BẢO TRÌ ĐƯỜNG BỘ

Lưới địa kỹ thuật là gì ?

Là một tổng hợp của các vật liệu sản xuất từ chế phẩm của dầu mỏ  Polyethylene hoặc polypropylen, polyester hoặc Polyviyl, các biến thể của Lưới địa kỹ thuật ngày nay còn được sản xuất với cốt sợi thủy tinh, hoặc các lớp lỏi bằng HDPE và lớp phủ bằng sợi các bon, dùng để gia cường các công trình tường chắn của mái dốc của con đường với sức căng rất lớn.

Tùy theo công nghệ sản xuất của nhà cung cấp lưới địa mà có các sản phẩm và chế phẩm được cung cấp cho thị trường xây dựng hạ tầng cơ bản khác nhau.

Lưới địa 2 trục, lưới địa 3 trục và lưới địa xoắn kép. Tiêu chuẩn của lưới địa ngày nay được thí nghiệm theo chuẩn của ASTM Quốc tế, Việt Nam vẫn có bộ tiêu chuẩn Quốc gia riêng, nhưng cơ bản vẫn là ASTM Quốc tế.

Quá trình phát triển của Lưới địa kỹ thuật

Việc gia cố nền đất yếu có truyền thống rất lâu đời. Cách đây 3500 năm, người Sumer dưới thời vua Kurigalzu I đã dựng lên ngôi đền Aqar Quf ở Mesopotamia gần Bagdad.

Họ đã sử dụng thảm lau sậy để ổn định nền móng và tường gạch vì họ đã hiểu rằng cả gạch và đất gần như không có cường độ kéo và các yếu tố gia cố là cần thiết để tạo ra lực kéo vào công trình của chúng để ổn định.

Điều đáng chú ý là phải mất gần 1500 năm cho đến khi người La Mã phát minh ra cái gọi là Opus Caementitium, tổ tiên của bê tông được sử dụng ngày nay mà họ có thể xây dựng những tượng đài ấn tượng như Pantheon ở Rome.

Lưới địa kỹ thuật sơ khai là những thảm lau sậy, thảm của các dạng thực vật bản địa

Trong những thập kỷ trước, bắt đầu từ những năm 1970, vải không dệt và dệt vẫn được sử dụng trong xây dựng đường bộ và đường sắt làm dải phân cách đối diện với lớp đất yếu, hạt mịn.

Chúng ngăn chặn vật liệu hạt thô, để phân cách các lớp vật liệu trong xây dựng hạ tầng cơ bản.

Một tấm nhựa Polyethylen hoặc Polyester gọi là vải địa kỹ thuật cứng được đục lỗ và trộn với lớp đất nền mịn hơn theo thời gian.

Đồng thời, chúng cũng thực hiện chức năng gia cố giống như một thanh giằng, chúng làm giảm độ võng và do đó làm giảm sự sụt lún của lớp đất quá mức.

Độ cứng của tổng hợp địa kỹ thuật đóng một vai trò quan trọng ở đây.

Độ bền kéo của tổng hợp địa kỹ thuật càng cao, hiệu ứng gia cường càng lớn.

Do đó, sự phát triển của vật liệu composite làm từ vải không dệt và sản phẩm gia cố chính hãng như Lưới địa xoắn kép dẫn đến giảm đáng kể các vùng sụt lún mà thường gọi là các “ổ gà” hoặc các “hố sụt”.

Lưới địa cường độ cao ngày nay cho phép các công trình xây dựng sườn dốc rất cao và độ dốc rất lớn như minh họa sau.

Lưới địa kỹ thuật tạo độ giằng cho đất triền núi

Từ nhiều ứng dụng tương tự, chúng ta biết rằng khả năng chịu lực cuối cùng của các công trình được gia cố bằng Lưới này cao hơn nhiều so với tính toán và các thay đổi thông số kỹ thuật có thể quan sát được.

So với dự kiến như hành vi sử dụng kết hợp giữa Lưới địa và đất vẫn chưa hoàn toàn được nghiên cứu một cách đầy đủ.

Trong các phần sau đây được giới thiệu, một số ứng dụng điển hình được gia cố bằng Lưới địa được minh họa.

Ngoài ra, kết quả nghiên cứu gần đây về chủ đề này bằng cách sử dụng các thí nghiệm Lưới ba trục và hai trục – quy mô lớn kết hợp với một phương pháp trực quan hiện đại về chuyển động của các hạt trong đất được trình bày.

Những kết quả này giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của chúng được sử dụng gia cố nền móng lẫn trong đất.

Ứng dụng của lưới địa trong công tác gia cố nền móng yếu

Ứng dụng trên một mặt đường yếu có mặt bằng hẹp

Những ứng dụng rộng rãi nhất của lưới địa trong công tác xử lý nền móng yếu, trên một mặt đất mềm của một con đường hoặc một ứng dụng cho các biện pháp chống giằng các mái Taluy chống trượt đất trên các sườn núi để bảo vệ một đoạn đường cao tốc, một khu dân cư, hoặc một dự án ngăn đập thủy điện.

Một minh họa cho việc có sử dụng lưới địa kết hợp với vải địa kỹ thuật không dệt theo hình ành dưới đây, các ống mao dẫn trong vải thoát nước đứng mà gọi chuyên ngành là chức năng thoát nước thẳng đứng hoặc lọc ngược.

Một vùng đất yếu có không gian hẹp thì không cần gia cố các cọc liên kết, vì xung quanh địa tầng có thể cứng và kết cấu ổn định của đất.

Sự chuyển dịch của các hạt đất cát, đất mềm mịn trượt theo dòng chảy là không đáng kể, do đó có thể chỉ sử dụng kết hợp vải địa để lọc, và lưới địa tạo thanh giằng cho mặt đường không sụt lún quá mức.

Một mô phỏng cho việc có sử dụng kết hợp lưới địa và vải địa không dệt như hình ảnh sau đây:

Mô phỏng việc sử dụng lưới địa kỹ thuật cho nền đường trên đất yếu

Ứng dụng lưới địa trong một mặt bằng có không gian rộng

Nếu một con đường hoặc một tuyến đường sắt phải chạy ngang qua một vùng trũng có đất mềm và yếu, các vấn đề sẽ phát sinh khá phức tạp.

Vì không gian quan nó là một vùng rộng lớn toàn đất yếu, các địa tầng là hoàn toàn không ổn định và đầy nước giải pháp liên kết cọc phải được hỗ trợ cho trường hợp này.

Tùy vào độ mạnh yếu khác nhau của nền đất mà các phương pháp Liên kết cọc được tính đến.

Nếu nền đất yếu có cường độ cắt của lớp nền quá thấp với thông số (cu <10-15 kPa) thì các giải pháp ổn định giếng cát hoặc cọc Bê tông là không ổn định được nền móng, hoặc nếu cố làm thì chi phí sẽ đội lên nhiều lần.

Trường hợp này buộc phải ổn định nền móng bằng phương pháp đóng Bấc thấm và gia tải, trước khi sữ dụng một thảm lưới địa bên trên bề mặt để ổn định nền móng.

Nếu thông số cao hơn (cu <10-15 kPa), trường hợp này các phương pháp liên kết cọc được tính đến với chi phí giảm nhiều lần và thời gian thi công nhanh hơn rất nhiều so với thông số như đã nêu.

Để thực hiện gia cường trong trường hợp này, mặt đất đã được giằng bằng những dãi lưới địa theo một khoảng cách nhất định, lưới địa có các thanh giằng được tính là lưới địa 1 trục, lưới địa 2 trục và lưới địa 3 trục, cường độ chịu kéo của lưới địa tính theo kN/m tương tự như vải địa.

Ngoài ra, lớp phân cách là vải địa kỹ thuật không dệt của vật liệu mịn phía trên được trãi vào bên dưới lưới địa cốt sợi thủy tinh như hình minh họa sau.

Lưới địa kỹ thuật gia cường kết hợp vải địa kỹ thuật không dệt

(cu <10-15 kPa) công thức này theo tài liệu viện dẫn của Martin Ziegler* Chair of Geotechnical Engineering, RWTH Aachen University, Mies-van-der-Rohe-Straße 1, 52074 Aachen, Germany, là một công thức đo ứng suất của nền đất yếu được tính bằng đơn vị đo áp suất kPa Ki lô Pascal. 

Một trong những ứng dụng đầu tiên và lớn nhất ở Đức là dự án cải tạo đất để xây dựng nhà máy sản xuất máy bay Airbus 380 mới ở Hamburg.

Ở đây các kỹ sư kết hợp một ống thép dùng máy rung đóng xuống một độ sâu theo thiết kế, sau đó một bao địa kỹ thuật được đặt vào ống và bơm đầy cát, vải địa kỹ thuật có thể là dệt hoặc vải không dệt.

Sau khi đặt các túi  đầy cát vào ống thép, ống được kéo lên để lại một cột cát được bao bọc lớp vải địa kỹ thuật bên ngoài.

Thật lạ nếu chúng ta nghĩ theo hướng tư duy truyền thống dùng Bấc thấm đứng, nhưng đó là một biện pháp giải quyết nhanh hơn cả dùng Bấc thấm đứng và hút chân không cùng với gia tải. Các cột cát bọc vải địa kỹ thuật này có ứng suất thoát nước và tạo độ giằng rất lớn. Ứng suất có tên gọi mới là ứng suất tiếp tuyến (Hoop stress).

Ứng suất này được sử dụng trong tính toán chuyển động của xilanh máy nén của các động cơ, nhưng trong địa kỹ thuật là một thuật ngữ mới chỉ sự tính toán lực phân bố giằng theo mọi hướng của cọc cát.

Lưới địa kỹ thuật kết hợp với rọ đá

Ở một trường hợp khác, Lưới địa sử dụng kết hợp với rọ đá tạo ra các công trình bảo vệ tuyệt hảo cho chân cầu, các ứng dụng “cổ điển” và thông thường nhất của hai loại vật liệu là Rọ đá và Lưới địa  thường thấy như hình ảnh trên.

Đặc tính của lưới địa là tạo các thanh giằng với cường độ cao, giữ cho các khối liên kết trong đất ổn định nhờ lớp vải lọc phân cách từng lớp có trong đất, bên ngoài là các thiết kế rọ đá tạo độ ổn vững cho công trình hàng trăm năm.

Lợi ích sinh thái của Địa kỹ thuật

các công trình gia cố Lưới địa ngày càng được sử dụng như là giải pháp an toàn, sinh thái và kinh tế. So với các giải pháp thông thường bằng bê tông, chúng thường có lợi ích về chi phí thấp hơn và tác động môi trường ít hơn.

Đây là tài liệu ấn tượng trong một nghiên cứu rộng rãi của Hiệp hội các nhà sản xuất sản phẩm địa kỹ thuật châu Âu (EAGM).

Liên quan đến tổng cộng bốn nghiên cứu trường hợp so sánh một phương pháp xây dựng thông thường với một hoặc nhiều phương án sử dụng phương pháp địa kỹ thuật.

Nghiên cứu được thực hiện bởi ETH (Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ) tại Zurich và ESU-services Ltd ..

Tiêu chí đánh giá trong bối cảnh này bao gồm tiêu thụ năng lượng tích lũy, tiềm năng nóng lên toàn cầu, sự hình thành quang hóa của ozone (được gọi là mùa hè khói bụi, tiềm năng bụi mịn, axit hóa bằng oxit nitơ và lưu huỳnh, phú dưỡng.

Tức là làm giàu dinh dưỡng của dòng nước bằng phân bón, và yêu cầu về đất và nước).

Nghiên cứu đã tính đến toàn bộ vòng đời từ việc khai thác nguyên liệu thô, sản xuất sản phẩm, vận chuyển và lắp đặt tại chỗ cũng như tháo dỡ và xử lý.

Địa kỹ thuật thông minh

Trong ngành may mặc, hàng dệt may kết hợp chip dựa trên công nghệ RFID đã trở thành hiện thực trong một thời gian đáng kể. Chúng cho phép người đeo được xác định tích cực và liên kết với các dữ liệu được lưu trữ khác.

Mặc dù các nhóm bảo mật dữ liệu đăng ký các mối quan tâm chính đáng ở đây, việc truyền dữ liệu từ các cấu trúc được xây dựng bằng cách sử dụng địa kỹ thuật là mối quan tâm lớn đối với nhiều ứng dụng, ví dụ: cho một hệ thống niêm phong bãi rác với Màng địa kỹ thuật .

Do đó, các cảm biến điện trở có thể phát hiện rò rỉ có thể có trong vùng lân cận của Màng chống thấm  đã được sử dụng trong xây dựng bãi rác trong hơn hai thập kỷ.

Chỉ với những điều này là công việc khắc phục với chi phí hợp lý có thể trong nhiều trường hợp, vì công việc khai quật có thể được nhắm mục tiêu vào khu vực xung quanh vị trí thiệt hại.

Mặc dù trong thiết lập này, hệ thống tổng hợp địa kỹ thuật và hệ thống định vị rò rỉ vẫn hoàn toàn tách biệt với nhau, các phát triển mới tìm cách tích hợp cáp cảm biến trực tiếp vào tổng hợp địa kỹ thuật để phát hiện các biến dạng của các cấu trúc được gia cố bằng Lưới địa.

Chúng có tầm quan trọng rất lớn, đặc biệt đối với các sườn dốc dễ bị trượt hoặc làm cầu bắc của hố sụt. Biến dạng lớn và tăng tốc có thể được quan sát trong thời gian thực để hy vọng các biện pháp đối phó hiệu quả.

Địa kỹ thuật thông minh đưa ra một cảnh báo trước nguy cơ sụt lún hoặc nứt vỡ

Trong 20 năm qua, các phát triển đã diễn ra trong lĩnh vực này đã chứng minh tính hiệu quả của chúng trong các dự án nghiên cứu tương ứng và các ứng dụng ban đầu, nhưng vẫn chưa được biết đến rộng rãi trên thị trường.

Các cảm biến cách tử Bragg dựa trên sợi quang đã được sử dụng, nhưng chúng có nhược điểm là phạm vi đo biến dạng bị hạn chế và chúng chỉ cung cấp thông tin từ một vài điểm được chọn.

Việc tích hợp sợi quang polymer (POF) vào cấu trúc gia cố của Lưới địa trong những năm qua là một bước tiến nữa theo hướng thu nhận toàn bộ khu vực.

POF hoạt động trên cơ sở cái gọi là tán xạ Brillouin. Việc cài đặt POF, ví dụ: trong một đập cho phép quan sát liên tục các biến dạng để sự sụp đổ bắt đầu được chỉ định trước và mọi người có thể được sơ tán kịp thời.

Và, cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, thông tin về việc cài đặt chính xác của địa kỹ thuật và độ dày lớp phủ yêu cầu được quan tâm và nghiên cứu trong thời gian ngắn nữa sẽ được phổ biến.

LỜI KẾT

Cũng như các vật liệu thuộc họ địa kỹ thuật, Lưới địa kỹ thuật là một trong những sản phẩm được sử dụng phổ biến trong xây dựng nền móng, ở Việt Nam hiện nay sử dụng rất nhiều loại, cũng như nhập khẩu từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và Đài Loan.

Riêng lưới địa nổi tiếng và phổ biến nhất vẫn là lưới địa của hãng Tensar một hãng lưới địa có từ lâu đời tại nước Anh, Tensar được sản xuất khá sớm từ năm 1978.

Ngành lưới địa kỹ thuật nói chung trong tương lai sẽ phát triển theo xu hướng thông minh.

Cùng với công nghệ vượt trội trong ngành cơ khí cũng như điện tử và viễn thông, địa kỹ thuật trong 10 năm tới sẽ là một ngành nhiều thách thức hơn nhưng cũng thông minh hơn.

Một vết rạn nứt dưới chân cầu, một đổ vỡ rò rỉ ở chân đập, một lổ thủng ở tấm màng chống thấm HDPE … với công nghệ Địa kỹ thuật thông minh sẽ có những cảnh báo sớm.