VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG BỘ VÀ ĐƯỜNG CAO TỐC

Vải địa kỹ thuật là gì

Vải địa kỹ thuật (sau đây gọi tắt là vải địa) là tấm vải có tính thấm, khi sử dụng lót trong đất nó có khả năng phân cách, lọc, bảo vệ, gia cường và thoát nước. Vải địa được sử dụng nhiều trong các ngành kỹ thuật như thủy lợi, giao thông, môi trường

Nguồn gốc

Vải địa thường được sản xuất từ polypropylene hoặc polyester (là các sản phẩm phụ từ dầu mỏ). Tùy theo hợp chất và cách cấu tạo, mỗi loại vải địa kĩ thuật có những đặc tính cơ lý hóa khác nhau như sức chịu kéo, độ dãn, độ thấm nước, môi trường thích nghi, …

Cấu tạo

Các loại vải địa thương phẩm được ứng dụng phổ biến ở Việt Nam được chia làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi:

Nhóm dệt gồm những sợi được dệt ngang dọc giống như vải may, như vải địa kĩ thuật loại dệt polypropylen. Biến dạng của nhóm này thường được thí nghiệm theo 2 hướng chính: hướng dọc máy, viết tắt MD (machine direction) và hướng ngang máy, viết tắt CD (cross machine derection). Sức chịu kéo theo hướng dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo hướng ngang máy. Vải dệt thông thường được ứng dụng làm cốt gia cường cho các công tác xử lý nền đất khi có yêu cầu.

Nhóm không dệt gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một hướng nhất định nào, được liên kết với nhau bằng phương pháp hóa (dùng chất dính), hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc cơ (dùng kim dùi).

Nhóm vải phức hợp là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt. Nhà sản xuất may những bó sợi chịu lực (dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt.

Ứng dụng vải địa trong công trình giao thông

Trong công trình giao thông đường bộ, vải địa có thể làm tăng độ bền, tính ổn định cho các tuyến đường đi qua những khu vực có nền đất yếu như đất sét mềm, bùn, than bùn, … Trong công trình đường bộ, vải địa được sử dụng để:

• Bọc các lớp kết cấu khuôn đường
• Bọc các lớp đất đắp nền đường

Trong các công trình đê, kè, … vải địa được sử dụng thay cho tầng lọc ngược, có tác dụng hạ thấp mực nước ngầm vẫn đảm bảo giữ cốt liệu nền khỏi bị rửa trôi theo dòng thấm.

Chức năng của lớp vải địa

Vải địa có 3 chức năng chính:

Chức năng phân cách:

• Để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nước cần phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lượng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công, khi đó vải địa phân cách sẽ được sử dụng để đặt giữa đất yếu và nền đường sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai loại đất.
• Vải địa phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng.
• Vải địa còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đường, đảm bảo bảo toàn các tính chất cơ lý của vật liệu đắp và do đó nền đường có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng xe.

Chức năng gia cường

• Vải địa đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực chống trượt theo phương ngang nhằm gia tăng ổn định của mái dốc của các đoạn tuyến có chiều cao đất đắp lớn, có thể dẫn đến khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang của đất đắp (đường đầu cầu, đường đê, …)
• Tải trọng xe tác dụng trên móng đường chủ yếu theo phương đứng, trong khi phương chịu kéo của vải địa lại là phương nằm ngang. Trong thực tế, khả năng chịu tải của nền đường có vải địa kĩ thuật chủ yếu là do chức năng phân cách (nhờ vào việc đảm bảo chiều dày thiết kế và tính chất cơ học ban đầu của các lớp cốt liệu nền móng đường) hơn là chức năng gia cường về khả năng chịu kéo của kết cấu

Chức năng tiêu thoát/ lọc ngược

• Đối với các nền đất yếu có độ ẩm tự nhiên lớn, vải địa có thể làm chức năng thoát nước đảm bảo duy trì và thậm chí gia tăng cường độ kháng cắt của đất nền, do đó làm gia tăng khả năng ổn định tổng thể của công trình theo thời gian.
• Vải địa loại không dệt, xuyên kim có chiều dày và tính thấm nước cao là vật liệu có khả năng tiêu thoát tốt, cả theo phương đứng (thẳng góc với mặt vải) và phương ngang (trong mặt vải). Vì thế, loại vải địa này có thể làm tiêu tán nhanh chóng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong quá trình thi công cũng như sau khi xây dựng và dẫn đến sức kháng cắt của nền đất yếu sẽ được gia tăng.

Lợi ích khi sử dụng vải địa kĩ thuật

Cho phép tăng cường lớp đất đắp bằng việc tăng khả năng tiêu thoát nước.

Giảm chiều sâu đào vào các lớp đất yếu.

Giảm độ dốc mái lớp đất đắp yêu cầu và tăng tính ổn định của chúng.

Giữ được tốc độ lún đều của các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp.

Cải thiện các lớp đất đắp và kéo dài tuổi thọ công trình.

Các tiêu chuẩn thiết kế với vải địa kĩ thuật

Thiết kế vải địa trong công trình đường bộ với ADSCivil

Trong công trình đường bộ, vải địa được sử dụng để:

• Bọc các lớp kết cấu khuôn đường
• Bọc các lớp đất đắp nền đường

Tính năng khai báo và áp thiết kế vải địa được tích hợp trong ADSCivil Road sẽ hỗ trợ người thiết kế tự động hóa gần như toàn bộ quá trình bao gồm:

• Khai báo áp thiết kế trên mặt cắt ngang
• Xây dựng mô hình 3D - BIM cho các lớp vải địa
• Tính toán tổng hợp khối lượng theo 2 phương pháp: trích xuất thông tin từ mô hình BIM và tổng hợp khối lượng trên trắc ngang để đáp ứng trích xuất hồ sơ theo phương pháp truyền thống

Thiết kế vải địa

Thiết kế vải địa nền đường

Vải địa nền đường được thiết kế xác định qua các tham số:

• Cao độ đáy và cao độ mép của lớp vải địa. Các cao độ này được xác định liên thông qua cao độ của các đường đáy khuôn, đường cao độ đắp bọc lớp 1, 2, 3 và đường tổ hợp đáy đào. Để linh hoạt cho khai báo các lớp vải địa nền, ADSCivil road bổ sung tham số giá trị cao độ cộng thêm cho cao độ
• Chiều dài nếp gấp: các lớp vải địa sẽ được gấp mép để cố định vị trí nhờ vào áp lực tải trọng từ các lớp đất đắp phía trên

Các tham số áp vải địa nền đường

Thiết kế vải địa khuôn đường

Vải địa nền khuôn đường được thiết kế xác định qua các tham số:

• Cách thức bọc: bọc riêng khuôn đường từng bên hoặc nối liền cả 2 bên
• Chiều dài nếp gấp: các lớp vải địa sẽ được gấp mép để cố định vị trí nhờ vào áp lực tải trọng từ các lớp kết cấu đắp phía trên

Các tham số áp vải địa khuôn đường

Xây dựng mô hình 3D - BIM vải địa

Mô hình 3D -BIM của mỗi loại vải địa được xây dựng thành một đối tượng mặt

Các tham số áp vải địa khuôn đường

Tính toán khối lượng vải địa

Khối lượng vải địa trên mô hình được trra cứu tự động qua các biến hệ thống để trích xuất ra diện tích

Khối lượng vải địa trên mặt cắt ngang được tổng hợp qua chiều dài trên mặt cắt ngang và nhân chiều dài tuyến để tông hợp khối lượng

Các tham số áp vải địa khuôn đường