđược thiết kế sao cho trùng với phương của biến dạng kéo do ứng suất chính gây

ra trong đất Các kết quả tính toán và quan trắc thực tế cho thấy, đinh đất thườngđược cắm theo phương gần nằm ngang, tức là cắm hơi xiên xuống dưới một góc

nhỏ so với mặt phẳng nằm ngang Biện pháp thi công điển hình được áp dụngkhi thi công đinh đất phục vụ gia cường các công trình hố đào hoặc mái dốc làtuân theo trình tự từ trên xuống dưới, chia ra các bước để thi công, tức là theonguyên tắc vừa đào vừa cắm đinh gia cường Cụ thể như sau: 1) Tiến hành đàođến độ sâu nhất định; 2) Ở độ sâu này, trên bề mặt mái dốc (hoặc vách hố đào)tiến thành cắm một hàng đinh đất đồng thời tiến hành phụt vữa xi măng lên bềmặt (hoặc vách); 3) Tiếp tục đào đến độ sâu tiếp theo, tiến hành lặp lại các côngviệc như trên cho tới chiều sâu theo yêu cầu Đối với các đinh đất cần phụt vữa,thì đầu tiên sẽ khoan tạo lỗ, sau đó cắm đinh thép rồi tiến hành phụt vữa.

Ở các nước có nền công nghệ phát triển, công tác thi công đinh đất thườngđược thực hiện thông qua hệ thống máy thi công cơ giới hóa, do đó để tiện chocông tác thi công thì các đinh đất thường được thiết kế cùng chiều dài, góc cắmcũng như nhau Khi thi công theo phương pháp thủ công, có thể căn cứ theo điềukiện chịu lực tại từng vị trí mà có thể lựa chọn chiều dài và góc cắm của các đinhđất khác nhau Đối với các hàng đinh ở phía dưới cùng thường được thiết kếngắn hơn, góc cắm thường lớn hơn một chút

Để làm rõ hơn đặc điểm của đinh đất và gia cường bằng đinh đất, chúng ta

có thể ngắn gọn so sánh nó với các công nghệ neo đất, tường có cốt, cọc nhỏ(micro pile) Đinh đất và neo đất (ground anchor) nhìn bề ngoài sẽ thấy có nhữngnét tương đồng, tuy nhiên chúng lại khác nhau về nguyên lý làm việc Dọc theochiều dài, neo đất thường được chia làm hai đoạn là đoạn bầu neo và thân neo.Trong hệ kết cầu tường chắn đất, neo được xem là điểm tựa cho cọc hoặc tườngchắn, áp lực của đất tác dụng lên tường và cọc sẽ thông qua thân neo và bầu neotruyền tới thể đất ở dưới sâu Ngoài đoạn bầu neo, trên đoạn thân neo của neo đấtcũng chịu tác dụng của lực kéo cũng cường độ, tuy nhiên lực kéo tác dụng lên

đinh đất là thay đổi dọc theo chiều dài của đinh, thường thì ở giữa lớn và ở haiđầu nhỏ Trong gia cường đinh đất, lớp vữa được phụt lên bề mặt mái dốc (hayvách hố đào) không thuộc kết cấu của hệ chắn đất, dưới tác dụng của trọng lượngbản thân đất, tác dụng chủ yếu của nó là giữ ổn định cục bộ cho bề mặt khai đào,phòng ngừa việc sạt lở và chống tác dụng xâm thực Gia cường bằng đinh đất làdựa vào tác dụng đồng thời của đinh và đất xung quanh đinh để tạo thành hệ kếtcấu chắn đất, gần giống như tác dụng của tường trọng lực Ngoài ra, thanh neotrong neo đất thường là các thanh neo dự ứng lực, làm cho thể đất chịu giàngbuộc chủ động, còn đinh trong công nghệ đinh đất thường không phải là thanhthép dự ứng lực, đinh chỉ chịu tác dụng chịu kéo sau khi thể đất xảy ra chuyển vị.

Do vậy không thể cho rằng thanh thép trong hệ gia cường đinh đất có cơ chế tróibuộc chủ động Hơn nữa, số lượng neo trong thiết kế neo đất thường hạn chế,còn đinh đất thường được bố trí thành những hàng với khoảng cách khá gần, yêucầu về độ chính xác và chất lượng trong thi công không nghiêm ngặt như trongneo đất

Công nghệ gia cường đinh đất thuộc một trong những kỹ thuật cốt gia cốđất (soil reinforcement), về mặt hình thức nó cũng giống như tường chắn có cốt.Tuy nhiên công nghệ đinh đất là kỹ thuật được thực hiện trong khối đất nguyêndạng, đinh được cắm vào trong đất theo trình tự khai đào từ trên xuống dưới.Còn đất được gia cường (reinforced earth) là một thuật ngữ xuất phát từ bảnquyền của công ty nước ngoài (Mỹ), nhằm kỹ thuật gia cường trong đất san lấp.Gọi là tường chắn có cốt tức là theo thứ tự từ dưới lên trên trong quá trình tiếnhành phân lớp san lấp sẽ tiến hành bố trí thanh thép chịu kéo (thường được đan ởdạng lưới thép), đồng thời cùng với lớp đất lấp và tường chắn để tạo thành hệ kếtcấu tường chắn đất Mặc dù điều kiện để đinh đất và đất gia cường chịu tác dụng

kéo là phải xảy ra chuyển vị trong thể đất, nhưng qui luật biến đổi lực kéo củathanh thép dọc theo chiều cao trong cả hai hệ gia cường này là khác nhau Thanhthép trong gia cường đất chịu tác dụng lực kéo lớn nhất ở vị trí lớp dưới cùng,còn trong đinh đất thanh thép chịu tác dụng lực kéo lớn nhất lại nằm ở vị trí giữa,đinh đất ở vị trí cuối cùng chịu lực nhỏ nhất Ngoài ra, kết quả quan trắc chuyển

vị của thể đất còn cho thấy, hình dạng đường cong biến dạng của thể đất giữachúng cũng khác nhau rất rõ rệt, do đó các nguyên tắc trong thiết kế tường chắnđất gia cường không thể hoàn toàn được áp dụng vào trong thiết kế đinh đất

Cấu tạo của đinh đất có sử dụng phụt vữa xi măng cũng có những điểmtương đồng với cọc đường kính nhỏ, tuy nhiên đinh đất chủ yếu thông qua lựcdính kết giữa bề mặt tiếp xúc dọc theo chiều dài đinh với đất để phát huy tácdụng và thường là cấu kiện theo phương ngang Trong khi đó, cọc nhỏ chủ yếuthông qua đoạn đỉnh cọc trực tiếp chịu tác dụng của ngoài lực hoặc chịu uốn khichịu tác dụng áp lực ngang của đất, nó thuộc loại cấu kiện theo phương thẳngđứng Cọc nhỏ (micro - piles hoặc mini - piles) đôi khi còn được gọi là cọc rễcây (rootpiles), được thiết kế thành từng hàng dạng dễ cây hoặc dạng dễ cây theomạng lưới ba chiều (rec-tifield Piles) cũng có tác dụng tạo thành hệ kết cấu giacường đất giống như đinh đất , cho dù trong hệ gia cường này cá biệt có khi cócọc chịu kéo, nhưng tổng thể đặc trưng của cả hệ chịu lực và về mặt hình thức nókhác biệt khá nhiều so với hệ gia cường đinh đất

Trong vài chục năm trở lại đây, mặc dù tại một số quốc gia (Mỹ, Đức,Pháp, Trung Quốc ) công nghệ gia cường mái dốc và vách hố đào bằng đinh đất

đã được áp dụng khác phổ biến nhưng cơ chế làm việc của nó cũng như phươngpháp tính toán vẫn còn những hạn chế nhất định Hiện nay, để thiết kế nó người

ta vẫn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và tính chất tương đồng về công trình (kết

Cắm đinh Đào hố đào

Đào hố đào Phun vữa lên bề mặt

cấu, điều kiện địa chất ) đồng thời kết hợp với nhưng phương pháp phân tíchtính toán nhất định cũng như kết quả quan trắc hiện trường Do tại những khuvực áp dụng công nghệ đinh đất thường có điều kiện địa chất chất biến đổimạnh, khi thiết kế chúng ta không thể vì sự đơn giản trong công nghệ đinh đất

mà xem nhẹ việc phân tích lực và bỏ qua công tác giám sát, quan trắc trong quátrình thi công

Hình 1.1 Sơ đồ minh họa trình tự thi công đinh đất 1.2 Tổng quan về việc áp dụng công nghệ đinh đất trên thế giới và trong nước

1.2.1 Tổng quan về việc áp dụng công nghệ đinh đất trên thế giới

Công nghệ đinh đất được bắt đầu áp dụng vào trong thực tế từ những năm

1970 của thế kỷ XX Đứng ở góc độ lịch sử phát triển, thực tế công trình qui môlớn sớm nhất ứng dụng khái niệm công nghệ đinh đất đó là một đường hầm dướinước lớn nhất thế giới được xây dựng tại Anh Quốc cách đây hơn 100 năm [15],tức là nó được sử dụng trong quá trình thi công đào đường hầm qua sông

Thames Đường hầm này sử dụng công nghệ đào hầm có vỏ chống, công trìnhbắt đầu xây dựng từ năm 1825, đến năm 1835 khi dùng lớp vỏ chống mới đểthay thế cho lớp vỏ chống cũ người ta đã sử dụng công nghệ đinh đất như một hệchống đỡ bổ trợ cho mặt vỏ chống, đồng thời trong quá trình đào ở các giai đoạntiếp theo đã sử dụng đinh đất khi đào qua các lớp đất yếu nhằm làm giảm bớt áplực của đất lên vỏ chống Tuy nhiên khi đó người ta sử dụng hệ đinh đất là cácthanh sắt dẹt có kích thước rộng  dày  dài là 40,58 inch (khoảng101,320cm), trong khi đó vỏ chống là tấm gỗ dày 3 inch (khoảng 7,6cm), đinhđất được cắm vào trong đất từ khoảng giữa của các vỏ chống, phía đầu ngoàicủa đinh được cố định bằng cục nêm Khi đó người ta đã tiến hành thí nghiệmxác định sức kháng nhổ của đinh đồng thời đã tiến hành so sánh tính hiệu quảgiữa việc sử dụng đinh là thanh sắt dẹt và thanh sắt tròn.

Công nghệ kỹ thuật đinh đất hiện đại bắt đầu xuất hiện từ năm 1970 củathế kỷ XX, khi đó rất nhiều quốc gia gần như trong cùng một thời kỳ đã tiếnhành độc lập đưa ra phương pháp gia cường này và không ngừng phát triển nó.Đây không phải là việc xảy ra ngẫu nhiên, lý do là vì công nghệ đinh đất ở nhiềukhía cạnh phương pháp thi công của nó gần giống với phương pháp đào hầm mớicủa Á0 - NATM (New Austrian Tunnelling Method) được áp dụng trong xâydựng đường hầm, do đó khi đó người ta xem công nghệ đinh đất là bước tiếptheo của phương pháp NATM Từ những năm 60 của thế kỷ XX bắt đầu xuấthiện khái niệm phương pháp thi công NATM Với phương pháp này người ta sửdụng công nghệ phun bê tông phun kết hợp neo đất và ban đầu dùng cho đoạnmặt cắt đào qua lớp đá cứng, làm cho sau khi đào biến dạng của các thể rỗngnhanh chóng đạt tới trạng thái ổn định Đến năm 1964, phương pháp NATMđược áp dụng cho môi trường địa chất là các đá mềm, sau đó dần được áp dụng

cho môi trường khai đào là thể đất Công nghệ này lần đầu được áp dụng trongđiều kiện môi trường địa chất là đất cho công trình đường hầm tàu hỏa Frankfurt(Đức) Sau đó không lâu công nghệ đinh đất tiếp tục được áp cho công trình gatàu điện ngầm Nuremberg ở Đức và một lần nữa đạt được thành công Hơn nữa,công nghệ đinh đất và công nghệ tường có cốt cũng có những nét rất tương đồng,

mà công nghệ tường có cốt cũng bắt đầu được áp dụng vào thực tế từ những thời

kỳ đầu của những năm 60, sớm nhất được áp dụng tại Pháp

Tại Pháp, công nghệ đinh đất được ứng dụng vào công trình thực tế bắtđầu từ năm 1972, nhà thầu nổi tiếng của Pháp khi đó - Bouygues đã sử dụngkinh nghiệm thi công đường hầm bằng phương pháp NATM để áp dụng cho việckhai đào mái dốc để giữ cho nó được ổn định Tại công trình đào mái dốc để mởrộng tuyến đường sắt ở Versailles, đã sử dụng phương pháp phụt vữa xi măngtrám bề mặt mái dốc đồng thời trong đất đã cắm hệ đinh thép để giữ ổn định tạmthời Toàn bộ công tác khai đào và gia cường được tiến hành theo từng giaiđoạn Mái dốc khai đào có góc dốc là 70 độ, dài 965m, chỗ cao nhất đạt 21.6m.Cấu thành mái dốc là đất cát chứa sét, góc ma sát trong  = 33 ~ 40 độ, lực dínhkết c = 20kPa Khi đào sẽ tiến hành phân cấp, mỗi cấp sâu 1,4m, lỗ khoan cắmđinh được khoan với đường kính 100mm, các lỗ khoan được khoan theo lưới ôvuông kích thước 0,7  0,7m; góc cắm của lỗ khoan là cắm xuống dưới tạo vớimặt phẳng nằm ngang một góc 20 độ Trước khi tiến hành khoan người ta sửdụng lưới sắt để giữ bề mặt mái dốc, trong mỗi hố khoan người ta cắm vào haithanh thép đường kính 10mm sau đó tiến hành phụt vữa, tổng cộng đã sử dụnghơn 25000 thanh thép Chiều dài các thanh thép ở phía trên là 4m và phía dưới là6m, bề mặt mái dốc tiến hành phụt lớp vữa xi măng dày 50 ~ 80mm Kết quả thínghiệm sức chống nhổ của thanh thép cho thấy, sau khi được bơm phụt vữa 12h,

36h, 7d, 11d sức kháng nhổ của đinh đất lần lượt là 15, 30, 70 và 90 KN Đâycũng là công trình áp dụng công nghệ đinh đất đầu tiên có đầy đủ số liệu đượcghi chép lại

Đến năm 1974 vẫn là nhà thầu Bouygues đã lần đầu sử dụng công nghệđinh đất không phun vữa cho dự án nhà ga tàu điện ngầm Les Invalides Khi đó

họ đã sử dụng công đinh là ống thép có đường kính ngoài 49mm, khoảng cáchcắm đinh theo cả phương ngang và phương thẳng đứng là 0,7m Năm 1978, tạicông trình thi công bãi để xe ngầm ở Boulevard Victor (Paris) người ta lại tiếptục sử dụng thanh thép hình 50mm50mm5mm (thép chữ V) làm đinh để cắmvào đất, đây cũng là lần đầu tiên công nghệ đinh đất được áp dụng cho công trình

ở khu đô thị đông đúc được xây dựng giữa các khu cao tầng tại thủ đô Paris Lý

do người ta sử dụng thép hình chữ V thay thế cho thép ống để cắm vào trong đất

là khả năng chống vật cản của thép hình khi thi công cắm tốt hơn so với thépống Ngay những năm sau đó, công nghệ đinh đất đã nhanh chóng được mở rộng

áp dụng cho các vùng khác trên khắp nước Pháp Ngoài việc áp dụng công nghệnày cho các công trình xây mới, người ta còn sử dụng nó cho việc gia cố, cải tạocác công trình bị xuống cấp khác Năm 1984 tại Pháp người ta còn phát triểnthêm công nghệ thi công đinh đất mới là khoan phụt áp suất cao cắm đinh Căn

cứ theo số liệu tổng kết trong một bản báo cáo năm 1986, tại thời điểm đó ởPháp mỗi năm có khoảng 50 công trình áp dụng công nghệ đinh đất trong giacường thể đất, trong đó các công trình gia cường mang tính vĩnh cửu chiếmkhoảng 10% Ngoài ra, người ta còn tiến hành các nghiên cứu mang tính cơ bảnđối với công nghệ đinh đất, như giáo sư Scholosser tại Học viện Cầu đường Paris

đã hướng dẫn tiến hành thí nghiệm mô hình và phân tích phần tử hữu hạn trongtính toán đinh đất

Do việc ứng dụng công nghệ đinh đất phát triển một cách nhanh chóng,trong khi đó việc hiểu rõ tính năng làm việc của đinh đất và phương pháp tính lại

có phần bị lạc hậu theo sau, nên năm 1986 tại Pháp đã bắt đầu tiến hành một kếhoạch nghiên cứu 4 năm mang tên Clouterre, phần kinh phí của dự án do chínhphủ Pháp và một số doanh nghiệp tư nhân cùng đầu tư, tổng mức kinh phí đầu tưcho dự án khoảng 4 triệu USD Tất cả có 21 đơn vị cùng tham gia thực hiện dự

án này, bao gồm các nhà thầu thi công, cơ quan nghiên cứu thuộc chính phủ, cáctrường và viện nghiên cứu Dự án này bao gồm công tác thí nghiệm cho 3 loạitường đinh đất có qui mô lớn, được thực hiện tại Trung tâm thí nghiệm côngtrình công cộng và xây dựng Quốc gia (CEBTP), đồng thời tiến hành quan trắcchi tiết cho 6 công trình thực tế tại hiện trường.Trên cở sở những nghiên cứu cơbản này, sẽ đưa ra những kiến nghị cho công tác thiết kế và thi công Các kếtluận chủ yếu của nghiên cứu thực nghiệm này bao gồm: 1) Lực kéo thay đổi dọctheo chiều dài của đinh đất, vị trí lực kéo lớn nhất không phải tại vị trí đầu đinhphía mặt tường mà ở vị trí cách đầu đinh một khoảng cách nhất định Tỷ số giữalực kéo tại đầu đinh gần mặt tường và lực kéo lớn nhất sẽ giảm dần theo chiềusâu khai đào 2) Trong suốt quá trình sử dụng, đinh đất chủ yếu chịu kéo, sau khithể đất bị biến dạng, trong đinh đất đầu tiên xuất hiện lực kéo, chỉ khi đạt tới hạnphá hủy, cường độ kháng uốn trong đinh đất mới bắt đầu phát huy tác dụng, làmcho đinh đất đồng thời chịu uốn - cắt, khi đinh đất bị phá hủy, tác dụng chịu uốn

- cắt đối với việc nâng cao sức chịu tải của hệ gia cường là nhỏ nhất, nhưng lại

có tác dụng trong việc chống lại tác phá hủy nhanh 3) Phương pháp phân tíchcân bằng cực hạn có thể tính toán được khả năng chịu tải khi đinh đất bị phá hủy.4) Trong quá trình đào đất, chiều sâu mỗi một giai đoạn đào có ảnh hưởng quantrọng đến sự ổn định của đinh đất Để thêm một bước bổ sung cho dự án nghiên

cứu này, chính phủ Pháp tiếp tục đầu tư giai đoạn 2 cho dự án với tên gọiClouterre 2 với thời gian thực hiện 2 năm, mức đầu tư lần này la 2,5 triệu USD,chủ yếu tập chung vào nghiên cứu ảnh hưởng động đất, đóng băng và độ dốc mặtđất tới hệ gia cường đinh đất Ở góc độ phương pháp thiết kế, năm 80 của thế kỷ

XX tại Pháp người ta đã xây dựng phần mềm tính toán mang tên Talren dựa trên

cơ sở lý thuyết về phương pháp phân tích cân bằng cực hạn, sau khi ra đời phânmềm này được áp dụng rất phổ biến Về sau tại Pháp người ta còn phát triểnthêm một vài phần mềm thiết kế khác và phần mềm phân tích phần tử hữu hạn.Trong những năm trở lại đây, chính phủ Pháp còn liên kết với Cục đường bộLiên bang Mỹ để tiến hành các nghiên cứu về đinh đất

Phát triển ứng dụng công nghệ đinh đất không chỉ được thực hiện ở nướcPháp, mà tại Đức là nước đầu tiên có các nghiên cứu hệ thống về đinh đất Mộttrong những nhà thầu đi đầu trong lĩnh vực này là công ty Karl Bauer, họ đã kếthợp với Viện nghiên cứu Cơ học Địa kỹ thuật của trường Đại học Karlsruhe Bắtđầu từ năm 1975 họ đã thực hiện nghiên cứu dự án với thời hạn 4 năm, tổngmức đầu tư là 2,3 triệu USD, tổng cộng đã tiến hành thí nghiệm đối với 7 tườngđinh đất qui mô lớn và rất nhiều mô hình thí nghiệm Ngoài ra, họ còn tiến hànhhàng trăm thí nghiệm chống nhổ đối với đinh đất ở các điều kiện cắm sâu khácnhau Thí nghiệm chủ yếu được thực hiện đối với đinh đất được cắm trong tầngđất cát, một số kết luận chủ yếu đạt được từ dự án này như sau: 1) Cơ chế làmviệc của hệ gia cường đinh đất gần giống với cơ chế làm việc của tường chắn 2)Trong địa tầng là đất cát, đất sét, chiều dài của đinh đất thường bằng từ 0,5 ~ 0,8chiều cao của tường 3) Khoảng cách giữa các đinh đất nên nhỏ hơn 1,5m 4) Áplực tầng mặt có thể giả thiết là phân bố đều, độ lớn của nó có thể lấy bằng từ 0,4

~ 0,7 lần áp lực chủ động của Coulomb Giáo sư Stoker và Gassler cùng nhóm

nghiên cứu tại Đại học Karlsruhe còn thực hiện rất nhiều các công việc nghiêncứu lý thuyết Năm 1979 lần đầu tiên tại Stuttgart đã xây dựng một công trìnhmang tính vĩnh cửu có sử dụng công nghệ đinh đất, công trình cao 14m, đồngthời đã tiến hành quan trắc trong suốt 10 năm và đã thu được các số liệu thực tếquí báu Theo kết quả điều tra của năm 1992, tại Đức thời điểm đó có ít nhất 500công trình tường đinh đất, đinh đất được sử dụng hầu hết là loại đinh đất phunvữa.

Như vậy, công nghệ gia cường đinh đất đã và đang được áp dụng rất rộngrãi tại hai quốc gia là Pháp và Đức Nó không chỉ được áp dụng cho các côngtrình hố đào mà còn được áp dụng cho các công trình đường sắt, tường chắn vĩnhcữu cho các mái dốc thuộc công trình đường bộ

Tại Mỹ, công trình gia cường đinh đất đầu tiên là vào năm 1974, lúc đầungười ta gọi nó là hệ thống gia cường theo phương ngang cho thể đất nguyêndạng và xem đinh đất là neo Chỉ sau khi tại các hội nghị quốc tế về công nghệđinh đất được tổ chức, họ mới đổi tên thành đinh đất Theo tài liệu ghi chép chitiết, tại Mỹ công trình sử dụng công nghệ đinh đất thời kỳ đầu là công trình mởrộng bệnh viện Good Samaritan Hospital (tại thành phố Portland, bang Oregon)vào năm 1976 Khi đó người ta đã sử dụng đinh đất để gia cường cho vách hốđào của công trình Một công trình nổi tiếng khác sử dụng công nghệ đinh đất tại

Mỹ là hố móng sâu của tổng bộ công nghiệm Pittsburg (PPG) với đặc điểm củacông trình là xung quanh gồm nhiều công trình cao tầng khác Tại Mỹ công tácnghiên cứu cơ bản về đinh đất chủ yếu được thực hiện tại phân hiệu Davis củatrường Đại học California dưới sự chủ trì của giáo sư C.K Shen Dưới sự trợgiúp của quỹ ngân sách quốc gia, nhóm nghiên cứu đã tiến hành các công việcbao gồm quan trắc đo đạc công trình thực tế, thí nghiệm trong phòng bằng máy

ly tâm đối với mô hình gia cường đinh đất, phân tích phần tử hữu hạn Trongnhững năm trở lại đây, Cục quản lý đường bộ Liên bang Mỹ đã rất tích cực trongviệc giới thiệu và mở rộng phạm vi áp dụng công nghệ đinh đất trong các côngtrình đường bộ và kết cấu tường chắn tại mố cầu, đồng thời đã tiến hành biênsoạn rất nhiều tài liệu chỉ dẫn kỹ thuật bao gồm: thiết kế, sổ tay giám sát thi công Tại các công trình xây dựng các tuyến đường ở một số bang, rất nhiều vị trí đã

sử dụng công nghệ đinh đất trong việc gia cường mái dốc Trong vài năm trở lạiđây, các đơn vị thường thực hiện các nghiên cứu chuyên sâu về đinh đất gồmĐại học Louisiana (dưới sự chủ trì của giáo sư Juran), Đại học Illinois (phươngpháp phần tử hữu hạn và phương pháp cân bằng cực hạn), phân hiệu LosAngeles của trường đại học California (nghiên cứu tính năng kháng chấn củađinh đất thông qua thí nghiệm động lực máy li tâm)

Ngoài các nước Pháp, Đức và Mỹ kể trên, tại Anh công tác nghiên cứu vềđinh đất cũng được thực hiện khá nhiều bắt đầu từ những năm 80 của thế kỷ XX,bao gồm các nghiên cứu về phương pháp phân tích cơ chế làm việc, lập trìnhphần mềm tính toán (trường Đại học OxFord, Bộ vận tải Anh Quốc ), thínghiệm máy li tâm, đo nội lực và biến dạng của đinh đất trong công trình thực tế,thí nghiệm cường độ kháng cắt mô hình lớn trong tác dụng tương hỗ giữa đinh

và đất (học viện Cardiff) Ngoài ra, tại Anh người ta còn chế tạo ra loại máy bắnđinh khí động, vận tốc bắn ban đầu đạt tới 90m/s, bắn đinh cắm vào trong đất.Tuy nhiên, các công trình thực tế áp dụng công nghệ đinh đất tại Anh là khôngnhiều, mà chủ yếu nó được dùng để gia cố mái dốc đất và tường chắn đất cũ

Trong những năm 70 của thế kỷ XX, ứng dụng công nghệ đinh đất tronglĩnh vực xây dựng còn có các quốc gia Tây Ban Nha (1972), Braxin, NhậtBản Về sau, các nước như Ấn Độ, Singapore, Nam Phi, Australia, New

Zealand, Trung Quốc đều có các báo cáo công bố về việc áp dụng cũng nhưnhững nghiên cứu về công nghệ đinh đất.

1.2.2 Tổng quan về việc áp dụng công nghệ đinh đất tại Việt Nam

Ở Việt Nam trong những năm trở lại đây với những bước phát triển nhảyvọt về kinh tế, hệ thống các công trình xây dựng ngày càng phát triển cả vềchủng loại lẫn qui mô Tại các đô thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh đã

và đang xây dựng rất nhiều các công trình cao tầng có tầng hầm qui mô từ 1 ~ 3tầng, các tuyến tàu điện ngầm, đường hầm đi bộ, tuyến đường hầm vượt sông,bãi để xe ngầm Tuy nhiên giải pháp gia cường vách hố đào thường vẫn là cácphương pháp quen thuộc như tường vây, cọc xi măng đất, cọc khoan nhồi kếthợp neo, neo trong đất Công nghệ gia cường đinh đất gần như vẫn chưa được thíđiểm áp dụng Ngoài ra, trong lĩnh vực giao thông, hệ thống đường bộ mặc dù đãđược đầu tư xây dựng, tuy nhiên việc đưa các công nghệ mới áp dụng vào tronglĩnh vực này vẫn còn nhiều hạn chế Đã có rất nhiều những sự cố công trình xảy

do việc áp dụng giải pháp thiết kế chưa thích đáng, gây ra những tổn thất khôngnhỏ về mặt kinh tế Nguyên nhân chủ yếu là do trình độ khoa học kỹ thuật củachúng ta còn lạc hậu, công tác nghiên cứu lý thuyết cơ bản còn hạn chế, từ đódẫn tới tâm lý “lo sợ” khi phải sử dụng một công nghệ còn mới lạ

Theo những tài liệu nghiên cứu đã được công bố hiện nay, số lượng cácbài báo và đề tài nghiên cứu về công nghệ đinh đất còn rất khiêm tốn Năm 2015tác giả TS.Đồng Kim Hạnh (giảng viên trường Đại học Thủy Lợi) đã đăng bàiviết với tiêu đề “Công nghệ ‘Soil Nail’ trong gia cố mái dốc công trình” tại tạpchí Khoa học Thủy lợi và Môi trường số 48 Nội dung bài báo cũng chỉ chủ yếutập chung vào giới thiệu khái quát về công nghệ đinh đất, cấu tạo đinh đất, vậtliệu phun vữa và công nghệ thi công Cũng với tác giả là TS.Đồng Kim Hạnh,

năm 2014 đã thực hiện đề tài nghiên cứu cấp trường với tiêu đề “Nghiên cứu ứngdụng công nghệ đinh đất để gia cường mái dốc trong các công trình xây dựng”.Kết quả nghiên cứu của tác giả đã đề xuất các thông số cần tính toán khi thiết kếđinh đất phù hợp với điều kiện gia cường mái dốc công trình tại Việt Nam Tuynhiên các nghiên cứu này chỉ mới ở giai đoạn sơ khai, các kết quả nghiên cứu chỉmới được thực hiện trên các tính toán lý thuyết, còn thiếu các số liệu quan trắcthực tế

Tóm lại, các nghiên cứu cả về lý thuyết lẫn áp dụng thực tế công nghệ đinhđất tại Việt Nam còn rất hạn chế so với các nước trên thế giới và ngay cả cácnước trong khu vực Rất nhiều các kỹ sư còn chưa nắm bắt được các nguyên tắc

cơ bản của công tác thiết kế, biện pháp thi công, kiểm soát chất lượng và côngtác nghiệm thu chất lượng của công nghệ Do vậy, chúng ta mong rằng trongtương lai gần sẽ nhận được các khoản đầu tư cả về kinh phí và lẫn cơ hội ứngdụng để có thể đưa được công nghệ này áp dụng rộng rãi với điều kiện thích hợptrong lĩnh vực xây dựng công trình

1.3 Phạm vi áp dụng và những ưu khuyết điểm của công nghệ đinh đất

1.3.1 Phạm vi áp dụng

Phạm vi ứng dụng công nghệ đinh đất là tương đối rộng, chủ yếu bao gồm:1) Làm hệ chống đỡ tạm thời phục vụ công tác đào đất, dùng trong hốmóng sâu của công trình xây dựng cao tầng, kết cấu ngầm, công trình mái dốcđất

2) Làm kết cấu chắn đất vĩnh cửu, thường được kết hợp với hệ chống đỡtạm thời khi thi công đào các công trình, như tường chắn phía trên ở cửa hầm,tường chắn hai bên cửa hầm, tường chắn mái dốc, tường chắn mố cầu

3) Gia cố hoặc chống đỡ tạm thời các công trình tường chắn cũ khi gặp sự

cố mất ổn định

4) Gia cường mái dốc

1.3.2 Những ưu khuyết điểm

So với các kết cấu tường chắn hoặc hệ thống chống đỡ khác, công nghệđinh đất có các ưu điểm chủ yếu sau:

1) Lượng dùng vật liệu và khối lượng công trình không lớn, thời gian thicông nhanh Khối lượng đất đá phải đào bỏ không nhiều và lượng dùng xi măngtương đối ít Toàn bộ lượng thép dùng làm đinh và lượng thép bố trí trên bề mặtmái dốc (hoặc mặt vách hố đào) là không lớn, thường nhỏ hơn nhiều so với giảipháp dùng cọc chống đỡ hoặc dùng tường vây Thời gian thi công thường chỉbằng một nửa đến 2/3 so với các giải pháp khác

2) Thiết bị thi công gọn nhẹ, thao tác đơn giản Gia công đinh đất và khoantạo lỗ không yêu cầu kỹ thuật phức tạp và máy móc lớn, phương pháp thi cônglinh động (có thể dùng máy cơ giới hoặc thủ công), khi thi công ảnh hưởng đếnmôi trường xung quanh là không lớn, đặc biệt phù hợp cho thi công trong côngtrình xây chen ở khu đông dân cư

3) Tính thích ứng với môi trường địa chất cao, đinh đất thường đặc biệtphù hợp với điều kiện địa tầng là đất cát có chứa sét, đất cát pha, đất sét trạngthái nửa cứng đến cứng Khi điều kiện địa chất là các lớp đất lẫn khối đá ở cácmức độ phong hóa khác nhau thì việc dùng đinh đất là rất phù hợp

4) Kết cấu nhẹ gọn, tính dẻo cao, có tính co giãn tốt, Trọng lượng đinh đất

là không lớn, không cần phải thi công kết cấu móng chuyên dụng, đồng thời cótính kháng chấn cao, có khả năng chống chấn động do tải trọng xe cộ gây ra tốt

5) Không gian cần để thi công không lớn, có thể thi công trong điều kiệncông trình xây chen, đây là điều mà giải pháp móng cọc và tường vây khó có thểthực hiện được.

6) An toàn, tin cậy Thi công gia cường đinh đất áp dụng phương pháp vừađào vừa gia cường, do đó mức độ an toàn cao Số lượng đinh đất thường lớn, vàphát hủy tổng thể tác dụng, do vậy nếu cá biệt có một vài cây đinh bị lỗi do thicông thì mức độ ảnh hưởng đến sự ổn định của tổng thể hệ thống là không đáng

kể Một trong những ưu điểm nổi bật của đinh đất đó là có thể căn cứ tình hìnhbiến đổi về điều kiện địa chất khi đào đất và số liệu quan trắc chuyển vị của đấttại hiện trường để kịp thời thay đổi thiết kế (số lượng, chiều dài đinh đất, khoảngcách giữa các đinh đất )

7) Kinh tế Theo kinh nghiệm sử dụng giải pháp đinh đất tại các nước châu

Âu, trong cùng một điều kiện công trình, tổng giá thành của giải pháp đinh đấtthường chỉ bằng từ 70 ~ 90% so với dùng giải pháp neo đất

Mặc dù có những ưu điểm nổi bật nêu trên, giải pháp gia cường đinh đấtcũng tồn tại những hạn chế nhất định Nó bao gồm:

1) Công trình cần có đủ không gian ngầm cho hệ thống đinh đất Ví dụ nhưcác đinh đất mang tính vĩnh cửu, càng cần chiếm dụng không gian ngầm trongthời gian dài Nếu trong khu vực thi công đinh đất có sự tồn tại của các côngtrình ngầm (ống nước ngầm, đường ống dây cáp điện ngầm, móng công trìnhxây dựng lân cận, khi thi công sẽ dễ bị xung đột

2) Trong điều kiện địa chất là các lớp cát xốp, đất dính có trạng thái dẻomềm đến chảy hoặc mực nước dưới đất phong phú không thể áp dụng một giảipháp đinh đất, mà thường phải kết hợp với các gia cố đất khác Đặc biệt là khi thicông trong các lớp đất dính bão hòa nước phải hết sức thận trọng, sức kháng nhổ

của đinh trong trường hợp này thường rất thấp, thường phải sử dụng đinh cóchiều dài lớn và khoảng cách giữa các đinh nhỏ Các tài liệu chỉ dẫn cho thấyđều khuyến nghị không áp dụng giải pháp đinh đất trong điều kiện địa chất nhưvậy.

3) Khi sử dụng định đất như công trình vĩnh cửu, cần xét tới khả năng bị

ăn mòn của đinh

1.4 Những nội dung chính cần nghiên cứu của luận văn

- Thông qua việc phân tích biện luận về tác dụng của đinh đất để đưa rađịnh nghĩa về đinh đất, giới thiệu về việc áp dụng công nghệ đinh đất trong giacường công trình ở trên thế giới, những ưu khuyết điểm của công nghệ đinh đất;

- Giới thiệu cơ sở lý thuyết trong việc tính toán thiết kế đinh đất, từ đótổng kết phương pháp và các bước tiến hành thiết kế đinh đất, nguyên tắc cơ bảntrong thiết kế đinh đất;

- Tổng kết các kinh nghiệm về phương pháp thi công đinh đất trên thế giới

và khả năng áp dụng trong điều kiện cụ thể tại Việt Nam, đưa ra các vấn đề cầnlưu ý khi thi công

- Lấy ví dụng tính toán cụ thể cho mái dốc tại khu vực Hạ Long - QuảngNinh

a b

c

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ GIA CƯỜNG

MÁI DỐC BẰNG ĐINH ĐẤT 2.1 Bài toán cơ bản

2.1.1 Vai trò của đinh đất trong việc cải thiện trạng thái ứng suất trong đất

Ứng suất trong khối đất trên mái dốc sẽ bị thay đổi trong quá trình khaiđào Khi khối đất chưa bị khai đào, ứng suất theo phương ngang của đất sẽ là 3

= k01, k0 là hệ áp lực đất tĩnh, nó được thể hiện bằng vòng tròn a trong vòngtròn Morh ứng suất như hình 2.2

Hình 2.1 Sự thay đổi ứng suất trong khối đất

Cùng với quá trình khai đào khối đất, ứng suất 3 sẽ giảm dần, vòng trònMorh sẽ dịch chuyển về phía bên trái, khi 3f = ka1 khối đất sẽ đạt tới trạng tháichủ động Rankine, ka là hệ số áp lực đất chủ động, khi này vòng tròn Morh sẽgiao cắt với đường bao cường độ, thể đất bị phá hoại (vòng tròn b trong hình2.2) Như vậy để khối đất không bị phá hoại thì hoặc là chúng ta phải ngăn sựsuy giảm của ứng suất 3 hoặc phải cải thiện (làm tăng) giá trị các chỉ tiêu cường

độ kháng cắt của thể đất

Tác dụng chủ yếu của đinh đất là nó làm sinh ra ứng suất ngang phụ thêm

và lực dính kết phụ thêm ở phần đất giữa đinh và khối đất

2.1.1.1 Ứng suất áp ngang phụ thêm

Một trong những cơ chế gia cường của đinh đất là làm sinh ra ứng suấtngang phụ thêm giữa đinh và đất 3 Mái dốc đất sau khi được gia cường bằng

hệ đinh đất sẽ được xem như một loại vật liệu hỗn hợp có tính chất dị hướng,thông thường đinh được sử dụng là vật liệu thép (dạng ống), mô đun đàn hồi của

nó lớn hơn rất nhiều so với của khối đất Dưới điều kiện khối đất xảy ra biếndạng, tác dụng qua lại giữa khối đất và đinh đất sẽ sinh ra lực cản ma sát tại mặttiếp xúc giữa chúng, trong đinh đất xảy ra lực kéo, do đó tương ứng với ở trongphân tố đất sinh ra ứng suất ngang phụ thêm nhằm chống lại tác dụng nở ngangcủa đất Sự xuất hiện của ứng suất ngang phụ thêm sẽ làm cho vòng trong Morhdịch chuyển về phía bên phải (xa dần đường bao cường độ) từ đó làm cho khốiđất được duy trì cân bằng Như vậy có thể nhận thấy, tính năng ma sát giữa khốiđất và đinh đất chính là yếu tố cơ bản của đinh đất khi gia cường cho khối đất

2.1.1.2 Lực dính kết phụ thêm

Cơ chế tăng cường của thể hỗn hợp đinh đất - đất còn ở chỗ đinh đất cótác dụng làm tăng các chỉ tiêu cường độ kháng cắt của khối đất Như thể hiện

áp lực ngang 3f khi chưa cắm đinh.

Hình 2.2 Lực dính kết phụ thêmVòng tròn (2) có thể xem như vòng tròn Morh cho thành phần ứng suấthữu hiệu, vòng tròn (3) xem như vòng tròn Morh cho thành phần ứng suất tổng.Đối với thể đất, vòng tròn (3) đẳng hiệu với vòng tròn (2), hay nói một cách khác

là khi chưa tiến hành gia cường đinh, ứng suất ngang trong khối đất giảm đến giátrị 3f tức đạt đến trạng thái phá hoại, nhưng sau khi cắm đinh, ứng suất hữu hiệutrong khối đất là không thay đổi, đinh sẽ gánh chịu ứng suất 3, khi ứng suấttrong phần đất xung quanh đinh giảm tới giá trị 3f  3 thì nó mới bị pháhoại Điều này chứng tỏ cường độ kháng cắt của tổng thể khối đất được tăng lên

Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, góc ma sát trong của phần đất giữa cácđinh gần như không thay đổi so với trước khi cắm đinh, như vậy sự tăng cường

độ kháng cắt của thể đất chỉ có thể là sự tăng lên lực dính kết Điều này cũng cónghĩa là tác dụng của đinh đất sẽ làm tăng cường độ kháng cắt của thể đất bằngviệc tăng lực dính kết phụ thêm

2.1.2 Vai trò của hệ đinh đất trong việc giữ ổn định của tổng thể mái dốc

Mái dốc sau khi được gia cường bằng hệ đinh đất, tính năng của nó hếtsức giống với tường chắn đất trọng lực, khi bị phá hoại nó cũng có biểu hiện rõrệt các tính chất chuyển vị ngang và lật đổ Do đó, tường đinh đất có thể xảy ra

3 kiểu phá hủy như sau: phá hủy bên trong, phá hủy bên ngoài và phá hủy bềmặt

2.1.2.1 Phá hủy bên trong

Mặt trượt phá hủy sẽ phát triển xuyên qua toàn bộ hoặc một phần của thểtích đất được gia cường bằng đinh đất, các lý thuyết tính toán ổn định mái dốc vàcông trình thực tế cho thấy mặt trượt thường phát triển tới chân tường Khi đókhối đất bị mặt phá hủy trượt phân cắt thành hai phần là khu chủ động và khu lựcchống Khu chủ động sẽ bị dịch chuyển về phía trước, cùng với ứng suất cắt tạimặt tiếp xúc giữa đinh đất hướng vào trong, làm cho đinh đất chịu kéo, lực kéonày sẽ được đinh đất truyền tới khu lực chống, tại khu lực chống phương củaứng suất cắt tại mặt tiếp xúc giữa đinh và đất ngược lại với khu chủ động

Dựa theo vị trí giao nhau giữa mặt phá hủy trượt và đinh đất, đinh đất cóthể xảy ra phá hủy theo hai tình huống: một là đinh đất tại vị trí mặt phá hủytrượt bị kéo đứt (tại mặt phá hủy trượt, lực kéo đinh đất đạt giá trị lớn nhất, khicường độ kháng kéo của đinh không đủ, đinh đất sẽ bị kéo đứt); hai là đinh đất bịkéo ra ngoài (khi lực ma sát giữu đinh đất và phần đất xung quanh nó không đủ,

đinh đất bị kéo ra bên ngoài) Trong đó, đinh đất bị phá hủy do kéo ở một mức

độ nhất định còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố khác như trên bề mặt trượt, đinhđất còn chịu tác dụng của lực cắt và lực uốn Hai hình thức phá hủy nêu trênđược gọi là phá hủy bên trong

Do đó, để đảm bảo hệ tường đinh đất được an toàn, ngoài việc kiểm chứngtính ổn định bên trong của hệ tường đinh đất (cường độ phá hoại của đinh đất)nhằm đảm bảo đinh đất có kích thước (chiều dài và đường kính) đủ lớn chúng tacòn phải kiểm chứng tính ổn định bên ngoài Tức là kiểm chứng tính an toàn vềkhả năng chống chuyển vị và khả năng chống lật của hệ tường đinh đất

2.1.2.2 Phá hủy bên trong

Hệ tường đinh đất được xem như một hệ cứng (do mật độ gia cường đinhđất, khi này sự phá hoại của tường đinh đất giống như tường trọng lực) có thểxảy ra 4 khả năng phá hủy như sau:

1- Xảy ra trượt theo phương ngang ở dưới chân tường (hoặc mái dốc)(hình 2.3a);

2 - Xảy ra lật theo chân tường hoặc do dưới tác dụng của mô men lật, tạichân tường sinh ra ứng suất theo phương thẳng đứng quá lớn, làm cho nền đấtdưới chân tường bị mất đi khả năng chịu tải và từ đó làm cho tường bị lật (hình2.3b);

3 - Xảy ra phá hủy ổn định của toàn bộ hệ tường đinh đất (hình 2.3c);

4 - Xảy ra thể đất ở xung quanh và đáy tường bị phá hủy trượt (do sứcchịu tải của nền không đủ, hình 2.3d)

(b) (a)

(c)

R O

(d)

Hình 2.3 Các hình thức phá hủy bên ngoài

2.1.2.3 Phá hủy bề mặt

Cơ chế làm việc bề mặt là một trong những vấn đề không rõ ràng nhất của

hệ đinh đất, hiện nay người ta đã tích lũy được các số liệu đo thực tế áp lực đất

bề mặt, số liệu đo được cho thấy áp lực đất có quan hệ khá rõ ràng với độ cứng

bề mặt Ở các nước châu Âu, có rất nhiều phương pháp thiết kế lớp bề mặt, tuynhiên sai khác biệt giữa chúng là khá lớn Có phương pháp chỉ dựa vào cấu tạo

để đưa ra qui định lớp vữa bề mặt, có phương pháp lại không đưa vào tính toán,

có phương pháp coi lớp bề mặt là cấu kiện chịu lực chủ yếu, dựa theo tỷ lệ 85%

của áp lực đất chủ động để tính toán sức chịu lực của lớp bề mặt Đứng ở góc độcông trình thực tiễn, trong thực tế rất ít gặp trường hợp bị phá hủy lớp bề mặt

2.2 Lý thuyết tính toán đinh đất

2.2.1 Cấu tạo của của hệ tường đinh đất

Hình 2.4 là mặt cắt ngang của hệ tường đinh đất điển hình trên mái dốc.Một hệ đinh đất được tạo nên bởi phương pháp khoan và phụt vữa, nó bao gồmnhững thành phần chủ yếu như sau:

(1) Đinh: nó là thành phần chính của hệ đinh đất Tính năng đầu tiên của

nó là cung cấp lực kháng kéo Đinh thường được làm từ thanh thép đặc có môđun biến dạng đàn hồi cao, ngoài đinh bằng thép người ta cũng có thể sử dụngđinh bằng vật liệu polyme;

(2) Khớp nối: được sử dụng để nối các đoạn đinh với nhau;

(3) Lớp vỏ phụt xi măng: xi măng phụt là hỗn hợp xi măng poóc - lăng vớinước, được phun vào hố khoan được tạo sẵn sau khi đã được cắm đinh Tínhnăng của lớp xi măng phụt này là lan truyền ứng suất giữa đất và đinh Nó còn

có tính năng là lớp bảo vệ chống ăn mòn của môi trường xung quanh đối vớiđinh;

(4) Các thiết bị phòng chống ăn mòn: tùy theo yêu cầu về tuổi thọ côngtrình và khả năng ăn mòn của đất mà trong thiết kế người ta sử dụng các thiết bịchống ăn mòn Một số loại thiết bị phòng chống ăn mòn hay được sử dụng như

mạ kẽm nóng, ống nhựa bảo vệ

(5) Mũ đinh đất: các mũ đinh thường được dùng như tấm đệm bê tôngchịu lực, tấm thép, hoặc ốc Tính năng chủ yếu của nó là chống lại lực kéo củathanh đinh đất Ngoài ra nó còn đảm bảo sự ổn định cục bộ của đất gần bề mặtmái dốc và giữa các đinh đất

(6) Bề mặt mái dốc: bề mặt mái dốc sử dụng để bảo về bề mặt, làm giảmtác dụng ăn mòn và các ảnh hưởng khác từ các yếu tố bên ngoài tác dụng lên máidốc (nước mặt) Nó thường đảm bảo yêu cầu về tính mềm, dẻo, cứng hoặc tất cả.Mặt mái dốc mềm thường không có cấu tạo, trong khi đó mặt mái dốc dẻo hoặccứng có thể có cấu tạo hoặc không Cấu tạo bề mặt mái dốc giúp làm tăng tính

ổn định của hệ đinh đất bằng việc truyền tải trọng từ bề mặt tự do giữa mũ đinhđất đến đinh đất và phân bố lại lực giữa các đinh đất Bề mặt mềm điển hìnhthường gặp đó là bề mặt được trồng cây cỏ, nó thường được kết hợp với vảichống ăn mòn hoặc lưới thép Bề mặt cứng thường là bề mặt được phụt vữa ximăng, bê tông chịu lực và lát đá

Hình 2.4 Cấu tạo chi tiết của hệ đinh đất

2.2.2 Các phương pháp xác định sức chịu tải của đinh đất

Hiện nay, phương pháp tính toán gia cường mái dốc bằng hệ đinh đất chủyếu được dựa trên phương pháp xây dựng hầm NATM (New Austrian TunnelingMethod: Phương pháp xây dựng hầm mới của Áo) Theo đó, dưới tác dụng của

hệ đinh đất sẽ làm cho khu chủ động (phần thể tích đất ở phía trước mặt trượt)trở thành thể hỗn hợp có khả năng tự ổn định, ngăn không cho khối đất dịchchuyển, chống đỡ áp lực hông cho thể tích đất chưa có cốt thép, đảm bảo tính ổnđịnh cho toàn bộ mái dốc Điều này cũng có nghĩa là sau khi khối đất được giacường bằng cốt thép nó sẽ có tác dụng giống như một tường trọng lực - tườngđinh đất, cơ chế tác dụng của đinh đất giống như cơ chế hoạt động của tườngchắn đất

Dựa trên quan niệm như vậy để giải thích về tính ổn định bên ngoài củatoàn bộ hệ kết cấu gia cường bằng đinh đất (chống trượt, chống lật, sức chịu tảicực hạn của khối đất) là hợp lý hơn cả Tuy nhiên nó lại không làm rõ được rấtnhiều các vấn đề liên quan đến tính ổn định bên trong của hệ kết cấu đinh đấtcũng như tác dụng qua lại giữa hệ đinh và đất Thực tế cho thấy cơ chế giacường của hệ đinh đất là hết sức phức tạp, nó liên quan đến rất nhiều yếu tố, ví

dụ như tính chất vật lý của khối đất và các chỉ tiêu cơ học của nó, cường độ củabản thân đinh đất, kích thước hình học của đinh đất, phương thức bố trí đinhđất Do đó, nếu chỉ đơn thuần xem hệ kết cấu đinh đất như một “tường đinh đất”

để nghiên cứu là chưa đủ và chưa khoa học Do đó, chúng ta cần đứng ở góc độcủa thuật ngữ “kỹ thuật gia cường đinh đất” để nghiên cứu cơ chế tác dụng của

hệ đinh đất

Hiện nay để nghiên cứu gia cường mái dốc bằng kết cấu hệ đinh đất người

ta chủ yếu dựa trên ba phương pháp chính là: nghiên cứu thí nghiệm, phân tích lý

thuyết và nghiên cứu mô hình số hóa Do có rất nhiều các yếu tố phức tạp ảnhhưởng đến cơ chế gia cường của hệ đinh đất, nên nghiên cứu thí nghiệm làphương pháp chiếm vị trí quan trọng nhất trong nghiên cứu gia cường mái dốcbằng hệ đinh đất Rất nhiều các mô hình và một số kết quả đạt được từ các phântích lý thuyết đều được thông qua nghiệm chứng và cải tiến bằng các nghiên cứuthí nghiệm, đặc biệt là khi tính toán về sự chuyển vị của hệ kết cấu đinh đất, gầnnhư toàn bộ được thiết lập trên cơ sở của kết quả thí nghiệm tại hiện tường trêntường chắn đất Qua đó có thể thấy nghiên cứu thí nghiệm là một khâu hết sứcquan trọng trong việc tìm hiểu làm rõ cơ chế tác dụng của hệ kết cấu đinh đất.Hiện nay, các nghiên cứu thí nghiệm về cơ chế tác dụng của hệ kết cấu đinh đất

có thể được chia thành: thí nghiệm cắt trực tiếp trong phòng, thí nghiệm mô hình

ly tâm, thí nghiệm kháng kéo ngoài hiện trường và thí nghiệm trực tiếp trêntường chắn theo kích thước thực Trong các thí nghiệm đó, do hạn chế về kinhphí mà các thí nghiệm theo mô hình ly tâm và thí nghiệm trên tường chắn theokích thước thực được tiến hành rất ít, mà người ta chủ yếu triển khai nghiên cứubằng các thí nghiệm cắt trực tiếp trong phòng, thí nghiệm trên tường chắn môhình và thí nghiệm xác định cường độ kháng kéo của đinh đất tại hiện trường

Các kết quả thí nghiệm cho thấy: sau khi được gia cường bằng hệ đinh đất,sức chịu tải của tường chắn cao gần gấp 2 lần Đặc biệt hơn nữa là sau khi giacường, dưới tác dụng của tải trọng, tường chắn không xảy ra hiện tượng sạt lởbất thình lình giống như hiện tượng hay xảy ra ở mái dốc đất thông thường.Ngoài ra, kết quả thí nghiệm còn chỉ rõ sau khi gia cường bằng đinh đất, nókhông chỉ kéo dài giai đoạn phát triển biến dạng dẻo mà còn thể hiện rất rõ cácthời điểm chuyển tiếp từ biến dạng đến phá huỷ Tuy nhiên nó lại không xảy rasạt lở mang tính tổng thể Khối đất có cường độ kháng cắt thấp, cường độ kháng

kéo thấp có thể bỏ qua Nhưng đinh đất lại có tính ổn định nhất định về kết cấu,khi tiền hành đào mái dốc, sẽ tồn tại một độ cao giới hạn giúp giữ mái dốc thẳngđứng, khi vượt quá độ cao này hoặc khi chịu ảnh hưởng của tải trọng quá lớn sẽlàm cho mái dốc bị phá hủy toàn bộ Các giải pháp gia cường thường là hệ giacường bị động, tức là dựa vào kết cấu tường chắn đất để chống lại áp lực đất saulưng tường nhằm tránh xảy ra hiện tượng phá hủy toàn bộ khối đất Khi áp dụnggiải pháp đinh đất, người ta cắm vào trong khối đất các đinh đất có chiều dài vàmột mật độ nhất định, nó có tác dụng cùng với khối đất, tăng thêm cường độ củabản thân khối đất Do đó, có thể thấy sử dụng giải pháp gia cường bằng đinh đất

có thể chủ động làm tăng cường độ và tính ổn định của khối đất, nó không chỉgiúp làm tăng độ cứng của toàn bộ khối đất mà còn khắc phục được các điểmyếu về cường độ kháng cắt và cường độ kháng kéo thấp của khối đất Thông quaviệc tác dụng tương hỗ với nhau, nó làm cho cường độ kết cấu của bản thân khốiđất được phát huy tốt nhất, đồng thời cải thiện tính biến dạng và phá hủy của máidốc, nâng cao tính ổn định của toàn bộ mái dốc

Các phân tích kết quả thí nghiệm dưới đất, sẽ minh chứng cho việc sửdụng đinh đất nhằm nâng cao cường độ khối đất ở trạng thái tự nhiên

2.2.2.1 Phân tích thí nghiệm kháng kéo của đinh đất

Thí nghiệm xác định cường độ kháng kéo của đinh đất là một dạng thínghiệm được dùng nhiều nhất và trực tiếp nhất trong các công trình gia cườngbằng hệ đinh đất Dựa trên kết quả của thí nghiệm này, người ta có thể xác địnhđược lực kháng kéo của một đơn vị chiều dài của đinh đất, đồng thời nó còn làthông số cơ bản được sử dụng trong thiết kế gia cường mái dốc bằng đinh đất.Ngoài ra, thí nghiệm xác định cường độ kháng kéo của đinh đất còn là tiêu chuẩn

để kiểm chứng lại chất lượng thi công đinh đất Nghiên cứu cường độ kháng kéo

của đinh đất, nắm được mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất, quan hệ giữachuyển vị và lực kéo dưới tác dụng của lực kháng kéo còn giúp cung cấp thôngtin về mặt lý thuyết cần thiết trong việc lựa chọn giải pháp thiết kế hợp lý hệđinh đất.

Hiện nay, khi tính toán người ta dựa trên giả thiết là lực cắt được phân bốđều dọc theo chiều dài của đinh đất, dựa trên kết quả thí nghiệm kháng kéo, sửdụng công thức dưới đây để xác định ứng suất cắt lớn nhất (cường độ kháng cắtcực hạn) tại mặt cắt ngang của đinh:

(2.1)Trong đó: - P là lực kéo ở đầu đinh;

- R, L lần lượt là bán kính và chiều dài của đinh;

- v là ứng suất theo phương thẳng đứng tại độ sâu trung bình củađinh đất;

- c,  lần lượt là lực dính kết và góc ma sát trong theo phươngtiếp tuyến của đinh đất tại vị trí mặt phẳng cắt

Việc tính toán ứng suất cắt theo công thức (2.1) lại không phải ứng suấtcắt cục bộ, cũng không phải là ứng suất cắt trung bình mà là ứng suất cắt toàn bộ(global shear stress) Năm 1984 hai tác giả Schlosser và Guillinus đã đưa ra côngthức tính ứng suất cắt lớn nhất của đinh đất khi chịu tác dụng kéo như sau:

(2.2)

Trong đó: - * là hệ số ma sát tại mặt tác dụng của đinh đất;

- K là chu vi mặt cắt ngang của đinh đất;

- c là lực dính của đất;

- s là bán kính của đinh đất;

- v là ứng suất theo phương thẳng đứng tại độ sâu trung bìnhcủa đinh đất;

Thực tế, cơ chế tác dụng kháng kéo của đinh đất khá phức tạp, nó khôngchỉ được xác định thông qua hai công thức cơ bản nêu trên Ảnh hưởng đến tácdụng kháng kéo của đinh đất gồm rất nhiều các yếu tố khác nhau, chủ yếu làthông số về tính chất cơ lý của đất, độ cứng của đinh, đặc trưng mặt tiếp xúcgiữa đinh và đất xung quanh, tính co (giãn) cắt của khối đất, mối quan hệ giữaứng suất và biến dạng của môi trường tại mặt vị trí mặt phẳng cắt Kết quả thínghiệm kháng kéo đối với đinh đất được tác giả Gllilloux thực hiện cho thấy, khichuyển vị tương đối của đinh đất đạt tới giá trị 0.60 ~ 3.0mm, ứng suất cắt giữacác đinh đất đạt giá trị lớn nhất, ứng suất cắt của đinh đấ và chuyển vị giữa cácđinh đất có quan hệ trực tiếp với nhau, đồng thời trước khi chuyển vị của đinhđạt tới một giá trị nào đó, ứng suất cắt sẽ tăng dần theo độ lớn của chuyển vị Độlớn của ứng suất cắt cực hạn dường như không có quan hệ với chiều sâu chôncủa đinh đất, điều này được thể hiện qua mối quan hệ tuyến tính của các phươngtrình (2.1) và (2.2) Nguyên nhân của mối quan hệ này là do hệ số ma sát *giảm dần theo chiều sâu của đinh do sự cân bằng với tải trọng phần bên trên củađinh đất (h) gây ra Kết quả thí nghiệm còn cho thấy tác dụng qua lại giữa cácđinh đất và mối quan hệ giữa các đinh đất và mối quan hệ giữa ứng suất - biếndạng là hết sức mật thiết Miêu tả mối quan hệ giữa ứng suất cắt và chiều sâucắm đinh (thể hiện trong thành phần của v) trong các công thức (2.1) và (2.2) làtuyến tính còn chưa phù hợp với thực tế Do đó cần thiết phải dựa vào mối quan

hệ giữa ứng suất và biến dạng để nghiên cứu cơ chế thí nghiệm cường độ khángkéo của đinh đất Vấn đề này đã được tác giả R.John Byrne thực hiện, trong

nghiên cứu của mình ông đã không xét đến tính giai đoạn quan hệ phi tuyến giữaứng suất cắt và chuyển vị của đinh khi chịu kéo.

Cơ chế lan truyền tải trọng của đinh đất khi chịu kéo như sau: khi lực kéođược tăng dần tại vị trí đầu của đinh đất, ở vị trí xung quanh đoạn đầu chịu kéocủa đinh phân tố đinh đất chịu lực kéo và sinh ra biến dạng tương đối dịchchuyển ra phía ngoài khối đất (phương dịch chuyển cùng với phương của lựckéo), đồng thời khi này bề mặt xung quanh đinh đất sẽ chịu tác dụng của lực masát của khối đất Tải trọng của đinh đất thông qua việc phát huy lực cản ma sátbên lan truyền tới khối đất ở xung quanh đinh, cho tới khi lực kéo dọc trục củađinh đất mà biến dạng kéo giảm dần dọc theo chiều dài của đinh Ở vị trí màchuyển vị tương đối của đinh đất bằng không, lực cản ma sát của nó vẫn chưađược phát huy và có giá trị bằng không Cùng với sự tăng dần của lực kéo, lượngbiến dạng kéo và chuyển vị của thể đinh đất cũng tăng dần, lực cản ma sát trongđoạn nội bộ đinh đất dần dần được phát huy, từ đó sinh ra lực cản ma sát củakhối đất xung quanh đinh đất Khi toàn bộ lực cản ma sát của xung quanh đinhđất đều được phát huy và đạt tới giá trị cực hạn, thì khối đất xung quanh đinh đất

sẽ bị phá hủy cắt, tốc độ gia tăng chuyển vị tăng rõ rệt đồng thời dần dần sẽ đạttới một giá trị cố định, đinh đất sẽ bị kéo dần ra ở một tốc độ đều Nói tóm lại,khi chịu tác dụng kéo, quá trình truyền tải trọng của hệ đinh đất có thể miêu tảngắn gọn như sau: chuyển vị của đinh đất và lực kéo dọc trục giảm dần dọc theophương chiều dài của đinh, dọc theo phương hướng vào trong, lực cản ma sátxung quanh đinh đất dần dần được phát huy Quan hệ giữa ứng suất cắt vàchuyển vị của đinh đất khi chịu tác dụng kéo có thể được biểu diễn theo hình 2.1

p p Q

O

arctan k

Hình 2.5 Quan hệ giữa ứng suất cắt và chuyển vị trong thí nghiệm kéo đinh đất

2.2.2.2 Phân tích thí nghiệm cắt trực tiếp trong phòng

Cùng với các thí nghiệm xác định các thông số đặc trưng cho cường độkháng kéo của đinh đất, các thí nghiệm trong phòng nhằm mục đích xác địnhmối quan hệ giữa ứng suất cắt và chuyển vị của đinh đất cũng đã được thực hiện

Đầu tiên phải kể đến thí nghiệm cắt trực tiếp được thực hiện bởi Việnnghiên cứu Cadiff (Đại học Wales - Anh Quốc) Bộ dụng cụ thí nghiệm cắt được

sử dụng về cơ bản giống với thí nghiệm cắt phẳng trực tiếp, tuy nhiên ở đây mộtnữa của hộp cắt được đặt xoay ngược một góc 90, cạnh của nó dài tới 1,5m;một nửa hộp cắt còn lại được cố định, phía dưới của nó được lắp hệ bánh giúp nó

có thể di chuyển theo một phương nhất định Dịch chuyển tương đối giữa haiphần của hộp cắt có thể đạt tới 250mm Máy cắt là loại máy khống chế ứng suất,dùng kích thủy lực để tạo ra lực cắt, lực cắt lớn nhất đạt tới 500kN Ngoài ra,trong thí nghiệm người ta còn sử dụng một loại các hệ thống thiết bị nhằm làmgiảm tối đa ma sát sinh giữa các bộ phận của máy cắt, đồng thời trong quá trình

đo giá trị ứng suất cắt sẽ loại bỏ giá trị tăng thêm do ảnh hưởng của lực ma sátgây ra Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm này là đất cát Leighton - Buzzard

có cấp phối tốt ở trạng thái chặt vừa Dung trọng trung bình của đất cát thínghiệm là 16,70,3 kN/m3 Đinh đất được sử dụng trong thí nghiệm là thanh

thép tròn có đường kính 20mm, chiều dài 2,8m Chiều dài đinh đất bằng vớichiều dài của hộp cắt và được kẹp vào giữa hai phần của hộp cắt Đầu tiên người

ta tiến hành một loại các thí nghiệm với đất cát thuần túy (không có đinh) để xácđịnh tính trùng lặp của kết quả thí nghiệm Kết quả thí nghiệm xác định mốiquan hệ giữa ứng suất cắt và biến dạng cho thấy, khi biến dạng cắt đạt tới giá trị40mm, lực cắt đạt tới giá trị lớn nhất là 18,5kN, sau đó giảm dần về một giá trị

cố định là 17,5kN Sau đó người ta tiếp tục thực hiện đối với hai tổ mẫu cát cócắm đinh Ở tổ mẫu thí nghiệm thứ nhất không tiến hành tác dụng tải trọng thẳngđứng, kết quả thí nghiệm cho thấy khi lực cắt đạt tới giá trị 28kN, thì cường độkháng cắt của mẫu đất có gia cường đinh tăng khoảng 25% so với khi không sửdụng đinh Ngoài ra kết quả về mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng còn chothấy, khi biến dạng cắt đạt tới giá trị 20mm, đặc tính chuyển vị - tải trọng củamẫu đất trước và sau khi cắm đinh về cơ bản giống nhau, nhưng khi biến dạngcắt vượt quá 20mm, dưới cùng một giá trị chuyển vị đất sau khi được cắm đinh

có khả năng chịu tải trọng ngang lớn hơn nhiều so với đất khi không có đinh.Điều này có thể được giải thích là sau khi bản thân khối đất phát huy cường độkháng cắt của bản thân nó thì tải trọng tác dụng chủ yếu do đinh đất gánh chịu.Đối với tổ mẫu thí nghiệm thứ hai, sau khi tác dụng tải trọng thẳng đứng là3,9kN/m2, kết quả thí nghiệm đạt được gần giống như ở tổ mẫu thứ nhất , chỉ làsau khi có một lượng không lớn tải trọng thẳng đứng tác dụng, cường độ khángcắt của đất có tăng lên một chút

Ngoài thí nghiệm trong phòng theo mô hình thu nhỏ nêu trên, hai tác giả làJewell và Jones (Đại học Cambridge - Anh Quốc) đã tiến hành với mô hình thínghiệm lớn hơn Hai ông sử dụng vật liệu thí nghiệm là đất cát Leighton -Buzzard xem như cát lý tưởng và sử dụng đất Caolin mô phỏng đất sét lý tưởng,