Chương 2 – Các hệ thống và đánh giá dự án

(nguồn)

Publication No. FHWA-NHI-10-024
FHWA GEC 011 – Volume I
November 2009

NHI Courses No. 132042 and 132043

Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes – Volume I

Chương này mô tả các hệ tường MSE và RSS hiện có cùng các cấu kiện của chúng, phạm vi áp dụng, ưu điểm, nhược điểm và chi phí tương đối. Sau đó, chương xem xét trình tự thi công điển hình cho tường MSE và RSS, và khái quát các bước đánh giá hiện trường và dự án cần thiết để thiết lập các tiêu chí và chi tiết thiết kế riêng cho từng vị trí.

2.1 Các ứng dụng

2.1.1 Tường MSE

Kết cấu tường MSE là các giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí cho hầu hết các trường hợp mà trước đây người ta dùng tường bê tông cốt thép hoặc tường trọng lực để chắn đất. Các trường hợp đó bao gồm mố cầu, tường cánh, cũng như các khu vực có hành lang đường (Right-of-Way – ROW) bị hạn chế đến mức không thể đắp nền hoặc đào với mái dốc ổn định. Tường MSE đặc biệt thích hợp cho thi công kinh tế trong địa hình sườn dốc đứng, ở những vùng đất có nguy cơ mất ổn định mái dốc, hoặc ở nơi đất nền kém.

Tường MSE mang lại các ưu thế đáng kể về kỹ thuật và chi phí so với các kết cấu tường chắn bê tông cốt thép thông thường tại các vị trí có điều kiện nền móng yếu. Trong những trường hợp này, việc loại bỏ nhu cầu phải cải thiện nền móng bằng cọc, đài cọc… để đỡ cho các kết cấu thông thường có thể giúp tiết kiệm chi phí trên 50% đối với các dự án đã hoàn thành.

Các ví dụ điển hình về việc sử dụng tường MSE cho nhiều mục đích khác nhau được trình bày trong Hình 2-1.

Các kết cấu tường MSE tạm đã tỏ ra đặc biệt hiệu quả về chi phí cho các tuyến đường vòng tạm phục vụ tổ chức thi công theo giai đoạn. Tường MSE tạm được dùng để chống đỡ nền đắp đường và mố cầu tạm, như minh họa ở Hình 2-2. Tường MSE cũng thường được sử dụng như một phần của nền đắp đường lâu dài trong các dự án thi công theo giai đoạn; một ví dụ được trình bày trong Hình 2-3.

2.1.2 Mái dốc đất có cốt (Reinforced Soil Slopes)

Mái dốc đất có cốt (Reinforced Soil Slopes – RSS) là một dạng đất gia cố cơ học, trong đó bố trí các phần tử gia cường dạng phẳng (thường là geosynthetics) trong các mái dốc đất được xây dựng, với góc nghiêng mặt dốc nhỏ hơn 70°. Như thể hiện trên Hình 2-4, nhiều lớp cốt gia cường được bố trí trong mái dốc trong quá trình xây dựng mới hoặc gia cường lại nhằm gia cường đất và tăng ổn định mái dốc. Các công trình RSS là giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí cho xây dựng mới và xây dựng lại trong những trường hợp chi phí đất đắp, phạm vi giải phóng mặt bằng (right-of-way) và các yếu tố khác khiến một mái dốc dốc hơn trở nên có lợi.

Có hai mục đích chính của việc sử dụng cốt trong các mái dốc thiết kế:

• Tăng ổn định mái dốc, đặc biệt khi cần một mái dốc đất không cốt dốc hơn mức an toàn, hoặc sau khi đã xảy ra trượt như minh họa trên Hình 2-4.
• Cải thiện chất lượng đầm nén ở mép mái dốc, do đó giảm xu hướng trượt lở bề mặt, như thể hiện trên Hình 1-2b.

Cốt gia cường được sử dụng để xây dựng nền đắp với góc dốc lớn hơn so với góc có thể xây dựng an toàn chỉ với cùng loại đất đó. Sự gia tăng ổn định này cho phép xây dựng các mái dốc dốc trên nền móng tốt cho các tuyến đường mới, và là một phương án thay thế cho các mái dốc thoải không cốt hoặc tường chắn. Đường bộ cũng có thể được mở rộng trên các mái dốc thoải hiện hữu mà không lấn ra ngoài phạm vi hành lang đường hiện có. Trong trường hợp sửa chữa một mái dốc bị trượt, mái dốc mới sẽ an toàn hơn, và việc tái sử dụng đất trong khối trượt thay vì phải mang vào đất đắp mới chất lượng cao có thể mang lại tiết kiệm chi phí đáng kể. Các ứng dụng này được minh họa trên Hình 2-4.

Mục đích thứ hai của việc dùng cốt là ở mép của mái dốc nền đắp đã đầm chặt, để cung cấp sức kháng ngang trong quá trình đầm. Sức kháng ngang tăng lên cho phép đạt được khối lượng thể tích khô của đất đầm chặt cao hơn bình thường và tăng cường khả năng kìm giữ ngang cho đất ở mặt dốc. Ngay cả một lượng cốt gia cường tương đối nhỏ trong mái dốc nền đắp cũng đã chứng minh có thể ngăn ngừa trượt lở và giảm xói lở mái dốc. Cốt ở mép mái cũng cho phép thiết bị đầm hoạt động an toàn hơn gần mép mái dốc.

Những cải thiện bổ sung về đầm nén đã được ghi nhận trong đất dính thông qua việc sử dụng các loại geosynthetics có khả năng thoát nước trong mặt phẳng (ví dụ: vải địa kỹ thuật không dệt), cho phép tiêu tán nhanh áp lực nước lỗ rỗng trong khối đất đầm chặt.

Các lớp vật liệu hỗ trợ đầm nén bố trí xen giữa các lớp cốt gia cường trong mái dốc dốc cũng có thể được dùng để cải thiện ổn định mặt dốc và giảm số lớp cốt chính đắt tiền hơn, như thể hiện trên Hình 1-2.

Các ứng dụng khác của mái dốc đất có cốt bao gồm:

• Giảm chiều dài nhịp cầu.
• Mở rộng tạm thời mặt đường để làm đường tránh.
• Ngăn ngừa trượt lở bề mặt trong thời kỳ đất bão hòa.
• Xây dựng nền đắp với đất ẩm, hạt mịn.
• Đê điều vĩnh cửu.
• Các công trình kiểm soát lũ tạm thời.

2.2 Các ưu điểm và những nhược điểm tiềm tàng

2.2.1 Các ưu điểm của tường đất gia cố cơ học (Mechanically Stabilized Earth – MSE)

Tường MSE có nhiều ưu điểm so với tường chắn bê tông cốt thép thông thường và tường chắn trọng lực bằng bê tông. Tường MSE:

• Sử dụng quy trình thi công đơn giản, nhanh chóng và không cần thiết bị thi công cỡ lớn như các loại tường khác.
• Không đòi hỏi kỹ năng đặc biệt cho công tác thi công.
• Cần ít công tác chuẩn bị mặt bằng hơn các giải pháp khác.
• Cần ít không gian phía trước công trình cho hoạt động thi công.
• Giảm nhu cầu thu hồi/giải phóng hành lang đường (right-of-way).
• Không cần nền móng cứng, gần như không biến dạng, vì các kết cấu MSE có khả năng chịu được biến dạng.
• Hiệu quả về chi phí.
• Về mặt kỹ thuật có thể áp dụng cho chiều cao vượt quá 100 ft (30 m).

Việc sử dụng vật liệu chế tạo sẵn, thi công nhanh và cạnh tranh giữa các hệ tường sở hữu bản quyền khác nhau dẫn đến giảm chi phí so với các dạng tường chắn truyền thống. Tường MSE có khả năng kinh tế hơn các hệ tường khác đối với tường cao hơn khoảng 10 ft (3 m) hoặc trong các trường hợp tường thông thường cần có nền móng đặc biệt.

Một trong những ưu điểm lớn nhất của tường MSE là tính linh hoạt và khả năng chịu biến dạng do điều kiện nền đất dưới móng kém. Ngoài ra, theo các quan sát tại những vùng có hoạt động động đất, các kết cấu này thể hiện khả năng kháng tải trọng động đất cao hơn so với tường bê tông cứng.

Các tấm ốp mặt tường bê tông đúc sẵn cho tường MSE có thể được chế tạo với nhiều hình dạng và bề mặt khác nhau (gần như không tăng nhiều chi phí) nhằm đáp ứng yêu cầu kiến trúc. Các khối xây (masonry units), gỗ và rọ đá (gabion) cũng có thể được dùng để hòa nhập với cảnh quan môi trường.

2.2.2 Các ưu điểm của mái dốc đất có cốt (Reinforced Soil Slopes – RSS)

Các ưu điểm kinh tế của việc xây dựng một mái dốc đất có cốt (RSS) an toàn và dốc hơn so với thông thường chủ yếu là nhờ tiết kiệm vật liệu và hành lang đường. Cũng có thể giảm yêu cầu về chất lượng vật liệu dùng cho xây dựng. Ví dụ, trong sửa chữa trượt mái dốc, có thể tái sử dụng khối đất trượt thay vì phải nhập đất đắp chất lượng cao hơn. Tiết kiệm về hành lang đường có thể là lợi ích đáng kể, đặc biệt trong các dự án mở rộng đường ở khu vực đô thị, nơi việc có thêm hành lang đường mới luôn tốn kém và đôi khi là không thể thực hiện. RSS cũng là giải pháp thay thế kinh tế cho tường chắn; trong một số trường hợp, mái dốc có cốt có thể được xây dựng với chi phí chỉ khoảng một nửa so với kết cấu tường MSE.

Việc sử dụng các mái dốc đất có cốt có phủ thực vật, có thể bố trí cảnh quan để hòa nhập với môi trường tự nhiên, cũng mang lại ưu thế về mặt thẩm mỹ so với tường chắn. Tuy nhiên, có một số vấn đề bảo trì tiềm ẩn cần xem xét, chẳng hạn như việc cắt cỏ trên các mái dốc cỏ có độ dốc lớn; các vấn đề này có thể xử lý thỏa đáng trong giai đoạn thiết kế.

Về mặt khả năng làm việc, do tính bảo thủ vốn có trong thiết kế RSS, chúng thực tế an toàn hơn so với các mái dốc thoải hơn, không gia cường, được thiết kế với cùng hệ số an toàn. Vì vậy, rủi ro xuất hiện các vấn đề ổn định dài hạn đối với mái dốc có gia cường là thấp hơn. Các vấn đề như vậy thường xảy ra ở các mái dốc đắp có đầm chặt nhưng được thi công với hệ số an toàn thấp và/hoặc sử dụng vật liệu kém chất lượng (ví dụ: các loại đất bất lợi như đá phiến, đất bụi hạt mịn ít dính, đất dẻo, v.v.). Cốt gia cường cũng có thể giúp tăng cường độ của đất theo thời gian do lão hóa đất và nhờ cải thiện thoát nước, từ đó tiếp tục nâng cao khả năng làm việc dài hạn.

2.2.3 Những nhược điểm tiềm tàng

Các nhược điểm tiềm tàng dưới đây có thể gặp ở mọi kết cấu đất có cốt và phụ thuộc vào điều kiện địa phương cũng như điều kiện cụ thể của dự án:

• Cần một không gian tương đối lớn (ví dụ phải đào thêm về phía sau tường hoặc mặt mái dốc nếu là đào) để lắp đặt cốt gia cường cần thiết.
• Tường MSE đòi hỏi sử dụng loại vật liệu đắp hạt rời chọn lọc. (Ở một số vị trí, chi phí nhập vật liệu đắp phù hợp từ nơi khác có thể làm cho hệ thống trở nên không kinh tế.) Yêu cầu đối với vật liệu đắp gia cường cho RSS thường ít khắt khe hơn.
• Thiết kế các hệ kết cấu đất có cốt thường đòi hỏi trách nhiệm thiết kế được chia sẻ giữa nhà cung cấp vật liệu và chủ đầu tư.

2.3 Chi phí tương đối

Chi phí cụ thể tại hiện trường của một kết cấu đất có cốt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm yêu cầu đào – đắp, kích thước và loại tường/mái dốc, loại đất tại chỗ, vật liệu đắp có sẵn, dạng hoàn thiện mặt, công trình tạm thời hay vĩnh cửu, v.v. Người ta nhận thấy rằng tường MSE với mặt bê tông đúc sẵn thường rẻ hơn tường chắn bê tông cốt thép đối với chiều cao lớn hơn khoảng 10 ft (3 m) và trong điều kiện nền móng trung bình. Tường khối xếp bê tông (Modular Block Wall – MBW) có mặt tường bằng các khối đơn vị cũng có khả năng cạnh tranh với tường bê tông ở mọi chiều cao và cả cho các công trình nhỏ.

Nhìn chung, việc sử dụng tường MSE mang lại mức tiết kiệm vào khoảng 25 đến 50 % chi phí, thậm chí nhiều hơn, so với tường chắn bê tông cốt thép thông thường, đặc biệt khi tường bê tông phải đặt trên hệ móng sâu (điều kiện nền móng xấu). Khoản tiết kiệm đáng kể có được nhờ loại bỏ được móng sâu, điều này thường khả thi vì kết cấu đất có cốt có thể chịu được độ lún tổng và lún lệch tương đối lớn. Các yếu tố tiết kiệm chi phí khác bao gồm thi công đơn giản và nhanh chóng. Chi phí tổng điển hình cho tường MSE vĩnh cửu trong công trình giao thông dao động từ 30 đến 65 USD/ft² (tương đương 320 đến 650 USD/m²) diện tích mặt tường, và nói chung thay đổi theo chiều cao tường, quy mô dự án, yêu cầu kiến trúc, khả năng tiếp cận hiện trường và chi phí vật liệu đắp chọn lọc. Tuy nhiên, chi phí vật liệu đắp gia cường thay đổi đáng kể giữa các vùng trên toàn nước Mỹ và chi phí thực tế tại địa phương có thể cao hơn nhiều so với khoảng giá nêu trên (không chỉ đối với tường MSE mà cả với các loại tường khác). Một số ví dụ về chi phí được trình bày trong các lịch sử công trình ở Mục 2.10.

Chi phí thực tế của một kết cấu tường MSE cụ thể phụ thuộc vào chi phí của từng bộ phận chính. Đối với các kết cấu có mặt tường là các tấm bê tông đúc sẵn dạng lắp ghép, tỷ lệ chi phí điển hình như sau:

• Dựng tấm, lắp đặt và lợi nhuận của nhà thầu: 20 đến 30 % tổng chi phí.
• Vật liệu cốt gia cường: 15 đến 30 % tổng chi phí.
• Hệ thống mặt tường: 20 đến 40 % tổng chi phí.
• Đất đắp tường có cốt, bao gồm cả chi phí đắp: 30 đến 60 % tổng chi phí, trong đó đất đắp là vật liệu hạt rời chọn lọc lấy từ mỏ vật liệu ngoài hiện trường.

Chi phí bổ sung cho xử lý hoàn thiện kiến trúc bề mặt tấm dao động từ 0,50 đến 1,50 USD/ft² (5 đến 15 USD/m²) tùy theo mức độ phức tạp của bề mặt hoàn thiện. Chi phí lan can chống va (traffic barrier) trung bình khoảng 170 USD/m dài (550 USD/m). Ngoài ra, cần tính đến chi phí đào đất, có thể cao hơn một chút so với các hệ thống khác do bề rộng vùng bố trí cốt gia cường. Đối với tường MBW có chiều cao nhỏ hơn 15 ft (4,5 m), chi phí thường thấp hơn tường mặt tấm panel lắp ghép khoảng 10 % trở lên.

Tính kinh tế của việc sử dụng RSS phải được đánh giá theo từng trường hợp, trong những điều kiện mà việc sử dụng chúng không bị ràng buộc bởi hạn chế về không gian. Đối với các trường hợp như vậy, cần tiến hành phân tích tỷ số lợi ích/chi phí phù hợp để xác định liệu mái dốc dốc hơn có gia cường có thực sự kinh tế hơn so với phương án mái dốc thoải hơn (không hoặc ít gia cường) nhưng đòi hỏi hành lang đường và chi phí vật liệu lớn hơn hay không. Cũng cần lưu ý rằng lan can hoặc rào chắn giao thông thường cần thiết cho các mái dốc nền đắp dốc hơn, và các chi phí bổ sung như hệ thống bảo vệ chống xói cho mặt mái dốc cũng phải được tính đến.

Về khía cạnh kinh tế, các yếu tố cần xem xét bao gồm:

• Khối lượng đào hoặc đắp đất.
• Diện tích mái dốc.
• Chiều cao trung bình của mái dốc.
• Góc dốc của mái.
• Chi phí dùng vật liệu đắp không chọn lọc so với vật liệu đắp chọn lọc.
• Yêu cầu bảo vệ chống xói mòn tạm thời và vĩnh cửu.
• Chi phí và khả năng có được phần hành lang đường (right-of-way) cần thiết.
• Mức độ phức tạp của thay đổi tuyến theo phương ngang và phương đứng.
• Nhu cầu sử dụng hệ thống chống đỡ hố đào tạm thời.
• Duy trì giao thông trong quá trình thi công.
• Yêu cầu về mỹ quan.
• Yêu cầu về lan can và rào chắn giao thông.

Giá dự thầu thực tế của một kết cấu RSS cụ thể phụ thuộc vào chi phí của từng bộ phận chính. Dựa trên số liệu hạn chế, tỷ lệ chi phí điển hình như sau:

• Cốt gia cường: 45 đến 65 % tổng chi phí.
• Đất đắp gia cường: 30 đến 50 % tổng chi phí.
• Xử lý, hoàn thiện mặt mái: 5 đến 10 % tổng chi phí.

Các kết cấu RSS cao có tỷ lệ chi phí cốt gia cường lớn hơn và chi phí đất đắp nhỏ hơn tương đối. Giá dự thầu gần đây cho thấy chi phí dao động từ 10 USD/ft² đến 24 USD/ft² (110 USD/m² đến 260 USD/m²) tùy thuộc vào chiều cao.

Đối với các công trình có chiều cao trong khoảng 30 đến 50 ft (10 đến 15 m), đã ghi nhận giá dự thầu khoảng 16 USD/ft² (170 USD/m²). Các mức giá này chưa bao gồm các hạng mục an toàn và chi tiết thoát nước.

Một đánh giá nhanh, bậc một về các hạng mục chi phí nhằm so sánh mái dốc không cốt thoải hơn với mái dốc có cốt dốc hơn được trình bày trên Hình 2-5.

2.4 Mô tả các hệ thống MSE và RSS

2.4.1 Phân biệt các hệ thống

Kể từ khi hết hiệu lực các bằng sáng chế về quy trình cơ bản và tấm ốp bê tông mặt tường do Reinforced Earth Company nắm giữ cho các hệ tường và kết cấu tường MSE, cộng đồng kỹ thuật đã sử dụng một thuật ngữ chung là Mechanically Stabilized Earth (MSE) để mô tả loại kết cấu tường chắn này.

Các nhãn hiệu thương mại như Reinforced Earth®, Retained Earth®, Genesis®,… mô tả các hệ thống có một số đặc điểm sở hữu trí tuệ hiện tại hoặc trước đây, hoặc có các cấu kiện đặc biệt do các nhà cung cấp thương mại trên toàn quốc cung cấp. Hằng năm vẫn xuất hiện những tên nhãn hiệu khác nhằm phân biệt các hệ thống do các đơn vị thương mại cạnh tranh đưa ra, có thể bao gồm các cấu kiện độc quyền, mới lạ hoặc dành cho các ứng dụng đặc biệt.

Một hệ thống cho kết cấu MSEW hoặc RSS được định nghĩa là một gói cung cấp trọn bộ, bao gồm thiết kế, các chỉ dẫn kỹ thuật và toàn bộ vật liệu cấu kiện đúc sẵn cần thiết cho việc xây dựng hoàn chỉnh một kết cấu đất có cốt. Thông thường trong đó còn có cả hỗ trợ kỹ thuật trong giai đoạn lập kế hoạch và thi công. Các cấu kiện riêng lẻ do các đơn vị thương mại cung cấp để chủ đầu tư hoặc bên khác tự kết hợp lại thành một gói hoàn chỉnh thì không được xem là “hệ thống”. Các hệ thống “tổng hợp” tạo nên bằng cách kết hợp các cấu kiện cũng có thể thực hiện được; tuy nhiên, các cấu kiện đó phải được thí nghiệm và đánh giá cùng nhau dưới dạng hệ thống cuối cùng. Không được phép thay thế cấu kiện mà không đánh giá đầy đủ ảnh hưởng của sự thay đổi đó đến toàn bộ hệ thống.

2.4.2 Các loại hệ thống

Các hệ thống MSE/RSS có thể được mô tả theo hình dạng cốt, cơ chế truyền ứng suất, vật liệu cốt, tính giãn dài của vật liệu cốt và loại tường mặt cùng dạng liên kết.

Reinforcement Geometry – Hình dạng cốt
Có thể xem xét ba dạng hình học của cốt gia cường:

• Linear unidirectional – Tuyến tính một phương. Dạng dải, bao gồm dải thép trơn hoặc có gân, hoặc các dải geosynthetics được phủ bọc quanh sợi chịu lực.
• Composite unidirectional – Hợp phần một phương. Dạng lưới (grid) hoặc thảm thanh (bar mat) có đặc trưng là khoảng cách ô lưới lớn hơn 6 in. (150 mm).
• Planar bi-directional – Mặt phẳng hai phương. Các tấm geosynthetics liên tục, lưới thép hàn và lưới thép đan. Lưới được đặc trưng bởi khoảng cách phần tử nhỏ hơn 6 in. (150 mm).

Reinforcement Material – Vật liệu cốt
Có thể phân biệt giữa các đặc tính của cốt kim loại và cốt phi kim loại:

• Metallic reinforcements – Cốt kim loại. Thường là thép cacbon thông thường; thép thường được mạ kẽm.
• Nonmetallic reinforcements – Cốt phi kim loại. Thường là vật liệu polyme gồm polyester hoặc polyethylene.

Các vấn đề về khả năng làm việc và độ bền lâu của hai nhóm cốt này khác nhau đáng kể và được trình bày chi tiết trong sổ tay Corrosion/Degradation đi kèm (FHWA NHI-09-087; Elias et al., 2009).

Reinforcement Extensibility – Tính giãn dài của cốt
Có hai nhóm về tính giãn dài so với khả năng biến dạng của đất:

• Inextensible – Ít giãn. Biến dạng của cốt tại trạng thái phá hoại nhỏ hơn nhiều so với độ biến dạng của đất. Cốt dạng dải thép và thảm thanh thép được xem là loại ít giãn (inextensible).
• Extensible – Có khả năng giãn. Biến dạng của cốt tại trạng thái phá hoại tương đương hoặc thậm chí lớn hơn độ biến dạng của đất. Cốt dạng geogrid, geotextile và lưới thép đan được xem là loại có khả năng giãn (extensible).

2.4.3 Hệ tường mặt

Các loại cấu kiện mặt tường được dùng trong các hệ MSE khác nhau quyết định tính thẩm mỹ của công trình vì chúng là phần duy nhất nhìn thấy được sau khi hoàn thành. Có thể tạo ra nhiều dạng bề mặt hoàn thiện và màu sắc khác nhau cho tường mặt, như minh họa trong bộ ảnh Roadway Aesthetic Treatments Photo Album (RATPA) của FHWA Federal Lands Highway Division. Ngoài ra, tường mặt còn có tác dụng bảo vệ chống trượt lở và xói mòn đất đắp phía sau, và trong một số trường hợp, cung cấp đường thoát nước. Loại tường mặt cũng ảnh hưởng đến khả năng chịu lún của công trình. Các dạng tường mặt chính gồm:

• Segmental precast concrete panels – Tấm bê tông đúc sẵn lắp ghép. Các hình dạng và kích thước khác nhau của tấm panel đúc sẵn được tóm tắt trong Bảng 1-1 và ví dụ minh họa ở Hình 2-6 (và Hình 5-33). Các tấm bê tông đúc sẵn có chiều dày tối thiểu 5-1/2 in. (140 mm) với hình dạng vuông, chữ nhật, chữ thập, hình thoi hoặc lục giác. Kích thước danh định điển hình của panel là cao 5 ft (1.5 m) và rộng 5 hoặc 10 ft (1.5 hoặc 3 m). Cần bố trí cốt thép chịu nhiệt độ và chịu kéo cho bê tông và phải thiết kế theo Mục 5 của AASHTO LRFD Specifications for Highway Bridges (2007).
• Dry cast modular block wall (MBW) units – Khối bê tông ghép khô dạng môđun. Đây là các khối bê tông tương đối nhỏ, thấp, được thiết kế và chế tạo riêng cho ứng dụng tường chắn. Trọng lượng mỗi khối thường từ 30 đến 110 lb (15 đến 50 kg), với các khối 75 đến 110 lb (35 đến 50 kg) được dùng phổ biến cho các dự án đường cao tốc. Chiều cao khối thường từ 4 đến 12 in. (100 đến 300 mm) tùy nhà sản xuất, phổ biến là 8 in. (200 mm). Chiều dài mặt lộ (exposed face length) thường từ 8 đến 18 in. (200 đến 450 mm). Bề rộng danh định theo phương vuông góc với mặt tường thường từ 8 đến 24 in. (200 đến 600 mm). Khối có thể được chế tạo đặc hoặc rỗng; các lỗ rỗng toàn chiều cao sẽ được đổ đá dăm trong quá trình lắp dựng. Các khối thường được xếp khô (không dùng vữa hay tấm kê chịu lực) theo kiểu so le mạch (running bond). Các hàng khối chồng đứng có thể được liên kết bằng chốt cắt, gờ hoặc then. Chúng được bán dưới các tên thương mại như Keystone®, Landmark®, Mesa®, Versa-Lok®,… Một số ví dụ về khối MBW được minh họa ở Hình 2-7.
• Welded Wire Mesh (WWM) – Lưới thép hàn. Lưới thép có thể được bẻ gập ở phía trước tường để tạo thành mặt tường. Loại tường mặt này được dùng, chẳng hạn, trong các hệ tường chắn mặt lưới thép của Hilfiker, Tensar và Reinforced Earth. Dạng tường mặt này thường được sử dụng cho các mái dốc đất có cốt (RSS) với góc mặt dốc khoảng 45° trở lên.

• Gabion Facing. Rọ đá (giỏ lưới thép đựng đá) có thể được dùng làm tường mặt cho tường MSE hoặc mái dốc RSS, với các phần tử gia cường gồm lưới thép hàn, thảm thanh thép hàn, geogrid, vải địa kỹ thuật hoặc lưới đan xoắn kép đặt giữa hoặc chế tạo liền với các giỏ rọ đá. Ví dụ, hệ tường mặt này được hãng Maccaferri sử dụng cho hệ tường Terramesh®.

• Geosynthetic Facing. Cốt địa kỹ thuật được uốn vòng ra tại tường mặt để tạo thành mặt lộ của kết cấu MSEW hoặc RSS. Các mặt tường này dễ bị suy giảm do tia cực tím, bị phá hoại hoặc hư hỏng do cháy. Geogrid dùng làm cốt đất có thể được vòng ra để tạo thành mặt của kết cấu tường chắn hoàn chỉnh tương tự như tường mặt lưới thép hàn hoặc tường mặt vải. Thực vật có thể mọc xuyên qua kết cấu lưới và vừa bảo vệ geogrid khỏi tia cực tím, vừa tạo diện mạo thẩm mỹ.

• Post-construction Facing. Đối với các tường mặt bọc (wrapped faced walls), tường mặt – có thể là vải địa kỹ thuật, geogrid hoặc lưới thép – có thể được gắn bổ sung sau khi xây xong tường bằng phun bê tông (shotcrete, guniting), bê tông đổ tại chỗ, hoặc gắn các tấm mặt đúc sẵn bằng bê tông, gỗ hay vật liệu khác. Cách tiếp cận thi công nhiều giai đoạn này làm tăng chi phí nhưng có lợi trong các trường hợp dự kiến xảy ra lún đáng kể.

Các cấu kiện đúc sẵn có thể được đúc với nhiều hình dạng và bề mặt hoàn thiện khác nhau để đáp ứng yêu cầu môi trường và hòa nhập về mặt kiến trúc với cảnh quan xung quanh. Các công trình chắn bằng bê tông cốt thép cũng có thể dùng tấm bê tông đúc sẵn làm tường mặt vì chúng có thể tạo bề mặt hoàn thiện tương tự như bất kỳ kết cấu bê tông cốt thép nào.

Các kết cấu chắn có tường mặt bằng kim loại có nhược điểm là tuổi thọ ngắn hơn do ăn mòn, trừ khi có biện pháp bù trừ. Tường mặt dùng lưới thép hàn hoặc rọ đá có nhược điểm là bề mặt gồ ghề, vật liệu đắp phía sau lộ ra, có xu hướng bị xói, tuổi thọ có thể ngắn hơn do ăn mòn thép và dễ bị phá hoại hơn. Các nhược điểm này dĩ nhiên có thể được khắc phục bằng cách phun bê tông hoặc treo thêm tấm mặt lên bề mặt lộ, và hạn chế ăn mòn bằng mạ kẽm và dùng dây thép có đường kính lớn hơn. Ưu điểm lớn nhất của kiểu tường mặt này là chi phí thấp, lắp đặt dễ dàng, linh hoạt trong thiết kế, khả năng thoát nước tốt (tùy loại vật liệu đắp) mang lại ổn định cao hơn, và có thể xử lý bề mặt bằng cây xanh hoặc các hiệu ứng kiến trúc khác. Tường mặt có thể dễ dàng điều chỉnh để hòa nhập với môi trường tự nhiên xung quanh. Các dạng tường mặt này, cũng như tường mặt bọc bằng vật liệu địa kỹ thuật, đặc biệt hữu ích cho các công trình tạm hoặc các công trình có tuổi thọ thiết kế ngắn.

Các tường mặt MBW đúc khô dạng khối ghép cũng có thể gây lo ngại về độ bền trong môi trường chu kỳ đóng băng–tan băng khắc nghiệt nơi có sử dụng muối chống đóng băng. Các nghiên cứu gần đây cho thấy cấp phối bê tông MBW phải được thiết kế chuyên biệt để tạo ra các khối bền, chịu được chu kỳ đóng băng–tan băng. Cơ quan quản lý nên kiểm tra khả năng chịu đóng băng–tan băng của các khối sản xuất tại địa phương bằng thí nghiệm trong phòng. Các quy định hiện hành ở Chương 10 được xây dựng để xử lý vấn đề này. Ngoài ra, do trong quá trình đúc khô, xi măng không thủy hoá hoàn toàn (thường thể hiện qua hiện tượng kết tinh muối trắng trên bề mặt khối), nên môi trường kiềm mạnh có thể hình thành tại hoặc gần vùng mặt tường, và có thể hạn chế việc sử dụng một số sản phẩm địa kỹ thuật làm cốt.

Mặt mái của các kết cấu RSS thường được phủ thực vật nếu dốc khoảng 1:1 hoặc thoải hơn. Yêu cầu về thảm thực vật thay đổi theo điều kiện địa lý và khí hậu nên phải xét riêng cho từng dự án. Các chi tiết được trình bày trong Mục 10.5.

2.4.4 Các loại cốt gia cường

Phần lớn, dù không phải tất cả, các hệ tường MSE có mặt tường bê tông đúc sẵn sử dụng cốt gia cường bằng thép, thường được mạ kẽm. Hai loại cốt thép hiện đang sử dụng cho các tường MSE mặt panel lắp ghép là:

1. Dải thép (Steel strips). Các dải hiện đang được thương mại hóa thường có gân ở cả mặt trên và dưới, rộng 2 in. (50 mm) và dày 5/32 in. (4 mm). Các dải thép trơn rộng 2 đến 4-3/4 in. (60 đến 120 mm), dày 1/8 đến 5/32 in. (3 đến 4 mm) cũng đã được sử dụng.
2. Lưới thép (Steel grids). Lưới thép hàn dùng từ hai đến sáu thanh dọc loại W7.5 đến W24, bố trí cách nhau 6 hoặc 8 in. (150 hoặc 200 mm). Thanh ngang có thể từ W11 đến W20, khoảng cách thanh ngang theo yêu cầu thiết kế, từ 9 đến 24 in. (230 đến 600 mm). Lưới thép hàn với ô lưới 2×2 in. (50×50 mm) bằng thép đường kính nhỏ cũng đã được sử dụng cùng với tường mặt lưới thép hàn. Một số hệ MBW dùng lưới thép có hai thanh dọc.

Phần lớn các hệ MBW sử dụng cốt địa kỹ thuật, chủ yếu là geogrid. Các loại cốt đất sau đây được dùng rộng rãi và sẵn có:

3. Geogrid polyethylene tỷ trọng cao (HDPE geogrid). Loại geogrid này được sản xuất theo một phương (uniaxial) và có tới 6 cấp cường độ khác nhau. Thường được dùng làm cốt cùng với tường mặt panel lắp ghép.
4. Geogrid polyester (PET) phủ PVC. Có sẵn từ nhiều nhà sản xuất. Đặc trưng bởi các bó sợi PET cường độ cao theo phương chịu lực dọc. Để tăng tuổi thọ, PET được cung cấp dưới dạng sợi có khối lượng phân tử cao và được đặc trưng thêm bằng số nhóm carboxyl thấp.

Các loại cốt đất khác và ứng dụng của chúng gồm:

5. Vải địa kỹ thuật (Geotextiles). Vải địa kỹ thuật cường độ cao có thể dùng chủ yếu trong thi công mái dốc đất có cốt (RSS). Cả polyester (PET) và polypropylene (PP) đều đã được sử dụng.
6. Lưới thép xoắn kép (Double twisted steel mesh). Hệ Terramesh® của hãng Maccaferri sử dụng loại cốt đất bằng lưới thép xoắn kép mềm, được mạ kẽm rồi bọc nhựa PVC. Loại cốt này được dùng cho mái dốc RSS và tường rọ đá MSE. Lưu ý rằng cốt này được xếp vào nhóm cốt có khả năng giãn (extensible) do hình dạng chế tạo, mặc dù bản thân vật liệu là kim loại.
7. Dây đai địa kỹ thuật (Geosynthetic strap). Tuy hiện nay chưa được dùng rộng rãi, loại cốt này đã được sử dụng cùng với tường MSE mặt panel lắp ghép. Dây đai gồm các sợi PET bọc trong lớp polyethylene (PE).

2.4.5 Vật liệu đắp gia cường (Reinforced Fill Materials)

Kết cấu MSEW. Tường MSE yêu cầu vật liệu đắp tường chất lượng cao để đảm bảo độ bền lâu dài, khả năng thoát nước tốt, thi công thuận lợi và tương tác tốt với cốt gia cường, điều này đạt được khi dùng đất hạt rời được đầm chặt, cấp phối tốt. Nhiều hệ MSE dựa trên ma sát giữa cốt và đất; trong các trường hợp đó, cần chỉ định và sử dụng vật liệu có đặc tính ma sát cao. Một số hệ khác dựa chủ yếu vào áp lực đất bị động tác dụng lên cốt; ngay cả trong các trường hợp đó, chất lượng đất đắp tường có cốt vẫn rất quan trọng. Các yêu cầu về tính năng này nói chung loại bỏ các loại đất có hàm lượng sét cao.

Xét về khả năng chịu lực của cốt, vẫn có thể sử dụng vật liệu đắp chất lượng thấp hơn cho kết cấu MSEW; tuy nhiên, vật liệu hạt rời chất lượng cao có ưu điểm là thoát nước tốt hơn, giúp tăng độ bền lâu dài cho cốt kim loại và giảm nhu cầu thoát nước. Ngoài ra còn có những lợi ích đáng kể về vận chuyển, đổ và đầm nén khi dùng đất hạt rời, bao gồm tăng tốc độ lắp dựng tường và dễ kiểm soát độ thẳng của tường. Việc sử dụng vật liệu đắp tường có cốt chất lượng thấp hơn và các vấn đề thiết kế liên quan sẽ được thảo luận trong Chương 3.

Kết cấu RSS. Mái dốc đất có cốt (RSS) thường không được xây dựng với tường mặt cứng. Các mái dốc có tường mặt mềm dẻo do đó có thể dễ dàng chịu được những biến dạng nhỏ do lún, do đóng băng – tan băng, hoặc do chu kỳ ướt – khô của đất đắp. Vì vậy, bất kỳ loại đất nào đáp ứng yêu cầu cho nền đắp đều có thể dùng trong hệ mái dốc có cốt. Tuy nhiên, vật liệu chất lượng cao hơn sẽ giảm bớt các vấn đề về độ bền của cốt, dễ xử lý, đổ và đầm nén hơn, nhờ đó đẩy nhanh tiến độ thi công.

2.4.6 Các vật liệu phụ trợ trong xây dựng

Các tường sử dụng tấm bê tông đúc sẵn cần bố trí bearing pads tại các mạch nối ngang để tạo một mức khả năng nén được và chuyển vị giữa các tấm trong quá trình nén đàn hồi và lún của lớp đất đắp có cốt, đồng thời ngăn tiếp xúc bê tông–bê tông. Các vật liệu này thường là cao su EPDM hoặc HDPE. Khả năng nén được và chiều dày của vật liệu tại mạch nối ngang nên được xác định theo chiều cao tường. Với các tường cao hơn 50 ft (15 m), có thể cần mạch nối dày hơn hoặc có khả năng nén lớn hơn để đáp ứng tải trọng thẳng đứng lớn hơn do trọng lượng các tấm panel ở 1/3 dưới của kết cấu.

Tất cả các mạch nối của các tấm bê tông đúc sẵn đều được che phủ bằng dải vải địa kỹ thuật (geotextile) làm lớp lọc để ngăn sự dịch chuyển của hạt mịn từ đất đắp tường có cốt.

Bearing pads thường không được sử dụng một cách phổ biến đối với các đơn vị MBW. Một vùng đắp cốt liệu (thường rộng khoảng 1 ft) được bố trí phía sau các đơn vị MBW và bên trong các đơn vị có lõi rỗng. Lớp sỏi này dễ đầm chặt và phù hợp với hình dạng của đơn vị MBW. Cần có lớp lọc giữa vùng sỏi và đất đắp tường, và lớp lọc này có thể là lớp lọc đất hoặc lớp lọc vải địa kỹ thuật (xem Chương 5).

2.5 Trình tự thi công

Dưới đây là khái quát trình tự thi công chính đối với các kết cấu MSEW và RSS. Tùy hệ thống cụ thể, các bộ phận phụ trợ đặc biệt và yêu cầu riêng của từng dự án, trình tự thực tế có thể khác với trình tự chung nêu ra.

2.5.1 Thi công hệ MSEW với tường mặt panel đúc sẵn

Việc thi công hệ MSEW với tường mặt panel đúc sẵn được thực hiện như sau:

• Chuẩn bị nền (Preparation of subgrade). Công đoạn này bao gồm việc loại bỏ các vật liệu không phù hợp trong phạm vi chiếm chỗ của kết cấu chắn. Tất cả chất hữu cơ, thực vật, đất trượt và các vật liệu không ổn định khác phải được bóc bỏ, nền được đầm chặt.
  Trong các vùng nền móng yếu, phải áp dụng các biện pháp gia cố nền như đào thay, đầm chấn động, cột đá, bấc thấm, v.v. (xem FHWA NHI-06-019 và NHI-06-020, Elias et al., 2006) trước khi xây tường.
  \(\\\)
• Đổ bệ để dựng tường mặt (Placement of a leveling pad for the erection of the facing elements). Thông thường là dải bê tông không cốt, rộng khoảng 1 ft (300 mm) và dày 6 in. (150 mm), chỉ dùng cho tường MSEW, phía trên đó sẽ dựng các tấm panel bê tông. Đối với khối MBW, nên làm bệ bê tông rộng hơn.
  Mục đích của bệ này là làm chuẩn để dựng tấm mặt chứ không được xem là móng chịu lực của tường.
  \(\\\)
• Dựng hàng tường mặt đầu tiên trên bệ (Erection of the first row of facing panels on the prepared leveling pad). Tường mặt có thể là tấm bê tông đúc sẵn hoặc khối MBW đúc khô.
  Hàng tấm đầu tiên có thể là tấm cao đủ chiều cao (full-height) hoặc tấm nửa chiều cao, tùy loại tường mặt. Chỉ hàng tấm đầu tiên cần được chống giữ để đảm bảo ổn định và đúng tuyến; các hàng tiếp theo chỉ cần chèn nêm và kẹp vào các tấm liền kề. Với khối MBW, dùng các khối kích thước đầy đủ trên toàn chiều cao mà không cần hệ chống tạm.
  Việc dựng tường mặt và đắp đất phía sau nên tiến hành đồng thời.
  \(\\\)
• Đắp và đầm đất tường có cốt trên nền đã chuẩn bị đến cao trình lớp cốt đầu tiên và đầm chặt (Placement and compaction of reinforced wall fill on the subgrade to the level of the first layer of reinforcement and its compaction). Đất đắp phải được đầm đến dung trọng thiết kế, thường là 95–100 % dung trọng khô lớn nhất theo AASHTO T-99 và trong khoảng độ ẩm tối ưu quy định. Khuyến nghị đầm ở độ ẩm hơi khô hơn độ ẩm tối ưu.
  Yếu tố then chốt để kết cấu làm việc tốt là đắp và đầm đồng đều. Chiều dày mỗi lớp đắp phải được khống chế theo yêu cầu chỉ dẫn kỹ thuật và theo phân bố đứng của các lớp cốt. Chiều dày lớp đất đắp rời của vùng tường có cốt thường không vượt quá 12 in. (300 mm). Đất đắp tường có cốt nên được đổ vào phía sau và ở giữa các lớp cốt rồi gạt về phía tường mặt. Việc đắp và đầm phần retained backfill sau vùng đất có cốt cũng nên thực hiện song song.
  \(\\\)
• Đặt lớp cốt đầu tiên trên đất đắp (Placement of the first layer of reinforcing elements on the wall fill). Các phần tử cốt được trải ra và liên kết với tường mặt khi lớp đất đắp đã được đầm đến cao trình vị trí liên kết. Cốt thường được đặt vuông góc với lưng tấm tường mặt. Các quy trình kiểm soát thi công chi tiết cho từng bước sẽ được trình bày trong Chương 11.
  \(\\\)
• Đắp đất lên trên lớp cốt đến cao trình lớp cốt kế tiếp và đầm chặt (Placement of the wall fill over the reinforcing elements to the level of the next reinforcement layer and compaction of the wall fill). Các bước đã mô tả được lặp lại cho từng lớp cốt tiếp theo.
  \(\\\)
• Xây dựng lan can và đỉnh tường chắn (Construction of traffic barriers and copings). Công đoạn cuối cùng này được thực hiện sau khi lắp xong hàng tấm mặt cuối cùng và đắp đất tường đến cao độ hoàn thiện.

Trình tự đầy đủ được minh họa trong các Hình 2-8 đến 2-10.

2.5.2 Thi công hệ MSE với tường mặt mềm (Flexible Facings)

Việc thi công các tường MSE có tường mặt mềm, trong đó vật liệu cốt đồng thời đóng vai trò tường mặt, tương tự như đối với tường có tường mặt panel đúc sẵn. Đối với các loại tường mặt mềm như lưới thép hàn, vải địa kỹ thuật, geogrid hoặc rọ đá, việc lắp dựng cao trình tường mặt thứ nhất chỉ cần một nền đã san phẳng. Thông thường không cần móng bê tông hoặc bệ (leveling pad), trừ khi sẽ gắn thêm các cấu kiện đúc sẵn vào hệ sau khi thi công.

Công tác thi công tiến hành như đối với tường mặt lắp ghép, ngoại trừ một số điểm sau:

• Bố trí lớp cốt thứ nhất (Placement of first reinforcing layer).
  Cốt có tính chất cường độ không đẳng hướng (ví dụ nhiều loại geosynthetics) phải được đặt sao cho phương cường độ chính vuông góc với mặt kết cấu.
  
  Cốt phải được cố định bằng các chốt giữ để tránh dịch chuyển trong quá trình đắp đất có cốt.
  
  Các tấm kề nhau phải chồng mí tối thiểu 6 in (150 mm) theo các mép vuông góc với mặt tường. Hoặc, với cốt geogrid hoặc lưới thép, các mép có thể kê sát nhau rồi kẹp hoặc buộc lại.
  \(\\\)
• Thi công mặt tường.
  Đặt các lớp geosynthetic bằng cách sử dụng khuôn mặt (face forms) như minh họa trong Hình 2-11. Để đỡ tạm các khuôn tại mặt tường, cần bố trí giá đỡ khuôn (form holders) ở chân mỗi lớp theo khoảng cách ngang xấp xỉ 4 ft (1.20 m). Chi tiết về ván khuôn tạm được thể hiện trong Hình 2-12. Các bộ phận đỡ này là cần thiết để đạt độ đầm chặt tốt. Khi sử dụng geogrid hoặc lưới thép, có thể cần dùng vải địa kỹ thuật hoặc lưới vải kim loại (hardware cloth) để giữ vật liệu đắp tường tại mặt tường.
  
  Khi đầm chặt đất đắp tường trong phạm vi 3 ft (~1 m) tính từ mặt tường, khuyến nghị dùng đầm rung vận hành bằng tay.
  
  Có thể sử dụng phương pháp kiểu gập trả (return-type) hoặc phương pháp theo lớp kế tiếp như thể hiện trong Hình 2-12 để đỡ mặt tường. Với phương pháp gập trả, lớp cốt được gập ở mặt tường phủ lên vật liệu đắp tường, với chiều dài gập trả tối thiểu 4 ft (1.25 m) để bảo đảm sức kháng kéo tuột đủ. Tính đồng nhất trong thi công mặt tường và đầm nén là rất quan trọng để tạo ra mặt bọc (wrapped facing) có hình thức đạt yêu cầu.
  
  Thi công lớp xử lý mặt tường (phun bê tông, lắp tấm mặt đúc sẵn, v.v.). Một số hệ mặt tường thay thế cho tường/mái dốc có mặt mềm được trình bày trong Hình 2-13.

2.5.3 Thi công mái dốc đất có cốt (RSS Construction)

Việc thi công nền đắp RSS đơn giản hơn rất nhiều và bao gồm nhiều bước đã nêu đối với thi công MSEW. Có thể tóm tắt như sau:

• Chuẩn bị mặt bằng.
• Xây dựng các bộ phận thoát nước ngầm.
• Đặt lớp cốt gia cường.
• Đắp và đầm chặt đất trên lớp cốt.
• Thi công tường mặt. Chi tiết các phương pháp sẵn có được trình bày trong Chương 8.
• Bố trí thêm các lớp cốt và đất đắp có cốt.
• Xây dựng các bộ phận thoát nước bề mặt.

Các giai đoạn chính của thi công được minh họa trên Hình 2-14, và trình tự đầy đủ được nêu trong Chương 8.

2.6 Đánh giá hiện trường

2.6.1 Khảo sát hiện trường

Khả năng áp dụng MSEW, RSS hoặc bất kỳ dạng hệ giữ đất nào khác phụ thuộc vào địa hình hiện hữu, điều kiện địa chất công trình và các tính chất đất/đá. Cần thực hiện một chương trình khảo sát địa chất công trình toàn diện để đánh giá ổn định mái dốc, khả năng lún, nhu cầu thoát nước… trước khi sửa chữa mái dốc hoặc thiết kế tường chắn/mố cầu mới. Khi vật liệu đắp chọn lọc được lấy tại chỗ, phải khảo sát đầy đủ phạm vi và chất lượng vật liệu để giảm thiểu các khiếu nại của nhà thầu về điều kiện thay đổi.

Khảo sát địa chất công trình không chỉ cần thiết trong phạm vi khu vực xây dựng mà còn ở phía sau và phía trước công trình để đánh giá toàn bộ ứng xử làm việc. Chương trình khảo sát phải nhằm thu thập tất cả các thông tin có thể ảnh hưởng đến thiết kế và ổn định của kết cấu cuối cùng, đồng thời xem xét cả các điều kiện tồn tại trong suốt quá trình thi công, ví dụ như ổn định của các mái dốc tạm phục vụ thi công.

Các vấn đề kỹ sư quan tâm bao gồm sức chịu tải của vật liệu nền móng, biến dạng cho phép và ổn định của kết cấu. Cần thu thập được các tham số cần thiết cho những phân tích này.

Chi phí của một kết cấu đất có cốt phụ thuộc rất lớn vào khả năng có được loại vật liệu đất đắp có cốt và đất đắp giữ phía sau phù hợp. Do đó, cần thực hiện khảo sát để tìm và thí nghiệm các vật liệu sẵn có tại địa phương có thể dùng làm đất đắp có cốt và đất đắp giữ tương thích với hệ thống lựa chọn.

2.6.2 Khảo sát hiện trường sơ bộ

Khảo sát địa chất sơ bộ hoặc khảo sát thám sát nên bao gồm việc thu thập các số liệu hiện có liên quan đến điều kiện địa chất công trình và thực hiện chuyến khảo sát hiện trường để thu thập các thông tin:

• Giới hạn và khoảng cách các mặt cắt địa hình.
• Điều kiện tiếp cận cho nhân lực và thiết bị.
• Quy luật thoát nước bề mặt, thấm nước và đặc điểm thảm thực vật.
• Các đặc điểm địa chất bề mặt, gồm các lộ đá và dạng địa hình, cũng như các hố đào, taluy hiện hữu có thể cung cấp thông tin về điều kiện địa chất bên dưới.
• Quy mô, tính chất và vị trí của các đường ống, công trình ngầm hiện có hoặc dự kiến, có thể ảnh hưởng đến công tác khảo sát hoặc thi công sau này.
• Phần hành lang đường (right-of-way) hiện có.
• Các vùng có khả năng mất ổn định, như lớp đất yếu dày gồm đất dính yếu, đất hữu cơ, vật liệu trượt cũ, mực nước ngầm cao, các mỏm đá gốc lộ thiên, v.v.

Khảo sát thám sát nên được thực hiện bởi kỹ sư địa kỹ thuật hoặc địa chất công trình. Trước khi bắt đầu khảo sát hiện trường, cần nghiên cứu các số liệu sẵn có từ những đợt khảo sát trước và các thông tin có thể suy ra từ bản đồ địa chất khu vực. Nếu có, cần nghiên cứu bản đồ địa hình và ảnh hàng không. Nhiều thông tin hữu ích dạng này có thể thu được từ U.S. Geological Survey, Natural Resources Conservation Service, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và các cơ quan quy hoạch địa phương/quận.

2.6.3 Khảo sát địa chất công trình

Chương trình khảo sát địa chất công trình thường bao gồm xuyên thăm dò, khoan và hố đào khảo sát. Loại hình và mức độ khảo sát cần được quyết định sau khi xem xét các số liệu sơ bộ thu được trong giai đoạn khảo sát thám sát và trao đổi với kỹ sư địa kỹ thuật hoặc địa chất công trình. Phạm vi khảo sát phải đủ để đánh giá được đặc điểm địa chất và mặt cắt địa chất công trình tại khu vực xây dựng. Để tham khảo về mức độ và loại khảo sát cần thiết, nên xem tài liệu FHWA NHI-01-031 Subsurface Investigations – Geotechnical Site Characterization (Mayne et al., 2002).

Các hướng dẫn sau đây được khuyến nghị (Christopher et al., 1990) cho khảo sát địa chất công trình phục vụ các ứng dụng MSE tiềm năng:

• Khoan khảo sát (Borings). Loại (khoan đất và/hoặc xuyên tĩnh CPT), số lượng, vị trí và chiều sâu các điểm khảo sát nói chung phụ thuộc vào giai đoạn dự án (nghiên cứu khả thi, thiết kế sơ bộ hay thiết kế chi tiết), mức độ sẵn có của số liệu địa kỹ thuật, mức độ biến đổi của điều kiện địa chất, chiều dài kết cấu, tải trọng kết cấu phải chịu và các chi tiết khác của dự án. Các hố khoan nên bố trí dọc theo mép trước và mép sau của kết cấu đất có cốt dự kiến. Chiều rộng kết cấu tường MSE hoặc mái dốc có thể giả thiết bằng 0.8 lần chiều cao dự kiến. Nên xem xét bố trí hố khoan với khoảng cách:
    + 100 ft (30 m) dọc theo tim kết cấu đất có cốt; và
    + 150 ft (45 m) dọc phía sau kết cấu đất có cốt.
  \(\\\)
• Chiều sâu khoan phải được khống chế bởi điều kiện địa chất tổng thể. Khi gặp đá gốc ở độ sâu hợp lý, cần khoan lấy mẫu lõi đá dài khoảng 10 ft (3 m). Việc khoan lõi này hữu ích để phân biệt đá gốc đặc với các tảng đá rời. Có thể cần khoan sâu hơn để mô tả tốt hơn mái dốc đá phía sau các kết cấu chắn mới. Ở những vùng nền đất, chiều sâu khoan nên đạt tối thiểu bằng hai lần chiều cao tường/mái dốc. Nếu trong phạm vi chiều sâu đó điều kiện đất yếu, không phù hợp với áp lực dự kiến từ chiều cao kết cấu, thì phải khoan sâu thêm cho tới khi gặp lớp đất đủ tốt.
  \(\\\)
• Lấy mẫu trong hố khoan. Ở mỗi hố khoan, nên lấy mẫu đất ở các khoảng cách 5 ft (1.5 m) theo chiều sâu và tại các vị trí thay đổi lớp đất để nhận dạng, phân loại và thí nghiệm trong phòng. Phương pháp lấy mẫu có thể theo AASHTO T 206 hoặc T 207 (Standard Penetration Test và Thin-Walled Shelby Tube Sampling) tùy loại đất. Đối với đất rời, có thể dùng thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) để lấy mẫu xáo trộn. Đối với đất dính, cần lấy mẫu nguyên dạng bằng ống thành mỏng. Trong từng hố khoan, cần quan sát mực nước ngầm hiện hữu, không chỉ tại thời điểm lấy mẫu mà cả các thời điểm sau đó để có hồ sơ tốt về điều kiện mực nước. Nếu cần, bố trí piezometer tại một vài hố khoan để theo dõi mực nước lâu dài.
  \(\\\)
• Cả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) và thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT, ASTM D3441) đều cung cấp số liệu về cường độ và khối lượng thể tích của đất. Trong một số trường hợp, có thể cần tiến hành thêm các thí nghiệm hiện trường bằng dilatometer, pressuremeter hoặc các thiết bị tương tự để xác định môđun biến dạng của đất.
  \(\\\)
• Cần lấy đủ mẫu khối lớn của các loại đất sẵn có và đánh giá theo phần thí nghiệm tiếp theo để xác định mức độ phù hợp của chúng khi dùng làm đất đắp trong các kết cấu MSE. Vật liệu này phải lấy từ tất cả các khu vực mà khảo sát thám sát cho thấy có thể sử dụng làm mỏ đất.
  \(\\\)
• Đào hố thử (test pits) nên thực hiện tại các khu vực có dấu hiệu mất ổn định hoặc để khảo sát thêm về khả năng cung cấp mỏ đất cho đất đắp. Vị trí và số lượng hố thử cần được quyết định riêng cho từng công trình dựa trên kết quả khảo sát thám sát.
  \(\\\)

2.6.4 Thí nghiệm trong phòng

Các mẫu đất cần được quan sát bằng mắt và thực hiện các thí nghiệm phù hợp để phân loại theo Hệ thống phân loại đất thống nhất (Unified Soil Classification System – ASTM D2488). Các thí nghiệm này giúp kỹ sư quyết định những thí nghiệm hiện trường hoặc trong phòng nào tiếp theo sẽ mô tả tốt nhất ứng xử kỹ thuật của đất tại một vị trí dự án cụ thể. Các thí nghiệm chỉ tiêu (index testing) bao gồm xác định độ ẩm, giới hạn Atterberg, và thành phần cấp phối hạt. Dung trọng khô của các mẫu đại diện không bị xáo trộn cũng cần được xác định.

Việc xác định cường độ kháng cắt bằng thí nghiệm nén không nở hông (unconfined compression), thí nghiệm cắt trực tiếp, hoặc thí nghiệm nén ba trục sẽ cần thiết cho các phân tích ổn định bên ngoài của tường MSE và mái dốc . Tại những vị trí gặp đất dính có tính nén lún bên dưới nền móng của kết cấu MSE, cần thực hiện thí nghiệm cố kết để thu được các tham số phục vụ phân tích lún ở trạng thái sử dụng (service state). Đối với đất dính, cần xác định cả các tham số không thoát nước và thoát nước (theo ứng suất hữu hiệu), nhằm đánh giá được cả điều kiện ngắn hạn và dài hạn.

Điều đặc biệt quan trọng khi đánh giá bất kỳ vật liệu nào để có thể dùng làm vật liệu đắp sau (backfill) là thành phần cấp phối hạt và tính dẻo. Kích thước hạt hữu hiệu (D₁₀) có thể được dùng để ước tính tính thấm của các vật liệu không dính. Ngoài ra, cũng có thể thực hiện thí nghiệm thấm trong phòng trên các mẫu đại diện được đầm chặt đến khối lượng thể tích theo yêu cầu. Các thí nghiệm bổ sung nên bao gồm thí nghiệm cắt trực tiếp trên một vài mẫu được chuẩn bị tương tự để xác định các tham số cường độ kháng cắt trong điều kiện ngắn hạn và dài hạn. Ứng xử đầm nén của các vật liệu backfill tiềm năng nên được khảo sát bằng cách thực hiện thí nghiệm quan hệ độ ẩm–khối lượng thể tích trong phòng theo AASHTO T 99 hoặc T 180.

Cần đo các tính chất thể hiện mức độ xâm thực tiềm năng của đất đắp và đất tại chỗ phía sau vùng đất có cốt. Các thí nghiệm bao gồm:

• pH (AASHTO T 289; ASTM D4972).
• Điện trở suất.
• Hàm lượng muối bao gồm sunfat tan trong nước (AASHTO T 290), sunfua (ASTM D4327) và clorua (ASTM D4327).

Kết quả các thí nghiệm này sẽ cung cấp thông tin cần thiết để lập kế hoạch các biện pháp bảo vệ chống suy giảm vật liệu và giúp lựa chọn các phần tử cốt có độ bền lâu thích hợp.

2.6.5 Đất nền móng

Việc xây dựng và triển khai một chương trình khảo sát địa chất dưới mặt đất đầy đủ cho các điều kiện nền móng hiện hữu là một yếu tố then chốt để bảo đảm dự án được thực hiện thành công. Các nguyên nhân gây hư hỏng/bất lợi gặp phải trong các công trình thường được quy về những chương trình thăm dò dưới mặt đất không đầy đủ, không phát hiện được các vùng đất yếu cục bộ hoặc các khu vực đất yếu đáng kể, dẫn đến lún lệch cục bộ lớn và gây bất lợi cho các tấm ốp mặt (facing panels). Trong một số ít trường hợp nghiêm trọng đã được ghi nhận, dạng yếu kém của nền móng như vậy đã gây phá hoại hoàn toàn nền móng, dẫn đến sụp đổ thảm khốc.

Việc xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền móng cần tập trung vào việc thiết lập sức kháng nền (bearing resistance), ổn định tổng thể, khả năng lún, và vị trí mực nước ngầm. Đối với việc xác định sức chịu tải, thông thường cần các tham số ma sát và lực dính \((\phi, c)\), cũng như dung trọng \((\gamma_T)\) và vị trí mực nước ngầm, để tính sức kháng nền theo Điều 10.6.3.1 cho đất và Điều 10.6.3.2 cho đá trong AASHTO (2007). Ảnh hưởng của độ nghiêng tải trọng và hình dạng móng có thể được bỏ qua đối với Trạng thái giới hạn cường độ (Strength Limit State).

Đối với việc xác định độ lún nền móng, nên sử dụng kết quả của các phân tích lún theo phương pháp thông thường với hệ số tải trọng của Trạng thái giới hạn sử dụng (Service Limit State), đồng thời sử dụng dữ liệu lún–thời gian trong phòng thí nghiệm và hệ số cố kết \(C_c\), kết hợp với giá trị xấp xỉ của chỉ số nén \(C_v\) thu được từ các tương quan với các thí nghiệm chỉ tiêu của đất (độ ẩm, giới hạn Atterberg). Kết quả phân tích lún, đặc biệt liên quan đến lún lệch, cần được dùng để xác định khả năng của hệ thống mặt tường (facing) và hệ thống liên kết trong việc chịu được các chuyển vị như vậy, hoặc đánh giá sự cần thiết phải có các chi tiết/cấu tạo đặc biệt hay quy trình thi công đặc thù để đáp ứng chuyển vị lệch dự kiến.

(lún lệch – differential settlement)

Differential settlement là lún lệch (còn gọi: lún không đều) — nghĩa là các vị trí khác nhau của nền/móng lún xuống với mức độ khác nhau, chứ không lún đều toàn bộ.

Lún lệch gây nghiêng, nứt, mất thẳng hàng, tạo khe hở và làm tăng ứng suất trong kết cấu (nhất là tường MSE: mặt tường và hệ liên kết).

Ví dụ: một đầu của móng/tường lún 10 mm còn đầu kia lún 2 mm → chênh 8 mm = lún lệch.

Sự yếu kém đáng kể của nền móng và tính nén lún có thể đòi hỏi phải xem xét các biện pháp xử lý nền để đạt sức chịu tải phù hợp, hoặc để hạn chế độ lún tổng hay lún lệch. Các biện pháp đã được áp dụng thành công gồm: gia tải trước (surcharging) có hoặc không có bấc thấm đứng, cột đá, đầm động (dynamic compaction), bơm vữa đầm chặt (compaction grouting) và sử dụng vật liệu đắp nhẹ để giảm lún. Thông tin bổ sung về các biện pháp xử lý nền có thể tìm trong các sổ tay Ground Improvement của FHWA, FHWA NHI-06-019 và FHWA NHI-06-020 (Elias và cộng sự, 2006).

(FHWA NHI-06-019 và FHWA NHI-06-020)

Hai tài liệu FHWA NHI-06-019 và FHWA NHI-06-020 (bộ Ground Improvement Methods, August 2006)
  + FHWA NHI-06-019 – Ground Improvement Methods, Volume I
  + FHWA NHI-06-020 – Ground Improvement Methods, Volume II
Bộ 2006 này đã có bản cập nhật mới hơn là GEC 13 – Ground Modification Methods (FHWA NHI-16-027/16-028) trên thư viện Geotech của FHWA. (fhwa.dot.gov)

Như một phương án thay thế cho tường MSE, có thể xây dựng các mặt tường bằng bọc quấn geosynthetic, lưới thép hàn, hoặc rọ đá, là những dạng có thể chịu được lún lệch lớn; và có thể bố trí mặt ốp vĩnh cửu như tấm bê tông được gắn sau khi lún đã xảy ra (xem Mục 3.6.6). Đặc biệt cần lưu ý các trường hợp kết cấu MSEW kết thúc liền kề một kết cấu được đỡ cứng như mố cầu trên cọc ở cuối đoạn đắp đường dẫn đầu cầu (approach fill).

Việc đánh giá các vấn đề liên quan đến nền móng này thường nằm ngoài phạm vi dịch vụ do các nhà cung cấp hệ thống tường/mái dốc thực hiện. Những đánh giá dạng này là trách nhiệm của kỹ sư cơ quan quản lý hoặc tư vấn địa kỹ thuật, và cần được thực hiện trước khi lựa chọn hệ thống tường MSE hoặc RSS phù hợp.

2.7 Đánh giá phương án kết cấu

2.7.1 Các yếu tố lựa chọn dạng kết cấu

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương án MSE/RSS cho một dự án bao gồm:

• Điều kiện địa chất và địa hình.
• Điều kiện môi trường.
• Kích thước và tính chất của công trình.
• Yêu cầu kiến trúc, thẩm mỹ.
• Các xem xét về độ bền lâu.
• Tiêu chí về khả năng làm việc.
• Khả năng cung cấp vật liệu.
• Kinh nghiệm với một hệ hoặc ứng dụng cụ thể.
• Chi phí.

Nhiều hệ MSEW có các đặc điểm sở hữu bản quyền. Một số công ty cung cấp các dịch vụ như hỗ trợ thiết kế, lập bản vẽ và chỉ dẫn kỹ thuật cho công trình, cung cấp các cấu kiện tường chế tạo sẵn và hỗ trợ thi công.

Các hệ tường khác nhau có lịch sử làm việc khác nhau, đôi khi gây khó khăn cho việc đánh giá kỹ thuật một cách đầy đủ. Một số hệ phù hợp hơn cho tường vĩnh cửu, số khác thích hợp cho tường thấp, số khác nữa phù hợp cho khu vực hẻo lánh trong khi một số hệ lại thích hợp hơn cho khu vực đô thị. Vì vậy, lựa chọn hệ thống phù hợp nhất sẽ phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng dự án.

Các nền đắp RSS đã được xây dựng với nhiều loại cốt geosynthetic và dạng xử lý mặt mái khác nhau. Những yếu tố này cũng có thể gây khó khăn ban đầu cho việc đánh giá kỹ thuật, nhưng khi sử dụng tài liệu hướng dẫn này, nhân sự của cơ quan quản lý có thể dễ dàng lập các thiết kế điển hình. Nhiều nhà cung cấp cốt geosynthetic cũng cung cấp dịch vụ thiết kế và hỗ trợ kỹ thuật trong quá trình thi công.

Các vấn đề kỹ thuật cụ thể liên quan đến các yếu tố lựa chọn sẽ được tóm tắt trong các mục sau.

2.7.2 Điều kiện địa chất và địa hình

Các kết cấu MSE đặc biệt phù hợp trong những trường hợp cần xây dựng tường kiểu “đắp” (fill-type) hoặc khi có chỉ định đắp sườn đồi (side-hill fills). Trong các điều kiện này, khối lượng đào có thể nhỏ và hiệu quả kinh tế chung của dạng kết cấu này không bị ảnh hưởng. Khi cần khối lượng đất đắp lớn để bố trí kết cấu đất có cốt, lợi thế kinh tế sẽ giảm, nhưng trong nhiều trường hợp vẫn khả thi.

Mức độ đủ khả năng của nền móng để chịu được trọng lượng khối đắp cần được xác định như một đánh giá tính khả thi bậc 1 (first-order feasibility).

Khi gặp đất yếu có tính nén lún, cần thực hiện phân tích ổn định sơ bộ để xác định liệu có đủ cường độ kháng cắt để chịu được trọng lượng của khối đất đắp có cốt hay không. Như một xấp xỉ ban đầu đối với các kết cấu MSE có mặt tường thẳng đứng, cường độ kháng cắt sẵn có phải bằng ít nhất 2.0 đến 2.5 lần trọng lượng của kết cấu đắp. Đối với nền đắp RSS, cường độ nền yêu cầu thấp hơn đôi chút và phụ thuộc vào độ dốc thực tế được xét.

Nếu các điều kiện này không thỏa mãn, cần xem xét các biện pháp xử lý nền (xem FHWA NHI-06-019 và NHI-06-020, Elias và cộng sự, 2006) để tăng khả năng chịu tải ở cao độ nền móng. Các biện pháp này bao gồm nhưng không giới hạn ở:

• Đào bỏ đất yếu và thay bằng đất đắp kết cấu đã đầm chặt.
• Sử dụng vật liệu đắp nhẹ.
• Gia cố tại chỗ bằng đầm chấn động (dynamic compaction) hoặc gia tải trước có/không có bấc thấm đứng.
• Xây dựng các cột vật liệu rời (cọc đá, cọc cát, v.v.).

Khi nền móng chỉ đạt từ mức cận biên đến đủ, cần thực hiện phân tích lún sơ bộ để đánh giá khả năng xuất hiện lún lệch, cả theo phương dọc chiều dài công trình và theo phương vuông góc với mặt tường. Đánh giá khả thi bậc hai này giúp lựa chọn dạng tường mặt phù hợp cho tường MSE và lập kế hoạch chia giai đoạn thi công nhằm thích ứng với lún.

Nói chung, các kết cấu MSE mặt bê tông sử dụng panel rời liên kết khớp có thể chịu được lún lệch theo phương dọc tối đa khoảng 1/100 mà không cần các khe trượt đặc biệt giữa các panel. Các tấm bê tông cao toàn chiều cao tường kém chịu lún lệch hơn nhiều và nói chung không nên dùng khi dự kiến có lún lệch. Tường mặt khối MBW có thể chịu được lún lệch dọc tối đa khoảng 1/200 khi có bố trí các khe trượt đặc biệt.

Khả năng làm việc của mái dốc đất có cốt nói chung không bị ảnh hưởng bởi lún lệch dọc.

2.7.3 Điều kiện môi trường

Yếu tố môi trường chính ảnh hưởng đến việc lựa chọn loại cốt và khả năng làm việc của kết cấu MSE là tính xâm thực của môi trường đất tại chỗ, có thể gây suy giảm cốt. Cần tính đến các thay đổi sau khi xây dựng, chẳng hạn khi sử dụng muối chống đóng băng hoặc phân bón.

Đối với cốt thép, môi trường đất chứa muối clorua và sunfat với hàm lượng thường lớn hơn 200 ppm sẽ làm tăng tốc độ ăn mòn, giống như môi trường có tính axit với pH < 5 (Elias, 1989). Môi trường kiềm mạnh với pH > 10 sẽ làm tăng tốc độ mất lớp mạ kẽm.

Một số môi trường đất tại chỗ đã được xác định là có khả năng xâm thực đối với cốt geosynthetic. Polyester (PET) bị suy giảm trong môi trường kiềm mạnh hoặc axit mạnh. Polyolefin có vẻ chỉ suy giảm trong một số điều kiện axit mạnh nhất định.

Để biết thêm các thảo luận chi tiết về khả năng suy giảm của cốt, tham khảo sổ tay tham khảo về ăn mòn/suy thoái đi kèm; tóm tắt được nêu ở Mục 3.5.

Một vấn đề môi trường thứ cấp là khả năng tiếp cận hiện trường, yếu tố này có thể quyết định dạng và kích thước tường mặt cho tường MSE. Các vị trí khó tiếp cận hoặc khu vực hẻo lánh có thể phù hợp với tường mặt nhẹ như tường bọc vải địa kỹ thuật hoặc geogrid có phủ cỏ, tấm kim loại mỏng, lưới thép hàn, rọ đá, khối MBW, có thể lắp dựng không cần thiết bị nâng hạ nặng.

Khi xây nền đắp RSS với lớp phủ thực vật tự nhiên, phải lựa chọn loại thảm thực vật hữu cơ phù hợp với lớp phủ bản địa lâu năm, có thể bén rễ nhanh và sinh trưởng tốt với lượng mưa tại hiện trường.

2.7.4 Kích thước và tính chất công trình

Về lý thuyết, chiều cao tường MSE có thể xây dựng không có giới hạn trên. Ở Hoa Kỳ đã xây dựng thành công các kết cấu cao tới 135 ft (41 m) sử dụng cốt gia cường bằng thép, mặc dù chiều cao như vậy đối với các công trình giao thông là hiếm. Nền đắp RSS có cốt geogrid đã được xây tới chiều cao 242 ft (74 m) ở Hoa Kỳ, song chiều cao như vậy cho các công trình giao thông cũng rất hiếm gặp.

Giới hạn thực tế thường do yếu tố kinh tế, phạm vi hành lang đường (ROW) và cường độ kéo của các vật liệu cốt đất thương mại quyết định. Đối với mố cầu, về lý thuyết không có giới hạn cho chiều dài nhịp có thể đỡ được; tuy nhiên, nhịp càng lớn thì diện tích móng cần thiết để đỡ dầm càng lớn. Vì sức chịu tải danh định của khối đất đắp có cốt đối với trạng thái giới hạn sử dụng thường giới hạn khoảng 4000 psf (200 kPa), móng mố lớn sẽ làm tăng chiều dài nhịp, đồng thời tăng chi phí kết cấu phần trên. Chi phí tăng thêm này phải được cân bằng với phần tiết kiệm tiềm năng khi dùng phương án MSE so với tường mố thông thường vốn có nhịp ngắn hơn. Trong một số trường hợp, có thể kinh tế hơn nếu đỡ dầm cầu trên móng sâu đặt trong (hoặc trước) vùng đất đắp có cốt.

Giới hạn dưới về chiều cao thường do yếu tố kinh tế quyết định. Khi kết hợp với lan can, các tường thấp trên nền tốt có chiều cao dưới 10 đến 14 ft (3 đến 4 m) thường không kinh tế, vì chi phí phần “cánh” chống lật của lan can có thể chiếm tới một phần ba tổng chi phí kết cấu MSE. Đối với tường công xôn, lan can chỉ là phần kéo dài của thân tường nên ảnh hưởng đến chi phí tổng thể nhỏ hơn.

Tổng kích thước công trình (diện tích mặt tường) ít ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế so với các loại tường chắn khác. Tuy nhiên, đơn giá cho các dự án nhỏ có diện tích mặt tường dưới 3.000 ft² (300 m²) thường cao hơn khoảng 10–15 %.

Mái dốc RSS có thể hiệu quả về chi phí ở khu vực nông thôn, nơi có hạn chế về ROW hoặc trong các dự án mở rộng đường cần các nền đắp dải hẹp kéo dài. Ở khu vực đô thị, nên xem xét sử dụng chúng khi có sẵn ROW, vì chúng thường kinh tế hơn so với tường MSE mặt đứng thông thường.

2.7.5 Thẩm mỹ

Các tấm bê tông đúc sẵn làm tường mặt có thể được đúc với vô số dạng bề mặt và màu sắc khác nhau, với phần chi phí tăng thêm thường không vượt quá 15 % chi phí tường mặt, tương đương khoảng 4–6 % tổng chi phí xây dựng hoàn thiện.

Tường mặt bằng khối MBW thường có chi phí tương đương tấm bê tông đúc sẵn, ngoại trừ đối với các dự án nhỏ (diện tích mặt tường dưới 4.000 ft² {400 m²}), nơi kích thước đơn vị nhỏ giúp tiết kiệm chi phí thiết bị lắp dựng và tránh phải chế tạo các tấm bê tông đúc sẵn đặc biệt theo kích thước “đặt hàng” để phù hợp với hình dạng thường không đều. Tường mặt MBW có thể được sản xuất với nhiều màu sắc và nhiều dạng hoàn thiện bề mặt.

Đối với RSS, bề mặt ngoài thường được xử lý bằng thảm thực vật, ban đầu kinh tế hơn so với tường mặt bê tông của các kết cấu MSE. Tuy nhiên, chi phí bảo trì có thể cao hơn đáng kể và khả năng làm việc dài hạn của nhiều dạng tường mặt kiểu này vẫn chưa được xác lập rõ ràng.

2.7.6 Các trường hợp nên cân nhắc kỹ

Tiêu chuẩn AASHTO LRFD hiện hành (2007) nêu rằng tường MSE không nên được sử dụng trong các điều kiện sau:

• Khi phải bố trí các công trình ngầm khác ngoài hệ thống thoát nước đường bộ trong vùng đất có cốt, mà việc tiếp cận sau này để sửa chữa đòi hỏi phải cắt qua các lớp cốt. Hạn chế tương tự cũng nên được xem xét đối với kết cấu RSS.
  \(\\\)
• Khi sử dụng cốt kim loại mạ kẽm đặt trong môi trường nước mặt hoặc nước ngầm bị ô nhiễm bởi nước thải mỏ axit hoặc các chất ô nhiễm công nghiệp khác, thể hiện qua giá trị pH thấp và hàm lượng clorua, sunfat cao.
  \(\\\)
• Khi xói lở lòng sông có thể làm khoét mất vùng đất đắp có cốt, hoặc khi không thể xác định một cách tin cậy độ sâu xói.

2.8 Thiết lập các tiêu chí dự án

Kỹ sư cần xem xét từng nhóm vấn đề trình bày trong mục này ở giai đoạn thiết kế sơ bộ và xác định các yếu tố, tiêu chí làm việc phù hợp.

Quy trình gồm các bước liên tiếp sau:

• Xem xét tất cả các phương án khả thi.
• Lựa chọn loại hệ (MSEW hoặc RSS).
• Xem xét các phương án mặt tường.
• Xây dựng các tiêu chí làm việc (tải trọng, chiều cao thiết kế, chiều sâu chôn, giới hạn lún, sức chịu tải nền, ảnh hưởng đến các kết cấu lân cận, v.v.).
• Xem xét ảnh hưởng của điều kiện hiện trường đến ăn mòn/suy thoái cốt.

2.8.1 Các phương án thay thế

Các tường bê tông dạng công-xôn (cantilever), tường trọng lực (gravity), tường bán trọng lực (semi-gravity), hoặc tường bê tông có bệ chống (counterforted), cũng như nền đắp đất, là những phương án thay thế thường gặp cho tường MSE, mố và RSS.

Trong các trường hợp đào (cut), các dạng tường thi công tại chỗ (in-situ) như tường neo tieback, tường đất có đinh (soil nailed) hoặc tường công-xôn không trọng lực (nongravity cantilevered walls) thường kinh tế hơn. Tuy nhiên, khi ROW (hành lang/ phạm vi giải phóng mặt bằng) bị hạn chế, một phương án kết hợp giữa tường tại chỗ tạm ở phía sau đầu mút lớp cốt và tường MSE vĩnh cửu thường vẫn có tính cạnh tranh.

Đối với các ứng dụng tường ven nước hoặc tường công trình biển, tường cừ ván (sheetpile) có hoặc không có neo, hoặc tường bê tông đổ tại chỗ có thể thi công trong môi trường nước, thường (nếu không muốn nói là hầu như luôn) kinh tế hơn và thực tế hơn trong thi công.

2.8.2 Các yếu tố liên quan đến mặt tường

Việc xây dựng các tiêu chí thẩm mỹ riêng cho từng dự án chủ yếu tập trung vào loại, kích thước và kết cấu bề mặt của mặt tường (facing), vì đây là đặc điểm duy nhất nhìn thấy được của bất kỳ kết cấu MSE nào.

Đối với các hạng mục vĩnh cửu, nên xem xét sử dụng tường MSE với tấm bê tông đúc sẵn. Loại tường này được thi công với mặt tường (gần như) thẳng đứng. Hiện nay, kích thước các tấm panel sản xuất thương mại thay đổi trong khoảng 20 đến 50 ft² (1.8 đến 4.5 m²). Thông thường, các tấm panel toàn chiều cao có thể được xem xét cho các tường cao đến khoảng 14 đến 16 ft (4 đến 5 m) trên các nền móng không dự kiến bị lún. Các nhà thầu có kinh nghiệm đã thi công thành công các tấm toàn chiều cao cao hơn (ví dụ 25 ft (7.5 m)) trên nền móng tốt. Các tấm bê tông đúc sẵn có thể được chế tạo với nhiều loại kết cấu bề mặt và hình dạng hình học khác nhau, như thể hiện trong Hình 2-6.

Đối với các hạng mục vĩnh cửu, nên xem xét sử dụng mặt tường MBW, loại có nhiều hình dạng và kết cấu bề mặt khác nhau như thể hiện trong Hình 2-7. Diện tích mặt của các khối (facial area) nằm trong khoảng 0.5 đến 1 ft² (0.05 đến 0.1 m²). Một đặc điểm tích hợp của loại mặt tường này là độ nghiêng mặt tường (batter) có thể thay đổi từ gần như thẳng đứng đến 15°.

Các ràng buộc hình học của dự án, tức giới hạn theo phương ngang ở chân tường và đỉnh tường, có thể giới hạn mức độ nghiêng cho phép và do đó giới hạn các loại đơn vị MBW có thể sử dụng. Lưu ý rằng chân của các tường này có xu hướng lùi lại khi cao độ nền móng tăng theo bậc, do cách xếp chồng và độ nghiêng “tự động” của hệ khối.

Các phương án mặt tường khác gồm rọ đá (gabion), mặt ốp gỗ, hoặc mặt có phủ thực vật.

Đối với tường tạm, có thể đạt được hiệu quả kinh tế đáng kể khi dùng mặt bọc geosynthetic. Mặt tường này có thể được “chuyển” thành vĩnh cửu bằng cách phun gunite hoặc đổ bê tông tại chỗ sau khi thi công xong.

Đối với các kết cấu RSS, việc lựa chọn mặt mái dốc có thể bị chi phối bởi các yếu tố khí hậu và vùng miền. Với các kết cấu cao dưới 33 ft (10 m), có mái dốc khoảng 1 Ngang : 1 Đứng (1H:1V) hoặc thoải hơn, thường có thể thi công “mái xanh” bằng cách dùng lớp/màng chống xói hoặc lưới chống xói và gieo các loại cỏ địa phương. Khi không thể thiết lập thảm thực vật thành công và/hoặc dự kiến dòng chảy tràn mặt lớn, các mái dốc có gia cố bảo vệ (armored) bằng vật liệu tự nhiên hoặc chế tạo có thể là lựa chọn duy nhất để giảm công tác bảo trì về sau. Hướng dẫn bổ sung xem Mục 8.5.

2.8.3 Các tiêu chí về khả năng làm việc

Các tiêu chí làm việc của các kết cấu MSE xét theo yêu cầu thiết kế được chi phối bởi thực hành thiết kế hoặc các quy phạm/tiêu chuẩn, chẳng hạn như những quy định trong Điều 11.10 của AASHTO LRFD Specifications for Highway Bridges (2007). Các yêu cầu này xem xét hệ số tải trọng và hệ số sức kháng đối với các dạng phá hoại và vật liệu khác nhau, cũng như đối với các trạng thái giới hạn khác nhau. Hiện không có hướng dẫn cụ thể của AASHTO dành riêng cho các kết cấu RSS.

Đối với chuyển vị ngang của tường, hiện chưa có phương pháp nào có thể dự báo một cách chắc chắn, và phần lớn chuyển vị ngang xảy ra trong quá trình thi công. Chuyển vị theo phương ngang phụ thuộc vào ảnh hưởng của đầm nén, khả năng giãn dài của cốt, chiều dài cốt, chi tiết liên kết giữa cốt và panel, và chi tiết của hệ mặt tường. Có thể ước tính sơ bộ chuyển vị ngang có khả năng xảy ra của các kết cấu đơn giản trong quá trình thi công dựa trên tỷ số chiều dài cốt trên chiều cao tường và khả năng giãn dài của cốt như thể hiện trong Hình 2-15, phục vụ kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng.

Hình này cho thấy rằng khi tăng tỷ số chiều dài–chiều cao của cốt từ giới hạn lý thuyết thấp 0.5H lên 0.7H, thì biến dạng giảm khoảng 50%.

Đối với L = 0.7H
Cốt kim loại (ít giãn) ≈ 3/4 in. cho mỗi 10 ft chiều cao tường
Cốt geogrid (giãn vừa) ≈ 1 in. cho mỗi 10 ft chiều cao tường
Cốt vải địa kỹ thuật (giãn) ≈ 1.5 in. cho mỗi 10 ft chiều cao tường

Với tường cao 20 ft, độ chuyển vị tương đối tăng xấp xỉ 25 % cho mỗi 400 psf tải chất thêm. Kinh nghiệm cho thấy đối với tường cao hơn, ảnh hưởng của tải chất thêm có thể lớn hơn.

GHI CHÚ: Hình vẽ này chỉ mang tính hướng dẫn. Độ chuyển vị thực tế, ngoài các tham số thể hiện trên hình, còn phụ thuộc vào đặc tính đất, mức độ đầm nén và công tác thi công của nhà thầu.

Các tiêu chí về khả năng làm việc phụ thuộc cả vào hiện trường lẫn bản thân kết cấu. Các tiêu chí phụ thuộc kết cấu gồm các hệ số an toàn hoặc một bộ hệ số tải trọng và sức kháng nhất quán, cũng như các giới hạn chuyển vị chấp nhận được của kết cấu MSE cụ thể được chọn.

Các hệ số tải trọng và sức kháng kiến nghị cho tường MSE đối với các dạng phá hoại và trạng thái giới hạn khác nhau được trình bày trong Chương 4.

Một số tiêu chí dự án gắn với hiện trường cần được xác lập ngay từ giai đoạn đầu của thiết kế:

• Giới hạn hình học và chiều cao tường (Design limits and wall height). Cần xác định chiều dài và chiều cao cần thiết để đáp ứng các yêu cầu hình học của dự án, từ đó xác định loại kết cấu và cấu hình tải trọng ngoài.
  \(\\\)
• Giới hạn về tuyến (Alignment limits). Cần xác lập giới hạn theo phương ngang (vuông góc với mặt tường) của tuyến chân tường và đỉnh tường, vì tuyến có thể thay đổi theo độ nghiêng lùi (batter) của hệ tường. Các ràng buộc về tuyến có thể giới hạn loại tường mặt và độ nghiêng lùi lớn nhất, đặc biệt đối với các khối MBW.
  \(\\\)
• Chiều dài cốt (Length of reinforcement). Đối với tường MSE, khuyến nghị chiều dài cốt tối thiểu bằng 0.7H. Cần chiều dài cốt lớn hơn cho các kết cấu chịu tải chất thêm, hoặc trong điều kiện nền móng có ảnh hưởng đến trượt ngang và/hoặc ổn định tổng thể/ổn định trượt cung tổ hợp, như liệt kê trong Bảng 2-1. Chiều dài nhỏ hơn có thể dùng trong các trường hợp đặc biệt (xem Chương 6).
  \(\\\)
• Tải trọng ngoài (External loads). Tải trọng ngoài có thể là tải chất thêm của đất do hình học, tải từ móng liền kề, tải xe và/hoặc tải va chạm xe. Giá trị tối thiểu của tải giao thông theo Điều 3.11.6.4 (AASHTO, 2007) là tải phân bố đều tương đương với lớp đất dày 2 ft (0.6 m) phía trên làn xe. Trong một số trường hợp tải giao thông còn lớn hơn (xem các Bảng 4-5 và 4-6).
  \(\\\)
• Chiều sâu chôn tường (Wall embedment). Chiều sâu chôn tối thiểu cho tường, tính từ cao độ hoàn thiện liền kề đến đỉnh bệ (leveling pad), cần được xác định dựa trên các xem xét về sức chịu tải, lún và ổn định mái dốc. Thực hành hiện nay, dựa trên các xem xét về sức chịu tải cục bộ, khuyến nghị các chiều sâu chôn tối thiểu nêu trong Bảng 2-2.

Bảng 2-1. Chiều dài tối thiểu điển hình của cốt.

Trường hợp (Case)	Tỷ số L/H tối thiểu điển hình (Typical Minimum L/H Ratio)
Tải trọng tĩnh có hoặc không có tải chất thêm của giao thông	0.7
Tải chất thêm do mái đất đắp dốc	0.8
Tải trọng động đất	0.8 đến 1.1

Bảng 2-2. Chiều sâu chôn tối thiểu của MSEW.

Mái dốc phía trước tường (Slope in Front of Wall)	Chiều sâu chôn tối thiểu đến đỉnh Leveling Pad* (Minimum Embedment Depth to Top of Leveling Pad*)
Mọi hình học (All Geometries)	Tối thiểu 2 ft
Nằm ngang (tường)	H/20
Nằm ngang (mố cầu)	H/10
Dốc 3H:1V	H/10
Dốc 2H:1V	H/7
Dốc 1.5H:1V	H/5

* Chiều sâu tối thiểu là giá trị lớn nhất trong các giá trị áp dụng nêu trong bảng, chiều sâu đóng băng hoặc chiều sâu xói.

Có thể cần giá trị lớn hơn, tùy thuộc vào co ngót và trương nở của đất nền móng, hoạt động động đất và/hoặc xói. Chiều sâu chôn lớn hơn cũng có thể được yêu cầu dựa trên các tính toán về sức chịu tải, lún và/hoặc ổn định tổng thể. Như đã nêu, trong mọi trường hợp giá trị tối thiểu là 2 ft (0.6 m), trừ khi kết cấu đặt trên đá tại bề mặt, khi đó có thể không cần chôn. Ngoài ra, các loại đất nhạy cảm với băng giá có thể được đào bỏ quá mức và thay thế bằng vật liệu đắp không nhạy cảm với băng giá, nhờ đó giảm chiều sâu chôn (và tổng chiều cao tường).

Trước các tường đặt trên sườn dốc, cần bố trí một bậc ngang (bench) tối thiểu rộng 4 ft (1.2 m), tính từ mặt tường. Bậc này có thể được tạo ra hoặc bằng cách cắt tạo bậc trên sườn dốc hoặc bằng cách kéo dài sườn dốc lên cao hơn cao độ đó (11.10.2.2, AASHTO (2007)), như minh họa trong Hình 2-16. Bậc ngang này nhằm tạo sức kháng chống phá hoại sức chịu tải tổng quát và tạo lối tiếp cận cho việc kiểm tra/bảo trì (C11.10.2.2, AASHTO (2007)).

Đối với các tường xây dọc theo sông, suối mà chiều sâu xói đã được xác định đáng tin cậy, khuyến nghị chiều sâu chôn tối thiểu 2 ft (0.6 m) bên dưới chiều sâu xói.

Đối với RSS, thông thường không yêu cầu chôn, trừ khi được quy định bởi các yêu cầu về ổn định.

Hoạt động động đất. Do có tính mềm dẻo, tường và mái dốc MSE khá bền vững trước các lực động sinh ra trong trận động đất, điều này đã được khẳng định bởi khả năng làm việc rất tốt trong một số trận động đất gần đây.

Phân tích tải trọng động đất đối với tường MSE được xem là trạng thái giới hạn Sự kiện Cực đoan. Các quy trình phân tích giả tĩnh để kiểm tra ổn định động đất được trình bày trong Chương 7. Cần lưu ý rằng đối với các vị trí có gia tốc nền dự kiến lớn hơn 0.29 g, có thể xuất hiện chuyển vị ngang tổng cộng đáng kể của kết cấu, và khi đó nên thực hiện phân tích biến dạng cho kết cấu (C11.10.7.1, AASHTO {2007}).

Tường MSE cần được thiết kế/kiểm tra ổn định động đất cho mọi công trình có hệ số As lớn hơn 0.05. Đối với kết cấu RSS, cần thực hiện phân tích động đất bất kể giá trị gia tốc lớn hay nhỏ.

Khả năng chịu lún của các tấm mặt đúc sẵn. Kết cấu MSE có khả năng chịu biến dạng đáng kể theo cả phương dọc tường và phương vuông góc với mặt tường. Vì vậy, điều kiện nền móng kém hiếm khi loại trừ việc sử dụng chúng. Tuy nhiên, khi dự kiến có lún lệch lớn (lớn hơn 1/100), cần bố trí bề rộng mạch nối và/hoặc mạch trượt (slip joints) đủ để ngăn nứt tấm panel. Yếu tố này có thể ảnh hưởng đến loại và thiết kế tấm mặt được lựa chọn.

Các tấm hình vuông thường thích nghi với lún lệch theo phương dọc lớn tốt hơn so với các tấm hình chữ nhật dài có cùng diện tích bề mặt. Thông thường khuyến nghị bề rộng mạch nối 3/4 in (20 mm). Hướng dẫn về mức lún lệch có thể chấp nhận được được trình bày trong Bảng 2-3, áp dụng cho các tấm có diện tích bề mặt 30 ft² (2.8 m²) hoặc nhỏ hơn, và cho các tấm có diện tích lớn hơn 30 ft² (2.8 m²) và nhỏ hơn hoặc bằng 75 ft² (7 m²).

Bearing pads sử dụng giữa các tấm bê tông đúc sẵn dạng lắp ghép (segmental) cần được thiết kế để chịu được lực kéo xuống (downdrag) tác dụng lên chúng do lún đàn hồi của đất đắp tường. Thiết kế và quy định kỹ thuật của bearing pad được trình bày lần lượt trong Mục 3.6.1.a và Mục 10.5.

Các tường MSE thi công bằng tấm panel toàn chiều cao nên giới hạn lún lệch ở mức 1/500. Tường có mặt dry-cast (MBW) nên giới hạn lún lệch ở mức 1/200. Đối với tường có mặt lưới thép hàn, lún lệch giới hạn nên là 1/50.

Khi dự kiến có lún lệch đáng kể theo phương vuông góc với mặt tường, hệ cốt có thể bị quá ứng suất. Trong trường hợp phía sau vùng đất có cốt lún nhiều hơn mặt tường, có thể bố trí lớp cốt trên một bề mặt đất đắp nghiêng, với cao độ ở đầu sau của cốt cao hơn để bù cho độ lún thẳng đứng lớn hơn. Trường hợp này có thể xảy ra khi thi công một mái gia tải (surcharge slope) dốc. Tuy nhiên, kỹ thuật thi công sau đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ thoát nước bề mặt sau mỗi ngày thi công. Ngoài ra, khi dự kiến có lún lệch đáng kể, có thể cần áp dụng các biện pháp xử lý nền để hạn chế lún.

Bảng 2-3. Quan hệ giữa bề rộng khe nối và giới hạn lún lệch đối với
các tấm bê tông đúc sẵn của tường MSE (theo C11.10.4.1 AASHTO {2007}).

Joint Width	Limiting Differential Settlement
	Area ≤ 30 ft²	30 ft² < Area ≤ 75 ft²
3/4-in. (20 mm)	1/100	1/200

2.8.4 Thời hạn thiết kế

Tường MSE phải được thiết kế với thời hạn sử dụng có xét đến các ảnh hưởng lâu dài tiềm tàng do suy giảm vật liệu, thấm nước, dòng điện rò và các yếu tố môi trường bất lợi khác đối với từng thành phần vật liệu cấu thành tường. Đối với hầu hết các ứng dụng, tường chắn vĩnh cửu nên được thiết kế với thời hạn sử dụng tối thiểu 75 năm. Tường chắn dùng tạm thường được thiết kế với thời hạn sử dụng 36 tháng hoặc ngắn hơn.

Mức độ an toàn cao hơn và/hoặc thời hạn sử dụng dài hơn (ví dụ 100 năm) có thể phù hợp với các tường đỡ mố cầu thực sự, nhà cửa, các công trình hạ tầng quan trọng hoặc những hạng mục mà hậu quả của việc làm việc kém hoặc phá hoại sẽ rất nghiêm trọng.

Chất lượng làm việc trong quá trình khai thác là một yếu tố quan trọng trong thiết kế tường chắn vĩnh cửu. Các tường vĩnh cửu phải được thiết kế để giữ được vẻ ngoài thẩm mỹ và không cần bảo trì đáng kể trong suốt thời hạn thiết kế.

Đối với các kết cấu RSS, nên áp dụng khoảng thời hạn thiết kế tối thiểu tương tự.

2.9 Các khía cạnh sở hữu công nghiệp

Các đặc điểm phân biệt giữa những hệ tường MSE mang nhãn hiệu với các hệ thông thường là các chi tiết, kết cấu hoặc vật liệu đã được bảo hộ bằng sáng chế.

Hiện nay các bộ phận quan trọng sau được biết là vẫn còn trong thời hạn bảo hộ sáng chế:

• Các chi tiết liên kết giữa cốt dạng lưới và tấm đúc sẵn được bảo hộ bởi nhiều bằng sáng chế cấp cho các nhà cung cấp khác nhau; nhìn chung, các bằng sáng chế này chỉ liên quan đến thiết kế cụ thể của phần phần tử liên kết được neo trong bê tông.
• Hầu hết các khối tường mặt MBW được bảo hộ bởi các bằng sáng chế thiết kế gần đây.

Ngoài ra còn có thể có nhiều bằng sáng chế áp dụng cho các phương pháp thi công MSE đặc biệt dưới nước, cho các loại tường chắn xe chuyên dụng xây trên tường MSE và cho các chi tiết neo tường mặt vào tường tạm.

2.10 Các ví dụ công trình: Tường MSE

2.10.1 Mn/DOT Crosstown Project MSE Walls

Các tường MSE được sử dụng rộng rãi trong Dự án Crosstown, tại thành phố Minneapolis, bang Minnesota. Các tường này dùng để mở rộng các tuyến đường hiện hữu, xây dựng các đường nhánh (ramp) mới và các đoạn đường dẫn cầu mới. Dự án mở rộng và cải thiện nút giao giữa I35W và Mn Hwy 62. Đây là tuyến đường có lưu lượng rất lớn trong khu vực đô thị đông đúc. Một số cầu được mở rộng và một số cầu mới được xây trong khuôn khổ dự án. Thiết kế chi tiết tường và các cấu kiện tường do một nhà cung cấp tường MSE đã được Sở Giao thông Minnesota (Mn/DOT) phê duyệt cung cấp. Thiết kế theo phương pháp ASD (AASHTO ấn bản lần thứ 17, 2002). Phần lớn các tường được xây trong hai mùa thi công 2008 và 2009.

Tổng cộng khoảng 300.000 ft² (28.000 m²) tường MSE được xây dựng trong 24 tường riêng biệt. Chiều cao tường điển hình khoảng 25–30 ft (7,5–9 m), và chiều cao lớn nhất là 45 ft (14 m). Tường MSE sử dụng tường mặt là các tấm bê tông đúc sẵn dạng kiến trúc, cốt gia cường là thảm thép thanh. Các tấm tường mặt được sơn sau khi xây xong tường. Hình thức kiến trúc gồm các cột giả trên các tường dài và cao, như thể hiện ở Hình 2-17. Khối đất đắp có cốt là cát góc cạnh, cấp phối tốt. Các tường được thiết kế với thời hạn sử dụng 100 năm. Nhiều tường có dải chắn xe đặt trên đỉnh vùng đất có cốt; các dải chắn này do đơn vị tư vấn thiết kế dự án của Mn/DOT thiết kế. Một lớp geomembrane được quy định và thi công phủ trên đỉnh vùng có cốt để ngăn hoặc giảm thiểu nước chảy mang muối chống đóng băng thấm vào khối đất đắp có cốt.

Trong dự án này cũng sử dụng các tường MSE tạm với tường mặt bằng lưới thép hàn (WWM) cho các mố cầu tạm (xem Hình 2-2), nền đường dẫn cầu và các giai đoạn phân luồng thi công. Các tường này cũng do cùng nhà cung cấp đã được Mn/DOT phê duyệt thiết kế và cung cấp.

Việc áp dụng tường MSE trong dự án đã mang lại phương án xây tường tương đối nhanh, đồng thời cho các kết cấu được thiết kế với tuổi thọ 100 năm. Tường bê tông công xôn đổ tại chỗ (C.I.P.) cũng được dùng rất nhiều trong dự án, với tổng diện tích khoảng 500.000 ft² (49.000 m²).

Chi phí cho các tường MSE này là 30,50 USD/ft² (330 USD/m²) diện tích mặt tường, cộng thêm 17,00 USD/yd³ (20 USD/m³) cho đất đắp có cốt và 375,00 USD/yd³ (450 USD/m³) bê tông cho bản mômen của dải chắn xe. Tổng chi phí tường MSE (bao gồm đất đắp chọn lọc có cốt và bản mômen) vào khoảng 54,50 USD/ft² (585 USD/m²) diện tích mặt tường. Chi phí này chưa bao gồm dải chắn xe và tường chống ồn. Chi phí tường bê tông đổ tại chỗ trong dự án là 67,20 USD/ft² (723 USD/m²) diện tích mặt tường cộng chi phí đất đắp phía sau, cho tổng chi phí xấp xỉ 76 USD/ft² (820 USD/m²) diện tích mặt tường.

2.10.2 Tường MSE cho mố chính cầu vượt Veterans Memorial

Dự án cầu vượt Veterans Memorial Overpass (VMO) của Sở Giao thông Quận Pima nằm tại Tucson, bang Arizona. Dự án bao gồm một cầu dài 5 nhịp, tổng chiều dài 348 ft (xem Hình 2-18), đưa đường Palo Verde vượt qua Aviation Parkway, khu đường sắt tập kết của Union Pacific và đường 36th Street. Mố Bắc và mố Nam sử dụng móng bản nông đặt trên đỉnh các tường MSE cao lần lượt 25 ft và 35 ft. Tường MSE được đề xuất như một phần của phương án tối ưu hóa thiết kế để thay thế tường bê tông đổ tại chỗ. Các tường này được thiết kế theo phương pháp ASD (AASHTO ấn bản lần thứ 17, 2002) và được xây dựng trong các năm 2004–2005.

Một mố cầu được thể hiện ở Hình 2-19, và mặt cắt mố được minh họa ở Hình 2-20. Cả hai mố đều dài 150 ft. Cầu gồm các dầm chủ AASHTO loại III đơn giản, tựa lên bản kê đàn hồi đặt trên móng mố. Bản móng cầu tại mỗi mố rộng 10,75 ft và cao 10,2 ft. Khoảng hở giữa mặt sau của gờ chắn (coping) và mũi móng là 6 in. Chiều dài cốt gia cường bằng đúng chiều cao mố. Đất đắp có cốt là vật liệu hạt chọn lọc, phù hợp với các yêu cầu của AASHTO/FHWA. Cốt đất dùng các dải thép gân, kết hợp với các tấm bê tông đúc sẵn dạng lắp ghép cao 5 ft, rộng 10 ft.

Lớp đất nền dày 9 ft phía trên được đào bỏ và thay bằng đất đắp thiết kế vì lớp đất này rời rạc và có khả năng bị sụp lún. Các lớp đất bên dưới là cát pha sét chặt đến rất chặt, với giá trị N của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn đạt trạng thái từ chối. Mực nước ngầm sâu hơn 150 ft.

Dự án này được quan trắc bằng hơn 500 mốc đo. Các chuyển vị lún đo được nhỏ hơn 1 in., chủ yếu xảy ra trong quá trình thi công. Không ghi nhận được lún sau thi công đáng kể nào.

2.10.3 Tường MSE cho đoạn kéo dài đường băng sân bay SeaTac

Tường MSE cao nhất ở Hoa Kỳ cho đến nay có chiều cao lộ ra 138 ft (42 m) tại đoạn cao nhất và được xây dựng nhằm hạn chế việc lấn chiếm vào các suối và vùng đất ngập nước kế cận, đồng thời tăng diện tích sử dụng đất cho dự án Đường băng thứ ba tại Sân bay SeaTac (Hình 2-21). Tường MSE phía Tây là một trong số nhiều tường được xây dựng cho đoạn kéo dài đường băng, có chiều dài xấp xỉ 1430 ft (436 m), gồm bốn bậc tạo bởi các khoảng lùi 8 ft (2,4 m), và chiều cao xây dựng là 150 ft (148 m). Tường đỡ một mái dốc không gia cường cao 20 ft (6,1 m) với dốc 2H:1V. Tường MSE sử dụng các dải thép gia cường kết hợp với các tấm bê tông đúc sẵn làm tường mặt. Ở bậc thấp nhất, có tới 25 dải thép rộng 2 in. (50 mm), dày 0,24 in. (6 mm), dài 116 ft (35,4 m) được nối với các tấm bê tông kích thước 5 x 5 ft (1,5 x 1,5 m). Phần trình bày đầy đủ về bối cảnh dự án, các khía cạnh thiết kế và hệ thống quan trắc của các tường MSE này được nêu trong Sankey và cộng sự (2007) và Stuedlein và cộng sự (2007).

2.10.4 Cải tạo tuyến đường Guanella Pass

Dự án Guanella Pass nằm ở dãy Front Range của dãy núi Rocky, bang Colorado, trong khu rừng quốc gia Pike và Arapaho, cách Denver khoảng 50 dặm về phía tây. Mục tiêu tổng thể của dự án cải tạo đường Guanella Pass là cân bằng giữa nhu cầu giao thông, công tác bảo trì đường và việc bảo vệ môi trường tự nhiên cũng như con người nhạy cảm trong khu vực. Tuyến đường dài 24 dặm này nối hai hành lang giao thông chính theo hướng đông – tây là Quốc lộ Hoa Kỳ 285 và Xa lộ Liên bang 70. Tuyến đường ban đầu cho phép lưu thông hai chiều với bề rộng thay đổi và có nhiều đoạn cua gấp trong địa hình núi rất dốc.

Dọc theo tuyến, đã xây dựng 21 tường MSE mặt lưới thép, với tổng chiều dài gần 12.000 ft, nhằm đạt được bề rộng mặt đường đủ yêu cầu (tường điển hình thể hiện ở Hình 2-22). Nếu không, có thể phải đắp các mái dốc xuống rất dài và rất dốc, nhưng điều này sẽ ảnh hưởng đáng kể đến rừng. Các tường MSE cho phép giới hạn bề rộng vùng bị ảnh hưởng chỉ lớn hơn bề rộng mặt đường một chút. Một số tường nhìn thấy được từ đường được bố trí tường mặt kiến trúc bằng bê tông đổ tại chỗ (như thể hiện ở Hình 2-23). Ván khuôn tạo hình tường mặt do Cơ quan Lâm nghiệp thiết kế riêng để mô phỏng kiểu tường đá tự nhiên, và được sử dụng rộng rãi ở phía taluy đào của đường.

Do hình học hiện trường, các tường này được xây trên các sườn dốc rất lớn, với độ dốc từ 1,3H:1V đến 1,5H:1V. Các tường chắn MSE trong dự án được đánh giá ổn định tổng thể bằng các phương pháp cân bằng giới hạn, với hệ số an toàn tối thiểu đối với ổn định tổng thể là 1,3. Để đạt được hệ số an toàn này trong các điều kiện hình học và tải trọng như vậy, nhóm thiết kế phải xem xét riêng từng vị trí. Chiều dài cốt lớn hơn so với tường MSE thông thường; phạm vi từ 70 % đến 120 % chiều cao tường. Ngoài ra, các kỹ sư thiết kế cũng điều chỉnh được chiều sâu chôn tường dưới cao độ hoàn thiện. Hai tham số này được sử dụng để tạo nên một kết cấu ổn định đỡ tuyến đường mới.

Bên cạnh đó, dự án còn tận dụng được đất tại chỗ làm đất đắp có cốt. Đất đắp có cốt thỏa mãn hầu hết các yêu cầu của AASHTO và FHWA, ngoại trừ chỉ tiêu sàng No. 200. Để có thể dùng phần lớn khối lượng đất đào trong quá trình thi công, bản quy định kỹ thuật của dự án cho phép tỷ lệ lọt sàng No. 200 lên đến 20 % thay vì 15 %. Điều này mang lại khoản tiết kiệm đáng kể cho dự án vì rất khó xử lý khối đất đào dư trong phạm vi thi công, đồng thời chi phí vận chuyển vật liệu đắp từ nơi khác tới sẽ rất cao do công trình nằm ở vùng hẻo lánh.

Tường MSE được lựa chọn cho dự án này chủ yếu nhờ dễ thi công và linh hoạt trong điều kiện địa hình phức tạp và khu vực xa xôi.

Hỗ trợ duy trì trang:

Tôi xây dựng trang này để chia sẻ các tài liệu kỹ thuật cốt lõi trong thiết kế hạ tầng giao thông.

Nếu bạn thấy nội dung hữu ích và muốn góp phần duy trì trang hoạt động bền vững, tôi rất trân trọng mọi sự ủng hộ.

Qua USD (Buy Me a Coffee)

BIDV • STK: 3101226659 • HOANG HAI HA