Chương 3 – Các nguyên lý và thuộc tính thiết kế của hệ thống gia cường đất

(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 trình bày các nguyên lý cơ bản về gia cường đất chi phối ứng xử của kết cấu và xây dựng các tham số thiết kế hệ thống, được sử dụng cho thiết kế tường MSE và mái đất có cốt (RSS) cụ thể, được trình bày chi tiết ở Chương 4, 6, 7 và 9.

Mục tiêu của chương này là xây dựng:
• Hiểu biết về tương tác giữa đất và cốt gia cường.
• Giới thiệu các khái niệm sức kháng kéo tuột (pullout capacity) đã chuẩn hóa.
• Phát triển các tham số đất thiết kế cho vùng đất đắp có cốt (reinforced fill), đất đắp phía sau tường (retained backfill) và sức chịu tải nền móng.
• Thiết lập các đặc trưng thiết kế kết cấu.

3.1 Khái quát

Như đã thảo luận ở Chương 2, các hệ đất được gia cường cơ học (MSE và RSS) gồm ba thành phần chính: các phần tử gia cường, hệ mặt tường và đất đắp có cốt. Các phần tử gia cường có thể được phân loại theo ứng xử ứng suất/biến dạng và hình học. Về mặt ứng xử ứng suất/biến dạng, các phần tử gia cường có thể được xem là không giãn (kim loại) hoặc giãn (polymer). Sự phân chia này không hoàn toàn chính xác vì một số vật liệu polymer cốt sợi thủy tinh mới và polymer mô đun siêu cao có mô đun biến dạng xấp xỉ thép mềm. Tương tự, một số loại lưới thép dệt làm cốt, chẳng hạn như vật liệu rọ đá lục giác, có kết cấu sẽ biến dạng nhiều hơn đất tại thời điểm phá hoại nên được xem là dạng giãn.

Dựa trên hình dạng hình học, cốt gia cường có thể được phân loại thành bản dải, lưới hay tấm. Các phần tử mặt tường, khi được sử dụng, có thể là các tấm bê tông đúc sẵn, các khối modular, rọ đá, lưới thép hàn, bê tông đổ tại chỗ, gỗ, phun vữa shotcrete, thảm thực vật hoặc vật liệu địa kỹ thuật. Đất đắp có cốt (reinforced fill) là phần đất nằm trong vùng có cốt. Đất phía sau tường chắn (retained soil) là phần đất, đắp hoặc tại chỗ, nằm trực tiếp cạnh vùng đất đắp có cốt. Retained soil là nguồn tạo ra áp lực đất mà vùng có cốt phải kháng lại. Hệ thống thoát nước dưới và phía sau vùng đất có cốt cũng là một thành phần quan trọng, đặc biệt khi sử dụng đất đắp thoát nước kém.

3.2 Xác lập các đặc trưng cơ học của Reinforced fill và Retained fill

3.2.1 Reinforced Fill Soil – Đất đắp dùng làm “khối đất gia cường”

Tiêu chí lựa chọn reinforced fill phải xét đến khả năng làm việc lâu dài của kết cấu sau khi hoàn thành, ổn định trong giai đoạn thi công và môi trường gây suy giảm cho cốt gia cường. Phần lớn kiến thức và kinh nghiệm của giới kỹ sư với các kết cấu tường MSE cho đến nay là với đất đắp hạt rời chọn lọc, không dính. Do đó, hiểu biết về phân bố ứng suất nội tại, sức kháng kéo tuột và dạng mặt phá hoại bị chi phối bởi các tính chất kỹ thuật đặc trưng của các loại đất này. Đất hạt rời nói chung rất phù hợp cho các kết cấu MSEW và RSS. Nhiều cơ quan đã áp dụng các yêu cầu reinforced fill mang tính an toàn cho cả tường và mái đất có cốt. Các yêu cầu an toàn này phù hợp để đưa vào các tiêu chuẩn chung hoặc các điều khoản đặc biệt khi không thể thí nghiệm riêng cho từng dự án và khi chất lượng công tác kiểm soát và nghiệm thu thi công có thể đáng nghi ngờ. Tuy nhiên, cần nhận thức rằng việc dùng các tiêu chí reinforced fill mang tính an toàn không thể hoàn toàn thay thế cho một mức độ hợp lý của công tác kiểm soát và kiểm tra thi công.

Nhìn chung, các vật liệu reinforced fill chọn lọc này sẽ đắt hơn các vật liệu chất lượng thấp hơn. Tiêu chí chỉ tiêu cho từng ứng dụng (tường và mái) khác nhau chủ yếu dựa trên yêu cầu làm việc của kết cấu sau khi hoàn thành (biến dạng cho phép) và phương pháp thiết kế. Các nhà cung cấp vật liệu cho các hệ MSE thương mại có các tiêu chí riêng cho reinforced fill. Các chỉ dẫn thiết kế reinforced fill cho từng dự án, áp dụng thống nhất cho tất cả các hệ tường MSE và RSS, nên do cơ quan đặt hàng cung cấp. Các yêu cầu sau đây phù hợp với thực hành hiện nay:

Vật liệu đất hạt chọn lọc cho vùng đất có cốt của tường MSE.
Tất cả vật liệu đất dùng trong thể tích kết cấu của các tường MSE phải tương đối sạch, không chứa hoặc gần như không chứa các vật liệu có hại và phải phù hợp với giới hạn thành phần hạt, giới hạn chỉ số dẻo và soundness (độ bền phong hóa) được liệt kê trong Bảng 3-1. Lưu ý rằng Bảng 3-1 đưa ra một khoảng cấp phối khá rộng áp dụng cho toàn nước Mỹ. Từng Sở Giao thông (DOT) có thể điều chỉnh khoảng này dựa trên nguồn đất hạt chọn lọc sẵn có tại địa phương. Reinforced fill nên được phân loại theo Hệ thống phân loại đất thống nhất (USCS) trong ASTM D2487. Các đất không ổn định, được phân loại là đất hạt thô không đồng đều (ví dụ: Cᵤ > 20 với đường phân bố hạt lõm lên) và các đất cấp phối hở nên được tránh dùng (xem Kenney và Lau, 1985, 1986 về phương pháp nhận diện các đất không ổn định). Các đất này có xu hướng trôi vào ống và vào bên trong cốt, gây mất vật liệu và làm tắc hệ thống thoát nước.

ASTM D2487 (USCS)

Dưới ASTM D2487 (USCS), để “xác định đất thuộc nhóm nào” (và có well-graded hay không), bạn làm theo đúng chuỗi bước này:

1) Chuẩn bị dữ liệu cần có

• Phân tích thành phần hạt (sieve/hydrometer): % sỏi, % cát, % lọt sàng No.200 (0.075 mm).
• Nếu % No.200 ≥ 5%: cần thêm Atterberg limits của phần hạt mịn: LL, PL → PI.

2) Quyết định đất hạt thô hay hạt mịn

• Nếu % lọt No.200 < 50% → đất hạt thô (coarse-grained).
• Nếu % lọt No.200 ≥ 50% → đất hạt mịn (fine-grained) (lúc này “well-graded” theo C_u/C_c không còn là tiêu chí chính).

3) Nếu là đất hạt thô: là sỏi hay cát?

Xét phần hạt thô (tức phần > No.200):

• Nếu >50% của phần hạt thô nằm trên sàng No.4 (4.75 mm) → Gravel (G).
• Nếu >50% của phần hạt thô nằm giữa No.4 và No.200 → Sand (S).

4) Xác định “well-graded” hay “poorly graded” (chìa khóa C_u và C_c)

Từ đường cong cấp phối, lấy:

• \(D_{10}\), \(D_{30}\), \(D_{60}\) (kích thước hạt tại 10%, 30%, 60% lọt sàng)

Tính:

• Hệ số không đồng đều: \(\displaystyle C_u=\frac{D_{60}}{D_{10}}\)
• Hệ số cong: \(\displaystyle C_c=\frac{(D_{30})^2}{D_{10}D_{60}}\)

Tiêu chí “well-graded” trong D2487:

• Với Gravel (G):
  • \(C_u \ge 4\) và \(1 \le C_c \le 3\) → GW (well-graded gravel)
  • Nếu không đạt → GP (poorly graded gravel)
• Với Sand (S):
  • \(C_u \ge 6\) và \(1 \le C_c \le 3\) → SW (well-graded sand)
  • Nếu không đạt → SP (poorly graded sand)

5) Kiểm tra % hạt mịn (No.200) để thêm chữ M/C hoặc ký hiệu kép

Vẫn trong đất hạt thô:

A) Fines < 5%

• Không cần Atterberg → chỉ dùng GW/GP hoặc SW/SP (thuần cấp phối).

B) Fines từ 5% đến 12%

• Dùng ký hiệu kép:
  • GW-GM, GW-GC, GP-GM, GP-GC
  • SW-SM, SW-SC, SP-SM, SP-SC
• Chữ M hay C quyết định bằng Atterberg của fines (bước 6).

C) Fines > 12%

• Đất hạt thô “có nhiều fines”, phân loại là:
  • GM/GC (nếu gravel) hoặc SM/SC (nếu sand)
• “W/P” lúc này không còn là ký hiệu chính, vì fines chi phối ứng xử.

6) Phân biệt fines là “M” hay “C” bằng biểu đồ dẻo (A-line)

Tính PI = LL − PL. So sánh với A-line:

• A-line: \(\displaystyle PI = 0.73(LL – 20)\)
• Nếu điểm (LL, PI) nằm trên A-line → fines kiểu Clay (C)
• Nếu nằm dưới A-line → fines kiểu Silt (M)
• Nếu LL < 50 → “L”, LL ≥ 50 → “H” (đối với đất hạt mịn ML/CL/MH/CH)

Bảng 3-1. Các yêu cầu đối với vật liệu đắp dạng hạt chọn lọc làm Reinforced Fill cho tường MSE

Th.Phần hạt: (AASHTO T-27)	Cỡ sàng US	Lọt sàng(a)
	4 in. (102 mm)(a,b)	100
	No. 40 (0.425 mm)	0–60
	No. 200 (0.075 mm)	0–15
Chỉ số dẻo, PI (AASHTO T-90)	PI ≤ 6
Soundness: (AASHTO T-104)	Vật liệu phải hầu như không chứa đá phiến sét (shale) hoặc các hạt mềm khác có độ bền kém. Vật liệu phải có tổn thất khối lượng trong thí nghiệm độ bền với sunfat magiê nhỏ hơn 30 % sau bốn chu kỳ (hoặc giá trị với sunfat natri nhỏ hơn 15 % sau năm chu kỳ)
Ghi chú: (a) Để áp dụng các giá trị F* tiêu chuẩn, hệ số đồng nhất hạt \(C_u\) nên lớn hơn hoặc bằng 4. (b) Do kết quả của các nghiên cứu gần đây về khả năng chịu tác động xây dựng của geosynthetics và cốt thép phủ epoxy, khuyến cáo rằng cỡ hạt lớn nhất đối với các vật liệu này nên giảm xuống ¾ in. (19 mm) cho geosynthetics, và cho cốt thép phủ epoxy hoặc PVC, trừ khi đã tiến hành các thí nghiệm đánh giá hư hỏng trong thi công cho tổ hợp cốt gia cố với loại vật liệu đắp hạt lớn cụ thể hoặc tương tự. Nên xem xét thực hiện các thí nghiệm tiền kiểm định cho cốt gia cố sử dụng vật liệu đắp chuẩn của cơ quan quản lý.

(Soundness AASHTO T-104)

Trong địa kỹ thuật / vật liệu, soundness:
Độ bền lâu của cốt liệu trước tác dụng phong hoá lặp đi lặp lại
(ướt–khô, nóng–lạnh, kết tinh muối…).
Trong tiêu chuẩn AASHTO T-104, “soundness” được đo bằng thí nghiệm sunfat (magnesium/sodium sulfate soundness test): ngâm cốt liệu trong dung dịch muối sunfat, sấy khô cho muối kết tinh, lặp lại nhiều chu kỳ rồi đo tỷ lệ % khối lượng bị mất.
Vì vậy, thường là:
– Soundness: độ bền (thí nghiệm sunfat) hoặc
– Độ bền phong hoá của cốt liệu.

Vật liệu đắp phải không chứa chất hữu cơ và các tạp chất có hại khác, vì các vật liệu này thường làm kết cấu làm việc kém và tăng mức độ suy giảm của cốt gia cố. Các vật liệu khác, chẳng hạn như đất chứa mica, gypsum, smectite, montmorillonite hoặc các hạt có độ bền thấp khác, cần được đánh giá cẩn thận vì thường phải chịu biến dạng lớn mới đạt được cường độ cực đại và sức kéo tuột, dẫn đến biến dạng ngang và đứng lớn hơn so với các vật liệu đắp dạng hạt chất lượng cao. Không khuyến cáo sử dụng vật liệu tận dụng như phế thải bê tông atphan hoặc bê tông xi măng Portland nghiền vụn. Bê tông atphan tái chế dễ bị biến dạng từ từ (creep), gây biến dạng tường và kéo tuột cốt gia cố. Bê tông tái chế có khả năng tạo kết tủa tufa từ phần xi măng chưa thuỷ hoá, có thể làm tắc hệ thống thoát nước và tiết ra một lớp bột trắng trên mặt tường gây mất thẩm mỹ. Bê tông tái chế thường không thỏa các yêu cầu về tính chất điện hoá và tiềm năng ăn mòn của nó cũng chưa được đánh giá đầy đủ, đặc biệt khi còn tồn tại dây thép hoặc cốt thép dư, có thể gây vấn đề do hiện tượng ăn mòn điện hoá giữa các kim loại khác nhau.

Các yêu cầu đầm nén cần quy định chiều dày lớp đắp (lift thickness) và khoảng cho phép của độ ẩm so với độ ẩm tối ưu. Độ ẩm khi đầm nén nên được khống chế trong khoảng ±2% so với độ ẩm tối ưu, \(w_{\text{opt}}\).

Yêu cầu đầm nén của Reinforced Fill khác đi ở vùng gần mặt tường (trong phạm vi 3 ft {1 m}). Ở gần mặt tường, người ta dùng thiết bị đầm nhẹ hơn (ví dụ: bàn đầm rung hoặc lu nhỏ đi bộ điều khiển) và chiều dày lớp đắp mỏng hơn để tránh tạo áp lực ngang lớn do đầm nén và tránh làm dịch chuyển các tấm mặt tường. Do sử dụng thiết bị nhẹ này, có thể dùng vật liệu Reinforced Fill có chất lượng tốt cả về ma sát và thoát nước, chẳng hạn như đá dăm nghiền, ở vùng sát mặt tường để tạo đủ cường độ và giảm lún trong vùng này. Nếu dùng đất đắp cấp phối hở ở sát mặt tường, phải xem xét yêu cầu lọc với đất đắp có cốt của tường, xem Mục 5.3.3. Cần lưu ý rằng đất đắp hạt rời chỉ chứa vài phần trăm hạt mịn (có thể hình thành hoặc tăng lên do vỡ hạt trong quá trình đầm nén) có thể không còn thoát nước tự do, và yêu cầu về thoát nước luôn phải được đánh giá cẩn thận.

Reinforced Fill cận tiêu chuẩn cho tường MSE. Các vật liệu Reinforced Fill cho tường MSE nằm ngoài các yêu cầu về cấp phối và chỉ số dẻo (Bảng 3-1) đã được sử dụng thành công; tuy nhiên, cũng đã quan sát thấy các vấn đề như biến dạng lớn và phá hoại kết cấu khi dùng đất hạt mịn hơn và/hoặc đất có độ dẻo cao hơn. Một nghiên cứu gần đây của NCHRP (NCHRP 24-22) về lựa chọn vật liệu đất Reinforced Fill cho tường chắn MSE đã xác nhận rằng Reinforced Fill có tới 35% lọt sàng No. 200 (0.75 mm) có thể được cho phép sử dụng an toàn trong vùng gia cường, với điều kiện các đặc tính của vật liệu được xác định rõ và có các biện pháp kiểm soát được thiết lập để giải quyết các vấn đề thiết kế. Các vấn đề thiết kế bao gồm: thoát nước, ăn mòn, biến dạng, kéo tuột cốt gia cường, tính thi công, và kỳ vọng về khả năng làm việc. Mặc dù có thể tiết kiệm đáng kể khi dùng Reinforced Fill chất lượng thấp hơn, nhưng tác động đến khả năng làm việc cần được đánh giá cẩn thận.

Đối với các tường MSE được thi công bằng Reinforced Fill có hơn 15% lọt sàng No. 200 (0.075 mm) và/hoặc có PI > 6, cần đánh giá cả các tham số cường độ kháng cắt tổng và cường độ kháng cắt hữu hiệu để có thể xác định chính xác ứng suất ngang, trượt, phá hoại tổng hợp (compound failure) (phía sau tường và xuyên qua vùng gia cường), cũng như ảnh hưởng của thoát nước đến phân tích. Cần thực hiện cả thí nghiệm kéo tuột cốt gia cường cho ngắn hạn và dài hạn, cũng như các thí nghiệm ma sát bề mặt tiếp xúc đất/cốt.

Đặc tính lún phải được đánh giá cẩn thận, đặc biệt liên quan đến ứng suất kéo tác dụng lên các liên kết ở mặt tường và lún của các kết cấu được đỡ. Các yêu cầu thoát nước ở phía sau tường, tại mặt tường và bên dưới vùng gia cường phải được xem xét kỹ (ví dụ: dùng flow nets để đánh giá ảnh hưởng của lực thấm và áp lực thủy tĩnh). Nếu sử dụng đất cận tiêu chuẩn (marginal fill), bề mặt phía sau tường cần được tạo dốc dương để nước thoát ra xa khỏi tường (đây là thực hành tốt cho mọi tường MSE như đã thảo luận ở Chương 5, nhưng quan trọng nhất khi dùng marginal fills). Ngoài ra, khuyến nghị bố trí geomembrane phía trên tường để ngăn nước thấm vào đất đắp (xem Chương 5, Mục 5.3 về chi tiết thiết kế thoát nước). Một lần nữa, các cấu tạo thoát nước này là thực hành tốt cho mọi tường MSE.

Chiều dài của 2 lớp cốt gia cường phía trên nên được kéo dài ít nhất 3 đến 5 ft vượt ra ngoài các lớp cốt phía dưới để giảm khả năng xuất hiện vết nứt do kéo phát triển ngay phía sau vùng gia cường. Nếu cốt gia cường là thép, các lớp kéo dài phải nằm trong đất rời chọn lọc để tránh điều kiện ăn mòn không đồng đều.

Cần tiến hành các thí nghiệm điện hoá trên Reinforced Fill để thu thập số liệu phục vụ đánh giá sự suy giảm của cốt và các liên kết mặt tường (xem Mục 3.2.3). Trong quá trình thi công, phải kiểm soát chặt chẽ độ ẩm và độ chặt để đạt được các giá trị cường độ và tương tác yêu cầu. Biến dạng trong thi công cũng phải được theo dõi và khống chế trong các giới hạn thiết kế cho phép. Ngoài ra, cũng khuyến nghị theo dõi khả năng làm việc đối với các đất đắp có cốt không thỏa các yêu cầu đã nêu ở trên, như trình bày chi tiết ở Chương 11.

Đá đắp cho tường MSE hoặc kết cấu RSS. Vật liệu chủ yếu gồm các mảnh đá (vật liệu có dưới 25% lọt sàng 3/4 in. (20 mm)) nên được xem là đắp đá. Kích thước hạt lớn nhất không được vượt quá các giới hạn nêu trong Bảng 3-1. Vật liệu này cũng phải đáp ứng các yêu cầu không ăn mòn khác như độ bền phong hóa (soundness) và các chỉ tiêu điện hóa, theo Bảng 3-1 đến 3-4. Khi sử dụng loại vật liệu này, một lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách có độ bền/khả năng tồn tại rất cao (ví dụ: geotextile Type 1 theo AASHTO M 288), được thiết kế cho chức năng lọc theo các hướng dẫn trong FHWA NHI-07-092 (Holtz et al., 2008), cần bao bọc khối đắp đá đến phạm vi trong vòng 3 ft (1 m) dưới coping của tường. Các đoạn vải ngăn cách liền kề phải chồng mí tối thiểu 12 in. (0.30 m).

Ngoài ra, 3 ft (1 m) lớp đắp phía trên cùng không được chứa các viên đá lớn hơn 3 in. (75 mm) theo kích thước lớn nhất, và phải gồm vật liệu không được xem là đắp đá theo định nghĩa ở đây. Khi không thể thử dung trọng/độ chặt tại hiện trường, cần thi công các đoạn đắp thử (trial fill sections) với sự giám sát của đại diện cơ quan và chuyên gia địa kỹ thuật để xác định lượng nước tưới phù hợp, các yêu cầu điều chỉnh tại chỗ (ví dụ: cấp phối), bề dày lớp rải, và số lượt lu để đạt được độ đầm chặt yêu cầu.

Có thể đánh giá độ đầm chặt bằng cách đo độ lún của đoạn đắp thử tại một số điểm sau mỗi lượt lu (ví dụ: thường yêu cầu tối thiểu 5 điểm đo tại tâm của một bản thép 1 ft × 1 ft). Cần thi công nhiều lớp để xác định số lượt lu phù hợp, nhằm tối đa hóa độ đầm chặt mà không làm nghiền vỡ quá mức vật liệu đá ở bề mặt. Yêu cầu số lượt lu sao cho đạt ít nhất 80% của độ lún lớn nhất.

Chọn Reinforced Fill cho kết cấu RSS. Có thể dùng Reinforced Fill kém hơn cho kết cấu RSS, vì mặt dốc thường mềm dẻo và có thể chịu một số biến dạng. Ngay cả như vậy, vẫn ưu tiên dùng đất hạt rời có chất lượng cao, đáp ứng các yêu cầu cấp phối nêu trong Bảng 3-2, để dễ đầm nén và giảm chuyển vị tương đối giữa cốt và đất. Các hướng dẫn trong Bảng 3-2 được đưa ra như các yêu cầu khuyến nghị đối với Reinforced Fill cho kết cấu RSS.

Đầm nén Reinforced Fill của RSS nên dựa trên 95 % tiêu chuẩn AASHTO T-99, với độ ẩm trong khoảng ±2 % so với độ ẩm tối ưu, \(w_{\text{opt}}\).

Các vật liệu đất đắp cho RSS nằm ngoài các giới hạn về cấp phối và chỉ số dẻo này đã từng được sử dụng cả thành công lẫn không thành công. Với các vật liệu nằm ngoài các giới hạn đó, các giá trị tiêu chuẩn về cường độ và sức kháng kéo tuột không còn áp dụng được và phải tiến hành các thí nghiệm trong phòng. Các vấn đề về thoát nước, biến dạng và lún quá mức (như đã thảo luận ở phần đất đắp cận tiêu chuẩn cho tường MSE ở trên) phải được đánh giá cẩn thận đối với đất hạt mịn hơn và/hoặc dẻo hơn. Cũng khuyến nghị theo dõi khả năng làm việc đối với các Reinforced Fill không thỏa các yêu cầu đã nêu, như trình bày chi tiết ở Chương 11.

Bảng 3-2. Các yêu cầu đối với Reinforced Filee dạng hạn cho mái đất gia cố (RSS)

Gradation: (AASHTO T-27)	U.S. Sieve Size	Percent Passing
	4 in. (102 mm)(a,b), ¾-inch (20 mm)(a)	100
	No. 4 (4.76 mm)	100–20
	No. 40 (0.425 mm)	0–60
	No. 200 (0.075 mm)	0–50
Plasticity Index, PI (AASHTO T-90)	PI ≤ 20
Soundness: (AASHTO T-104)	Tổn thất khối lượng trong thí nghiệm độ bền với sunfat magiê nhỏ hơn 30 % sau 4 chu kỳ, theo AASHTO T-104, hoặc độ bền tương đương với sunfat natri có tổn thất khối lượng nhỏ hơn 15 % sau 5 chu kỳ.
Ghi chú: (a) Để áp dụng các giá trị F* mặc định, hệ số đồng nhất hạt Cu phải lớn hơn hoặc bằng 4. (b) Dựa trên các nghiên cứu gần đây về khả năng chịu tác động thi công của geosynthetics và cốt thép phủ epoxy, khuyến cáo rằng cỡ hạt lớn nhất đối với các vật liệu này nên giảm xuống ¾ in. (19 mm) cho geosynthetics, và cho cốt thép phủ epoxy hoặc PVC, trừ khi đã tiến hành (hoặc đang có) các thí nghiệm đánh giá hư hỏng trong thi công cho tổ hợp cốt gia cường với loại vật liệu đắp hạt lớn cụ thể hoặc vật liệu có cấp phối tương tự. Nên xem xét thực hiện các thí nghiệm tiền kiểm định cho cốt gia cường sử dụng vật liệu đắp chuẩn của cơ quan quản lý.

Cường độ thiết kế của Reinforced Fill dạng hạt chọn lọc.
Các tiêu chí Reinforced Fill cho tường MSE và RSS đã trình bày ở trên đại diện cho những loại vật liệu đã được sử dụng thành công trên khắp Hoa Kỳ và cho thấy khả năng làm việc rất tốt của các kết cấu MSEW và RSS. Trong phân tích tường và mái dốc, dùng các tham số cường độ cắt đỉnh (peak shear strength).

Đối với tường MSE sử dụng đất đắp thỏa mãn yêu cầu thành phần hạt trong Bảng 3-1, thường giả thiết góc ma sát trong hữu hiệu lớn nhất \(\phi’ = 34°\) (phù hợp với Điều 11.10.6.2, AASHTO, 2007), trừ khi đất đắp của dự án được thí nghiệm ba trục (theo AASHTO T-296) hoặc cắt trực tiếp (theo AASHTO T-236) theo Điều 11.10.6.2 (AASHTO, 2007). Tuy nhiên, một số cát mịn gần như đồng nhất, tuy thỏa giới hạn tiêu chuẩn, có thể chỉ có góc ma sát trong 30° đến 32°. Khi sử dụng nguồn vật liệu do nhà thầu cung cấp, quy định có thể yêu cầu thí nghiệm vật liệu nguồn để kiểm chứng góc ma sát trong của nó thỏa mãn yêu cầu (ví dụ 34°). Có thể dùng giá trị lớn hơn nếu được chứng minh bằng kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp hoặc ba trục trong phòng cho loại vật liệu cụ thể được sử dụng hoặc đề xuất tại hiện trường. Nếu góc ma sát trong đo được lớn hơn 40°, thì góc ma sát trong dùng cho thiết kế không được vượt quá 40° (Điều 11.10.6.2, AASHTO {2007}). Trong mọi trường hợp, coi lực dính của Reinforced Fill bằng 0.

Đối với các kết cấu RSS, nơi cho phép tỷ lệ hạt mịn (lọt sàng No. 200) lớn hơn nhiều, các giá trị biên dưới của cường độ ma sát khoảng 28° đến 30° thường được dùng cho yêu cầu đất đắp nêu trên. Một hiệu quả kinh tế đáng kể cũng có thể đạt được nếu thực hiện thí nghiệm cắt trực tiếp hoặc ba trục trong phòng trên vật liệu đắp dự kiến, chứng minh cho việc dùng giá trị cao hơn. Tương tự, các loại đất không nằm trong khoảng thành phần hạt cho trước phải được đánh giá và theo dõi cẩn thận.

AASHTO T-236 & T-296

nếu muốn xác định góc ma sát trong hiệu dụng ϕ′ của reinforced fill thì có thể thí nghiệm theo triaxial hoặc direct shear theo 2 tiêu chuẩn AASHTO tương ứng.

AASHTO T 236 – Direct Shear Test of Soils under Consolidated Drained Conditions = thí nghiệm cắt trực tiếp (hộp cắt) ở điều kiện cố kết–thoát nước (CD).

• Mẫu đất đặt trong hộp cắt, đặt ứng suất pháp (σ_n), cho cố kết rồi cắt từ từ để nước thoát (drained). (tieuchuanxaydung.vsqi.gov.vn)
• Kết quả dùng để lấy sức kháng cắt thoát nước → thường suy ra ϕ′ (và c′, nhưng với cát/đất hạt rời thường coi c′ ≈ 0). (tieuchuanxaydung.vsqi.gov.vn)
• Rất hay dùng cho đất hạt rời/cát (như reinforced fill) vì đường thoát nước ngắn, làm CD thuận lợi. (tieuchuanxaydung.vsqi.gov.vn)

AASHTO T 296 – Triaxial Compression test (thí nghiệm nén 3 trục) để xác định c và ϕ của đất từ các mẫu chịu áp lực buồng (σ₃) khác nhau, rồi nén đến phá hoại. (dot.state.mn.us)

Điểm quan trọng: trong thực hành, T-296 có thể được dùng theo các “kiểu” khác nhau tùy cơ quan/lab:

• Nhiều tài liệu đào tạo/thiết kế nói UU “quick test” làm theo T-296 (không thoát nước) → ra thông số theo ứng suất tổng (total stress).
• Một số DOT (ví dụ MnDOT) mô tả dùng consolidated undrained và đo áp lực nước lỗ rỗng để suy ra thông số hiệu dụng (effective stress). (dot.state.mn.us)

Khác nhau nhanh

• T-236 (direct shear, CD): phù hợp để lấy ϕ′ cho cát/đất đắp gia cường; mặt trượt “bị ép” theo mặt phẳng hộp cắt. (tieuchuanxaydung.vsqi.gov.vn)
• T-296 (triaxial): mô phỏng ứng suất “đẹp” hơn, nhưng bạn phải chắc lab đang chạy chế độ cho ra ϕ′ (drained hoặc CU có đo áp lực nước lỗ rỗng). Nếu chỉ UU nhanh thì không phải ϕ′.

Giới hạn phạm vi Reinforced Fill.
Đối với tường MSE (trừ tường back-to-back) và RSS, nhiều cơ quan kéo dài Reinforced Fill ra ngoài đầu tự do của cốt. Một số cơ quan kéo dài đất đắp thêm 1 ft (0.3 m) vượt quá chiều dài cốt, và một số khác mở rộng đất đắp thành một “nêm” phía sau vùng đất đắp gia cố, như minh họa ở Hình 3-1. Đối với tường back-to-back, khi khoảng cách giữa các đầu tự do của cốt hai tường nhỏ hơn hoặc bằng một nửa chiều cao thiết kế của tường cao hơn, thì cũng nên dùng Reinforced Fill cho khoảng không gian giữa các đầu tự do của cốt.

3.2.2 Đắp sau tường (retained backfill) và đất tự nhiên được chắn

Các tính chất kỹ thuật chủ yếu cần cho retained backfill là cường độ và dung trọng, dựa trên việc đánh giá và thí nghiệm từ dữ liệu nền đất hoặc vật liệu lấy tại mỏ/nguồn đắp. Góc ma sát (\(\phi\)) có thể được xác định bằng thí nghiệm nén ba trục cố kết–thoát nước (consolidated drained) có đo áp lực nước lỗ rỗng hoặc bằng thí nghiệm cắt trực tiếp thoát nước. Tương tự như reinforced fill, giá trị lực dính bằng 0 được khuyến nghị theo hướng an toàn cho cường độ hiệu dụng dài hạn của retained backfill.

Đối với thi công đắp bù phía sau (backcut), nếu không thể lấy được mẫu nguyên dạng, góc ma sát có thể được xác định từ thí nghiệm hiện trường hoặc từ tương quan với các tính chất chỉ số. Các tính chất cường độ này cần thiết để xác định hệ số áp lực đất dùng trong thiết kế cũng như cho phân tích ổn định tổng thể. Ngoài ra, cần xác định vị trí mực nước ngầm nằm phía trên cao độ đáy thi công dự kiến để đánh giá áp lực thủy tĩnh trong khối đất đắp phía sau và lập phương án thoát nước phù hợp nhằm kiểm soát điều kiện nước ngầm.

Với đa số Retained backfill, các giá trị cường độ ma sát giới hạn dưới khoảng 28 đến 30° là hợp lý đối với đất hạt rời và đất dính có độ dẻo thấp. Đối với Retained backfill có độ dẻo cao và đất tự nhiên (PI > 20), giá trị giới hạn dưới có thể thấp hơn và cần được đánh giá cho cả điều kiện thoát nước và không thoát nước.

Khối đất đắp trả và đất tự nhiên ở phía sau giới hạn vùng reinforced fill nên được xem như nằm trong retained zone (vùng được giữ lại) trên một khoảng cách bằng 50 % chiều cao thiết kế của tường MSE. Vì các lý do đã nêu trước đây đối với reinforced fill, việc sử dụng các loại đất chứa mica, thạch cao, smectite, montmorillonite hoặc các hạt mềm khác có độ bền kém là không được khuyến khích; các giới hạn về độ bền phong hóa (soundness) phải thỏa mãn các tiêu chí trong Bảng 3-1.

Sau đây là các thực hành tốt nhằm ngăn ngừa các vấn đề tiềm ẩn với retained backfill. Tỷ lệ hạt mịn, tức là phần trăm lọt sàng No. 200 (0.075 mm), nên nhỏ hơn 50%; và giới hạn chảy (Liquid Limit) và chỉ số dẻo (Plasticity Index, PI) lần lượt nên nhỏ hơn 40% và 20%, theo xác định phù hợp với AASHTO T-90. Cần đánh giá khả năng lún/hiệu năng chênh lệch giữa khối reinforced fill và retained backfill.

Cơ quan quản lý nên xem xét bố trí chi tiết vùng chuyển tiếp giữa vùng gia cường và retained backfill bằng cách kéo dài hai lớp cốt gia cường phía trên hoặc kéo dài vùng gia cường vượt quá chiều dài cốt gia cường, như đã thảo luận trước đó. Kích thước hạt lớn nhất trong retained backfill nên được giới hạn không vượt quá kích thước hạt lớn nhất của reinforced fill, ít nhất là trong vùng chuyển tiếp này. Vật liệu chủ yếu gồm các mảnh đá (vật liệu có dưới 25% lọt sàng 3/4 inch) nên được xem là đắp đá (rock backfill) (xem Mục 3.2.1).

3.2.3 Các tính chất điện hoá

Thiết kế các bộ phận thép chôn trong đất của kết cấu MSE dựa trên việc giả thiết rằng reinforced fill có các chỉ tiêu điện hoá tối thiểu hoặc tối đa nhất định, sau đó thiết kế kết cấu xét đến các tốc độ ăn mòn cực đại liên quan đến các chỉ tiêu đó. Các giới hạn chỉ tiêu điện hoá khuyến nghị và giá trị tương ứng được trình bày trong Bảng 3-3. reinforced fill phải thỏa mãn các tiêu chí nêu trong bảng mới được xem là đạt yêu cầu để sử dụng trong kết cấu MSE dùng cốt thép.

Bảng 3-3. Các giới hạn khuyến nghị đối với
các tính chất điện hoá của reinforced fill dùng cốt thép.

Tính chất (Property)	Giới hạn khuyến nghị (Criteria)	Phương pháp thí nghiệm (Test Method)
Điện trở suất (Resistivity)	> 3000 Ω·cm	AASHTO T-288
pH	> 5 và < 10	AASHTO T-289
Hàm lượng clorua (Chlorides)	< 100 PPM	ASTM D4327
Hàm lượng sunfat (Sulfates)	< 200 PPM	ASTM D4327
Hàm lượng hữu cơ (Organic Content)	≤ 1% (tối đa)	AASHTO T-267

Bảng 3-4. Giới hạn khuyến nghị của các chỉ tiêu điện-hóa đối với
reinforced fill dùng cốt địa kỹ thuật (FHWA NHI-09-087, Elias và cộng sự, 2009).

Polymer nền (Base Polymer)	Tính chất (Property)	Giới hạn khuyến nghị (Criteria)	Phương pháp thí nghiệm (Test Method)
Polyester (PET)	pH	3 < pH < 9	AASHTO T-289
Polyolefin (PP & HDPE)	pH	pH > 3	AASHTO T-289

Khi sử dụng cốt địa kỹ thuật (geosynthetic), các giới hạn về chỉ tiêu điện hoá sẽ thay đổi tuỳ thuộc loại polymer. Các giới hạn, dựa trên các nghiên cứu hiện nay, được trình bày trong Bảng 3-4.

3.3 Các khái niệm về đất gia cường (reinforced soil)

Một khối đất gia cường phần nào tương tự như bê tông cốt thép, ở chỗ các tính chất cơ học của khối vật liệu được cải thiện nhờ cốt gia cường được bố trí song song với hướng biến dạng chính, nhằm bù cho việc đất thiếu khả năng chịu kéo. Các tính chất chịu kéo được cải thiện là kết quả của sự tương tác giữa cốt gia cường và đất. Vật liệu tổ hợp này có các đặc điểm sau:

• Truyền ứng suất giữa đất và cốt gia cường xảy ra liên tục dọc theo cốt gia cường.
• Cốt gia cường được phân bố trong toàn bộ vùng đất theo một mức độ đều đặn, thay vì chỉ tập trung cục bộ.

3.3.1 Cơ chế truyền ứng suất

Ứng suất được truyền giữa đất và cốt gia cường thông qua ma sát (Hình 3-2a) và/hoặc sức kháng bị động (Hình 3-2b), tùy thuộc vào hình học của cốt gia cường.

Ma sát phát triển tại những vị trí có chuyển vị cắt tương đối và ứng suất cắt tương ứng giữa đất và bề mặt cốt gia cường. Các phần tử gia cường làm việc chủ yếu nhờ ma sát nên được bố trí theo hướng chuyển động tương đối giữa đất và cốt gia cường. Ví dụ về các phần tử gia cường loại này gồm dải thép, thanh dọc trong lưới, vải địa kỹ thuật (geotextile), dải địa tổng hợp (geosynthetic straps), và một số lớp geogrid.

Sức kháng bị động phát sinh thông qua sự hình thành các ứng suất kiểu sức kháng mũi (bearing-type stresses) trên các bề mặt cốt gia cường “ngang” (transverse), tức là các bề mặt vuông góc với hướng chuyển động tương đối giữa đất và cốt gia cường. Sức kháng bị động nhìn chung được xem là cơ chế tương tác chủ yếu đối với bar mat, lưới thép (wire mesh) gia cường, và geogrid có các sườn theo phương ngang (cross-machine direction) tương đối cứng. Các gờ ngang trên cốt dạng dải “có gân” (ribbed strip) cũng tạo ra một phần sức kháng bị động.

Đóng góp của từng cơ chế truyền lực đối với một loại cốt gia cường cụ thể sẽ phụ thuộc vào độ nhám bề mặt (ma sát bề mặt/skin friction), ứng suất hữu hiệu pháp tuyến, kích thước lỗ lưới, bề dày các phần tử ngang, và đặc tính giãn dài của cốt gia cường. Cũng quan trọng không kém đối với sự phát triển tương tác là các đặc trưng của đất, bao gồm kích thước hạt, thành phần cấp phối kích thước hạt, hình dạng hạt, độ chặt, hàm lượng nước, lực dính, và độ cứng.

3.3.2 Cơ chế làm việc của cốt

Chức năng chủ yếu của cốt gia cường là hạn chế biến dạng của đất. Khi đó, ứng suất được truyền từ đất sang cốt gia cường. Các ứng suất này được cốt gia cường chống lại bằng lực kéo và/hoặc lực cắt và uốn.

• Kéo (Tension) là dạng làm việc phổ biến nhất của các loại cốt chịu kéo. Tất cả các phần tử gia cường “dọc” (tức các phần tử gia cường được bố trí theo hướng giãn dài của đất) nhìn chung chịu ứng suất kéo lớn. Ứng suất kéo cũng phát triển trong các loại cốt mềm (linh hoạt) cắt qua các mặt trượt cắt.
  
• Cắt và uốn (Shear and Bending). Các phần tử gia cường “ngang” (transverse) có một mức độ độ cứng nhất định có thể chịu ứng suất cắt và mô men uốn.

3.3.3 Đặc trưng hình học

Có thể xem xét hai loại:

• Dải, thanh và lưới thép. Một lớp các dải thép, thanh thép hoặc lưới thép được đặc trưng bởi diện tích mặt cắt, bề dày và chu vi của phần tử gia cường, và khoảng cách ngang tim–tim giữa các phần tử (đối với lưới thép, một phần tử được xem là thanh dọc của lưới kéo dài vào trong tường).
  
• Geotextiles và geogrids. Một lớp các dải địa tổng hợp được đặc trưng bởi bề rộng dải và khoảng cách ngang tim–tim giữa chúng. Không cần diện tích mặt cắt, vì cường độ của dải địa tổng hợp được biểu thị bằng lực kéo trên một đơn vị bề rộng, thay vì bằng ứng suất. Việc đo bề dày của các vật liệu mỏng và tương đối dễ nén này gặp khó khăn nên không thể ước tính ứng suất một cách tin cậy.

Tỷ số che phủ (coverage ratio) \(R_c\) được dùng để liên hệ lực trên một đơn vị bề rộng của cốt gia cường rời rạc với lực trên một đơn vị bề rộng yêu cầu cho toàn bộ kết cấu. Xem Hình 3-3 (và sau đó là Hình 3-5) để minh họa các thuật ngữ này.

\[
R_c = \frac{b}{S_h} \tag{3-1}
\]

trong đó:

• \(b\) = bề rộng tổng cộng của dải, tấm hoặc lưới. Đối với lưới, b được đo từ tâm đến tâm của các thanh dọc ngoài cùng như thể hiện ở Hình 3-3.
• \(S_h\) = khoảng cách tâm–tâm theo phương ngang giữa các dải, tấm hoặc lưới.

Ghi chú: với cốt liên tục, \(R_c = 1\), nghĩa là mỗi lớp cốt bao phủ toàn bộ bề mặt ngang của vùng đất có cốt. Ngoài ra, đối với cốt rời và tường dạng tấm bê tông đúc sẵn ghép mảng, lực trên một đơn vị bề rộng có thể được tính thuận tiện hơn theo bề rộng mỗi tấm, như được định nghĩa sau này trong Phương trình 4-25c, phục vụ bố trí và triển khai chi tiết.

3.4 Tương tác đất – cốt sử dụng các khái niệm chuẩn hóa

Các hệ số tương tác đất–cốt (khả năng kéo tuột) đã được xây dựng từ các nghiên cứu trong phòng và hiện trường, với nhiều cách tiếp cận, phương pháp và tiêu chí đánh giá khác nhau. Một cách tiếp cận chuẩn hóa thống nhất phát triển trong một dự án nghiên cứu của FHWA được trình bày chi tiết dưới đây.

3.4.1 Đánh giá khả năng kéo tuột

Thiết kế hệ thống cốt trong đất đòi hỏi phải đánh giá khả năng kéo tuột dài hạn với các khía cạnh sau đây:

• Khả năng kéo tuột, tức là sức kháng kéo tuột của từng lớp cốt phải đủ để chống lại lực kéo thiết kế đã nhân hệ số tải trọng trong cốt với một hệ số sức kháng xác định (hoặc hệ số an toàn trong trường hợp RSS).
• Chuyển vị cho phép, tức là chuyển vị tương đối đất–cốt cần thiết để huy động lực kéo thiết kế phải nhỏ hơn chuyển vị cho phép.
• Chuyển vị dài hạn, tức là tải kéo tuột phải nhỏ hơn tải gây từ biến tới hạn.

Sức kháng kéo tuột của cốt được huy động thông qua một hoặc tổ hợp của hai cơ chế tương tác đất–cốt cơ bản, đó là ma sát tại mặt tiếp xúc và lực kháng bị động của đất tác dụng lên các phần tử cốt theo phương ngang, chẳng hạn như lưới thanh, lưới thép hàn hoặc geogrid. Cơ chế truyền lực được huy động bởi một loại cốt cụ thể phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng kết cấu của cốt (ví dụ: cốt dạng lưới tổ hợp, phần tử tuyến tính hay mặt phẳng, bề dày phần tử ngang, và kích thước ô lưới). Chuyển vị tương đối đất–cốt cần thiết để huy động lực kéo thiết kế phụ thuộc chủ yếu vào cơ chế truyền lực, độ giãn dài của cốt, loại vật liệu cốt, loại đất và ứng suất kìm hãm (confining pressure).

Khả năng kéo tuột dài hạn (tức là chuyển vị dưới tải thiết kế không đổi) chủ yếu bị chi phối bởi đặc tính từ biến của đất và vật liệu cốt. Hệ thống cốt trong đất nói chung sẽ không sử dụng với đất dính dễ bị từ biến. Do đó, từ biến chủ yếu được khống chế bởi loại cốt. Bảng 3-5 trình bày tổng quan về khả năng kéo tuột xét dưới khía cạnh cơ chế truyền lực, chuyển vị tương đối đất–cốt cần thiết để huy động đầy đủ sức kháng kéo tuột, và tiềm năng từ biến trong đất hạt và đất dính có chỉ số dẻo thấp đối với các loại cốt tổng quát.

Bảng 3-5. Khả năng kéo tuột của cốt trong đất hạt và đất dính có độ dẻo thấp

Loại cốt gia cường điển hình	Cơ chế truyền tải trọng chủ yếu	Khoảng chuyển vị tại mặt trước mẫu thử	Biến dạng dài hạn
Dải không giãn (Inextensible strips)
Trơn	Ma sát	0.05 in. (1.2 mm)	Không từ biến
Có gân	Ma sát + bị động	0.5 in. (12 mm)	Không từ biến
Dải nhựa tổ hợp có khả năng giãn	Ma sát	Phụ thuộc vào độ giãn của cốt gia cường	Phụ thuộc vào cấu trúc cốt và đặc tính từ biến của polymer
Tấm có khả năng giãn (Extensible sheets)
Vải địa kỹ thuật (Geotextiles)	Ma sát	Phụ thuộc vào độ giãn của cốt gia cường (1 đến 4 in.) {25 đến 100 mm}	Phụ thuộc vào cấu trúc cốt và đặc tính từ biến của polymer
Lưới không giãn (Inextensible grids)
Lưới thanh (bar mats)	Bị động + ma sát	0.5 đến 2 in. (12 đến 50 mm)	Không từ biến
Lưới thép hàn (welded wire meshes)	Ma sát + bị động	0.5 đến 2 in. (12 đến 50 mm)	Không từ biến
Lưới có khả năng giãn (Extensible grids)
Geogrid	Ma sát + bị động	Phụ thuộc vào độ giãn (1 đến 2 in.) {25 đến 50 mm}	Phụ thuộc vào cấu trúc cốt và đặc tính từ biến của polymer
Lưới dây thép đan (woven wire meshes)	Ma sát + bị động	1 đến 2 in. (25 đến 50 mm)	Không từ biến

3.4.2 Ước tính sức kháng kéo tuột của cốt trong kết cấu MSE

Sức kháng kéo tuột của cốt được xác định bằng tải kéo đứt cuối cùng cần để tạo ra trượt ra ngoài của cốt trong vùng đất đắp gia cường. Đã có một số cách tiếp cận và các phương trình thiết kế khác nhau được phát triển và hiện đang dùng để ước tính sức kháng kéo tuột bằng cách xét đến sức kháng ma sát, lực kháng bị động, hoặc tổ hợp của cả hai. Các phương trình thiết kế này sử dụng những tham số tương tác khác nhau, nên khó có thể so sánh được khả năng kéo tuột của các loại cốt khác nhau cho một ứng dụng cụ thể.

Để phục vụ thiết kế và so sánh, trong toàn bộ tài liệu này sẽ dùng một định nghĩa chuẩn hoá của sức kháng kéo tuột. Sức kháng kéo tuột \(P_r\) tại mỗi cao độ cốt, tính trên một đơn vị bề rộng cốt, được cho bởi:

\(
P_r = F^* \ \alpha \ \sigma’_v L_e C \tag{3-2}
\)

trong đó:

• \(L_e C\) = tổng diện tích bề mặt trên mỗi đơn vị bề rộng của cốt nằm trong vùng kháng ở phía sau mặt trượt phá hoại
• \(L_e\) = chiều dài neo hoặc chiều dài bám dính của cốt trong vùng kháng phía sau mặt trượt
• \(C\) = chu vi hữu hiệu trên mỗi đơn vị bề rộng của cốt; ví dụ: (C = 2) đối với tấm và vì bỏ qua cạnh bên nên lấy (C = 2) cho dải và lưới
• \(F^*\) = hệ số kéo tuột (hay hệ số tương tác ma sát–chịu lực)
• \(\alpha\) = hệ số hiệu chỉnh tỉ lệ dùng để xét đến sự giảm phi tuyến của ứng suất trên chiều dài neo của các cốt rất giãn, dựa trên số liệu thí nghiệm trong phòng (thường bằng 1.0 cho cốt kim loại và từ 0.6 đến 1.0 cho cốt geosynthetic, xem Bảng 3-6)
• \(\sigma’_v\) = ứng suất đứng hữu hiệu tại mặt tiếp xúc đất–cốt.

Hệ số hiệu chỉnh \(\alpha\) do đó chủ yếu phụ thuộc vào mức độ mềm đi do biến dạng của đất đắp hạt được đầm chặt và độ giãn và chiều dài của cốt. Với cốt không giãn, \(\alpha\) xấp xỉ bằng 1, nhưng có thể nhỏ hơn nhiều đối với cốt giãn. Giá trị \(\alpha\) (hay hệ số tỉ lệ) có thể lấy được từ thí nghiệm kéo tuột trên các cốt có chiều dài khác nhau được trình bày trong Phụ lục B, hoặc suy ra bằng các mô hình truyền lực phân tích hay số, đã được “hiệu chuẩn” bằng mô phỏng thí nghiệm số. Khi không có số liệu thí nghiệm, khuyến nghị dùng \(\alpha = 0.8\) cho geogrid và \(\alpha = 0.6\) cho vải địa kỹ thuật (tấm giãn), xem Bảng 3-6.

Bảng 3-6. Tổng hợp các tham số thiết kế sức kháng kéo tuột cốt

Loại cốt (Reinforcement Type)	Sopt	Khoảng cách lưới (Grid Spacing)	Tan ρ	Fq	αβ	Giá trị α mặc định
Dải cốt không giãn (Inextensible strips)		NA	Xác định Tan ρ từ thí nghiệm, hoặc dùng các giá trị mặc định	NA	NA	1.0
Lưới cốt không giãn (thanh thép và lưới thép hàn)	t Fq 2 tan ϕ	St ≤ Sopt	Xác định Tan ρ từ thí nghiệm	NA	NA	1.0*
		St > Sopt	NA	Xác định Fq từ thí nghiệm, hoặc dùng các giá trị mặc định	t 2St	1.0*
Lưới cốt có giãn với \(\dfrac{\text{kích thước ô lưới nhỏ nhất}}{d_{50}} > 1\)	t Fq 2 tan ϕ	St ≤ Sopt	Xác định Tan ρ từ thí nghiệm	NA	NA	0.8
		St > Sopt	NA	Xác định Fq từ thí nghiệm, hoặc dùng các giá trị mặc định	fb t 2St	0.8
Lưới cốt có giãn với \(\dfrac{\text{kích thước ô lưới nhỏ nhất}}{d_{50}}>1\)	NA	NA	Xác định Tan ρ từ thí nghiệm	NA	NA	0.8
Tấm cốt có giãn	NA	NA	Xác định Tan ρ từ thí nghiệm	NA	NA	0.6
Ghi chú: (i) Có thể sử dụng các giá trị thực nghiệm được cho trong hoặc được dẫn chiếu bởi bảng này để xác định F* trong trường hợp không có số liệu thí nghiệm riêng cho sản phẩm và đất đắp, với điều kiện reinforced fill dạng hạt dùng cho tường MSE được quy định trong Bảng 3-1 và có \(C_u\) ≥ 4. Đối với đất đắp ngoài các giới hạn này, phải tiến hành thí nghiệm. (ii) Khuyến nghị tiến hành thí nghiệm kéo tuột cốt để xác định α nếu giá trị α cho trong bảng nhỏ hơn 1.0. Các giá trị α này đặc trưng cho các loại geosynthetic có độ giãn lớn. (iii) Đối với các loại lưới mà Tan ρ áp dụng được, phải áp dụng Tan ρ cho toàn bộ diện tích bề mặt của tấm cốt (tức gồm cả đất và lưới), không chỉ riêng diện tích bề mặt của các thanh lưới. (iv) NA nghĩa là “không áp dụng”. ϕ là góc ma sát trong của đất. ρ là góc ma sát tại mặt tiếp xúc được huy động dọc theo cốt. \(S_{opt}\) là khoảng cách tối ưu giữa các thanh lưới theo phương ngang để huy động sức kháng kéo tuột lớn nhất, xác định từ thí nghiệm kéo tuột cốt (thường là 6 in. (150 mm) hoặc lớn hơn). \(S_t\) là khoảng cách các thanh lưới theo phương ngang. t là chiều dày các thanh ngang. \(F_q\) là hệ số sức chịu tải do chôn sâu (hoặc do tải phủ). \(α_β\) là hệ số hình học kết cấu cho sức kháng bị động. \(f_b\) là phần chiều dài của thanh ngang mà trên đó sức chịu tải có thể phát triển hoàn toàn (thông thường trong khoảng từ 0,6 đến 1,0), xác định từ việc đánh giá hình dạng bề mặt tựa. \(D_{50}\) là cỡ hạt đất đắp tại mức 50% lọt sàng theo khối lượng. α là hệ số hiệu chỉnh hiệu ứng mô hình. (v) Các định nghĩa của các biến hình học được minh họa trên Hình 3-4. * Đối với khoảng cách giữa các thanh/dây theo phương dọc lớn hơn 6 in, α có thể nhỏ hơn 1.0 và bắt buộc phải thí nghiệm kéo tuột cốt.

Hệ số sức kháng kéo tuột cốt F* có thể được xác định chính xác nhất từ các thí nghiệm kéo tuột cốt trong phòng hoặc hiện trường được thực hiện với loại đất đắp cụ thể sẽ dùng cho công trình. Các quy trình thí nghiệm để xác định các tham số kéo tuột cốt được trình bày trong Phụ lục B. Ngoài ra, F* cũng có thể được suy ra từ các quan hệ thực nghiệm hoặc lý thuyết đã được xây dựng cho từng cơ chế tương tác đất – cốt và do nhà cung cấp cốt gia cường cung cấp. Đối với bất kỳ loại cốt nào, F* có thể được ước tính bằng công thức tổng quát:

\[
\text{F* = Sức kháng bị động + Sức kháng ma sát}
\]

hoặc
\[
F* = F_q · α_β + \tan ρ \tag{3-3}
\]

trong đó:

\(\qquad F_q\) = hệ số sức chịu tải do chôn sâu (hoặc do tải phủ)
\(\qquad α_β\) = hệ số chịu nén cho sức kháng bị động, được xác định dựa trên chiều dày trên một đơn vị bề rộng của phần tử chịu nén
\(\qquad ρ\) = góc ma sát tương tác đất – cốt.

Các tham số sức kháng kéo tuột dùng cho Phương trình 3-3 được tóm tắt trong Bảng 3-6 và Hình 3-4 cho các hệ thống cốt gia cường đất được xét trong tài liệu này.

Đã có một số lượng lớn các thí nghiệm kéo tuột cốt trong phòng được thực hiện cho nhiều tổ hợp đất đắp – cốt gia cường thường dùng và được hiệu chỉnh với các thí nghiệm nhổ cốt điển hình ngoài hiện trường. Do đó, nhu cầu phải thực hiện thêm các thí nghiệm kéo tuột cốt trong phòng và/hoặc hiện trường nói chung chỉ giới hạn đối với những tổ hợp cốt/đất đắp gia cường mà số liệu còn ít hoặc chưa có (ví dụ, đất đắp gia cường đồng nhất hoặc cận tiêu chuẩn đã được bàn trong Mục 3.1). Khi thích hợp, thí nghiệm kéo tuột cốt trong phòng phải được tiến hành theo thiết bị và quy trình trong ASTM D6706 và Phụ lục B của tài liệu này. Lưu ý rằng quy trình thí nghiệm này chỉ cho giá trị sức kháng kéo tuột trong thời gian ngắn và không xét đến biến dạng từ biến (creep) của đất hoặc của cốt, những biến dạng có thể đáng kể đối với tường MSE và kết cấu RSS sử dụng đất đắp hạt mịn.

Khi sử dụng thí nghiệm kéo tuột cốt trong phòng để xác định các tham số thiết kế, phải áp dụng các giá trị biến thiên ứng suất đứng và cấu hình phần tử cốt tương ứng với công trình thực tế. Thí nghiệm phải được thực hiện trên các mẫu có chiều dài chôn tối thiểu 24 in (600 mm). Sức kháng kéo tuột được lấy là giá trị lớn hơn giữa sức kháng kéo tuột cực đại trước thời điểm đạt biến dạng giới hạn, hoặc giá trị sức kháng kéo tuột tại biến dạng cực đại 3/4 in (20 mm) đo tại đầu đoạn cốt chôn trong đối với cốt không giãn, và 5/8 in (15 mm) đo tại cuối mẫu cốt chôn trong đối với cốt có giãn. Tiêu chuẩn biến dạng cho phép này dựa trên nhu cầu hạn chế biến dạng của kết cấu, là những biến dạng cần thiết để phát triển đủ sức kháng kéo tuột.

Các thí nghiệm kéo tuột cốt dài hạn để đánh giá ứng xử biến dạng từ từ của hệ đất – cốt phải được tiến hành khi sử dụng đất đắp gia cường là bùn sét hoặc đất hạt mịn có thành phần sét. Tính chất đất và loại cốt sẽ quyết định liệu sức kháng kéo tuột cho phép có bị chi phối bởi biến dạng từ biến hay không. Quy trình đắp và đầm chặt trong cả thí nghiệm kéo tuột cốt ngắn hạn và dài hạn phải mô phỏng đúng điều kiện hiện trường. Các tiêu chuẩn biến dạng cho phép đã nêu trong đoạn trước phải được áp dụng.

Tóm tắt các quy trình đánh giá kết quả thí nghiệm trong phòng để thu được các tham số thiết kế sức kháng kéo tuột được nêu trong Phụ lục B của tài liệu này.

Hầu hết các nhà cung cấp hệ thống chuyên dụng đã xây dựng các tham số khuyến nghị về sức kháng kéo tuột cho sản phẩm của họ khi dùng kèm với loại đất đắp chọn lọc được trình bày trong chương này cho tường MSE và kết cấu RSS. Các quan hệ bán thực nghiệm được tóm tắt dưới đây phù hợp với kết quả thu được từ các thí nghiệm kéo tuột cốt trong phòng và hiện trường với mức tin cậy 95%, và nhìn chung cũng phù hợp với số liệu do nhà cung cấp phát triển. Một số hiệu quả kinh tế bổ sung có thể đạt được nếu thực hiện thí nghiệm riêng cho từng loại đất đắp/sản phẩm, trong đó nguồn đất đắp trong vùng đất gia cường được xác định ngay trong thiết kế.

Khi không có số liệu thí nghiệm kéo tuột cốt tại hiện trường cho riêng dự án, có thể chấp nhận sử dụng các quan hệ bán thực nghiệm trình bày trong các đoạn sau cùng với các quy định kỹ thuật tiêu chuẩn cho đất đắp gia cường để đánh giá bảo thủ sức kháng kéo tuột.

Đối với cốt thép có gân, hệ số sức kháng kéo tuột F* thường được lấy:

\[
\text{F* = tan ρ = 1.2 + log Cᵤ tại đỉnh kết cấu, nhưng không vượt quá 2.0} \tag{3-4}
\]

\[
\text{F* = tan ϕ tại cao độ 20 ft (6 m) trở xuống} \tag{3-5}
\]

trong đó Cᵤ là hệ số đồng nhất của đất đắp (D₆₀/D₁₀). Nếu Cᵤ cụ thể của đất đắp tường tại thời điểm thiết kế chưa biết, có thể giả thiết Cᵤ = 4 (tức là F* = 1.8 tại đỉnh tường) đối với các loại đất đắp gia cường thỏa các yêu cầu trong Mục 3.1 của chương này.

Đối với lưới thép cốt có khoảng cách thanh ngang Sₜ ≥ 6 in. (150 mm) (xem Hình 3-4), F* là hàm của hệ số chịu nén hoặc chôn sâu Fq, nhân với phần chịu nén \(α_β\), như sau:

\[
\text{F* = }F_q α_\beta \ = 40 \ α_\beta \ = \ 40 (t/2S_t) \ = \ 20 (t/S_t) \text{ tại đỉnh kết cấu } \tag{3-6}
\]

\[
\text{F* = }F_q α_\beta \ = 20 \ α_\beta \ = \ 20 (t/2S_t) \ = \ 10 (t/S_t) \text{ tại cao độ 20 ft (6 m) trở xuống} \tag{3-7}
\]

Trong đó t là chiều dày thanh ngang. S_t phải không đổi trên toàn chiều dài cốt gia cường, không được bố trí các thanh ngang chỉ tập trung trong vùng chịu lực. Khoảng cách S_t lớn nhất là 24 in. (610 mm). Đối với đất đắp phía sau có độ dốc, xem Hình 4-15.

Đối với cốt dạng tấm geosynthetic (ví dụ geogrid và geotextile), sức kháng kéo tuột được xác định dựa trên việc giảm ma sát đất sẵn có với hệ số giảm thường được gọi là hệ số tương tác C_i. Khi không có số liệu thí nghiệm, giá trị F* cho cốt geosynthetic nên được lấy một cách bảo thủ là:

\[
\text{F* = 2/3 tan ϕ} \tag{3-8}
\]

Trong các quan hệ trên, ϕ là góc ma sát đỉnh của đất; đối với tường MSE sử dụng đất đắp hạt chọn lọc, ϕ thường được lấy tối đa là 34° trừ khi số liệu thí nghiệm riêng cho dự án chứng minh giá trị lớn hơn. Đối với các kết cấu RSS, góc ϕ của đất đắp gia cường thường được xác định bằng thí nghiệm, vì có thể sử dụng một dải khá rộng các loại đất đắp. Giá trị giới hạn dưới 28° thường được dùng.

3.4.3 Ma sát tiếp xúc

Lực cắt tại mặt tiếp xúc giữa các geosynthetic dạng tấm (geotextile, geogrid và các ống thoát nước dạng geocomposite) và đất thường nhỏ hơn góc ma sát của bản thân đất và có thể tạo thành một mặt trượt. Do đó phải xác định hệ số ma sát tiếp xúc tan ρ để đánh giá trượt theo mặt tiếp xúc giữa geosynthetic với đất đắp gia cường và, nếu thích hợp, với đất nền hoặc đất đắp phía sau tường. Góc ma sát tiếp xúc ρ được xác định từ thí nghiệm cắt trực tiếp đất – geosynthetic theo ASTM D5321. Khi không có kết quả thí nghiệm, hệ số ma sát tiếp xúc có thể được lấy một cách bảo thủ như sau:

\[
\text{ρ = 2/3 tan ϕ} \tag{3-9}
\]

áp dụng cho geotextile, geogrid và các loại cấu kiện thoát nước dạng geonet. Các loại geosynthetic khác như geomembrane và một số lõi thoát nước dạng geocomposite có thể có giá trị ma sát tiếp xúc nhỏ hơn nhiều, vì vậy cần phải tiến hành thí nghiệm tương ứng.

(ASTM D5321)

ASTM D5321 là tiêu chuẩn thí nghiệm cắt trực tiếp (direct shear) để xác định ma sát tại mặt tiếp xúc:

• Đất ↔ geosynthetic (ví dụ: đất–geotextile, đất–geomembrane, đất–geogrid), hoặc
• geosynthetic ↔ geosynthetic (ví dụ: geomembrane–geotextile).

Kết quả dùng để lấy tham số sức kháng cắt tại mặt tiếp xúc phục vụ thiết kế, thường gồm:

• ứng suất cắt cực đại (peak) và có thể cả dư (residual) theo các mức ứng suất pháp \(\sigma_n\),
• hệ số ma sát/“coefficient of friction” và/hoặc các tham số kiểu Mohr–Coulomb cho mặt tiếp xúc (\(\delta\) – góc ma sát mặt tiếp xúc, và đôi khi a – “adhesion”/dính bám nếu có).

Nó hay được dùng trong thiết kế ổn định trượt của lớp lót bãi rác, mái dốc có geomembrane/geotextile, và các bài toán cần interface shear strength (khác với ASTM D6706 là kéo tuột/pullout cho cốt gia cường).

Mua bản quyền tại đây

3.5 Thiết lập các đặc trưng thiết kế kết cấu

Các đặc trưng thiết kế kết cấu của vật liệu cốt gia cường là hàm của các đặc trưng hình học, cường độ và độ cứng, độ bền lâu và loại vật liệu. Hai loại vật liệu cốt được sử dụng phổ biến nhất là thép và geosynthetic, cần được xét riêng như sau:

3.5.1 Đặc trưng cường độ của cốt thép

Đối với cốt thép, tuổi thọ thiết kế được xét bằng cách giảm diện tích tiết diện của cốt dùng trong tính toán thiết kế theo lượng hao hụt do ăn mòn dự kiến trong suốt thời kỳ thiết kế, như sau:

\[
E_c = E_n – E_R \tag{3-10}
\]

trong đó:

• \(E_c\) là chiều dày của cốt tại cuối thời kỳ thiết kế;
• \(E_n\) là chiều dày danh định tại thời điểm thi công;
• \(E_R\) là chiều dày “hy sinh” của kim loại dự kiến sẽ mất đi do ăn mòn đều trong suốt thời gian làm việc của công trình.

Cường độ kéo danh định dài hạn của cốt, \(T_{al}\), đối với các dải thép và lưới thép được xác định như trong các phương trình dưới đây. \(T_{al}\), với đơn vị lực trên một đơn vị bề rộng, được dùng để đưa ra một cách tiếp cận thống nhất về cường độ có thể áp dụng cho mọi loại cốt. Cường độ kéo của một loại cốt thép hoặc cốt lưới đã biết cũng có thể được biểu diễn theo lực kéo mà cốt chịu, \(P_{al}\). Việc sử dụng ký hiệu cường độ kéo của cốt (\(T_{al}\) hay \(P_{al}\)) tùy thuộc vào việc ta đang thiết kế với một hệ cốt đã biết, thiết kế với loại cốt chưa xác định, kiểm tra một phương án bố trí, tính toán liên kết, hay tính toán kéo tuột cốt. Do đó, cường độ kéo danh định có thể được tính và biểu diễn như sau:

\[
T_{al}=\frac{F_y A_c}{b}
\quad \text{(cường độ trên một đơn vị bề rộng cốt kips/ft)} \tag{3-11a}
\]

\[
P_{al}=F_y A_c
\quad \text{(cường độ trên mỗi phần tử cốt kips)} \tag{3-11b}
\]

trong đó:

• \(b\) = bề rộng toàn phần của dải, tấm hoặc lưới (xem Hình 3-5);
• \(F_y\) = ứng suất chảy của thép;
• \(A_c\) = diện tích tiết diện thiết kế của thép, được định nghĩa là diện tích tiết diện ban đầu trừ đi lượng hao hụt do ăn mòn dự kiến xảy ra trong suốt thời gian thiết kế của tường.

Các hệ số sức kháng LRFD cho cốt thép trong tường MSE được liệt kê trong Bảng 4-8. Hệ số sức kháng cho cốt dạng dải dưới tải trọng tĩnh là 0.75. Hệ số sức kháng cho cốt lưới thép trong tường MSE, dưới tải trọng tĩnh, là 0.65 khi cốt được nối với kết cấu ốp cứng và là 0.75 khi nối với kết cấu ốp mềm. Hệ số sức kháng nhỏ hơn cho các thanh lưới nối với kết cấu ốp cứng (ví dụ tấm hoặc khối bê tông) được dùng để kể đến khả năng lớn hơn về ứng suất cục bộ do phân bố tải không đều đối với lưới thép so với dải hoặc thanh thép. Các thanh lưới theo phương ngang và dọc được thiết kế kích thước theo ASTM A185.

ASTM A185

ASTM A185 (đầy đủ thường ghi ASTM A185/A185M) là tiêu chuẩn quy định “lưới thép hàn (welded wire reinforcement – WWR) loại trơn dùng để gia cường bê tông” — tức loại wire mesh dùng cho sàn, đường bê tông, tấm, cấu kiện bê tông, v.v. (ASTM International | ASTM)

Điểm quan trọng (vì nhiều người hay gặp trong tài liệu cũ):

• A185/A185M đã bị ASTM rút và thay thế; ASTM ghi rõ Withdrawn, replaced by ASTM A1064/A1064M. (ASTM International | ASTM)
• Nhiều cơ quan (ví dụ DOT) cũng cập nhật “A185 → A1064” vì A185 đã bị rút. (dot.ny.gov)

“ASTM A185 (đã rút; hiện thay bằng ASTM A1064/A1064M)” để người đọc hiểu đúng bối cảnh.

Các đại lượng cần thiết để xác định \(A_c\) cho dải thép và lưới thép được trình bày trong Hình 3-5. Kích thước điển hình cho các loại cốt thép thông dụng được cho trong Phụ lục C. Việc sử dụng thép đã tôi cứng và có biến dạng nhỏ khi chảy (thép cường độ rất cao) có thể làm tăng khả năng phá hoại thảm họa; do đó, với các vật liệu này có thể cần dùng hệ số sức kháng thấp hơn.

Đối với cốt kim loại, tuổi thọ công trình sẽ phụ thuộc vào khả năng chống ăn mòn của cốt. Hầu như toàn bộ cốt kim loại dùng trong xây dựng nền đắp và tường, dù là dải, lưới thanh hay lưới dây, đều làm bằng thép thường mạ kẽm. Lưới dệt phủ PVC cung cấp một mức độ bảo vệ ăn mòn nhất định, miễn là lớp phủ không bị hư hại đáng kể trong quá trình thi công. Lớp phủ epoxy cũng có thể dùng để chống ăn mòn, nhưng dễ bị hư hại khi thi công, làm giảm đáng kể hiệu quả bảo vệ. Khi dùng lớp phủ PVC hoặc epoxy, cỡ hạt lớn nhất của đất đắp nên giới hạn không quá 3/4 in (19 mm) để giảm khả năng gây hư hại trong thi công. Để thảo luận chi tiết hơn về các yêu cầu, tham khảo sổ tay Corrosion/Degradation, FHWA NHI-09-087 (Elias và cộng sự, 2009).

FHWA NHI-09-087

FHWA NHI-09-087 có trên trang FHWA (bản PDF chính thức) đây:

• Trên FHWA (Engineering/Geotech) có file PDF trực tiếp: (fhwa.dot.gov)
• Bạn cũng có thể tìm trong danh mục Publications – Geotech – Bridges & Structures (mục Reinforced Soil Structures, dòng “Corrosion/Degradation…”, có nút “View PDF”): (fhwa.dot.gov)
• Ngoài ra, bản báo cáo này cũng có trang lưu trữ/metadata trên ROSA P (thư viện số của USDOT) để tra cứu và tải/đi tới bản tài liệu: (rosap.ntl.bts.gov)

Tên đầy đủ của NHI-09-087 là “Corrosion/Degradation of Soil Reinforcements for Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Slopes” (November 2009). (fhwa.dot.gov)

\begin{aligned}
\\
A_c & = \text{(Số thanh dọc)} × \dfrac{(D^*)^2}{4}\\
\\
D* & = \text{đường kính thanh hoặc dây thép đã hiệu chỉnh hao hụt do ăn mòn}\\

b &= \text{bề rộng đơn vị của cốt (nếu cốt liên tục, đếm số thanh trong bề rộng cốt bằng 1 đơn vị)}\\
\\
T_{\max} & = \phi R_c T_{al} = \dfrac{\phi R_c F_y A_c}{b}\\

\text{trong đó} &\\
\\
T_{\max} &= \text{tải trọng tính toán lớn nhất tác dụng lên cốt (tải/đơn vị bề rộng tường)}\\
\\
T_{al} &= \text{cường độ kéo danh định dài hạn của cốt}\\
      & \qquad \text{(lực / đơn vị bề rộng cốt)}\\
\phi & = 0.75 \text{ đối với dải thép}\\
\phi &= 0.65 \text{ đối với lưới thép và mặt ốp cứng}\\
\\
F_y &= \text{ứng suất chảy của thép}\\
\\
R_c &= \text{tỷ số che phủ của cốt } (= \dfrac{b}{S_h})\\
\\
\text{Dùng } R_c & = 1 \text{ cho cốt liên tục (tức là } S_h \text{= b = bề rộng 1 đơn vị)}
\end{aligned}

Nhiều Sở GTVT (DOT) đã sử dụng các phần tử cốt thép được phủ epoxy bám dính bằng nhựa. Hiệu quả của các lớp phủ này đối với các kết cấu tường MSE vẫn chưa được ghi nhận đầy đủ. Nếu sử dụng, chiều dày lớp phủ tối thiểu nên vào khoảng 18 mil (45 μm) và được thi công theo ASTM A884 cho cốt lưới và AASHTO M284 cho cốt thanh. Tuổi thọ trong đất của lớp phủ này nên được coi là tương đương với cốt mạ kẽm có chiều dày lớp mạ 3.4 mils (85 μm), trừ khi các thí nghiệm phơi mẫu cụ thể cho thấy tuổi thọ hiệu quả dài hơn như đã trình bày trong FHWA NHI-09-087 (Elias và cs., 2009). Khi sử dụng các kim loại khác như hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ, ăn mòn đã xảy ra nghiêm trọng một cách ngoài dự kiến, dẫn đến nhiều vấn đề và việc sử dụng các vật liệu này đã bị ngừng.

Khả năng suy giảm trong đất của lưới phủ PVC vẫn chưa được chứng minh đầy đủ. Các bằng chứng thực tế về khả năng làm việc thỏa đáng trên 25 năm hiện chưa có.

Đã có nhiều nghiên cứu rộng rãi để xác định tốc độ ăn mòn của các thanh hoặc dải thép mềm mạ kẽm được chôn trong các loại đất khác nhau thường dùng trong đất đắp gia cường. Dựa trên các nghiên cứu này, mức độ suy giảm của dải, lưới thanh và thảm thép có thể được ước tính và bù lại bằng cách tăng chiều dày kim loại.

Phần lớn các tường MSE đã xây dựng đến nay sử dụng thép mạ kẽm và vật liệu đất đắp có tiềm năng ăn mòn thấp. Lớp mạ kẽm tối thiểu 2.0 oz/ft² (605 g/m²) hoặc chiều dày 3.4 mils (85 μm) là yêu cầu theo Điều 11.10.6.4.2a (AASHTO, 2007). Mạ kẽm phải được thực hiện theo AASHTO M111 (ASTM A123) cho cốt dạng dải, thảm thanh hoặc lưới thép và ASTM A153 cho các chi tiết phụ như bu lông và tấm buộc. Mạ kẽm phải được tiến hành sau khi gia công theo ASTM A123. Lớp kẽm tạo thành một anốt hy sinh bị ăn mòn trong khi bảo vệ thép nền. Mạ kẽm cũng giúp ngăn ngừa sự tạo thành các điểm rỗ trên bề mặt thép trong những năm đầu của giai đoạn ăn mòn mạnh (có thể xảy ra với thép “đen”, không mạ kẽm). Sau khi lớp kẽm bị ôxy hóa hết, quá trình ăn mòn sẽ chuyển sang thép nền.

Các tiêu chuẩn ASTM và AASHTO về mạ kẽm quy định chiều dày lớp mạ tối thiểu như một hàm theo đường kính hoặc chiều dày thanh thép. Tuy nhiên, như đã nêu, AASHTO (2007) yêu cầu chiều dày tối thiểu 3.4 mils (85 μm) cho tường MSE. Chiều dày mạ kẽm sử dụng giá trị tối thiểu này và AASHTO M111 được tóm tắt trong Bảng 3-7.

Bảng 3-7. Chiều dày mạ kẽm tối thiểu theo chiều dày thép
(sau AASHTO M111 và ASTM A123)

Category Loại	Steel Thickness Chiều dày thép	Minimum Galvanization Thickness Chiều dày mạ kẽm tối thiểu
Strip Dải thép	< 1/4 in. (6.4 mm)	3.4 mils (85 µm)
	> 1/4 in. (6.4 mm)	3.9 mils (100 µm)
Wire* Dây thép*	All diameters Mọi đường kính	3.4 mils (85 µm)
* Đối với thảm thanh chế tạo từ dây thép không mạ.

Các tốc độ ăn mòn trong Bảng 3-8 thích hợp cho thiết kế theo quan điểm bảo thủ. Các giá trị này giả thiết đất đắp gia cường có mức độ ăn mòn vừa phải, với các giới hạn tính chất điện hóa được kiểm soát như được bàn luận trong chương này.

Bảng 3-8. Tốc độ ăn mòn thép đối với đất đắp gia cường ăn mòn vừa phải

For zinc/side: Đối với kẽm / mỗi bề mặt:	0.58 mils/yr (15 µm/year) (2 năm đầu)
	0.16 mils/yr (4 µm/year) (các năm tiếp theo)
For residual carbon steel/side: Đối với thép cacbon còn lại / mỗi bề mặt:	0.47 mils/yr (12 µm/year) (các năm tiếp theo)

Dựa trên các tốc độ này, ăn mòn hoàn toàn lớp mạ kẽm có chiều dày tối thiểu 3.4 mils (85 μm) (AASHTO, 2007) được ước tính xảy ra trong 16 năm đầu, và mất mát đường kính thép cacbon khoảng 0.055 in. đến 0.08 in. (1.42 mm đến 2.02 mm) dự kiến sẽ xảy ra trong phần thời gian còn lại của tuổi thọ thiết kế 75 đến 100 năm. Mạ kẽm cũng có thể bị hư hại trong quá trình vận chuyển và thi công do mài mòn, cào xước, khía và nứt gãy. Cần đặc biệt chú ý trong thao tác và thi công để tránh hư hại. Thiết bị thi công không được chạy trực tiếp trên các phần tử cốt và các phần tử này không được kéo lê, uốn cong quá mức hoặc cắt ngoài hiện trường. Cốt mạ kẽm phải được kê đỡ tốt trong quá trình nâng hạ để tránh biến dạng quá mức. Bất kỳ đoạn bị hư hại nào cũng phải được sửa chữa tại hiện trường bằng cách sơn lại khu vực đó bằng sơn kẽm giàu kẽm.

Bề mặt tường bằng lưới thép hàn mạ kẽm (WWM) có thể không được ưa chuộng ở một số dự án do yêu cầu về thẩm mỹ. Như đã nêu trước, thép đen (không mạ kẽm) không được phép sử dụng cho các kết cấu vĩnh cửu. Việc nhuộm màu các tấm WWM mạ kẽm đã được sử dụng để đạt được bề mặt theo yêu cầu thẩm mỹ ở một số dự án.

Người thiết kế kết cấu MSE cũng phải xét đến khả năng thay đổi môi trường đất đắp gia cường trong suốt thời gian làm việc của công trình. Tại một số khu vực ở Hoa Kỳ, có thể xảy ra việc muối khử băng, bão ven biển hoặc dòng chảy ngầm bị ô nhiễm gây nên sự thay đổi môi trường như vậy. Đối với vấn đề này, nếu việc xâm nhập và tích tụ clorua đáng lo ngại thì có thể cần thêm các biện pháp bảo vệ bổ sung.

Đối với các công trình vĩnh cửu trực tiếp đỡ mặt đường chịu tác động của muối khử băng, các số liệu hạn chế cho thấy lớp đất đắp gia cường phía trên đến độ sâu 8 ft (2.5 m) (tính từ mặt đường) hoặc sâu hơn, tùy thuộc vào cấp phối và độ chặt của đất đắp, sẽ chịu tốc độ ăn mòn cao hơn hiện chưa được xác định rõ. Trong các điều kiện này, khuyến nghị đặt một lớp geomembrane tối thiểu 30 mil ngay dưới mặt đường và nối vào hệ thống thoát nước để giảm sự thâm nhập muối khử băng vào đất đắp, thay vì sử dụng tốc độ ăn mòn cao hơn như trình bày trong phần “Chi tiết thiết kế” ở Chương 5. Một giải pháp khác là dùng lớp đất đắp gia cường thoát nước tốt (ví dụ đá theo AASHTO No.57) như đã chứng minh có thể cho phép muối “rửa trôi” và hạn chế ăn mòn như thảo luận trong FHWA NHI-09-087 (Elias và cs., 2009). Cần lưu ý rằng giá trị “tăng” của tốc độ ăn mòn do muối khử băng chưa được xác định.

Các tình huống dự án sau nằm ngoài phạm vi các giá trị đã nêu ở trên:

• Công trình chịu tác động môi trường biển hoặc môi trường giàu clorua khác (không bao gồm các vị trí chỉ sử dụng muối khử băng). Đối với các công trình trong nước biển, mất mát thép cacbon khoảng 3.2 mils (80 μm) mỗi mặt hoặc mỗi bán kính dự kiến trong vài năm đầu, sau đó giảm xuống còn 0.67 đến 0.7 mils/năm (17 đến 20 μm/năm). Mất mát kẽm có khả năng tăng nhanh hơn so với mất mát trong các đất đắp gia cường thỏa tiêu chí điện hóa của MSE. Tổng mất mát kẽm 3.4 mils (85 μm) nên được coi là xảy ra trong năm đầu.
• Công trình chịu tác động của dòng điện lạc, như từ các đường dây điện ngầm gần đó hoặc các công trình gần các tuyến đường sắt điện khí hóa.
• Công trình chịu tác động của nước có tính axit phát sinh từ bãi thải mỏ, mỏ bỏ hoang hoặc đất đá giàu pyrit và các lớp đá có hàm lượng sulfur cao.

Mỗi tình huống trên tạo nên một tập hợp điều kiện đặc biệt cần được phân tích riêng bởi một chuyên gia về ăn mòn.

(tích tụ clorua)

1) MSE dùng cốt kim loại (thanh/dải thép, lưới thép hàn, bu lông – kẹp nối…)

Clorua tích tụ làm:

• Tăng tốc ăn mòn → mất tiết diện của cốt, bản nối, bulông/đai ốc → giảm sức chịu kéo và giảm an toàn dài hạn.
• Dễ gây ăn mòn cục bộ (pitting): mất thép rất nhanh tại vài điểm → nguy hiểm hơn ăn mòn đều vì khó phát hiện.
• Nếu có lớp phủ (mạ kẽm/epoxy), clorua cao + ẩm có thể làm suy giảm hiệu quả bảo vệ theo thời gian, đặc biệt tại vết xước/đầu cắt/mối nối.

2) Bê tông cốt thép

Clorua tích tụ (từ nước biển, muối chống băng, nước ngầm mặn…) làm:

• Phá màng thụ động bảo vệ cốt thép → cốt thép bắt đầu rỉ ngay cả khi bê tông vẫn kiềm.
• Rỉ thép nở thể tích → nứt, bong bật lớp bê tông bảo vệ, thấm nước mạnh hơn → vòng lặp hư hỏng nhanh.
• Giảm bám dính thép–bê tông, giảm khả năng làm việc của cấu kiện (đặc biệt vùng kéo).

3) Geosynthetic (geogrid, geotextile, geomembrane…)

Clorua không phải “kẻ thù chính” của polymer như với thép, nhưng vẫn có rủi ro gián tiếp:

• Bản thân ion clorua thường ít gây phân hủy PP/PET/HDPE trong môi trường trung tính, nhưng môi trường mặn có thể đi kèm nhiệt độ, UV, oxy hóa, hoặc hóa chất khác → tăng tốc lão hóa/oxy hóa tùy vật liệu và phụ gia.
• Clorua cao thường là dấu hiệu môi trường “khắc nghiệt” (nước mặn, thay đổi ẩm–khô) → có thể làm tăng creep/giảm tính năng theo thời gian trong một số điều kiện thiết kế.
• Quan trọng nhất: nếu hệ có chi tiết kim loại đi kèm (kẹp nối, neo, đinh ghim, tấm ốp có phụ kiện kim loại) thì clorua vẫn ăn mòn phần kim loại, gây hỏng “hệ” dù polymer còn tốt.

3.5.2 Đặc trưng cường độ của cốt geosynthetic

Việc lựa chọn cường độ kéo danh định dài hạn \(T_{al}\) cho cốt geosynthetic được xác định bằng cách xem xét đầy đủ tất cả các dạng suy giảm cường độ theo thời gian có thể xảy ra trong suốt thời kỳ thiết kế. Các đặc trưng kéo của geosynthetic bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như biến dạng từ từ (creep), hư hại khi thi công, lão hóa, nhiệt độ và ứng suất bao confin. Hơn nữa, các đặc trưng của sản phẩm geosynthetic được chế tạo từ cùng một loại polymer nền cũng có thể thay đổi rất lớn, do đó cần phải xác định riêng \(T_{al}\) cho từng sản phẩm với sự xét đến tất cả các yếu tố này.

Cốt gia cường bằng polymer, mặc dù không bị ăn mòn, vẫn có thể bị suy giảm do các hoạt động lý–hóa trong đất như thủy phân, oxy hóa và nứt do ứng suất môi trường, tùy theo loại polymer. Ngoài ra, các vật liệu này còn dễ bị hư hại trong quá trình lắp đặt và chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao tại mặt ốp và các vị trí liên kết.

Nhiệt độ có tác dụng làm tăng nhanh quá trình creep và lão hóa; các ảnh hưởng của nhiệt độ được xét đến thông qua việc xác định các thông số liên quan. Trong khi khoảng nhiệt độ bình thường trong đất dao động từ 55°F (12°C) ở các vùng khí hậu lạnh và ôn đới đến 85°F (30°C) ở các vùng khí hậu sa mạc khô hạn, thì nhiệt độ tại mặt ốp và các liên kết của cốt gia cường có thể cao tới 120°F (50°C).

Ứng suất bao quanh (confining stress) không được xét trực tiếp, ngoài việc được xem xét gián tiếp khi đánh giá hư hại do thi công. Đối với creep và độ bền, ứng suất bao quanh nhìn chung có xu hướng cải thiện cường độ dài hạn của cốt gia cường.

(confining stress)

Confining stress là ứng suất bao quanh (hay ứng suất kìm hãm) tác dụng lên vật liệu theo phương “ép xung quanh”, do đất/đá bao bọc tạo ra.

• Trong bài toán đất–cốt, nó gần với áp lực ép ngang + ép bên lên cốt (liên quan đến \(\sigma_3\) trong thí nghiệm 3 trục), và trong thực tế thường gắn với ứng suất pháp \(\sigma_n\) tác dụng lên bề mặt cốt.
• Ý nghĩa: confining stress càng lớn → vật liệu bị “kìm” chặt hơn → thường tăng ma sát/khóa giữ, giảm xu hướng giãn nở, nên có lợi cho sức kháng và làm việc dài hạn (đặc biệt khi xét creep/durability).

Trong MSE: đất đắp ép xung quanh cốt gia cường tạo ra confining stress; càng sâu thì đất ép càng mạnh nên confining stress thường tăng theo độ sâu.

Cường độ dài hạn hữu hiệu \(T_{al}\) được tính như sau:

\[
T_{al} = \dfrac{T_{ult}}{RF} = \frac{T_{ult}}{RF_{D} \times RF_{CR} \times RF_{D}}
\quad\text{(đơn vị lực trên một đơn vị bề rộng cốt)} \tag{3-12}
\]

trong đó:

• \(T_{ult}\) = cường độ kéo phá hoại (lực/đơn vị bề rộng). Cường độ kéo của cốt được xác định từ thí nghiệm bản rộng theo ASTM D4595 (geotextile) hoặc D6637 (geogrid), dựa trên giá trị trung bình tối thiểu của cuộn (MARV) của sản phẩm.
• \(RF\) = Hệ số giảm. Là tích của tất cả các hệ số giảm áp dụng.
• \(RF_{D}\) = Hệ số giảm do hư hại khi thi công. Là hệ số giảm kể đến ảnh hưởng gây hư hại của quá trình rải và đầm đất hoặc vật liệu hạt lên geosynthetic trong khi thi công. Nên sử dụng tối thiểu hệ số giảm 1.1 để kể đến sai số thí nghiệm.
• \(RF_{CR}\) = Hệ số giảm do creep. Là hệ số giảm kể đến ảnh hưởng của biến dạng từ từ do tải kéo dài hạn tác dụng lên geosynthetic.
• \(RF_{D}\) = Hệ số giảm do độ bền. Là hệ số giảm kể đến sự suy giảm cường độ do quá trình suy thoái hóa học (lão hóa) của polymer dùng làm cốt geosynthetic (ví dụ ôxy hóa polyolefin, thủy phân polyester, v.v.).

(ASTM D4595 & D6637)

ASTM D4595: tiêu chuẩn thử kéo giãn “bề rộng lớn” (wide-width strip tensile) để xác định cường độ kéo và biến dạng của geotextile (vải địa kỹ thuật), theo phương máy/ phương ngang vải. Kết quả thường dùng để lấy tensile strength (cường độ kéo) và strain at failure (biến dạng khi phá hoại) của geotextile trong thiết kế/kiểm soát chất lượng.

ASTM D6637: tiêu chuẩn thử kéo để xác định cường độ kéo và quan hệ lực–biến dạng của geogrid (lưới địa kỹ thuật). Nó có các “phương pháp” cho geogrid một gân / nhiều gân (single-rib / multi-rib) theo từng hướng sản xuất. Kết quả dùng cho thiết kế (đặc biệt MSE/RSS) và QC.

Nói ngắn gọn:

D6637 → geogrid (lưới) – kéo theo gân/lưới, ra đường cong lực–biến dạng phục vụ thiết kế.

D4595 → geotextile (vải) – kéo bề rộng lớn.

Các hệ số \(RF_{D}\), \(RF_{CR}\) và \(RF_{D}\) phản ánh các tổn thất cường độ dài hạn thực tế, tương tự như sự mất cường độ của thép do ăn mòn. Khái niệm suy giảm cường độ dài hạn của cốt geosynthetic này được minh họa trên Hình 3-6. Như thể hiện trên hình, một phần tổn thất cường độ xảy ra ngay khi thi công, và phần còn lại xảy ra trong suốt thời kỳ thiết kế của cốt. Phần lớn tổn thất cường độ dài hạn chỉ bắt đầu xuất hiện vào gần cuối tuổi thọ thiết kế của cốt.

Vì các loại polymer, chất lượng, phụ gia và hình dạng sản phẩm khác nhau, mỗi loại geosynthetic có mức độ bền chống lão hóa và chịu tác động của các tác nhân hóa học khác nhau. Do đó, từng sản phẩm phải được đánh giá riêng lẻ, hoặc trong bối cảnh một “dòng sản phẩm” nơi cùng nguồn polymer và phụ gia được sử dụng, và quy trình sản xuất giống nhau cho tất cả sản phẩm trong dòng đó. Cách tiếp cận theo dòng sản phẩm này cho phép nội suy các hệ số giảm cho những sản phẩm trong dòng chưa được thí nghiệm trực tiếp, dựa trên các hệ số giảm đã xác định cho những sản phẩm trong cùng dòng đã được thí nghiệm cho từng cơ chế suy thoái.

Quy định Thiết kế Cầu LRFD của AASHTO đưa ra các yêu cầu tối thiểu cho việc đánh giá \(T_{al}\) dùng trong thiết kế các kết cấu đất có cốt geosynthetic. Các quy trình đánh giá \(T_{al}\) được trình bày trong Phụ lục D, kèm theo thông tin về quy trình thí nghiệm trong tài liệu Corrosion/Degradation đi kèm (Elias và cs., 2009).

Khuyến nghị rằng các giá trị \(T_{al}\) cho từng sản phẩm cụ thể nên được xác định từ thí nghiệm nội bộ của cơ quan, hoặc từ đánh giá của bên thứ ba dựa trên kết quả thí nghiệm độc lập, như tại Highway Innovative Technology Evaluation Center (HITEC) hoặc Chương trình Đánh giá Sản phẩm Giao thông Quốc gia của AASHTO (NTPEP). Cơ quan quản lý có thể chấp thuận các hệ số giảm và giá trị cường độ cho phép dựa trên các báo cáo này, hoặc yêu cầu nhà cung cấp sử dụng các hệ số giảm được chứng minh bằng những báo cáo này hoặc báo cáo tương đương của bên thứ ba. Ngoài ra, \(T_{al}\) cũng có thể được lấy trực tiếp từ nhà sản xuất dựa trên kết quả thí nghiệm độc lập, mặc dù thí nghiệm bởi bên thứ ba vẫn là cách ưu tiên. Nếu sử dụng số liệu của nhà sản xuất, số liệu đó phải đáp ứng cùng mức chất lượng và đầy đủ như số liệu có thể thu được từ các chương trình thí nghiệm bên thứ ba như NTPEP, và người thiết kế phải kiểm tra để đảm bảo rằng số liệu của nhà sản xuất là đại diện cho các sản phẩm sẽ được sử dụng tại hiện trường (tức là, số liệu thí nghiệm phải là mới, và quy trình sản xuất, nguồn polymer, v.v. của sản phẩm không thay đổi kể từ khi thí nghiệm). Trong mọi trường hợp, dòng sản phẩm geosynthetic phải được đánh giá lại định kỳ để kiểm tra mọi thay đổi có thể ảnh hưởng đến sản phẩm và các giá trị hệ số giảm tương ứng (ví dụ, NTPEP yêu cầu sản phẩm/dòng sản phẩm cốt geosynthetic phải được thí nghiệm lại 3 năm một lần).

Trong trường hợp không có thí nghiệm của bên thứ ba hoặc số liệu do nhà sản xuất cung cấp, việc cơ quan tự tổ chức đầy đủ các thí nghiệm để xác định \(T_{al}\) thường không khả thi. Tuy vậy, các cơ quan được khuyến khích ít nhất nên tự thực hiện một số thí nghiệm chỉ tiêu, vừa để đánh giá chất lượng sản phẩm (phục vụ xây dựng danh sách sản phẩm đạt chuẩn hoặc được chấp thuận), vừa để nghiệm thu sản phẩm cụ thể cho từng dự án. Cơ quan cũng nên xem xét thí nghiệm hư hại khi thi công tại hiện trường, đặc biệt khi đất đắp là đá dăm tương đối thô, cấp phối đều, sắc cạnh hoặc có điều kiện thi công tương đối khắc nghiệt.

Việc xác định các hệ số giảm cho từng sản phẩm geosynthetic và từng dòng sản phẩm đòi hỏi phải có nhiều thí nghiệm hiện trường và/hoặc trong phòng, có thể kéo dài một năm hoặc hơn. Thông tin nền tảng cho việc xác định từng hệ số giảm cường độ dài hạn được tóm tắt như sau:

3.5.2.a Cường độ kéo phá hoại, \(T_{ult}\)

Giá trị \(T_{ult}\) dùng cho thiết kế là giá trị trung bình tối thiểu của cuộn (MARV) của sản phẩm. Giá trị MARV này phản ánh sự phân tán thống kê về cường độ vật liệu. Các nguồn không chắc chắn và biến thiên khác của cường độ dài hạn bao gồm hư hại khi thi công, ngoại suy biến dạng từ từ (creep) và quá trình suy thoái hóa học. Giả thiết rằng sự biến thiên quan sát được trong đường bao phá hoại do creep tương quan 100% với cường độ kéo ngắn hạn, vì cường độ creep thường tỷ lệ trực tiếp với cường độ kéo ngắn hạn trong cùng một dòng sản phẩm. Do đó, MARV của \(T_{ult}\) đã phản ánh đầy đủ sự biến thiên của cường độ creep. Lưu ý rằng MARV của \(T_{ult}\) là giá trị cường độ kéo bản rộng tối thiểu có thể chứng nhận do nhà sản xuất cung cấp.

(MARV)

MARV là viết tắt của Minimum Average Roll Value – giá trị trung bình tối thiểu theo cuộn (thường dùng cho geosynthetic như geotextile/geogrid).

Hiểu đơn giản:

• Khi nhà sản xuất thử kéo nhiều mẫu lấy từ một cuộn (hoặc nhiều cuộn trong lô), họ tính giá trị trung bình của cường độ kéo/ứng suất…
• Nhưng vì vật liệu có dao động thống kê (không cuộn nào giống hệt), họ không công bố “trung bình đo được” mà công bố một giá trị bảo đảm: MARV.
• MARV = mức mà nhà sản xuất cam kết rằng phần lớn sản phẩm sẽ đạt hoặc vượt (nó là “giá trị tối thiểu có thể chứng nhận” trong đoạn bạn chụp).

Về mặt thống kê, MARV thường được đặt kiểu:
\[
\text{MARV} \approx \bar{x} – k \ s
\]
trong đó \(\bar{x}\) là trung bình, \(s\) là độ lệch chuẩn, \(k\) chọn để đạt mức tin cậy (thường hiểu là khoảng 95% cuộn/giá trị sẽ ≥ MARV, tuỳ chuẩn QC của hãng).

Trong thiết kế: \(T_{ult}\) (cường độ kéo ngắn hạn) bằng MARV, vì nó đã “trừ hao” biến thiên vật liệu; sau đó mới tiếp tục chia cho các hệ số giảm (hư hại thi công, creep, suy giảm hoá học…) để ra sức kháng thiết kế dài hạn.

3.5.2.b Hệ số giảm do hư hại khi thi công, \(RF_{ID}\)

Trong quá trình vận chuyển và thi công, geosynthetic có thể bị hư hại do mài mòn, cọ xát, đâm thủng và xé rách, hoặc do cào xước, khía, nứt vỡ. Các dạng hư hại này chỉ có thể tránh được bằng cách thao tác và thi công cẩn thận. Thiết bị thi công không được chạy trực tiếp trên các vật liệu geosynthetic.

Hư hại trong quá trình rải và đầm đất đắp gia cường là hàm của mức độ tải tác dụng lên geosynthetic trong khi thi công và cỡ hạt cũng như độ sắc cạnh của vật liệu đất đắp. Đối với tường MSE và kết cấu RSS, nên tránh sử dụng các loại vải địa kỹ thuật và lưới địa kỹ thuật nhẹ, cường độ thấp để giảm hư hại và hạn chế mất cường độ.

Quy trình thí nghiệm hiện trường cho hệ số giảm này được trình bày chi tiết trong tài liệu Corrosion/Degradation (Elias và cs., 2009) và trong ASTM D-5818 (xem thêm WSDOT T925). Các quy trình này yêu cầu vật liệu geosynthetic phải trải qua một chu trình rải và đầm đất gia cường mô phỏng đúng thực tế thi công. Tỷ số giữa cường độ ban đầu và cường độ của mẫu thu hồi sau khi thí nghiệm là giá trị xác định hệ số giảm này.

Đối với ứng dụng làm cốt, khuyến nghị vải địa kỹ thuật có khối lượng tối thiểu 8.0 oz/yd² (270 g/m²) để hạn chế hư hại khi thi công; giá trị này xấp xỉ loại vải địa kỹ thuật Class 1 theo AASHTO M 288. Nói chung, tổ hợp giữa cốt geosynthetic và đặc trưng rải – đầm đất đắp (vị trí, cách rải và cấp phối) không nên dẫn đến \(RF_{ID}\) lớn hơn 1.7. Nếu kết quả thí nghiệm cho thấy \(RF_{ID}\) lớn hơn 1.7 (tương đương khoảng 40% mất cường độ), thì không nên sử dụng tổ hợp geosynthetic và đất đắp đó, vì mức hư hại như vậy hoặc lớn hơn sẽ làm cho cường độ còn lại biến thiên rất lớn và không đủ tin cậy cho thiết kế.

Bảng 3-9 tóm tắt các giá trị \(RF_{ID}\) điển hình cho một số cấp phối đất và loại geosynthetic khác nhau.

Geosynthetic Vật liệu geosynthetic	Reduction Factor, RFID Hệ số giảm do thi công, RFID
	Type 1 Backfill Max. Size 4 in. (100 mm) D50 about 1¼-in. (30 mm)	Type 2 Backfill Max. Size ¾-in. (20 mm) D50 about #30 (0.7 mm)
HDPE uniaxial geogrid Lưới địa kỹ thuật HDPE một phương	1.20 – 1.45	1.10 – 1.20
PP biaxial geogrid Lưới địa kỹ thuật PP hai phương	1.20 – 1.45	1.10 – 1.20
PVC coated PET geogrid Lưới PET phủ PVC	1.30 – 1.85	1.10 – 1.30
Acrylic coated PET geogrid Lưới PET phủ acrylic	1.30 – 2.05	1.20 – 1.40
Woven geotextiles (PP&PET)a Vải địa kỹ thuật dệt (PP & PET)a	1.40 – 2.20	1.10 – 1.40
Non woven geotextiles (PP&PET)a Vải địa kỹ thuật không dệt (PP & PET)a	1.40 – 2.50	1.10 – 1.40
Slit film woven PP geotextilea Vải địa kỹ thuật dệt từ màng PP xẻ sợia	1.60 – 3.00	1.10 – 2.00
a. Khối lượng tối thiểu 8.0 oz/yd² (270 g/m²).

Nhìn chung, \(RF_{ID}\) phụ thuộc mạnh vào đặc trưng cấp phối và độ sắc cạnh của đất đắp, đặc biệt đối với các loại geosynthetic nhẹ. Nếu bố trí tối thiểu 6 in (150 mm) đất đắp giữa bề mặt cốt và bánh xe/xích của thiết bị rải – đầm, thì phương pháp rải và đầm đất sẽ ít ảnh hưởng đến \(RF_{ID}\) hơn. Xét về đặc trưng của geosynthetic, khối lượng/chiều dày hoặc cường độ kéo của vật liệu có thể ảnh hưởng đáng kể đến \(RF_{ID}\). Tuy nhiên, đối với lưới địa kỹ thuật polyester có phủ (coated polyester geogrids), chiều dày lớp phủ có thể lấn át ảnh hưởng của khối lượng hoặc chiều dày đơn vị sản phẩm lên \(RF_{ID}\).

3.5.2.c Hệ số giảm do creep, \(RF_{CR}\)

Hệ số giảm do creep được dùng để giới hạn tải trong cốt xuống mức gọi là “giới hạn creep”, bảo đảm rằng biến dạng kéo dài và phá hoại do creep không xảy ra trong suốt tuổi thọ công trình. Cường độ giới hạn creep do đó tương tự như giới hạn chảy của thép. Creep về bản chất là một quá trình biến dạng dài hạn. Khi tải được đặt lên, các chuỗi phân tử dịch chuyển tương đối với nhau bằng cách duỗi thẳng các đoạn chuỗi gấp khúc hoặc cong, hoặc bằng cách phá vỡ các liên kết giữa các phân tử, dẫn đến không mất cường độ nhưng làm tăng biến dạng kéo dài.

Cuối cùng, nếu mức tải đủ cao (tức là tải không đổi gần giới hạn creep), các chuỗi phân tử không thể tiếp tục duỗi/thẳng thêm mà không bị đứt. Sự suy giảm sức kháng đáng kể chỉ xảy ra khi quá trình duỗi/trượt này bị “cạn kiệt”. Nếu tải đủ lớn, các chuỗi phân tử bị đứt, và cả biến dạng kéo dài lẫn suy giảm cường độ đều tăng lên với tốc độ ngày càng lớn, cuối cùng dẫn đến phá hoại. Nói chung, sự suy giảm cường độ này chỉ xảy ra gần cuối tuổi thọ thiết kế của vải địa kỹ thuật (geosynthetic) dưới một mức tải nhất định.

Hệ số giảm do creep được xác định từ thí nghiệm creep trong phòng dài hạn như trình bày trong Phụ lục D. Thí nghiệm creep về bản chất là thí nghiệm tải không đổi trên nhiều mẫu sản phẩm, được gia tải đến các tỷ lệ khác nhau của tải phá hủy của sản phẩm, trong các khoảng thời gian lên đến 10 000 giờ. Khi thí nghiệm creep có thể dùng một trong hai cách tiếp cận: 1) thí nghiệm creep “thông thường” theo ASTM D5262, hoặc 2) kết hợp Phương pháp Đẳng nhiệt Bậc thang (Stepped Isothermal Method – SIM) theo ASTM D6992, là phương pháp gia tốc dùng tăng nhiệt độ theo bậc để cho phép tiến hành thí nghiệm trong vài ngày, cùng với thí nghiệm creep “thông thường”. Hệ số giảm do creep là tỷ số giữa tải cực hạn và tải tối đa bền vững được ngoại suy (tức giới hạn phá hoại do creep) trong suốt tuổi thọ thiết kế của công trình (ví dụ, vài năm đối với công trình tạm, 75 đến 100 năm đối với công trình vĩnh cửu).

Các khoảng giá trị điển hình của \(RF_CR\) theo loại polymer như sau:

• Loại polymer: Polyester (PET) — Hệ số giảm do creep: 2.5 đến 1.6
• Loại polymer: Polypropylene (PP) — Hệ số giảm do creep: 5 đến 4.0
• Loại polymer: High Density Polyethylene (HDPE) — Hệ số giảm do creep: 5 đến 2.6

3.5.2.d Hệ số giảm do độ bền lâu dài, \(RF_D\)

Hệ số giảm này phụ thuộc vào mức độ nhạy cảm của vải địa kỹ thuật đối với tấn công bởi hóa chất, oxi hóa nhiệt, thủy phân, nứt do ứng suất môi trường và vi sinh vật, và thông thường có thể thay đổi trong khoảng từ 1.1 đến 2.0.

Thông thường, các sản phẩm polyester (PET) dễ bị giảm cường độ do già hóa bởi hiện tượng thủy phân (phải có nước hiện diện). Quá trình thủy phân và sự hòa tan sợi tạo ra sau đó sẽ tăng tốc trong môi trường kiềm, khi mức độ bão hòa nước của đất xung quanh cao, và khi nhiệt độ tăng. Các sản phẩm polyolefin (PP và HDPE) dễ bị mất cường độ do già hóa bởi quá trình oxy hóa (tiếp xúc với oxy). Mức oxy trong khối đất đắp có cốt là hàm của độ rỗng của đất, vị trí mực nước ngầm và các yếu tố khác, và đã được xác định là hơi thấp hơn mức oxy trong khí quyển (21 phần trăm). Do đó, quá trình oxy hóa các vật liệu địa kỹ thuật chôn trong đất có thể xảy ra với tốc độ tương đương như khi chúng nằm trên mặt đất. Sự oxy hóa được tăng tốc bởi sự hiện diện của các kim loại chuyển tiếp (Fe, Cu, Mn, Co, Cr) trong khối đất đắp có cốt, như trong các đất sunfat acid (ví dụ: pyrit), các lớp đắp bằng xỉ và xỉ than, các loại chất thải công nghiệp khác hoặc bãi thải quặng có chứa kim loại chuyển tiếp, và bởi nhiệt độ cao. Cần lưu ý rằng khả năng kháng oxy hóa của các vật liệu địa kỹ thuật polyolefin chủ yếu phụ thuộc vào gói chất chống oxy hóa độc quyền được bổ sung vào nhựa nền, và gói này khác nhau giữa các nhãn hiệu sản phẩm, ngay cả khi được chế tạo từ cùng một loại nhựa nền.

Khả năng kháng tương đối của các loại polymer đối với các môi trường (chế độ tác động) đã được xác định này được trình bày trong Bảng 3-10, nhờ đó có thể lựa chọn phù hợp với các môi trường trong đất đã nêu.

Bảng 3-10. Khả năng kháng dự kiến của các loại polymer đối với các môi trường cụ thể.

Môi trường đất (Soil Environment)	Polymer
	PET	PE	PP
Đất sunfat acid (Acid Sulphate Soils)	NE	ETR	ETR
Đất hữu cơ (Organic Soils)	NE	NE	NE
Đất mặn, pH < 9 (Saline Soils pH < 9)	NE	NE	NE
Đất giàu sắt (Ferruginous Soils)	NE	ETR	ETR
Đất nhiều cacbonat (Calcareous Soils)	NE	NE	NE
Đất cải tạo/vôi, xi măng (Modified Soils/Lime, Cement)	ETR	NE	NE
Đất kiềm, pH > 9 (Sodic Soils, pH > 9)	ETR	NE	NE
Đất có kim loại chuyển tiếp (Soils with Transition Metals)	NE	ETR	ETR
NE = No Effect (không ảnh hưởng) ETR = Exposure Tests Required (cần thí nghiệm phơi nhiễm)

Hầu hết cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật được chôn trong đất, do đó độ bền với tia cực tím (UV) chỉ là vấn đề đáng quan tâm trong giai đoạn thi công và khi vải địa kỹ thuật được dùng để bọc mặt tường hoặc mặt mái dốc. Nếu được sử dụng ở các vị trí lộ thiên, vải địa kỹ thuật cần được bảo vệ bằng các lớp phủ hoặc các đơn vị tấm ốp để tránh bị suy thoái. Các thí nghiệm UV (ASTM D4355) với thời gian kéo dài hơn thời lượng thí nghiệm tiêu chuẩn 500 giờ cần được thực hiện trên những vật liệu sẽ bị phơi ra trực tiếp trong thời gian dài (hơn vài tháng) để đánh giá tuổi thọ thiết kế dự kiến của vật liệu. Cũng có thể xem xét dùng lớp phủ thực vật trong trường hợp vải địa kỹ thuật dệt thưa hoặc geogrid. Các loại vật liệu địa kỹ thuật dày có chất ổn định tia cực tím có thể để lộ thiên nhiều năm hoặc lâu hơn mà không cần bảo vệ; tuy nhiên cần dự trù công tác bảo trì dài hạn do cả suy thoái UV và khả năng bị phá hoại do con người.

Các quy trình thí nghiệm để xác định hệ số giảm này đã được đề xuất và trình bày chi tiết trong FHWA RD-97-144 (Elias và các cộng sự, 1999). Nói chung, đối với polyolefin, quy trình gồm việc gia hóa mẫu polyolefin (PP và HDPE) trong lò nung để tăng tốc quá trình oxy hóa và đo mức suy giảm cường độ của chúng như một hàm của thời gian, nhiệt độ và nồng độ oxy. Các số liệu ở nhiệt độ cao này sau đó phải được ngoại suy về một nhiệt độ phù hợp với điều kiện thực tế ngoài hiện trường. Đối với polyester (PET), quá trình già hóa được thực hiện trong môi trường nước với pH thay đổi và nhiệt độ tương đối cao để tăng tốc quá trình thủy phân, sau đó cũng ngoại suy số liệu về nhiệt độ phù hợp với điều kiện hiện trường. Để có giải thích chi tiết hơn, xem tài liệu hướng dẫn đi kèm về ăn mòn/suy thoái, FHWA NHI-09-087 (Elias và các cộng sự, 2009).

Do bản chất dài hạn của các quy trình đánh giá độ bền này (có thể cần 2 đến 3 năm để hoàn thành các thí nghiệm như vậy), nên nhìn chung không thực tế khi tiến hành các thí nghiệm này cho các thiết kế gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật thông dụng, mà thích hợp hơn cho các hoạt động nghiên cứu. Tuy nhiên, các thí nghiệm chỉ số ngắn hạn có thể được thực hiện như các chỉ báo về khả năng bền lâu dài tốt, dựa trên mối tương quan với các kết quả nghiên cứu dài hạn đã thu được và được báo cáo bởi Elias và các cộng sự (1999). Các kết quả thí nghiệm chỉ số như vậy, kết hợp với tiêu chí áp dụng cho kết quả thí nghiệm có thể được xem là biểu hiện của khả năng làm việc tốt về lâu dài, có thể dùng để biện minh cho việc sử dụng một giá trị mặc định cho \(RF_D\), dùng trong việc xác định \(T_{al}\).

Các khuyến nghị sau đây được nêu trong tài liệu đi kèm này liên quan đến việc xác định hệ số \(RF_D\). Về suy giảm do già hóa, các kết quả nghiên cứu hiện tại gợi ý như sau.

Vật liệu địa kỹ thuật polyester (Polyester Geosynthetics)
Vải địa kỹ thuật PET được khuyến nghị chỉ sử dụng trong các môi trường có đặc trưng 3 < pH < 9. Các hệ số giảm do già hóa PET \(RF_D\) nêu trong Bảng 3-11 được xây dựng cho tuổi thọ thiết kế 100 năm trong trường hợp không có các thí nghiệm dài hạn riêng cho từng sản phẩm. Dựa trên các kết quả nghiên cứu này, đối với cốt gia cường bằng polyester, tiêu chuẩn AASHTO LRFD khuyến nghị khối lượng phân tử trung bình theo số tối thiểu là 25000 và hàm lượng nhóm tận cùng cacboxyl (CEG) tối đa là 30 để cho phép sử dụng một hệ số giảm mặc định cho độ bền lâu dài.

Vật liệu địa kỹ thuật polyolefin (Polyester Geosynthetics)
Để giảm các quá trình suy thoái do nhiệt và oxy hóa, các sản phẩm polyolefin (tức PP và HDPE) được ổn định bằng cách bổ sung chất chống oxy hóa, vừa để ổn định trong quá trình gia công vừa để ổn định chức năng lâu dài. Các gói chất chống oxy hóa này là độc quyền của từng nhà sản xuất, và loại, lượng cũng như hiệu quả của chúng thì khác nhau. Nếu không còn lượng chất chống oxy hóa dư (sau khi gia công), các sản phẩm PP sẽ dễ bị oxy hóa và suy giảm cường độ đáng kể trong khoảng tuổi thọ thiết kế dự kiến 75 đến 100 năm ở 20°C. Các số liệu hiện tại cho thấy PP không được ổn định có thời gian bán rã dưới 50 năm.

Bảng 3-11. Hệ số giảm do độ bền lâu dài (già hóa) cho PET.

Sản phẩma (Product)	Hệ số giảm do độ bền lâu dài, RFD (Durability Reduction Factor, RFD)
	5 ≤ pH ≤ 8	3b < pH ≤ 5 8 ≤ pH < 9
Vải địa kỹ thuật (Geotextiles) Mn < 20 000, 40 < CEG < 50	1.6	2.0
Geogrid có phủ, vải địa kỹ thuật (Coated geogrids, Geotextiles) Mn > 25 000, CEG < 30	1.15	1.3
Mn = number average molecular weight (khối lượng phân tử trung bình theo số) CEG = carboxyl end group (nhóm tận cùng cacboxyl) Ghi chú (Notes): a. Việc sử dụng vật liệu nằm ngoài khoảng chỉ tiêu phân tử nêu trên cần có thí nghiệm riêng cho sản phẩm. Không khuyến nghị sử dụng sản phẩm ngoài khoảng 3 < pH < 9. b. Giới hạn pH thấp hơn cho các ứng dụng vĩnh cửu là 4.5 và giới hạn pH thấp hơn cho các ứng dụng tạm thời là 3, theo Điều 11.10.6.4.2b (AASHTO, 2007).

Do đó, tuổi thọ chức năng dự kiến của một vải địa kỹ thuật PP phần lớn phụ thuộc vào loại và mức chất chống oxy hóa sau sản xuất, cũng như tốc độ tiêu hao chất chống oxy hóa về sau. Mức tiêu hao chất chống oxy hóa lại liên quan đến hàm lượng oxy trong đất, mà trong khối đất đắp thì chỉ thấp hơn một chút so với ngoài khí quyển.

Phần thảo luận chi tiết về hiệu quả của thí nghiệm già hóa trong lò và các quy trình khác nhằm ước tính suy giảm cường độ dài hạn do kết hợp giữa già hóa nhiệt và suy thoái oxy hóa của các polyolefin khác nhau được trình bày trong Elias và cs. (1999) và Elias và cs. (2009). Hiện nay, các thí nghiệm chỉ số và các tiêu chí đánh giá kết quả có thể được xem là chỉ thị cho độ bền lâu dài đủ tốt bao gồm các thí nghiệm già hóa trong lò ở nhiệt độ tương đối cao nhưng thời gian ngắn hơn (ENV ISO 13438:1999) và các thí nghiệm suy thoái do UV (tức ASTM D4355). Tiêu chuẩn AASHTO LRFD hiện chỉ quy định yêu cầu đối với thí nghiệm UV như một chỉ thị gián tiếp về sự hiện diện của lượng chất chống oxy hóa dư dài hạn, yêu cầu các polyolefin phải giữ được tối thiểu 70 phần trăm cường độ sau 500 giờ trong thiết bị thời tiết hóa theo ASTM D4355. Ngoài ra, ở châu Âu và trong chương trình thử nghiệm NTPEP, các thí nghiệm già hóa trong lò cũng được yêu cầu để biện minh cho việc sử dụng giá trị mặc định của \(RF_D\) cho polyolefin.

Đối với cả polyester và polyolefin, nếu các tiêu chí thí nghiệm chỉ số này được thỏa mãn, có thể sử dụng giá trị \(RF_D\) mặc định bằng 1.3 để xác định \(T_{al}\) cho mục đích thiết kế. Các tiêu chí chỉ số này được tóm tắt trong Bảng 3-12. Nếu nhiệt độ hiệu dụng của đất tại hiện trường dự kiến vào khoảng 85°F (30°C) ± vài độ, cần xem xét sử dụng hệ số giảm mặc định lớn hơn cho \(RF_D\).

Nứt do ứng suất môi trường (environmental stress cracking) là một hiện tượng già hóa thực ra liên quan đến creep nhiều không kém gì đến độ bền lâu dài. Trong một số môi trường nhất định, chẳng hạn khi có mặt chất hoạt động bề mặt, quá trình phá hoại do creep – thông qua việc làm cho các mạch phân tử “ràng buộc” dễ bị kéo tuột khỏi cấu trúc tinh thể – có thể bị tăng tốc, cho phép các vết nứt trong polymer hình thành và dẫn đến phá hoại sớm. Thông tin bổ sung về hiện tượng này được trình bày trong Elias và các cộng sự (2009). Đối với hầu hết các điều kiện trong đất, các hóa chất cần thiết để gây ra hiện tượng này thường không hiện diện, và kết quả từ thí nghiệm creep trong phòng là đủ để xét đến sự suy giảm cường độ dưới tải không đổi.

Bảng 3-12. Các yêu cầu tối thiểu để sử dụng hệ số giảm do độ bền lâu
dài mặc định (RF_D) cho cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật chính.

Loại polymer	Đặc tính	Phương pháp thí nghiệm	Tiêu chí cho phép dùng RFD mặc định
Polypropylene và Polyethylene	Khả năng kháng oxy hóa do tia UV	ASTM D4355	Cường độ còn lại tối thiểu 70 % sau 500 giờ trong thiết bị thời tiết hóa
Polyester	Khả năng kháng oxy hóa do tia UV	ASTM D4355	Cường độ còn lại tối thiểu 50 % sau 500 giờ trong thiết bị thời tiết hóa nếu vật liệu địa kỹ thuật được chôn lấp trong vòng một tuần; 70 % nếu để lộ thiên hơn một tuần
Polypropylene và Polyethylene	Khả năng kháng oxy hóa do nhiệt	ENV ISO 13438:1999, Phương pháp A (Polypropylene) hoặc B (Polyethylene)	Cường độ còn lại tối thiểu 50 % sau 28 ngày (PP) hoặc 56 ngày (HDPE)
Polyester	Khả năng kháng thủy phân	Phương pháp độ nhớt nội tại (ASTM D4603 và GRI GG8), hoặc xác định trực tiếp bằng sắc ký thấm gel	Khối lượng phân tử trung bình theo số (Mn) tối thiểu 25 000
Polyester	Khả năng kháng thủy phân	GRI GG7	Số nhóm tận cùng cacboxyl tối đa 30
Tất cả polymer1	Khả năng tồn tại khi thi công	Khối lượng trên một đơn vị diện tích, ASTM D5261	Tối thiểu 8 oz/yd² (270 g/m²)
Tất cả polymer	Tỷ lệ vật liệu tái chế sau tiêu dùng theo khối lượng	Chứng nhận loại vật liệu sử dụng	Tối đa 0 %
1 Có thể sử dụng RFD mặc định = 1.3 nếu đã thực hiện thí nghiệm hư hại do thi công riêng cho sản phẩm và xác định được rằng RFD ≤ 1.7, đồng thời các yêu cầu khác trong Bảng 3-12 đều được thỏa mãn.

Lưu ý rằng suy thoái sinh học do vi sinh vật hiếm khi là vấn đề đáng quan tâm, vì hầu hết các sản phẩm cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật chỉ chứa các polymer có khối lượng phân tử lớn, và các tác nhân sinh học rất khó tìm được các đầu mạch phân tử để bắt đầu “tiêu thụ” polymer. Do đó, suy thoái sinh học thường không được xét đến khi xác định \(RF_D\).

3.5.2.e Hệ số giảm do độ bền lâu dài, \(RF_D\), tại khối mặt tường (Wall Face Unit)

Như đã nêu ở Mục 4.4.7.i về Cường độ liên kết, hệ số già hóa môi trường dài hạn \(RF_D\) có thể khác đáng kể so với hệ số dùng để tính toán sức kháng dài hạn danh định trong đất \(T_{al}\). Đối với các ứng dụng này, khuyến nghị việc sử dụng polyester chỉ giới hạn trong khoảng pH > 3 và < 9, như nêu trong Bảng 3-11.

Một mối quan ngại đặc biệt là việc sử dụng cốt gia cường geogrid và vải địa kỹ thuật bằng polyester với các tấm ốp bê tông, do môi trường có pH cao tiềm tàng. Geogrid và vải địa kỹ thuật PET không nên được đúc ngầm trong bê tông để tạo liên kết, vì có khả năng xảy ra suy thoái hóa học.

Việc sử dụng cốt PET nối với các khối MBW đúc khô bằng cách đặt lớp cốt giữa các khối có thể chịu thêm sự suy giảm cường độ. Một nghiên cứu quan trắc hiện trường do FHWA tài trợ nhằm khảo sát điều kiện pH bên trong và xung quanh các khối MBW đã được thực hiện (Koerner và cs., 2000), cung cấp một cơ sở dữ liệu lớn về các đo đạc pH của 25 công trình tường MSE tại Hoa Kỳ. Kết quả cho thấy chế độ pH trong các khối ở vùng liên kết chỉ thỉnh thoảng vượt quá 9 và chỉ trong vài năm đầu. Sau đó, pH giảm về mức pH của đất đắp xung quanh (Koerner và cs., 2000). Do vậy, có vẻ như đối với geogrid PET có phủ, không cần áp dụng thêm giảm trừ nào nữa. Đối với vải địa kỹ thuật, nên xem xét một mức giảm nhỏ bổ sung để tính đến vài năm đầu khi pH vượt quá 9.

Cần thận trọng trong các trường hợp các khối MBW sẽ bị bão hòa nước trong thời gian dài, như các kết cấu trong hồ hoặc suối. Đối với các trường hợp này, cần tiến hành các thí nghiệm pH dài hạn trên khối bão hòa. Nếu pH vượt quá 9, không nên sử dụng cốt polyester trong đoạn kết cấu đó.

3.5.2.f Hệ số sức kháng LRFD cho cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật, ϕ

Hệ số sức kháng cho cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật tính đến khả năng quá tải cục bộ do phân bố tải không đều và các bất định trong cường độ cốt gia cường dài hạn. Đối với trạng thái giới hạn Cường độ I, sử dụng hệ số sức kháng ϕ = 0.90 cho cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật (xem Bảng 4-7). Giá trị này lớn hơn các hệ số sức kháng cho cốt thép do bản chất dẻo của hệ thống vật liệu địa kỹ thuật tại trạng thái phá hoại cuối cùng.

Hệ số sức kháng khuyến nghị ϕ = 0.90 có thể được biện minh thêm bằng cách xét các điểm sau:

• Đối với cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật, đất đắp được gia cường sẽ khống chế mức biến dạng trong cốt; đối với đất hạt thô, biến dạng này bị giới hạn ở mức nhỏ hơn đáng kể so với biến dạng phá hoại của bản thân cốt. Vì vậy, ngay cả ở trạng thái giới hạn, quá tải của cốt địa kỹ thuật sẽ gây ra biến dạng có thể quan sát được và tăng dần theo thời gian trong hệ tường, hơn là gây sập đột ngột.
• Các đặc tính dài hạn của vật liệu địa kỹ thuật, dù dựa trên số liệu còn hạn chế, được cải thiện đáng kể khi chúng bị giam giữ trong đất. Hiện nay, hiệu ứng “giam giữ” này chưa được xét đến khi xây dựng sức kháng danh định dài hạn.
• Các đo đạc ứng suất trong tường MSE có gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật thường xuyên cho thấy mức ứng suất thấp hơn so với giá trị dùng trong thiết kế như trình bày ở Chương 4.

Lưu ý rằng \(T_{al}\) được dùng cho thiết kế các kết cấu RSS khi phân tích cân bằng giới hạn và tính hệ số an toàn chống mất ổn định.

3.5.2.g Hệ số giảm cho thiết kế sơ bộ, RF

Đối với thiết kế sơ bộ các công trình vĩnh cửu, hoặc cho những ứng dụng do người dùng xác định là nếu xảy ra làm việc kém hoặc phá hoại thì hậu quả không nghiêm trọng, sức kháng kéo dài hạn danh định \(T_al\) có thể được đánh giá mà không cần số liệu riêng cho từng sản phẩm, như sau:

\[
T_{al} = \frac{T_{ult}}{RF} = \frac{T_{ult}}{7} \tag{3-13}
\]

Ngoài ra, RF = 7 chỉ nên áp dụng (tức là không dùng Công thức 3-13 nếu không thỏa các điều kiện sau) cho các dự án mà môi trường dự án thỏa các yêu cầu:

• Đất hạt rời (cát, sỏi) dùng trong thể tích đất đắp được gia cường.
• 4.5 ≤ pH ≤ 9.
• Nhiệt độ tại hiện trường ≤ 85°F (30°C).
• Kích thước hạt lớn nhất của đất đắp là 3/4 inch (19 mm).
• Chiều cao tường MSEW tối đa là 35 ft (10 m).
• Chiều cao RSS tối đa là 50 ft (15 m).

Nhiệt độ tại hiện trường được định nghĩa là nhiệt độ bằng trung bình của nhiệt độ không khí trung bình năm và nhiệt độ không khí trung bình ngày trong tháng nóng nhất tại vị trí công trình.

RF = 7 được thiết lập bằng cách nhân các hệ số giảm riêng phần cận dưới thu được từ các số liệu thí nghiệm hiện có, cho các sản phẩm đáp ứng các yêu cầu tối thiểu trong Bảng 3-13. Cần lưu ý rằng Tổng hệ số giảm có thể được giảm đáng kể khi có số liệu thí nghiệm phù hợp. Không hiếm trường hợp các sản phẩm có số liệu về creep, hư hại do thi công và già hóa cho phép xây dựng Tổng hệ số giảm trong khoảng từ 3 đến 6, hoặc thậm chí nhỏ hơn khi xuất hiện các vật liệu mới.

Đối với các ứng dụng tạm thời mà nếu xảy ra làm việc kém hoặc phá hoại thì hậu quả không nghiêm trọng, có thể xem xét dùng giá trị RF mặc định bằng 3.5 thay vì 7.

Bảng 3-13. Các yêu cầu tối thiểu để sử dụng Hệ số giảm thiết kế sơ bộ
cho cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật chính.

Loại polymer	Đặc tính	Phương pháp thí nghiệm	Tiêu chí cho phép dùng RF mặc định
Polypropylene	Khả năng kháng oxy hóa do tia UV	ASTM D4355	Cường độ còn lại tối thiểu 70 % sau 500 giờ trong thiết bị thời tiết hóa
Polyethylene	Khả năng kháng oxy hóa do tia UV	ASTM D4355	Cường độ còn lại tối thiểu 70 % sau 500 giờ trong thiết bị thời tiết hóa
Polyester	Khả năng kháng thủy phân	Phương pháp độ nhớt nội tại (ASTM D4603) với hiệu chỉnh tương quan hoặc xác định trực tiếp bằng sắc ký thấm gel	Khối lượng phân tử trung bình theo số (Mn) tối thiểu 25 000
Polyester	Khả năng kháng thủy phân	GRI GG7	Số nhóm tận cùng cacboxyl tối đa 30
Tất cả polymer	Khả năng tồn tại khi thi công	Khối lượng trên một đơn vị diện tích, ASTM D5261	Tối thiểu 8 oz/yd² (270 g/m²)
Tất cả polymer	Tỷ lệ vật liệu tái chế sau tiêu dùng theo khối lượng	Chứng nhận loại vật liệu sử dụng	Tối đa 0 %

3.5.2.h Trạng thái giới hạn sử dụng (Serviceability Limit State)

Các yêu cầu về chuyển vị/biến dạng ở trạng thái giới hạn sử dụng đối với cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật được thỏa mãn thông qua việc sử dụng các mức ứng suất thấp, là kết quả của các hệ số giảm kết hợp với tác dụng hạn chế biến dạng vốn có của đất hạt rời. Liên quan đến giới hạn biến dạng trong cốt, các phương pháp ước tính biến dạng hiện nay rất khác nhau và chưa có sự đồng thuận về một phương pháp phân tích thích hợp có khả năng mô phỏng biến dạng trong kết cấu. Các đo đạc trên những công trình thực tế có gắn thiết bị quan trắc liên tục cho thấy mức biến dạng trong cốt luôn nhỏ hơn rất nhiều (thường nhỏ hơn 1 %) so với giá trị dự đoán bởi đa số các phương pháp phân tích hiện nay. Vì vậy, cho đến khi thống nhất được một phương pháp xác định thích hợp, khuyến nghị không áp dụng yêu cầu giới hạn biến dạng đối với cốt gia cường.

3.6 Vật liệu mặt tường

Các khía cạnh về vật liệu của các loại mặt tường khác nhau dùng cho kết cấu tường MSE được trình bày dưới đây theo từng loại mặt tường. Các kích thước điển hình, quy trình sản xuất và kiểm soát, chi tiết cấu tạo, độ bền lâu dài và các vật liệu liên quan được thảo luận. Yếu tố thẩm mỹ đã được đề cập trong Chương 2. Độ dung sai của các tấm đúc sẵn đối với lún đã được trình bày trong Mục 2.8.3. Các khía cạnh thiết kế của những loại mặt tường được sử dụng phổ biến hơn được đề cập trong Mục 4.4.8. Các yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật được trình bày trong Chương 10.

3.6.1 Tấm bê tông đúc sẵn (Precast Concrete Panels)

3.6.1.a Tấm lắp ghép (Segmental Panels)

Các tấm bê tông đúc sẵn lắp ghép thường có hình vuông hoặc hình chữ nhật, với chiều dày điển hình từ 5 đến 8 in (125 đến 200 mm), chiều cao 5 ft (1.5 m) và chiều rộng mặt trước 5 hoặc 10 ft (1.5 hoặc 3 m). Cũng có thể sử dụng các tấm có hình dạng mặt trước chữ thập, hình thoi hoặc lục giác. Các tấm thường được đúc với mặt lộ thiên quay xuống dưới, để có thể tạo bề mặt nhẵn hoặc hoàn thiện bằng khuôn tạo hình. Tấm cũng có thể được hoàn thiện với bề mặt lộ cốt liệu. Các cạnh của những tấm kề nhau được đúc với mối nối phẳng, mối nối dạng mí chồng (shiplap), hoặc mối nối mộng–lưỡi (tongue-and-groove).

Các cơ quan quản lý cần kiểm tra vật liệu đầu vào, thành phần cấp phối và quy trình đúc sẵn giống như đối với các cấu kiện bê tông đúc sẵn kết cấu khác. Thông thường, các cơ quan này đã xem xét và phê duyệt các hạng mục đó cho từng nhà máy đúc sẵn cụ thể. Các tấm thường do một đơn vị đúc sẵn địa phương sản xuất cho nhà cung cấp tường, với bộ khuôn do nhà cung cấp tường cung cấp. Cần kiểm tra kích thước khuôn, vị trí cốt thép và vị trí các chi tiết liên kết để bảo đảm phù hợp với kiểm soát chất lượng và dung sai của nhà cung cấp. Các đơn vị tấm phải được đỡ hoàn toàn cho đến khi bê tông đạt cường độ nén tối thiểu 1000 psi (6.9 MPa). Các tấm có thể được vận chuyển sau khi đạt cường độ nén tối thiểu 3400 psi (23.4 MPa). Tùy theo lựa chọn của nhà thầu, tấm có thể được lắp dựng sau khi bê tông đạt cường độ nén tối thiểu 3400 psi (23.4 MPa). Bê tông phải đạt cường độ nén tối thiểu 4000 psi (27.6 MPa) tại 28 ngày. Cốt thép chịu kéo và các yêu cầu về nhiệt độ phải được thiết kế phù hợp với Mục 5 của Tiêu chuẩn AASHTO LRFD cho Cầu đường bộ (2007).

Phụ kiện liên kết bằng kim loại được đúc sẵn trong panel và vươn ra khỏi mặt sau của panel để gắn với cốt đất không được đặt tiếp xúc trực tiếp với cốt đất bằng thép trong đất. Kiểu bố trí này có thể làm tăng tốc độ ăn mòn của cốt thép trong đất. Chỉ cho phép tiếp xúc trực tiếp khi cả hai có cùng lớp bảo vệ (ví dụ: mạ kẽm).

Bearing pads được đặt tại tất cả các mạch nối ngang (và chéo, nếu áp dụng) giữa các panel đúc sẵn lắp ghép kề nhau khi lắp dựng. Thông thường dùng 2 bearing pads với panel rộng 5 ft (1.5 m) và ít nhất 3 bearing pads với panel rộng 10 ft (3 m). Tối thiểu dùng 2 bearing pads cho mỗi mạch nối ngang của panel. Bearing pads được dùng để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu tải trọng tập trung / tập trung ứng suất giữa các panel kề nhau, và để đáp ứng biến dạng thẳng đứng nhỏ của các panel khi chiều cao tường tăng lên và đất đắp có cốt bị nén.

Bearing pads phải đáp ứng hoặc vượt các yêu cầu vật liệu sau:

• Các tấm cao su EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) định hình sẵn, phù hợp ASTM D2000 cấp (Grade) 2, loại (Type) A, lớp (Class) A, với độ cứng Durometer 60 ± 5.
• Các tấm HDPE (High Density Polyethylene) định hình sẵn, có khối lượng riêng tối thiểu 0.946 g/cm³, theo ASTM D1505.

Độ cứng (theo phương trục và phương ngang), kích thước và số lượng bearing pads phải được xác định sao cho độ mở mạch nối cuối cùng không nhỏ hơn bề rộng mạch nối yêu cầu sau khi bị nén (ví dụ: 1/2 in. (12.7 mm)), trừ khi trên bản vẽ có chỉ dẫn khác. Đơn vị thiết kế tường MSE phải nộp các tính toán chứng minh để kiểm tra độ cứng (theo phương trục và phương ngang), kích thước và số lượng bearing pads, với giả thiết tối thiểu là tải trọng thẳng đứng tại một mạch nối bất kỳ bằng 2 lần trọng lượng của các tấm/panel mặt tường nằm ngay phía trên cao độ đó. Là một phần của các tính toán chứng minh, đơn vị thiết kế tường MSE phải nộp kết quả thí nghiệm phòng đã được chứng nhận dưới dạng các đường cong tải trọng thẳng đứng – biến dạng thẳng đứng và tải trọng thẳng đứng – biến dạng ngang cho đúng loại bearing pad cụ thể do đơn vị thiết kế tường MSE đề xuất. Đường cong tải trọng thẳng đứng – biến dạng thẳng đứng phải kéo dài vượt quá điểm chảy (yield point) đầu tiên của bearing pad đề xuất.

3.6.1.b Các tấm toàn chiều cao (Full-Height Panels)

Kích thước điển hình của tấm toàn chiều cao là dày 6 đến 8 in. (150 đến 200 mm) và rộng 8 hoặc 10 ft (2.4 đến 3 m). Tường chỉ dùng các tấm toàn chiều cao đơn đã được xây dựng với chiều cao xấp xỉ 32 ft (10 m). Các tấm toàn chiều cao được chống đỡ từ ngoài cho đến khi đất gia cường phía sau đạt từ 2/3 đến toàn bộ chiều cao tường.

Các tấm toàn chiều cao không cho phép điều chỉnh thẳng hàng và xoay mặt tường trong quá trình thi công tốt như các tấm lắp ghép. Các bearing pad (miếng đệm) cũng không được sử dụng để bù lún đàn hồi của khối đất đắp gia cường, do đó chi tiết liên kết và sức kháng của liên kết phải chịu được biến dạng này. Vì vậy, nếu sử dụng tấm toàn chiều cao, các cơ quan quản lý nên quy định yêu cầu về kinh nghiệm đối với nhà cung cấp tường, người thiết kế tường (nếu khác với nhà cung cấp) và nhà thầu thi công tường. Ngoài ra, chiều cao tối đa nên giới hạn khoảng 32 ft (10 m) hoặc thấp hơn.

Công tác kiểm soát của cơ quan quản lý tương tự như đối với tấm lắp ghép, ngoại trừ việc các tấm toàn chiều cao cao hơn thường có nhiều cao độ khác nhau của chi tiết neo cẩu được đúc sẵn trong tấm. Việc bốc xếp và lắp dựng tấm phải được giám sát để đảm bảo tấm không bị nứt do các thao tác này.

Không sử dụng bearing pads (miếng đệm) cho tấm toàn chiều cao. Do đó, luôn phải sử dụng đất đắp gia cường chất lượng cao cho tường dùng tấm toàn chiều cao. Mỗi hệ tường cụ thể cần nêu rõ cách thức thiết kế liên kết với cốt để chịu được lún đàn hồi của đất đắp.

(không sử dụng bearing pad)

Tại sao không dùng bearing pads với full-height panels?

Với hệ MBW/full-height panels, các tấm/panel (hoặc các đơn vị mặt tường) được thiết kế để tỳ trực tiếp lên nhau và “làm việc” cùng với lớp đất đắp có cốt phía sau. Nếu chèn bearing pads vào giữa các panel:

• Thay đổi cơ chế truyền lực: pad mềm/compressible làm “mất” tiếp xúc cứng, có thể gây lệch/độ nghiêng và phân bố ứng suất không như giả thiết thiết kế.
• Tăng nguy cơ biến dạng không đều: pad nén khác nhau theo vị trí → dễ tạo bậc, khe hở, hoặc tập trung ứng suất tại một số điểm.
• Không cần thiết/không tương thích với chi tiết liên kết: nhiều hệ dùng liên kết + ma sát + tựa giữa panel và đất đắp; pad có thể làm giảm “khóa” hình học/ma sát hoặc gây khó kiểm soát cao độ khi lắp dựng.

Nói ngắn gọn: bearing pads có thể làm hệ mặt tường “mềm” và khó kiểm soát, trong khi full-height panels cần tiếp xúc ổn định và truyền lực rõ ràng.

(lún đàn hồi)

Elastic fill settlement = lún đàn hồi của đất đắp (đặc biệt là đất đắp có cốt) do đất bị nén đàn hồi khi chịu tải và trong quá trình đầm/thi công.

to tolerate elastic fill settlement = (liên kết cốt–mặt tường) phải chịu/cho phép được sự lún đàn hồi đó mà:
– không tạo biến dạng mặt tường quá mức.
– không làm hư hỏng liên kết,
– không gây nứt panel,
– không làm tuột/đứt cốt,

3.6.2 Các khối tường (Modular Block Wall Units)

Các đơn vị mặt tường kiểu khối ghép (MBW) của tường MSE có kích thước điển hình cao 4 đến 15 in (100 đến 375 mm), chiều dài mặt lộ thiên 8 đến 18 in. (200 đến 450 mm), và chiều sâu vuông góc với mặt tường 8 đến 24 in. (200 đến 600 mm). Các đơn vị MBW được sản xuất bằng quy trình chế tạo khối xây. Do đó, bê tông là loại đúc khô (dry-cast) và khác với các tấm đúc ướt, không được trộn phụ gia tạo bọt khí hoặc cốt thép. Các đơn vị này còn được gọi là các khối tường chắn lắp ghép “segmental retaining wall”

Có rất nhiều loại đơn vị MBW thương mại khác nhau, như đã nêu trong Mục 2.4.3. Thông thường các đơn vị này được sản xuất gần công trường bởi nhà sản xuất được cấp phép. Yêu cầu kiểm soát chất lượng và bảo đảm chất lượng thay đổi tùy theo bên cấp phép và bên nhận quyền. Vì vậy, các cơ quan quản lý phải kiểm soát vật liệu đầu vào, cấp phối và quy trình đúc, tương tự như đối với các cấu kiện bê tông đúc ướt kết cấu. Các khối khuôn hoặc khối đúc phải được kiểm tra dung sai kích thước. Nhiều đơn vị trong số này có mặt ngoài được tách (shear off) sau khi đúc để tạo bề mặt nhám giống đá nhằm mục đích thẩm mỹ.

Các đơn vị MBW bằng bê tông đúc khô dễ bị suy thoái do chu kỳ đóng băng–tan băng khi tiếp xúc với muối chống đóng băng và nhiệt độ lạnh. Điều này là vấn đề đáng quan ngại ở các bang phía bắc nơi sử dụng muối chống đóng băng. Một số nhà cung cấp đã phát triển các cấp phối bê tông với phụ gia và quy trình sản xuất giúp tạo ra các đơn vị có độ bền rất cao và chống suy thoái do đóng băng–tan băng.

Các tiêu chuẩn hiện hành trong Chương 10 đã được xây dựng để giải quyết vấn đề này và làm rõ các yêu cầu tùy theo mức độ nhạy cảm với điều kiện đóng băng–tan băng và tiếp xúc với muối.

Dựa trên kinh nghiệm sử dụng đạt hiệu quả tốt của một số cơ quan, ASTM C1372 – Tiêu chuẩn cho các đơn vị tường chắn dạng khối ghép (Segmental Retaining Wall Units) – nên được dùng làm mẫu, ngoại trừ việc cường độ nén của đơn vị block cần được tăng lên 4000 psi (28 MPa) nhằm cải thiện độ bền lâu dài; độ hút nước tối đa phải giới hạn ở 5 %, các yêu cầu về thí nghiệm đóng băng–tan băng phải được sửa đổi, và giới hạn dung sai phải được mở rộng.

Lưu ý rằng các yêu cầu về độ bền lâu dài nghiêm ngặt hơn đang được Sở Giao thông Minnesota (Mn/DOT) áp dụng dựa trên kinh nghiệm, nghiên cứu, điều kiện khí hậu và việc sử dụng muối chống đóng băng. Tiêu chí của Mn/DOT (2008) quy định rằng các đơn vị tường và nắp tường phải tuân theo ASTM C1372, ngoại trừ các mục trong Bảng 3-14.

Nhiều dự án nghiên cứu về độ bền đóng băng–tan băng và sự suy thoái của các đơn vị MBW đã được thực hiện. Các báo cáo hiện có từ FHWA (Chan và cs., 2007) và Đại học Minnesota (Embacher và cs., 2001a, b).

Khả năng kháng đóng băng–tan băng của các đơn vị MBW được thí nghiệm theo ASTM C1262. Các thí nghiệm này thường mất hơn 3 tháng để thực hiện. Do đó, chúng không phù hợp cho việc phê duyệt vật liệu cho từng dự án riêng lẻ, mà thích hợp hơn cho các cơ quan quản lý dùng để đánh giá và đưa các đơn vị MBW vào danh sách sản phẩm được chấp thuận.

Các đơn vị MBW được lắp dựng theo kiểu mạch so le (running bond). Lõi của các khối toàn chiều cao được đổ đầy cốt liệu trong quá trình lắp dựng, các khối thường được xếp khô (không dùng vữa) và được lắp theo cấu hình mạch so le. Các khối liền kề theo phương đứng có thể được liên kết bằng chốt, gờ, hoặc mộng khóa.

Cốt đất bằng geogrid thường được dùng với các khối MBW, mặc dù một số hệ thống dùng geotextile và một số dùng cốt đất dạng lưới thép (steel mat). Cốt đất được liên kết với các khối MBW thông qua liên kết ma sát, cơ học, hoặc kết hợp cơ học và ma sát. Bearing pads giữa các khối kề nhau theo phương đứng không được sử dụng với các khối MBW. Vì vậy, chi tiết cấu tạo và cường độ của liên kết, cũng như công tác đắp và đầm đất phải đáp ứng được biến dạng do nén đàn hồi của lớp đất đắp có cốt. Ở một số hệ thống, cốt địa tổng hợp được “kẹp” giữa các khối kề nhau theo phương đứng sẽ tạo lớp đệm, giúp phân bố tải trọng tỳ giữa các khối.

Bảng 3-14. Các yêu cầu bổ sung cho khối MBW trong điều kiện thời tiết lạnh do Mn/DOT (2008) khuyến nghị.

Mục	Tiêu chuẩn thí nghiệm	Yêu cầu
Cường độ nén	ASTM C140, ngoại trừ Mục 6.2.4 bị bỏ và thay bằng: “Mẫu thí nghiệm phải được cắt từ mặt hoàn thiện hoặc mặt sau của mỗi khối và cưa để loại bỏ các phần nhô trên bề mặt. Kích thước mẫu phải có tỷ số chiều cao trên chiều dày từ 2 đến 1 trước khi chụp đầu và tỷ số chiều dài trên chiều dày từ 4 đến 1. Mẫu phải được cắt từ khối sao cho chiều cao của mẫu trùng với chiều cao của khối. Không được phép thử nén trên khối nguyên.” Cường độ nén của mẫu được giả định là đại diện cho cường độ nén trên diện tích hữu hiệu của toàn bộ khối.	Tối thiểu 5 500 psi (38 MPa). Giá trị trung bình tối thiểu cho 3 mẫu: 5 800 psi (40 MPa).
Độ bền đóng băng–tan băng của khối tường	Độ bền đóng băng–tan băng của các khối tường thí nghiệm theo ASTM C1262 trong dung dịch muối 3 % phải đạt tối thiểu một trong các điều kiện sau:	Mức mất khối lượng trung bình của 5 mẫu thí nghiệm sau 90 chu kỳ không được vượt quá 1 % khối lượng ban đầu; hoặc Mức mất khối lượng trung bình của 4 mẫu có giá trị thấp nhất trong số 5 mẫu thí nghiệm sau 100 chu kỳ không được vượt quá 1,5 % khối lượng ban đầu. Kết quả thí nghiệm phải được ghi chép và báo cáo theo từng khoảng 10 chu kỳ, thể hiện khối lượng của tất cả các mẫu chứ không chỉ giá trị trung bình.
Độ bền đóng băng–tan băng của khối nắp tường	Độ bền đóng băng–tan băng của các khối nắp tường thí nghiệm theo ASTM C1262 trong dung dịch muối 3 % phải đạt tối thiểu một trong các điều kiện sau:	Mức mất khối lượng trung bình của 5 mẫu thí nghiệm sau 40 chu kỳ không được vượt quá 1 % khối lượng ban đầu; hoặc Mức mất khối lượng trung bình của 4 mẫu có giá trị thấp nhất trong số 5 mẫu thí nghiệm sau 50 chu kỳ không được vượt quá 1,5 % khối lượng ban đầu. Kết quả thí nghiệm phải được ghi chép và báo cáo theo từng khoảng 10 chu kỳ, thể hiện khối lượng của tất cả các mẫu chứ không chỉ giá trị trung bình.
Hình dạng khối nắp tường	—	Mặt trên phải được tạo dốc 1 in trên mỗi 10 in chiều ngang (1 mm trên mỗi 10 mm) từ trước ra sau, hoặc uốn cong vồng lên ở giữa.
Sơn/phủ bảo vệ bề mặt	Liên hệ Bộ phận Kỹ thuật Bê tông Mn/DOT, hoặc truy cập www.mrr.dot.state.mn.us/pavement/concreteproducts.asp để biết yêu cầu.	Tất cả tường chắn xây ghép phải được xử lý phủ bảo vệ bề mặt. Lớp phủ phải được áp dụng cho mặt trên, mặt trước hở và mặt sau của ba hàng khối trên cùng của tất cả các tường.

\(\\\)

Vì vậy, khuyến nghị các cơ quan/quản lý quy định yêu cầu về kinh nghiệm theo chiều cao tường đối với nhà cung cấp hệ tường, đơn vị thiết kế tường (nếu khác với nhà cung cấp hệ tường) và nhà thầu thi công tường khi sử dụng tường có mặt tường bằng các khối MBW. Ngoài ra, khuyến nghị chiều cao tối đa thường giới hạn khoảng 32 ft (10 m) hoặc thấp hơn, trừ khi có sử dụng setback (bậc giật lùi) để tách tải trọng tác dụng lên mặt tường. Với các tường cao không có setback, cần xử lý cụ thể trong thiết kế và chi tiết cấu tạo về tải tỳ giữa các khối và khả năng tập trung ứng suất do các biến đổi hình học dọc theo chiều dài tường. Thông thường, có thể thực hiện bằng bearing pads theo phương ngang hoặc các phần tử nén khác ở phần dưới của tường và/hoặc các mạch đứng để tách các biến đổi hình học.

Việc sử dụng cốt đất bằng geogrid polyester hoặc geotextile liên kết với các khối bê tông MBW đúc khô được trình bày ở Mục 3.5.2.e. Các khuyến nghị về thiết kế được nêu ở Mục 3.5.3.e.3, Hệ số giảm độ bền lâu (Durability Reduction Factor, RF_D), tại khối mặt tường.

MBW đúc khô (dry-cast MBW)

dry-cast MBW là khối tường MBW (Modular Block Wall) được sản xuất bằng công nghệ đúc khô/ép rung (dry-cast concrete, còn hay gọi zero-slump).

• “Dry-cast”: bê tông rất ít nước, dạng gần như “khô”, được đổ vào khuôn rồi ép rung/ép chặt để tạo hình và đạt cường độ.
• Khác với wet-cast: wet-cast dùng bê tông dẻo/độ sụt cao, đổ khuôn kiểu “ướt”.

Trong ngữ cảnh tường chắn lắp ghép, dry-cast MBW concrete units = các khối bê tông MBW đúc khô (ép rung).

3.6.3 Mặt tường lưới thép hàn

Lưới thép hàn (WWM) là loại mặt tường phổ biến cho tường và mái dốc tạm, và cũng được dùng cho tường và mái dốc vĩnh cửu. Đối với tường và mái dốc vĩnh cửu, WWM có thể là phần tử giữ đất chủ yếu ở mặt tường. Với các trường hợp này, sử dụng thép mạ kẽm. Cốt gia cường trong các kết cấu tạm thường phải được mạ kẽm nếu có khả năng tiếp xúc giữa cốt gia cường của kết cấu tạm và của một kết cấu vĩnh cửu (mạ kẽm). Ở một số kết cấu vĩnh cửu có cốt gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật cho thân tường và mái dốc, WWM được dùng như một cốp pha để lại tại chỗ, còn vải địa kỹ thuật là phần tử giữ đất chính ở mặt tường; với những trường hợp này thường dùng thép đen (không mạ). Hình 2-3 minh họa một tường tạm WWM sử dụng vải địa kỹ thuật giữ đất ở mặt tường.

Các mặt tường bằng thép cần được mạ kẽm tương tự như cốt thép mạ kẽm. Mạ kẽm nhúng nóng với lượng kẽm tối thiểu 2 oz/ft² sẽ bảo vệ thép trong điều kiện khí quyển trong khoảng 20 đến 50 năm (AGA, 2004). Thời gian 40 đến 50 năm được dự kiến cho các khu vực ngoại ô, 25 đến 30 năm cho khu vực ven biển, và khoảng 20 năm ở gần các khu công nghiệp nơi môi trường không khí có thể có tính axit. Tốc độ ăn mòn điển hình cho mặt thép không mạ kẽm là 1.0 mil/yr (25 µm/năm). Cần dùng tốc độ ăn mòn lớn hơn nhiều nếu mặt tường sẽ được phủ thực vật, nếu sử dụng muối chống đóng băng trên đường, nếu điều kiện khí quyển có tính ăn mòn như môi trường biển, hoặc nếu chất lượng không khí bị suy giảm do hoạt động công nghiệp lân cận. Nguy cơ ăn mòn có thể giảm bằng cách sử dụng lớp đá dăm hở lỗ rỗng ở mặt tường. Lưu ý rằng tốc độ ăn mòn 28 µm/năm nên áp dụng cho cốt thép thường (không mạ kẽm) nếu đất đắp gia cường không có tính ăn mòn hoặc chỉ hơi xâm thực, đối với tường tạm.

Lưới thép (hardware cloth) đôi khi được dùng cùng với mặt tường lưới thép hàn để giữ vật liệu đắp có thể dễ bị ăn mòn (nếu bằng thép) hoặc suy thoái do bức xạ UV (nếu bằng vật liệu địa kỹ thuật). Người thiết kế nên giả định rằng lưới này sẽ suy thoái dần theo thời gian ở các tường vĩnh cửu, và lưới thép hàn (WWM) sẽ phải giữ đất đắp sát mặt tường, hoặc phải bảo trì (tức là sửa chữa, thay thế) lưới đó.

Đối với tường vĩnh cửu, khoảng cách đứng và ngang giữa các lớp cốt kim loại cho hệ tường mặt mềm (mặt tường bằng lưới thép hàn hoặc tương tự) không được vượt quá 18 in. Độ cứng của mặt tường và khoảng cách giữa các lớp cốt phải sao cho biến dạng ngang cục bộ lớn nhất giữa các lớp cốt trong đất bị giới hạn nhỏ hơn 1 đến 2 in., theo quy định của cơ quan quản lý. Biến dạng ngang cục bộ lớn nhất giữa các lớp cốt trong đất cũng nên giới hạn nhỏ hơn 1 đến 2 in. đối với tường tạm, tức là các tường có tuổi thọ khai thác đến 36 tháng. Khuyến nghị này đặc biệt quan trọng nếu tường tạm sẽ được tích hợp vào một kết cấu vĩnh cửu, ví dụ bị chôn trong khối đắp nền đường.

Hình thức bề mặt của mặt tường lưới thép hàn mạ kẽm đôi khi không phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ của một số dự án. Trong một số công trình, người ta nhuộm màu bề mặt lưới thép mạ kẽm để đạt được hiệu quả thẩm mỹ mong muốn.

3.6.4 Mặt tường quấn bằng vật liệu địa kỹ thuật

Các phần tử mặt tường bằng vật liệu địa kỹ thuật không được để lộ trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời (đặc biệt là bức xạ tử ngoại) đối với tường vĩnh cửu. Nếu các phần tử mặt tường này buộc phải lộ thiên dưới ánh nắng, cho dù là đối với kết cấu vĩnh cửu hay tạm thời, thì vật liệu địa kỹ thuật phải được ổn định để chống lại bức xạ tử ngoại. Ngoài ra, cần cung cấp số liệu thí nghiệm riêng cho sản phẩm, có thể ngoại suy cho tuổi thọ thiết kế dự kiến và chứng minh rằng sản phẩm có khả năng làm việc như yêu cầu trong môi trường lộ thiên. Lớp phủ thực vật cung cấp một phần bảo vệ khỏi tia UV và trong nhiều trường hợp, lớp phủ thực vật tốt có thể ngăn hoàn toàn việc phơi sáng. Hoặc, phải xây dựng thêm một lớp mặt tường bảo vệ (ví dụ: bê tông, bê tông phun, v.v.). Một tường quấn tạm thời được minh họa trong Hình 2-3.

3.6.5 Các loại mặt tường khác

Các loại mặt tường khác được sử dụng cho tường vĩnh cửu, và đôi khi trên mái dốc, bao gồm: các đơn vị bê tông đúc ướt kích thước lớn (cao đến 3 ft [0.9 m] và rộng từ 3 đến 10 ft [0.9 đến 3 m]), rọ đá (gabion) và các ô địa kỹ thuật (geocell).

Các đơn vị bê tông đúc ướt cỡ lớn thường được xếp chồng tương tự như các khối MBW. Thông thường, cốt gia cường đất bằng vật liệu địa kỹ thuật được sử dụng cùng với các đơn vị này. Cốt gia cường thường được nối với mặt tường bằng ma sát, tức là được kẹp giữa các đơn vị xếp chồng theo phương đứng, như minh họa ở Hình 3-7. Ngoài ra, cũng có thể đúc sẵn các chi tiết neo trong khối và dùng liên kết cơ học, như ở Hình 3-8.

Rọ đá nhồi đá (rock-filled gabions) là một loại khối mặt tường kích thước lớn khác được dùng cho tường MSE. Một hệ thống sử dụng cốt đất bằng lưới thép đan tích hợp liền với mặt rọ đá, vì vậy không cần liên kết. Các hệ thống khác liên kết cốt với mặt tường bằng ma sát bằng cách “kẹp” cốt giữa các khối (rọ) kề nhau theo phương đứng. Cần tránh liên kết cốt bằng cách kẹp/ghim cơ học (mechanically clipping) vào mặt sau của rọ đá.

Hầu hết rọ đá có kích thước 3 ft × 3 ft (0.9 × 0.9 m), vì vậy khoảng cách cốt theo phương đứng sẽ vượt quá giá trị khuyến nghị tối đa 32 in. (0.8 m). Khoảng cách lớn hơn này có thể được bù lại nhờ kích thước/khối lượng của mặt tường. Mặc dù khoảng cách cốt 36 in (~0.9 m) đã được sử dụng thành công ở nhiều dự án, nhưng không phù hợp với giới hạn 32 in. nhằm đảm bảo hình thành một khối MSE làm việc đồng nhất. Chủ đầu tư cần thận trọng khi đánh giá khoảng cách cốt tối đa trong các trường hợp có điều kiện tải trọng đặc biệt, hình học bất thường hoặc có nền móng yếu. Chủ đầu tư và/hoặc đơn vị thiết kế tường nên xem xét sử dụng các lớp cốt phụ đặt ở giữa chiều cao mỗi khối (rọ) để giảm khoảng cách cốt theo phương đứng.

Các ô địa kỹ thuật (geocell) được dùng làm mặt cho các tường và mái dốc có đất gia cường. Thường sử dụng geocell cao 8 in. (200 mm) và rộng danh nghĩa khoảng 3 ft (0.9 m). Liên kết với cốt gia cường trong đất là liên kết ma sát, tức là geocell được kẹp giữa các lớp tấm geocell liền kề theo phương đứng. Các lớp geocell có thể được bố trí lệch nhau và các ô ở phía ngoài được lấp đất mặt và trồng phủ thực vật, như minh họa trong Hình 3-9.

3.6.6 Mặt tường hai giai đoạn

Thi công tường MSE hai giai đoạn được dùng cho các tường đặt trên nền móng sẽ xảy ra lún đáng kể. Giai đoạn thứ nhất là xây dựng một tường MSE với mặt tường mềm (ví dụ: lưới thép hàn WWM hoặc lớp quấn bằng vật liệu địa kỹ thuật). Các chi tiết liên kết hoặc neo khuôn được gắn trong quá trình thi công giai đoạn thứ nhất. Đất nền được phép lún dưới tải trọng của giai đoạn thứ nhất, có thể có hoặc không có tải gia tải bổ sung. Giai đoạn thứ hai gồm việc tạo mặt tường cho giai đoạn thứ nhất bằng bê tông đổ tại chỗ hoặc tấm bê tông đúc sẵn. Có thể dùng tấm toàn chiều cao hoặc tấm ghép, và các tấm này được nối cơ học với khối đất gia cường của tường giai đoạn thứ nhất. Cơ chế và chi tiết liên kết có thể thuộc bản quyền riêng của nhà cung cấp tường. Đối với mặt tường đổ tại chỗ, thiết kế cơ chế liên kết phải xét đến áp lực của bê tông tươi trong quá trình đổ, có thể cần thi công theo đợt để tránh quá tải cho liên kết.

Kiểm soát vật liệu đúc sẵn được trình bày trong Mục 3.6.1. Các vấn đề thiết kế bao gồm:
 (1) ước tính độ lún và thiết lập các giới hạn dung sai cho việc xây dựng tường giai đoạn thứ nhất;
 (2) ước tính độ lún bổ sung dài hạn sau khi xây dựng giai đoạn thứ hai, kể cả tải trọng bổ sung từ hệ mặt tường; và
 (3) đánh giá độ bền lâu dài của các chi tiết liên kết giữa bê tông và khối MSE, có xét đến lún vi sai dài hạn.
Cần xem xét vấn đề ăn mòn đối với các liên kết thép và độ bền lâu dài đối với mọi chi tiết liên kết bằng vật liệu địa kỹ thuật.

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