Chương 6 – Thiết kế tường MSE với hình học phức tạp

(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

Các phương pháp thiết kế cơ bản trình bày ở Chương 4 xét các kết cấu MSE có hình học đơn giản, với các lớp cốt có cùng chiều dài, chống đỡ hoặc là phần đất đắp phía sau nằm ngang, hoặc là mái đắp chất tải. Mặc dù phần lớn các kết cấu MSE thuộc loại này, các kết cấu có hình học phức tạp hơn hoặc chịu tải trọng ngoài đáng kể vẫn khả thi và cần được xem xét trong quá trình lựa chọn. Chúng bao gồm:

• Mố cầu với tường MSE
• Tường MSE chồng tầng (superimposed/tiered MSE walls)
• Tường MSE có chiều dài cốt không đều (tường hình thang)
• Tường MSE lưng-kề-lưng (Back-to-Back MSE – BBMSE)
• Tường MSE có chống (Shored MSE – SMSE) cho địa hình dốc và đường có lưu lượng thấp
• Tường MSE chắn trước địa hình ổn định sẵn (Stable feature MSE – SFMSE)

(SMSE)

“Shored MSE (SMSE) walls for steep terrains and low volume roads” nghĩa là:

Tường MSE có “kết cấu chống/tựa” (shored) dùng cho địa hình dốc và các tuyến đường lưu lượng thấp.

“Shored” trong SMSE là gì?

• Shored ở đây hiểu là tường MSE được bố trí trong điều kiện bị hạn chế không gian, phía sau tường không đủ chiều dài cốt như tường MSE “bình thường”.
• Vì bị hạn chế, khối đất gia cường thường phải “tựa” hoặc “được chống” bởi một yếu tố gần như cứng/ổn định nào đó phía sau hoặc bên cạnh, ví dụ:
  • vách đá/địa hình dốc đứng,
  • nền đào (cut slope) rất dốc,
  • tường chắn hiện hữu,
  • hoặc một “mặt tựa” ổn định khác.
• Nói dễ hiểu: SMSE = MSE kiểu “thi công trong chỗ chật”, phải dựa vào địa hình/tường phía sau.

Vì sao hay dùng cho “steep terrains”?

• Ở địa hình dốc, bạn thường không thể mở rộng đào đắp để tạo đủ bề rộng phía sau tường → không đủ chỗ đặt cốt dài.
• SMSE là cách “đi đường vòng” để vẫn làm được tường MSE mà ít phải mở rộng mái dốc/ít chiếm đất.

“low volume roads” là gì (hiểu theo kỹ thuật đường)?

• Low volume roads = đường lưu lượng thấp (ít xe), thường là đường miền núi/đường huyện/đường lâm nghiệp/đường phục vụ khai thác…
• Vì tải trọng và yêu cầu khai thác có thể “nhẹ” hơn đường lớn, nên đôi khi chấp nhận các giải pháp phù hợp điều kiện thực địa (nhưng vẫn phải kiểm toán ổn định đầy đủ).

Khi gặp SMSE, thường phải chú ý gì?

• Ổn định tổng thể (global stability) quan trọng vì mặt trượt có thể đi qua vùng gia cường + không gia cường.
• Thoát nước rất quan trọng (địa hình dốc dễ có dòng thấm, áp lực nước).
• Tương tác với “mặt tựa” phía sau (vách đá/tường cũ/đất đào dốc): phải chứng minh phần đó ổn định lâu dài và không gây tập trung ứng suất/biến dạng bất lợi.

(SFMSE)

“Stable feature MSE (SFMSE) walls” nghĩa là tường MSE được xây ở phía trước một “địa hình/kết cấu ổn định” (stable feature), ví dụ như vách đá (rock face) hoặc một tường chắn hiện hữu. Đây là một trường hợp hình học phức tạp trong thiết kế MSE theo FHWA.

Cụm “Stable feature MSE (SFMSE) walls” nghĩa là tường MSE được xây ở phía trước một “địa hình/kết cấu ổn định” (stable feature), ví dụ như vách đá (rock face) hoặc một tường chắn hiện hữu. Đây là một trường hợp hình học phức tạp trong thiết kế MSE theo FHWA. (highways.fhwa.dot.gov)

Ý tưởng chính (SFMSE là gì?)

• Bình thường tường MSE cần một chiều dài cốt đủ lớn phía sau mặt tường để tạo “khối đất gia cường” ổn định.
• Nhưng nếu phía sau tường bị “chặn” bởi một stable feature (vách đá/tường cũ) nên không đủ không gian, ta dùng cấu hình SFMSE: tường MSE “tựa”/“đứng trước” stable feature. (highways.fhwa.dot.gov)
• Tùy khoảng cách giữa mặt tường MSE và stable feature, ứng xử của SFMSE có thể gần giống SMSE (shored MSE wall). (highways.fhwa.dot.gov)

Vì sao phải “cẩn thận” khi gặp SFMSE?

FHWA nhấn mạnh các điểm kiểm tra chính sau (tóm lược dễ hiểu):

1. Phải chứng minh stable feature thật sự ổn định và sẽ ổn định trong suốt tuổi thọ thiết kế của tường SFMSE. (highways.fhwa.dot.gov)
2. Kiểm tra stable feature chịu thêm tải ra sao (ứng suất ngang, áp lực nước…). Ví dụ áp lực nước có thể làm mất ổn định vách đá nếu thoát nước kém. (highways.fhwa.dot.gov)
3. Kiểm tra biến dạng lún của nền dưới tường SFMSE và ảnh hưởng lên khu vực tiếp giáp giữa stable feature và tường mới. (highways.fhwa.dot.gov)
4. Tích hợp thoát nước để tránh áp lực thủy tĩnh tạo lực đẩy ngang. (highways.fhwa.dot.gov)
5. Về bố trí cốt: khuyến nghị ít nhất 2 lớp cốt trên cùng “vươn qua đỉnh stable feature” (thay vì neo cơ học trực tiếp vào stable feature), và khoảng hở tối thiểu 6 in (150 mm) giữa đỉnh stable feature và lớp cốt phía trên để tránh tập trung ứng suất/tiếp xúc vật liệu không tương thích. (highways.fhwa.dot.gov)
6. Phải làm phân tích ổn định tổng thể (global stability) vì tường MSE làm tăng lực gây trượt. (highways.fhwa.dot.gov)
7. Các hướng dẫn này áp cho tải tĩnh hoặc nơi gia tốc động đất ở mức nền < 0.05g; vùng động đất mạnh cần phân tích chi tiết hơn. (highways.fhwa.dot.gov)

Các sơ đồ của những trường hợp phức tạp này được minh họa trên Hình 6-1.

Hình dạng và vị trí của đường lực kéo lớn nhất (tensile forces line) nhìn chung bị thay đổi bởi cả hình học và các tải trọng tác dụng lên kết cấu tường MSE phức tạp. Có thể giả thiết một đường lực kéo lớn nhất xấp xỉ cho mỗi trường hợp. Tuy nhiên, kinh nghiệm hỗ trợ và các phân tích cho thấy các giới hạn này bị hạn chế hơn so với tường đất gia cường hình chữ nhật.

Đối với các kết cấu phức tạp hoặc kết cấu dạng tổ hợp, luôn khó tách riêng ổn định nội tại khỏi ổn định bên ngoài khối vì mặt trượt tới hạn nhất có thể đi qua cả các phần được gia cường và không gia cường của kết cấu. Vì lý do này, các phân tích ổn định tổng thể (global stability) và ổn định hỗn hợp (compound stability) đều cần thiết cho các loại kết cấu phức tạp này. Phương pháp hiện nay để thực hiện các phân tích này là sử dụng phương pháp tính ổn định mái dốc đất gia cường theo ASD bằng phần mềm, như trình bày ở Chương 9. Một phương án khác là điều chỉnh phần sửa đổi đơn giản đối với phân tích ổn định tổng thể và ổn định hỗn hợp cho phù hợp với quy trình LRFD như thảo luận ở Chương 4.

6.1 Mố cầu với tường MSE

Mố cầu đã được thiết kế để đỡ kết cấu phần trên của cầu bằng một móng nông (spread foundation) đặt trực tiếp trên vùng đất có cốt, hoặc bằng móng sâu xuyên qua vùng đất có cốt.

Cấu hình trong đó kết cấu phần trên của cầu được đỡ trên một móng nông đặt trên đỉnh vùng đất có cốt thường kinh tế hơn so với mố cầu dùng móng sâu xuyên qua vùng đất có cốt, và nên được xem xét khi dự kiến độ lún của móng và khối đất có cốt diễn ra nhanh/nhỏ hoặc hầu như đã hoàn thành trước khi lắp đặt dầm cầu. Dựa trên các nghiên cứu hiện trường đối với các công trình thực tế, AASHTO (2007) khuyến nghị rằng tolerable angular distrortion (tức là giới hạn lún lệch tương đối) giữa các mố hoặc giữa trụ và mố nên được giới hạn bởi các giá trị (tính bằng radian) sau:

• 0.008 đối với nhịp đơn giản; và
• 0.004 đối với nhịp liên tục.

Tiêu chí này cho thấy rằng, ví dụ đối với một nhịp 100 ft (30 m), chênh lún (differential settlements) là 4.8 in (120 mm) đối với nhịp liên tục hoặc 9.6 in (240 mm) đối với nhịp giản đơn, có thể được chấp nhận, mà không gây ra ứng suất vượt mức và hư hại cho các bộ phận của kết cấu phần trên. Tuy nhiên, tùy từng dự án cụ thể, do các tiêu chí chức năng hoặc tiêu chí về khả năng làm việc, có thể yêu cầu chênh lún (differential settlements) nhỏ hơn.

Các giá trị lún nằm tốt trong phạm vi cho phép thường có thể đạt được với mố trên móng nông với MSEW

6.1.1 Mố trên móng nông với MSEW

Khi chịu hoàn toàn tải trọng cầu, MSEW đõ móng nông của mố cầu được thiết kế bằng cách xem chúng như các tường chữ nhật có tải trọng chất thêm ở đỉnh. Chiều rộng đáy b_f của móng nông đỡ cầu và vị trí mũi móng (toe of footing) so với mặt sau của các tấm tường c_f, thường được bố trí sao cho /(b_f + c_f > H/3/). Trong trường hợp này, hình dạng đường lực kéo lớn nhất, tức bề mặt phá hoại tới hạn, phải được hiệu chỉnh để kéo dài đến mép sau của móng mố. Sự phân bố của \(K_r/K_a\) và \(F^*\) cũng cần được hiệu chỉnh. Hình 6-2 trình bày định nghĩa các tham số khác nhau, bao gồm các kích thước chiều cao và chiều sâu.

Chú thích

• d là chiều sâu chôn móng.
• Z được đo từ dưới đáy móng; z được đo từ đỉnh móng bản.
• H đo từ đỉnh leveling pad đến đáy móng đỡ kết cấu nhịp cầu.
• h đo từ đáy móng đỡ kết cấu nhịp cầu đến mặt đường hoàn thiện.
• H′ là chiều cao tường, đo từ đỉnh leveling pad đến mặt đường hoàn thiện.
• \(z = Z + h; \ z′ = H − (c_f + b_f)/0.6\)
• Trong phạm vi chiều cao z′, chiều dài cốt trong vùng hoạt động là \(L_a = c_f + b_f\)

Mặc dù các mố cầu móng nông đặt trên MSEW trước đây hầu như luôn dùng cốt thép không giãn (inextensible), chúng cũng có thể dùng với cốt giãn (extensible). Tuy nhiên, với cốt giãn cũng quan sát được sự dịch chuyển tương tự của đường lực kéo lớn nhất về phía sau mép móng. Do đó, đường lực kéo lớn nhất cũng nên được hiệu chỉnh cho trường hợp cốt giãn nếu mép sau của móng vượt ra sau một khoảng bằng H*tan(45° − ϕ′^₀/2) tính từ mặt tường. Các đường lực kéo lớn nhất này phải được so sánh với mặt trượt nguy hiểm thu được từ phân tích ổn định hỗn hợp (compound stability); phải chọn dạng mặt trượt an toàn hơn.

Kinh nghiệm thi công thành công các mố MSEW cho thấy nên áp dụng thêm các chi tiết sau:

• Yêu cầu khoảng cách tối thiểu từ mặt trước tường đến tim gối cầu là 3.5 ft (1 m).
• Yêu cầu khoảng hở tối thiểu \(c_f\) bằng 6 in. (150 mm) giữa mặt sau tấm ốp mặt tường và mép trước móng.
• Ở những khu vực có khả năng bị băng giá, ảnh hưởng băng giá có thể đến từ cả phía đỉnh và phía trước tường. Khi dự kiến độ xuyên băng đáng kể, nên đặt móng mố trên lớp vật liệu hạt thô đầm chặt không bị băng giá (ví dụ đá dăm No.57 theo AASHTO M 43). Chiều dày lớp đá dăm này tối thiểu là 3 ft (1 m) hoặc 1 ft (0.3 m) dưới độ sâu băng giá dự kiến lớn nhất, lấy trị số nào lớn hơn. Nên bố trí geotextile tách lớp tại mặt tiếp xúc giữa đá dăm No.57 và các lớp đất xung quanh (đất đắp gia cường, retained soil, đất trên móng). Các đoạn geotextile tách lớp phải chồng mí với chiều dài tối thiểu 1 ft (0.3 m).
• Khi phân tích móng nông đặt trên khối đất có cốt, dùng các giá trị sức chịu tải của khối đất có cốt như sau:
  • Trạng thái giới hạn sử dụng: sức chịu tải 4 ksf (200 kPa) để hạn chế chuyển vị đứng < khoảng 0.5 in (12.5 mm).
  • Trạng thái giới hạn cường độ: sức chịu tải đã nhân hệ số 7 ksf (335 kPa). (Ghi chú: AASHTO không đưa ra giá trị sức chịu tải đã nhân hệ số ở trạng thái giới hạn cường độ; giá trị khuyến nghị này dựa trên kinh nghiệm của các tác giả)
• Dùng lực ngang lớn nhất tại cao trình lớp cốt trên cùng dưới mố để thiết kế liên kết của các tấm mặt ở tất cả các cao trình cốt.
• Kéo dài phạm vi, chiều dài và tiết diện cốt của vùng mố sang các tường cánh (wingwall) theo khoảng nằm ngang lớn hơn trong hai giá trị sau:
  • 50% chiều cao lớn nhất H của mặt tường mố, hoặc
  • \(c_f + b_f + 3 ft (1 m)\), với \(c_f\) và \(b_f\) được định nghĩa trong Hình 6-2.
• Trong phạm vi chiều dài cốt vuông góc với mặt mố sẽ có các lớp cốt hai phương. Nên tránh đặt các lớp cốt chồng lên nhau theo phương đứng trong vùng cốt hai phương này. Các lớp cốt chồng nên cách nhau 3 đến 6 in. (75 đến 150 mm) đất (hoặc một bội số của chiều cao lớp đất đầm). Có thể đạt được điều này bằng cách điều chỉnh bậc của leveling pad giữa mặt tường mố và các tường cánh. Cách làm này đặc biệt được khuyến nghị khi tại vùng mố có bố trí chương trình quan trắc ăn mòn (Elias et al., 2009).
• Để tránh tập trung ứng suất bất lợi tại chỗ neo cốt, khoảng hở đứng tối thiểu giữa đáy móng đỡ kết cấu nhịp cầu và lớp cốt trên cùng phải là 1 ft (0.3 m).
• Do áp lực nền tương đối lớn gần các liên kết tấm, cần xác định đầy đủ khả năng chịu lực danh định của các liên kết tấm bằng các thí nghiệm kéo và uốn trên tấm kích thước thật.
• Lực động đất thiết kế cũng phải bao gồm thành phần lực động đất truyền từ gối cầu, trong trường hợp gối không trượt tự do (ví dụ gối đàn hồi – elastomeric bearings).

Trong bối cảnh LRFD, thiết kế mố MSEW đòi hỏi phải tách riêng cẩn thận các loại tải khác nhau. Điều này dẫn tới một hệ phương trình phức tạp có mối liên hệ với nhau, tốt nhất được minh họa qua bài toán ví dụ. Ví dụ E4 trình bày chi tiết từng bước việc kiểm tra ổn định ngoài khối và nội tại của một mố trên móng nông với MSEW. Người đọc nên nắm vững Ví dụ E5 vì các nguyên lý và phép tính trong ví dụ đó cũng áp dụng được cho những hình học phức tạp khác.

6.1.2 Các mố MSEW trên móng cọc sâu xuyên qua khối đất có cốt

Đối với các trường hợp mố MSEW móng nông không khả thi (do lún sau xây dựng quá lớn hoặc vì lý do khác), kết cấu nhịp cầu sẽ đặt trên stub footing được đỡ bởi móng sâu như cọc đóng hoặc cọc khoan nhồi. Trong cấu hình này, tải trọng đứng không xét đến trong phân tích vì chúng được truyền trực tiếp xuống lớp đất chịu lực bởi hệ móng sâu. Tuy nhiên, lực ngang từ cầu và đất đắp phía sau phải được kháng lại bằng các phương pháp phụ thuộc dạng kết cấu mố, cụ thể:

(stub footing)

Stub footing (trong ngữ cảnh MSEW abutments… supported by deep foundations) là móng bệ/đế móng nhỏ, dạng “chân đế”, đặt trên cọc hoặc trụ khoan nhồi để đỡ mố cầu, thay vì dùng móng nông (spread footing).

Hiểu đơn giản:

• Spread footing = móng nông bản rộng, “trải” tải xuống nền ngay bên dưới.
• Stub footing = bệ móng ngắn – nhỏ gọn (giống một “móng cụt”), nhiệm vụ chính là làm bệ liên kết/đầu mố để truyền tải đứng xuống deep foundation (driven piles / drilled shafts).

Vì tải đứng đi xuống cọc/trụ khoan nhồi nên trong đoạn bạn chụp họ nói không xét tải đứng trong phân tích (vì đã được deep foundations truyền xuống tầng chịu lực). Nhưng lực ngang của cầu/mố vẫn phải xử lý bằng các cơ chế tùy loại hệ đỡ.

* Đối với mố thông thường (conventional abuments)

Lực ngang phải được kháng lại bằng cách kéo dài cốt từ sau mép đỉnh móng (cap). Sức kháng là do tương tác giữa đất và cốt trên toàn chiều dài cốt. Một chi tiết điển hình được thể hiện trong Hình 6-3. Ngoài ra, lực ngang cũng có thể được kháng lại bằng sức kháng bên của móng sâu hoặc bằng các biện pháp khác.

* Các mố cầu nguyên khối (integral abutments)

Với mố nguyên khối, lực ngang và phân bố của lực theo chiều sâu có thể được xác định bằng quan hệ tải ngang (p) – chuyển vị ngang (y), tức là các phương pháp p-y. Các lực ngang này được cộng thêm như một lực bổ sung mà hệ cốt phải chịu. Các lực này thay đổi tùy thuộc vào:

• độ lớn tải trọng và mômen ngang,
• đường kính và khoảng cách các móng sâu, và
• khoảng cách hở giữa mặt sau của tấm tường và mặt trước của các phần tử móng sâu.

Một số cơ quan đã xây dựng các mố nguyên khối phía trước tường MSE như đã trình bày trong Mục 6.1.3 nhằm tránh truyền ứng suất ngang vào đất phía sau mố.

Hình 6-4 minh họa áp lực ngang bổ sung tiêu biểu cần xét đến trong phân tích ổn định nội tại. Áp lực ngang này được xét tương tự như phân bố áp lực ngang tam giác ngược trình bày trên Hình E5-2 của Ví dụ E5. Ảnh hưởng của đất đắp đường và tải trọng khai thác phía trên tường MSE cũng được xét theo cách tương tự như trong Ví dụ E5. Phần còn lại của quá trình tính toán vẫn giống như trong Chương 4.

Dựa trên kinh nghiệm thi công mố MSE với móng sâu đi xuyên qua khối đất có cốt, các chi tiết bổ sung sau đây được khuyến nghị (khi thích hợp):

* Khi dự kiến có lún đáng kể của nền đường đắp, cần bố trí ống vỏ (ví dụ: ống giấy sonotube hoặc ống thép gợn sóng) trong vùng đất có cốt để có thể thi công móng sâu sau khi tường MSE đã xây xong và đất đã lún. Với cọc đóng, có thể tách cọc khỏi ống vỏ bằng cách lấp cát rời vào khoảng vòng khuyên giữa cọc và ống vỏ ngay trước khi đổ móng ở đầu cọc. Với cọc khoan nhồi, thường không thể tách thân cọc khỏi ống vỏ một cách kinh tế nếu không dùng thêm một ống vỏ bên trong.

* Khi móng sâu được thi công trước tường MSE và dự kiến có ma sát âm (lực kéo xuống), cần bố trí một ống vỏ bao quanh phần tử móng sâu xuyên qua khối đất có cốt. Ống vỏ được lấp cát ngay trước khi đổ móng ở đầu phần tử móng sâu. Ngoài ra có thể dùng lớp phá bám (bond breaker) trên phần tử móng sâu khi dự kiến xuất hiện ma sát âm.

Ghi chú:

• d là chiều sâu chôn móng.
• H được đo từ đỉnh lớp leveling pad đến đỉnh coping.
• z được đo tính từ mặt đất hoàn thiện phía sau móng trở xuống.
• Các giá trị K_z/K_a và F* được giả thiết bắt đầu tại z = 0, tức là phía dưới mặt đất hoàn thiện phía sau móng.

* Khi móng sâu được thi công trước tường MSE và/hoặc phần tử móng sâu không được tách khỏi ống vỏ như nêu trên, các ứng suất ngang biểu diễn trên Hình 6-4 phải được đưa vào phân tích tường MSE. Nếu móng sâu được thi công trong ống vỏ và được tách khỏi ống vỏ, có thể bỏ qua các ứng suất ngang đó trong thiết kế tường MSE. Tuy nhiên, cần lưu ý cấu hình này làm tăng chiều dài phần móng sâu không được đất bên hông đỡ, có thể gây chuyển vị không mong muốn tại cao độ ghế dầm cầu và phải tăng kích thước phần tử móng sâu.

* Với cọc đóng xuyên qua vùng đất có cốt, yêu cầu khoảng cách tối thiểu giữa mặt sau tấm tường và mặt trước cọc đóng là 1.5 ft (0.5 m).

* Với cọc khoan nhồi xuyên qua vùng đất có cốt, yêu cầu khoảng cách tối thiểu giữa mặt sau tấm tường và mặt trước cọc khoan nhồi là 3 ft (1 m). Điều kiện này cung cấp đủ không gian để đầm chặt đất trong vùng này. Ví dụ, nếu dùng cọc khoan nhồi có kích thước lớn nhất 2 ft (0.61 m) thì khe hở tối thiểu là 3 ft (1 m).
Với các tường mà cốt sẽ được xòe (splay) ra (ví dụ: cốt gia cường bằng thép dạng dải), yêu cầu khoảng cách tối thiểu giữa mặt sau tấm tường và mặt trước phần tử móng sâu là giá trị lớn hơn giữa 3 ft (1 m) và 1 lần đường kính phần tử móng sâu. Ví dụ, nếu dùng cọc khoan nhồi đường kính 4 ft (1.2 m) thì khe hở tối thiểu là 4 ft (1.2 m). Các điều kiện này đảm bảo đủ không gian để đầm chặt đất và đủ khoảng cách cho việc xòe các lớp cốt gia cường trong giới hạn cho phép đã nêu ở Chương 5.

* Bố trí cốt đất trong vùng đất phía sau bệ mố (nắp cọc) như minh họa trên Hình 6-3.

Tương tác giữa cốt đất và móng sâu

Thiết kế tường MSE có móng sâu cần xem xét kỹ tương tác giữa cốt đất và phần tử móng sâu. Khi phần tử móng sâu giao cắt với cốt, phải xây dựng các biện pháp thi công cụ thể và thể hiện trên bản vẽ. Không được phép đơn giản cắt rồi bẻ cốt gia cường trong quá trình thi công. Hướng dẫn cho việc dẫn cốt đất vòng quanh chướng ngại vật thẳng đứng đã trình bày ở Chương 5. Lớp đất phủ giữa các kim loại khác loại như khuyến nghị trong Mục 5.4.1 của Chương 5 cũng phải được áp dụng khi thích hợp.

6.1.3 Cấu hình thay thế của tường MSE tại mố cầu

Một phương án thay thế cho mố MSEW có móng sâu xuyên qua đất đắp có cốt là xây tường MSE phía sau các móng mố đã được thi công. Trong cấu hình này, móng không nằm trong hoặc trên khối đất có cốt; tường MSE chỉ đỡ phần đất đắp đường dẫn đầu cầu, còn các mố được thi công giống như các trụ. Cần có các chi tiết đặc biệt (ví dụ: bản quá độ cầu) để liên kết tường MSE với mố cầu. Ưu điểm chính của cấu hình này là móng mố có thể được thi công độc lập với tường MSE và việc kiểm soát thi công cho tường MSE thuận lợi hơn do không có chướng ngại xuyên qua khối đất có cốt.

Dựa trên kinh nghiệm thực tế với cấu hình “tường MSE phía sau mố”, các chi tiết bổ sung sau được khuyến nghị (khi thích hợp):

• Yêu cầu lắp đặt kết cấu nhịp cầu sau khi xây xong tường MSE để hầu hết các biến dạng nền móng đã xảy ra.
• Thi công móng trước khi xây tường MSE, nhưng thi công cột mố sau khi tường MSE đã hoàn thành. Với trình tự này, biến dạng móng do xây dựng tường MSE kế cận có thể được bù trừ bằng cách điều chỉnh liên kết của kết cấu mố, tránh nguy cơ mố bị biến dạng tới mức không khớp với kết cấu nhịp tại cao độ ghế dầm.
• Xem xét xây một “tường giả” phía trước phần thân mố (substructure), tức là giữa móng và kết cấu nhịp. Tấm tường giả này có tác dụng bảo vệ các bộ phận của mố khỏi va chạm xe và đồng thời bảo vệ người ngồi trên xe. Tường giả có thể liên kết kết cấu với phần thân mố hoặc là một tường độc lập cách mố một khoảng 3–6 in. (75–150 mm), tùy theo thiết kế thân mố và khả năng chịu va chạm của nó.
• Với các mố nguyên khối có tường đặt trên móng sâu, có thể xây một tường MSE kiểu bọc (wrapped) hoặc mặt lưới thép phía sau tường mố, dùng chính tường mố làm mặt tựa, có thêm các chi tiết đệm để giữ khoảng cách giữa tường MSEW và tường mố như minh họa trong Hình 6-5.

6.1.4 Bảo vệ tường MSE tại vị trí mố cầu

Tại vị trí mố, nước thấm hoặc chảy qua khe co giãn vào trong tường MSE gây ra nhiều vấn đề thấm, như đã thảo luận trong Chương 5, bao gồm khả năng có dòng chảy chứa muối, tạo môi trường giàu clorua và ăn mòn quanh vị trí liên kết tấm mặt tường trên một phần đáng kể chiều cao tường. Để giảm thiểu vấn đề này, cần khống chế nước thấm theo các chi tiết trình bày trên Hình 6-6.

6.2 Tường MSE xếp tầng (SUPERIMPOSED/TIERED)

Đối với các tường cao, cần xem xét sử dụng tường xếp tầng (tiered) từ góc độ thi công. Việc cấu hình lại một tường cao thành các tường MSE xếp tầng với chiều cao nhỏ hơn cho phép:

• làm lại mặt kê móng (leveling pad) mới,
• giảm ứng suất thẳng đứng tác dụng lên các cấu kiện mặt tường, và
• cho phép kiểm soát tốt hơn về chỉnh tuyến đứng của mặt tường.

Về mặt phân tích, tùy thuộc vào khoảng lệch (offset) giữa các tường trong hệ tường MSE xếp tầng, một hiệu ứng có lợi khác có thể là mặt tường tổng thể (tương đương) có độ nghiêng, dẫn đến lực ngang tác dụng lên toàn bộ hệ tường nhỏ hơn.

6.2.1 Tường Xếp Tầng 2 Lớp

Hình 6-7 cho thấy cấu hình của một hệ tường MSE xếp tầng 2 lớp. Thiết kế tường MSE xếp tầng yêu cầu hai dạng phân tích như sau:

1. Thiết kế sử dụng các quy tắc thiết kế đơn giản cho việc tính toán ổn định ngoài khối và xác định mặt trượt phá hoại nội tại để kiểm tra ổn định nội tại, như trình bày trong Hình 6-7.
2. Phân tích ổn định mái dốc, bao gồm cả ổn định hỗn hợp (compound stability) và ổn định tổng thể (global stability) bằng chương trình máy tính phân tích ổn định mái dốc đất có cốt như đã nêu ở Chương 4. Đây là một bước tính toán thiết yếu.

Định nghĩa về chiều cao tường \(H_1\) và \(H_2\), và khoảng lệch \(D\) giữa các tường đối với cấu hình tường MSE xếp tầng 2 lớp được cho trong Hình 6-7. Sử dụng các định nghĩa trong Hình 6-7, cho thiết kế sơ bộ, các giá trị tối thiểu sau đây của chiều dài cốt \(L_1\) và \(L_2\) nên được dùng cho các khoảng lệch \(D\) lớn hơn \([1/20,(H_1 + H_2)]\):

• Tường trên: \(L_1 \ge 0.7 / H_1\)
• Tường dưới: \(L_2 \ge 0.6 / \text{ H với H = } H_1 + H_2\)

Dựa trên các định nghĩa trong Hình 6-7, các hướng dẫn thiết kế cơ bản sau đây được áp dụng:

• Khi khoảng lệch \(D\) lớn hơn \(H_2 \tan(90^\circ – \phi_b)\), các tường không được xem là tường xếp tầng nữa và được thiết kế độc lập xét về ổn định nội tại.
• Khi chiều cao tường trên nhỏ và \(D \le [1/20,(H_1 + H_2)]\), giả thiết rằng mặt trượt phá hoại về cơ bản không thay đổi và chỉ được điều chỉnh tịnh tiến theo phương ngang bằng khoảng lệch \(D\). Khi đó các tường nên được thiết kế như một tường đơn có chiều cao \(H\).

Trong cả hai trường hợp trên, ổn định hỗn hợp (compound stability) và ổn định tổng thể (global stability) đều phải được kiểm tra.

Phân tích ổn định cho hệ tường MSE chồng tầng 2 bậc (2-tier superimposed) được thực hiện như sau:

• Các tính toán ổn định ngoài khối cho tường trên thường được thực hiện theo hướng dẫn ở Chương 4. Đối với tường dưới, xem tường trên như tải trọng chất thêm (surcharge) (loại tải “ES”) khi tính áp lực phân bố lên nền (bearing pressures). Thay cho việc tính ổn định trượt ngoài khối theo cách thông thường, thực hiện phân tích ổn định mái dốc dạng nêm (wedge-type) với các mặt trượt đi dọc theo đáy và thoát ra tại đáy, cũng như nằm dưới đáy. Ổn định tổng thể cần được kiểm tra với tổ hợp tải Service I và hệ số sức kháng trượt = 0.65.
  \(\\\)
• Khi tính ổn định nội tại, các đường lực kéo lớn nhất được xác định như chỉ ra trong Hình 6-7a. Các quan hệ này mang tính thực nghiệm và được suy ra từ hình học.
  \(\\\)
• Với khoảng lệch (offset) trung gian, xem Hình 6-7a để xác định vị trí mặt trượt, và sử dụng áp lực đứng trong Hình 6-7b để tính ứng suất nội tại.
  \(\\\)
• Với khoảng lùi (setback) lớn, [ D ≥ H₂ tan(90 − ϕᵣ) ], các đường lực kéo lớn nhất được xét độc lập, không phụ thuộc vào hình học của hai tường chồng tầng. Khi tính ổn định nội tại, bỏ qua tường trên.
  \(\\\)
• Các phần tính toán còn lại giống hệt như trong Chương 4.

6.2.2 Tường chồng nhiều hơn 2 tầng

Các tiêu chí cho tường 2-tier trình bày trong Hình 6-7 có thể mở rộng cho tường có nhiều hơn hai tiers. Đối với các cấu hình như vậy, việc phân tích ổn định tổng thể (global) và ổn định hỗn hợp (compound) càng trở nên quan trọng. Các phương pháp nêu trong Chương 4 có thể được dùng để đánh giá ổn định tổng thể và ổn định hỗn hợp.

Đối với ổn định nội tại (internal stability), Wright (2005) và Leshchinsky and Han (2004) thấy rằng các tiêu chí cho ứng suất thẳng đứng bổ sung ở Hình 6-7b có thể dùng cho tường nhiều hơn 2 tiers với điều kiện chỉ xét tier ngay phía trên trực tiếp là đóng góp vào tăng ứng suất thẳng đứng trên tường thấp hơn. Như một cách khác, Wright (2005) đưa ra nghiệm đàn hồi dựa trên giả thiết tường “cứng” để ước lượng ứng suất thẳng đứng bổ sung trong một tầng tường nhất định của tường nhiều tiers do ảnh hưởng của toàn bộ các tiers phía trên. Dù chọn cách tiếp cận nào để ước lượng tăng ứng suất thẳng đứng cho phân tích ổn định nội tại, việc phân tích tường nhiều tiers phải xét từ tầng cao nhất tới tầng thấp nhất sao cho các ứng suất được cộng dồn và tính đến trong thiết kế tường thấp nhất.

Trong thiết kế sơ bộ, chiều dài cốt L của tầng thấp nhất có thể giả định bằng 0.6 lần tổng chiều cao toàn bộ hệ tường.

6.3 Tường MSE với chiều dài cốt không đều (tường hình thang)

Kiểu hình học cốt gia cường này chỉ nên xem xét sử dụng khi đáy của kết cấu MSE đặt trên đá hoặc vật liệu nền móng đủ khả năng chịu lực (competent foundation material), tức là các vật liệu nền móng có biến dạng lún sau thi công rất nhỏ. Ví dụ vật liệu nền móng đủ khả năng chịu lực gồm các vật liệu có giá trị SPT N₆₀ lớn hơn 50 và đá tốt.

Thiết kế các tường này cần hai dạng phân tích như sau:

1. Thiết kế dùng các quy tắc thiết kế đơn giản hóa để xác định ổn định nội tại và ổn định ngoài khối.
2. Phân tích ổn định mái dốc bằng chương trình ổn định đất có cốt, kiểm tra cả trượt tổng thể (global – mặt trượt tròn và dạng nêm) và mặt trượt hỗn hợp (compound failure planes).

Các quy tắc thiết kế đơn giản hóa cho các kết cấu này như sau:

• Như thể hiện trong Hình 6-8, tường được biểu diễn bằng một khối chữ nhật (L₀, H) có cùng tổng chiều cao và cùng diện tích mặt cắt ngang với mặt cắt bậc thang dùng cho tính toán ổn định bên ngoài.
• Đường lực kéo lớn nhất giống như đối với tường chữ nhật (song tuyến hoặc tuyến tính tùy theo loại cốt là extensible hay inextensible).
• Chiều dài đáy tối thiểu (L₃) bằng 0.4H hoặc 8 ft (2.5 m), lấy giá trị lớn hơn, với chênh lệch chiều dài cốt ở mỗi “zone” nhỏ hơn 0.15H.

Đối với tính toán ổn định nội tại, tường được chia thành các đoạn hình chữ nhật và với mỗi đoạn, chiều dài cốt thích hợp L (L₁, L₂, L₃) được dùng cho các tính toán lực kéo và kéo tuột (pullout) theo các phương pháp trình bày trong Chương 4.

6.4 Back-To-Back MSE (BBMSE WALLS)

Các tường back-to-back thường được dùng cho các đường lên/xuống nút giao. Đối với các tường được xây dựng back-to-back như ở Hình 6-9, một giá trị áp lực ngang đã được hiệu chỉnh sẽ chi phối các tính toán ổn định ngoài. Như thể hiện ở Hình 6-9, có thể xét hai trường hợp dưới đây.

• Trường hợp I

Với Trường hợp I, bề rộng đáy tổng thể đủ lớn để mỗi tường làm việc và có thể thiết kế độc lập. Cụ thể là không có vùng chồng lấn giữa các lớp cốt. Về lý thuyết, nếu khoảng cách D giữa hai tường nhỏ hơn \(D = H_1 \tan(45^\circ – \phi/2)\) trong đó \(H_1\) là chiều cao của tường cao hơn trong hai tường song song, thì các nêm đất chủ động phía sau mỗi tường không thể phát triển hoàn toàn và lực đất chủ động sẽ bị giảm. Tuy nhiên, trong thiết kế giả thiết rằng với các giá trị \(D > H_1 \tan(45^\circ – \phi/2) \approx 0.5H_1\) thì lực đất chủ động đầy đủ được huy động.

• Trường hợp II

Với Trường hợp II, các lớp cốt chồng lấn lên nhau sao cho hai tường tương tác với nhau. Khi chiều dài vùng chồng lấn \(L_R\) lớn hơn \(0.3H_2\), trong đó \(H_2\) là chiều cao của tường thấp hơn trong hai tường song song, thì không cần xét lực đất chủ động từ khối đất đắp phía sau trong tính toán ổn định ngoài.

Đối với các hình dạng trung gian giữa Trường hợp I và Trường hợp II, lực đất chủ động có thể được nội suy tuyến tính từ giá trị lực chủ động đầy đủ về 0.

Đối với hình dạng Trường hợp II có vùng chồng lấn \(L_R > 0.3H_2\), nên áp dụng các hướng dẫn sau:

• \(L_1/H_1 \ge 0.6\), trong đó \(L_1\) và \(H_1\) lần lượt là chiều dài cốt và chiều cao của tường cao hơn.
• \(L_2/H_2 \ge 0.6\), trong đó \(L_2\) và \(H_2\) lần lượt là chiều dài cốt và chiều cao của tường thấp hơn.
• \(W_b/H_1 \ge 1.1\), trong đó \(W_b\) là bề rộng nền như ở Hình 6-9 và \(H_1\) là chiều cao tường cao hơn.

Các hướng dẫn trên áp dụng cho điều kiện tải trọng tĩnh hoặc tại những khu vực mà gia tốc ngang do động đất ở cao độ móng nhỏ hơn 0.05g. Các tường back-to-back trong vùng hoạt động địa chấn mạnh phải được thiết kế dựa trên phân tích chi tiết hơn, có xét đến khả năng phân bố không đều của lực động đất và lực quán tính trong khối tường.

Đối với tường back-to-back, người thiết kế có thể bị “cám dỗ” dùng một lớp cốt duy nhất nối với cả hai mặt tường. Cách làm này tạo nên kết cấu cứng, đưa khối đất vào trạng thái ứng suất nghỉ \(K_0\) từ đỉnh tới chân tường, dẫn đến lực kéo trong cốt lớn hơn nhiều so với các giá trị đã dùng trong phương pháp thiết kế của tài liệu này. Thiết kế phải tính đến sự tăng ứng suất ngang khi xác định lực kéo trong cốt và trong liên kết, cũng như trong thiết kế các phần tử mặt tường. Ngoài ra, việc đầm chặt có thể gây ứng suất lớn hơn tại vị trí liên kết, cần tính đến trong tính toán áp lực đất ngang. Hơn nữa, trong thi công có thể gặp khó khăn khi duy trì tuyến thẳng của tường, đặc biệt khi hai tường không nằm trên cùng một đoạn thẳng. Ngoại lệ là khi dùng tường mặt bọc geosynthetic, trong đó vấn đề thẳng hàng với các liên kết không còn quan trọng. Tuy nhiên, dù có khả năng giảm ứng suất nhờ cốt biến dạng được, rất ít công trình có dụng cụ đo đã được xây dựng; do đó ngay cả với cốt địa kỹ thuật, nên bảo thủ dùng \(K_0\) để tính lực kéo trong cốt, trừ khi có mô hình số đánh giá trạng thái ứng suất dự kiến và dùng đo đạc tại hiện trường để kiểm chứng điều kiện ứng suất thực tế.

6.5 Tường MSE có chống ở địa hình dốc và đường lưu lượng thấp

Trong địa hình dốc, việc xây dựng tường MSE thường phải đào đất để tạo một bậc phẳng, nhằm bố trí cốt gia cường đất với chiều dài tối thiểu lớn hơn 8 ft (2.5 m) hoặc bằng 70% chiều cao tường. Ngoài ra, độ chôn sâu (embedment) yêu cầu còn tỷ lệ với độ dốc của mái dốc phía dưới mũi tường (wall toe). Trong một số trường hợp, khối lượng đào đất cần thiết để thi công tường MSE trở nên rất lớn, và việc đào đất không có chống đỡ (unshored excavation) cho tường MSE là không thực tế, đặc biệt khi vẫn phải duy trì giao thông trong quá trình thi công tường MSE.

Khi đó, người ta thường sử dụng kết cấu chống đỡ (shoring)—phổ biến nhất là tường đất đóng đinh (soil nail wall)—để ổn định mái dốc phía sau (backslope hoặc back-cut), rồi thiết kế và xây dựng tường MSE ở phía trước kết cấu chống này. Hình 6-10 trình bày một mặt cắt điển hình của cấu hình đó. Trong cấu hình này, nếu tường chống được thiết kế như một tường vĩnh cửu (permanent) thì nó có thể giảm đáng kể áp lực ngang dài hạn tác dụng lên tường MSE.

Cấu hình tường MSE như vậy được gọi là tường MSE có chống (shored MSE) hoặc tường SMSE. Chi tiết về hệ tường SMSE được trình bày trong tài liệu FHWA-CFL/TD-06-001 (Morrison và cs., 2006).

Để triển khai tường SMSE thành công, cần áp dụng các hướng dẫn dưới đây. Các hướng dẫn này chỉ áp dụng cho điều kiện tải trọng tĩnh, hoặc cho những khu vực mà gia tốc động đất theo phương ngang tại cao trình móng nhỏ hơn 0.05g. Đối với tường SMSE ở các vùng có hoạt động động đất mạnh, cần thiết kế dựa trên phân tích chi tiết hơn, trong đó xét đến ảnh hưởng của khả năng phân bố không đều của các lực do động đất và lực quán tính trong hệ tường (bao gồm cả phần tường MSE và phần kết cấu chống/shoring).

Cuối cùng, cần lưu ý rằng các tường này được phát triển cho đường lưu lượng thấp ở vùng núi, và không khuyến nghị dùng trong khu vực đô thị cho mục đích mở rộng mặt đường, vì rủi ro tương đối cao xuất hiện khe nứt do kéo (tension cracks) dưới tác động động (do giao thông), tại vùng tiếp giáp giữa tường hiện hữu và tường MSE mới.

• Tường chống (shoring wall) nên được thiết kế như một tường vĩnh cửu (permanent wall), có tuổi thọ thiết kế bằng hoặc lớn hơn tuổi thọ thiết kế của tường MSE. Đối với thiết kế hệ chống sử dụng neo đất (ground anchors) và tường đất đóng đinh (soil nail walls), tham khảo lần lượt Sabatini và cs. (1999) và Lazarte và cs. (2003).
  \(\\\)
• Cần bảo đảm các hạng mục thoát nước của hệ tường MSE và tường chống vĩnh cửu phía sau nó được tích hợp đồng bộ, để không phát sinh áp lực ngang do điều kiện thủy tĩnh trong bất kỳ tường nào. Lưu ý rằng, như đã thảo luận ở Chương 5, các ống thoát nước đứng (vertical drains) phía sau mặt tường đất đóng đinh không nhất thiết sẽ giải phóng hoàn toàn ứng suất thủy tĩnh. Do đó, khi thiết kế nên tính đến một mức ứng suất thủy tĩnh nhất định dựa trên phân tích thấm/dòng chảy, hoặc bố trí thoát nước ngang (horizontal drains) và cần xem xét nội dung này trong thiết kế tường SMSE.
  \(\\\)
• Hình 6-11 trình bày hình học tối thiểu được khuyến nghị cho một hệ SMSE. Chiều dài cốt tối thiểu là 0.3H hoặc 5 ft (1.5 m), lấy giá trị lớn hơn. Khi có đủ không gian thi công (hoặc có thể tạo không gian tạm thời thông qua quyền sử dụng không gian ngầm vĩnh viễn / permanent underground easement), khuyến nghị hai lớp cốt trên cùng được kéo dài tới tối thiểu 0.6H hoặc tối thiểu 5 ft (1.5 m) vượt qua mặt tiếp giáp giữa tường chống và tường MSE, lấy giá trị lớn hơn, như minh họa ở Hình 6-11a. Cấu tạo này giúp hạn chế khả năng hình thành khe nứt do kéo tại vùng tiếp giáp shoring/MSE và kháng lại tác động tải trọng ngang.
  \(\\\)
  Việc kéo dài hai lớp cốt trên cùng nhằm tạo ra mặt cắt tường như trong Hình 6-11a, trong đó chiều cao tường chống ít nhất bằng 2/3 chiều cao tường MSE, H. Các hướng dẫn này chỉ nên áp dụng cho thiết kế tường mà điều kiện này được thỏa trên phần lớn chiều dài tường. Những tường có tường chống thấp (tức chiều cao nhỏ hơn 2/3H trên phần lớn chiều dài) không thuộc phạm vi của các hướng dẫn này.
  \(\\\)
  Cũng cần lưu ý rằng gần hai đầu của tường chắn, chiều cao tường thường giảm dần, và chiều cao tường chống có thể nhỏ hơn 2/3 chiều cao tường MSE trong một đoạn ngắn. Tuy vậy, nếu áp dụng các hướng dẫn này thì sẽ dẫn đến việc chiều dài cốt tại đỉnh tường MSE không nhỏ hơn 10 ft (3 m) (tối thiểu 5 ft (1.5 m) + tối thiểu 5 ft (1.5 m)).

• Trường hợp chiều cao tường chống nhỏ hơn 2/3 chiều cao tường MSE (có thể xảy ra khi đầu tường thu dần), kỹ sư cần kiểm tra để bảo đảm rằng chiều dài cốt ở phần trên của khối đất gia cường MSE lớn hơn chiều dài thông thường 0.7H như đã thảo luận ở Chương 4. Nhìn chung, điều kiện này sẽ được thỏa mãn nếu tổng chiều cao tường chắn tại các đoạn đó nhỏ hơn khoảng 14 ft (4 m).
  \(\\\)
• Nếu không thể kéo dài các lớp cốt phía trên, khuyến nghị bố trí liên kết cơ học chắc chắn (positive mechanical connection) giữa hai lớp cốt trở lên ở phía trên và tường chống, như minh họa ở Hình 6-11b. Việc bố trí liên kết tại vùng tiếp giáp có thể hạn chế chuyển vị chênh lệch giữa tường chống và các bộ phận của tường MSE, từ đó hạn chế hình thành khe nứt do kéo, đặc biệt khi có thể loại bỏ hiệu quả độ chùng (slack) trong các lớp cốt MSE. Điều này có thể đạt được thông qua cơ cấu neo/siết chặt (fastening mechanism) hoặc bằng tải chất thêm (surcharge loading). Tuy nhiên, kéo dài các lớp cốt MSE phía trên được xem là tốt hơn so với liên kết cơ học của cốt và được các tác giả khuyến nghị.
  \(\\\)
• Các mặt trượt phá hoại tới hạn đối với tường SMSE dùng cốt giãn(extensible) và không giãn(inextensible) được trình bày ở Hình 6-12. Mặt trượt tới hạn được xấp xỉ theo lý thuyết áp lực đất chủ động Rankine trong khối đất gia cường, giả thiết rằng phần còn lại của mặt trượt nằm dọc theo mặt tiếp giáp shoring/MSE. Các mặt trượt tới hạn này phù hợp với các mặt trượt nêu trong Chương 4 (trừ phần tính kéo tuột (pullout)). Khi thiết kế ổn định nội tại, một cách bảo thủ là không xét thêm lợi ích giữ đất do các lớp cốt trên dài hơn như thể hiện ở Hình 6-10a, hoặc do sức kháng từ các liên kết như thể hiện ở Hình 6-11b.
  \(\\\)
• Đối với tường SMSE, áp lực ngang về cơ bản là kết quả của phản lực của khối đất gia cường tác dụng lên tường chống, vì vậy chúng được xem là nội lực trong khối MSE. Tại mỗi cao trình đặt cốt, ứng suất ngang \(\sigma_h\) dọc theo đường phá hoại tiềm năng được tính đúng theo các quy trình trong Chương 4. Nếu có các tải trọng thẳng đứng tập trung chồng lên (superimposed concentrated vertical loads), thì phần tăng ứng suất thẳng đứng \(\Delta\sigma_v\) có thể được tính theo phiên bản hiệu chỉnh của phương pháp 2:1, như minh họa ở Hình 6-13.

Ghi chú:
1. Việc đo x có thể lấy mốc từ mặt tường MSE hoặc từ mặt tường chống (shoring wall), tùy theo vị trí móng của tải trọng và độ dốc (batter) của các tường.
2. Hình vẽ áp dụng cho các tường MSE không có độ nghiêng (không batter) và trong trường hợp móng tải trọng không “bắc qua/đè lên” (straddle) tường chống. Khi tường có độ nghiêng (thường được khuyến nghị), ứng suất thẳng đứng có thể được ước tính bằng cách tính hình học giá trị D₁ tại mỗi độ sâu đặt cốt. Trong trường hợp móng bắc qua tường chống, D₁ luôn lớn hơn z₂, như được định nghĩa trong hình.

• Thiết kế nội tại khác với thiết kế tường MSE thông thường ở nội dung kéo tuột (pullout) của cốt. Thiết kế MSE thông thường yêu cầu mỗi lớp cốt phải kháng kéo tuột bằng cách vươn qua mặt trượt ước tính, như nêu ở Chương 4. Đối với hệ tường SMSE, chỉ các lớp cốt phía dưới (tức các lớp vươn vào vùng kháng – resistant zone) mới được thiết kế để kháng kéo tuột cho toàn bộ khối MSE “chủ động” (active). Các phương trình liên quan đến \(T_{\max}\) và sức kháng kéo tuột được nêu trong Hình 6-14. Sức kháng kéo của cốt cũng như cường độ liên kết được đánh giá theo các quy trình ở Chương 4.
  \(\\\)
• Thiết kế ổn định ngoài khối cho phần tường MSE trong hệ SMSE cần xét sức chịu tải nền và lún của vật liệu nền móng theo các yêu cầu ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng. Các cơ chế phá hoại như hạn chế độ lệch tâm (tức lật) và trượt không được xét như cơ chế phá hoại, do đã có tường chống cung cấp tác dụng ổn định. Lực thủy tĩnh được loại bỏ bằng cách tích hợp thoát nước nội tại vào thiết kế. Trình tự đánh giá sức chịu tải và phân tích lún giống như ở Chương 4.
  \(\\\)
• Trong thiết kế từng bộ phận riêng lẻ của tường MSE và tường chống, ổn định nội tại của các bộ phận này được bảo đảm. Tuy nhiên, vẫn phải đánh giá ổn định tổng thể của hệ tường SMSE như một kết cấu tổ hợp. Các dạng phá hoại khác nhau được trình bày trong Hình 6-15. Mặc dù phải xem xét tất cả các dạng phá hoại nêu trong Hình 6-15, nhưng các cơ chế tới hạn nhất thường là dọc theo mặt tiếp giáp shoring/MSE (Dạng 4 trong Hình 6-15) và ổn định tổng thể bên ngoài hệ tường SMSE cũng phải được đánh giá (Dạng 1 trong Hình 6-15). Morrison và cs. (2006) đưa ra các gợi ý cho phân tích ổn định tổng thể và các biện pháp cải thiện ổn định. Phân tích ổn định cho hệ SMSE nên sử dụng các phương pháp cân bằng giới hạn theo cách tiếp cận thông thường (tức ASD). Cũng như mọi bài toán đánh giá ổn định đất, việc lựa chọn các tham số vật liệu phù hợp là cực kỳ quan trọng để có được đánh giá thực tế. Ngoài ra, tính chất tổ hợp của hệ SMSE còn đòi hỏi phải xác định các yếu tố khác, chẳng hạn các vấn đề thoát nước có thể ảnh hưởng đến ứng xử của hệ.

Ghi chú:

1. Các tải trọng \(F_V, F_H\) và W phải được nhân với các hệ số tải trọng thích hợp khi đánh giá các tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng.
2. Sức kháng kéo tuột của bộ phận tường MSE trong hệ tường SMSE được xem là thỏa đáng nếu
   \(T_{MAX} ≤ ϕ_p \ ΣF_{po}\), trong đó \(ΣF_{po}\) là tổng sức kháng kéo tuột của tất cả các lớp cốt dựa trên chiều dài cốt nằm ngoài vùng “active”, và \(ϕ_p\) là hệ số sức kháng như sau:
   a. \(ϕ_p\) = 0.90 đối với L/H > 0.4
   b. \(ϕ_p\) = 0.65 đối với L/H ≤ 0.4.

6.6 Tường MSE chắn trước địa hình ổn định sẵn (Stable feature MSE – SFMSE)

Tường MSE có thể được xem xét xây dựng phía trước các đặc trưng được cho là ổn định, chẳng hạn như sườn đá, như thể hiện trong Hình 6-16. Tùy thuộc vào khoảng cách giữa mặt tường MSE và đặc trưng ổn định, ứng xử của tường SFMSE có thể tương tự như tường SMSE. Dưới đây là một số hướng dẫn cho các trường hợp như vậy:

• Xác định rằng “địa hình/kết cấu ổn định” nằm phía sau tuyến tường SFMSE dự kiến là ổn định và sẽ duy trì ổn định trong suốt tuổi thọ thiết kế của tường SFMSE. Địa hình/kết cấu này cần được gia cố/ổn định đến mức cần thiết để tương thích với tuổi thọ thiết kế của tường SFMSE được đề xuất tại vị trí đó.
  \(\\\)
• Đánh giá ứng xử về biến dạng và cường độ của “địa hình/kết cấu” đó (mặt đá/vách đá hoặc tường hiện hữu) dưới tác dụng của các ứng suất bổ sung ở phía sau. Áp lực thủy tĩnh và/hoặc các áp lực ngang khác có thể góp phần gây mất ổn định cho mái cắt đá (rock cut) ở phía trước nơi dự kiến xây tường SFMSE. Phân tích ổn định cần bao gồm việc đánh giá chuyển vị ngang tiềm tàng dưới các tải trọng bổ sung dự kiến tác dụng lên “kết cấu hiện hữu”.
  \(\\\)
• Thực hiện phân tích biến dạng của nền móng bên dưới tường SFMSE và đánh giá ảnh hưởng của các biến dạng ước tính này lên các công trình/hạng mục phía trên đỉnh tường, đặc biệt là tại và ngay phía trên vùng tiếp giáp giữa “kết cấu/địa hình hiện hữu” và tường SFMSE.
  \(\\\)
• Đánh giá ảnh hưởng của ứng suất tăng thêm tại đáy tường MSE lên độ lún của “kết cấu/địa hình hiện hữu”. Nếu “kết cấu hiện hữu” là tường chắn, thì tường này có thể xuất hiện lún bất lợi cả trong ngắn hạn và dài hạn, đồng thời có thể phát sinh lực kéo xuống do ma sát âm (downdrag) tại vùng tiếp giáp giữa tường MSE và kết cấu hiện hữu.
  \(\\\)
• Bảo đảm các hạng mục thoát nước của hệ tường SFMSE và “stable feature” phía sau được tích hợp đồng bộ, để không xuất hiện áp lực ngang do điều kiện thủy tĩnh.
  \(\\\)
• Đối với hệ tường SFMSE, khuyến nghị cấu hình trong Hình 6-16, theo đó ít nhất hai lớp cốt trên cùng được kéo vượt qua đỉnh của “stable feature”, thay vì liên kết cơ học trực tiếp vào “stable feature”. Đối với các dự án mở rộng đường mà “stable feature” có thể là tường hiện hữu, khuyến nghị cắt sửa/giảm phần đỉnh tường khi cần thiết để bố trí các lớp cốt phía trên và giảm các vấn đề bảo trì dài hạn.
  \(\\\)
• Kéo dài tất cả các lớp cốt nằm cao hơn đỉnh stable feature lùi về phía sau một đoạn \(L_t\) theo Hình 6-15, với tối thiểu hai lớp như đã nêu ở trên.
  \(\\\)
• Bố trí sơ đồ cốt dựa trên các giá trị \(T_{\max}\) thu được theo hướng dẫn trong Hình 6-14 và các hướng dẫn khác ở Mục 6.5. Khoảng hở tối thiểu giữa đỉnh stable feature và lớp cốt phía trên nó nên là 6 in (150 mm) để tránh tập trung ứng suất bất lợi ở khu vực này và tránh tiếp xúc giữa các vật liệu không tương thích.
  \(\\\)
• Cần thực hiện phân tích ổn định tổng thể, vì tường MSE sẽ làm tăng lực gây trượt (driving forces). Phân tích tổng thể đặc biệt cần thiết khi kết cấu được xây dựng có mái dốc ở mũi tường hoặc trên nền đất yếu. Tất cả các dạng phá hoại tương tự như những dạng thể hiện trong Hình 6-15 cần được đánh giá.

Các hướng dẫn nêu trên áp dụng cho điều kiện tải trọng tĩnh, hoặc cho những khu vực mà gia tốc động đất theo phương ngang tại cao trình móng nhỏ hơn 0.05g. Các tường SFMSE trong các vùng có hoạt động động đất mạnh cần được thiết kế dựa trên phân tích chi tiết hơn, trong đó xét đến ảnh hưởng của khả năng phân bố không đồng đều của các lực do động đất và lực quán tính trong hệ tường (bao gồm cả phần tường MSE và phần “stable feature”).

Cuối cùng, các loại tường này không được khuyến nghị dùng trong khu vực đô thị cho các trường hợp như mở rộng mặt đường, do rủi ro tương đối cao xuất hiện khe nứt do kéo (tension cracks) dưới tác động động của giao thông tại vùng tiếp giáp giữa “kết cấu hiện hữu” (chẳng hạn một tường) và tường MSE mới.

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