F – Các quy trình thiết kế và các mô hình phân tích

(nguồn)

Publication No. FHWA-NHI-10-025
FHWA GEC 011 – Volume II
November 2009

NHI Courses No. 132042 and 132043

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

F.1 Phương pháp đơn giản hóa và nền tảng ASD
F.2 Phương pháp Coherent Gravity
F.3 Quy trình của Hiệp hội Kết cấu Khối xây Bê tông Quốc gia
F.4 GRS
F.5 Phương pháp độ cứng kết cấu FHWA
F.6 Phương pháp K-stiffness
F.7 Deep Patch

Có một số cách khác (ngoài mô hình phân tích Simplified Method trên nền tảng LRFD) có thể dùng để thiết kế tường MSE. Một số cách được tóm tắt dưới đây. Lưu ý rằng một số phương pháp thiết kế có thể được sử dụng trên nền tảng LRFD hoặc ASD. Khuyến nghị sử dụng mô hình phân tích Simplified Method với nền tảng LRFD cho thiết kế các kết cấu tường MSE phục vụ giao thông.

F.1 Phương pháp đơn giản hóa và nền tảng ASD

Như đã nêu trước đó (Mục 4.1.1), các kỹ sư đã thiết kế tường MSE cho đường bộ bằng quy trình ASD (allowable stress design – thiết kế theo ứng suất cho phép) kể từ khi tường MSE được giới thiệu vào đầu những năm 1970. Tất cả các bất định trong tải trọng tác dụng và sức kháng vật liệu được gộp vào một hệ số an toàn hoặc ứng suất vật liệu cho phép duy nhất. Ưu điểm của việc chuyển sang quy trình LRFD đã được tóm tắt trong Mục 4.4.1.

Các tường MSE trong tương lai sẽ được thiết kế theo quy trình LRFD. Do đó, các hướng dẫn hiện hành, tức là AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges, ấn bản lần thứ 17 (2002) và FHWA NHI-00-043 (Elias et al., 2001) về thiết kế tường MSE theo quy trình ASD sẽ không được cập nhật. Lưu ý rằng các tài liệu tham chiếu ASD của AASHTO (2002) và FHWA (2001) sẽ lần lượt không được AASHTO hoặc FHWA cập nhật. Bất kỳ đơn vị thiết kế nào vẫn đang thiết kế tường MSE theo quy trình ASD trong tương lai có thể nên tham khảo các quy trình LRFD hiện hành để nắm các cập nhật có thể cũng áp dụng cho thiết kế theo ASD (ví dụ: tải trọng động đất trong phân tích ổn định ngoài).

Phương pháp phân tích Simplified Method đã được sử dụng cùng với các quy trình ASD từ năm 1996. Phương pháp này được phát triển dựa trên nghiên cứu của FHWA (Christopher et al., 1990) và các phương pháp thiết kế hiện có (tức là coherent gravity method, tie-back wedge method) làm điểm xuất phát nhằm tạo ra một phương pháp thống nhất để các cơ quan và nhà cung cấp sử dụng (Elias và Christopher, 1997; AASHTO, 1997; Allen et al., 2001). Simplified Method sử dụng trạng thái ứng suất biến đổi cho phân tích ổn định nội tại. Trạng thái ứng suất biến đổi này được xác định theo bội số của hệ số áp lực đất chủ động \(K_a\), và là hàm của loại cốt gia cường sử dụng và độ sâu tính từ đỉnh tường. Phương pháp thiết kế thống nhất này áp dụng cho mọi loại gia cường đất. Vì vậy, Phương pháp đơn giản hóa – Simplified Method có các ưu điểm sau so với các phương pháp khác:

• Trực quan, đơn giản do tránh các quá trình lặp để xác định yêu cầu gia cường (tức là đơn giản và dễ sử dụng).
• Có cơ sở kiểm chứng thực nghiệm khi so sánh với các phương pháp khác hiện có tại thời điểm phát triển dựa trên các kết cấu thực kích thước đầy đủ có quan trắc, và các đơn giản hóa dường như không làm suy giảm độ chính xác của Simplified Method (Allen et al., 2001).
• Được nhận thấy là chính xác hơn đối với các lớp gia cường phía trên trong trường hợp tải trọng chất thêm dạng mái dốc (Allen et al., 2001).
• Loại bỏ sự khác nhau giữa các phương pháp khi xác định ứng suất ngang nội tại (internal lateral stress).
• Loại bỏ sự khác nhau trong giả thiết về mặt trượt tới hạn.
• Xét đến sự khác nhau về loại cốt gia cường và dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với các loại cốt gia cường tường MSE mới khi chúng xuất hiện.

Phương pháp đơn giản hóa đã được điều chỉnh để áp dụng trong các quy trình LRFD trong AASHTO (2007) và trong tài liệu này. Như đã nêu ở phần mở đầu của mục này, hiện nay khuyến nghị sử dụng mô hình phân tích Simplified Gravity với nền tảng LRFD cho thiết kế các kết cấu tường MSE giao thông.

F.2 Phương pháp Coherent Gravity

Phương pháp (hoặc mô hình phân tích) coherent gravity đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ trong quy trình ASD. Phương pháp này cũng có thể dùng với quy trình LRFD. AASHTO Interims 2009 lưu ý rằng tải trọng cốt gia cường lớn nhất phải được tính bằng Simplified Method hoặc Coherent Gravity Method. Đối với các cơ quan/đơn vị cấp bang sử dụng Coherent Gravity Method, tải trong cốt gia cường sẽ được xác định theo cách giống Simplified Method, ngoại trừ:

(i) đối với hệ tường gia cường đất cốt thép, hệ số áp lực đất ngang sử dụng phải bằng \(K_0\) tại điểm giao giữa mặt trượt lý thuyết với mặt đất tại hoặc phía trên đỉnh tường, sau đó chuyển dần về \(K_a\) tại độ sâu 20 ft (6 m) dưới điểm giao này, và không đổi bằng \(K_a\) ở các độ sâu lớn hơn 20.0 ft (6 m); và

(ii) nếu dùng cho hệ gia cường geosynthetic, thì dùng \(K_a\) xuyên suốt chiều cao tường.

AASHTO cũng nêu rằng các phương pháp thiết kế khác đã được chấp nhận rộng rãi và đã công bố để tính tải trọng cốt gia cường có thể được sử dụng theo quyết định của chủ tường hoặc cơ quan phê duyệt, với điều kiện đơn vị thiết kế xây dựng được các hệ số sức kháng (resistance factors) tương ứng cho phương pháp được áp dụng. AASHTO khuyến nghị rằng các hệ số sức kháng khuyến nghị cho Simplified Method cũng nên được dùng cho Coherent Gravity Method.

Các khác biệt chính giữa coherent gravity method và simplified method là:

(i) coherent gravity method đưa áp lực tại từng cao độ cốt gia cường vào tổng áp lực thẳng đứng;

(ii) ảnh hưởng của mô men lật do áp lực ngang của Retained backfill được xét trong áp lực thẳng đứng tại từng cao độ cốt gia cường; và

(iii) đối với cốt kim loại, áp lực ngang thay đổi từ \(K_0\) ở đỉnh đất về \(K_a\) tại độ sâu 20 ft (6 m), và giữ không đổi bằng \(K_a\) dưới độ sâu 20 ft (6 m). Nội dung này được minh họa ở Hình F-1. Như đã thảo luận ở Chương 4 (và minh họa trong Hình 4-9), áp lực ngang đối với cốt kim loại biến thiên từ (1.7K_a) (strip) hoặc \(2.5K_a\) (mat và grid) ở đỉnh đất, về \(K_a\) tại độ sâu 20 ft (6 m), và sau đó không đổi bằng \(K_a\). Để so sánh, với đất có \(\varphi = 34^\circ\), \(K_0 = 1-\sin34^\circ = 0.50\); với \(\varphi = 34^\circ\), \(K_a = 0.283\); do đó \(K_0 = 1.77K_a\).

Đối với cốt geosynthetic, áp lực ngang không đổi bằng \(K_a\) cho cả coherent gravity method và simplified method. Vì vậy, coherent gravity method thường chỉ được dùng cho cốt kim loại.

Các nghiên cứu trước đây (FHWA RD-89-043) tập trung vào việc xác định trạng thái ứng suất cho ổn định nội tại như một hàm của \(K_a\), loại cốt gia cường sử dụng (geotextile, geogrid, metal strip hoặc metal grid), và độ sâu tính từ mặt đất. Kết quả từ các nỗ lực này đã được tổng hợp thành simplified method, có thể dùng cho mọi loại gia cường đất. Coherent gravity method dạng đơn giản hóa là một phương pháp đơn nhất, hợp lý, có thể dùng trong quy trình LRFD hoặc ASD. Như đã nêu trong mục Simplified Method, phương pháp này có một số ưu điểm đối với các cơ quan. Phương pháp đã được sử dụng trong 12 năm qua để thiết kế tường chắn một cách an toàn. Trong các nghiên cứu so sánh với dữ liệu đo đạc hiện trường, Allen et al. (2001) nhận thấy:

• Nhìn chung, Simplified Method và FHWA Structure Stiffness Method cho dự báo hơi thiên về an toàn (slightly conservative), trong khi Coherent Gravity Method cho dự báo hơi kém an toàn (slightly nonconservative).
• Coherent Gravity Method được ghi nhận là thường cho tải trọng dự báo thấp hơn một cách nhất quán trong các kết cấu có hệ cốt gia cường cứng, và ở các lớp gia cường phía trên của các tải trọng chất thêm dạng dốc so với tải trọng đo được ngoài hiện trường; trong khi Simplified Method dự báo các tải trọng cốt gia cường này chính xác hơn (Allen et al., 1993).
• Giả thiết cho rằng ứng suất trong cốt gia cường giảm khi tăng chiều dài cốt là đáng nghi ngờ và không được số liệu đo hiện trường ủng hộ.

FHWA ủng hộ việc sử dụng một phương pháp duy nhất để duy trì tính nhất quán trong thiết kế. Luôn có lo ngại rằng người thiết kế sẽ bị nhầm lẫn và trộn lẫn các yếu tố của các phương pháp thay thế, dẫn đến kết quả không thiên về an toàn. Các cơ quan cần nhận thức về thay đổi đang chờ áp dụng đối với tiêu chuẩn LRFD của AASHTO và đánh giá có nên cho phép sử dụng Coherent Gravity Method (và/hoặc các phương pháp khác) bên cạnh Simplified Method hay không. Các quy định của cơ quan cần được cập nhật để phản ánh việc chỉ dùng Simplified Method hoặc chấp nhận một trong hai phương pháp.

Một lần nữa, khuyến nghị sử dụng mô hình phân tích Simplified Gravity với nền tảng LRFD cho thiết kế các kết cấu tường MSE giao thông.

F.3 Quy trình của National Concrete Masonry Association

Phương pháp và mô hình phân tích của National Concrete Masonry Association (NCMA) được phát triển năm 1993 (Simac et al.) chuyên dùng cho, và được sử dụng rộng rãi với, tường đất có gia cường bằng geosynthetic có mặt ốp bằng block mô-đun (a.k.a. block phân đoạn). Đây là một quy trình theo ASD. Phương pháp đã được cập nhật năm 1997 (NCMA), và được báo cáo là đang tiến hành một đợt cập nhật thứ ba.

Các khác biệt chính giữa phương pháp NCMA và ASD Simplified Method là:
(i) áp lực đất ngang cho ổn định nội tại được lấy bằng hệ số áp lực đất chủ động theo Coulomb, thay vì hệ số theo Rankine;
(ii) mặt trượt giả định là nêm áp lực chủ động Coulomb, thay vì nêm áp lực chủ động Rankine;
(iii) tỷ số tối thiểu giữa chiều dài cốt gia cường và chiều cao tường là 0.6, so với 0.7; và
(iv) các yêu cầu về cường độ liên kết dựa trên thử nghiệm ngắn hạn, thay vì dựa trên thử nghiệm dài hạn như AASHTO yêu cầu.

F.4 GRS

Mô hình phân tích Geosynthetic Reinforced Soil (GRS) được sử dụng theo quy trình ASD. Phương pháp này được phát triển ở Colorado chuyên cho các hệ gia cường đất bằng geosynthetic và mặt ốp dạng wrap-around hoặc block. Phương pháp thiết kế GRS được trình bày trong NCHRP Report 556 (Wu et al., 2006). Phương pháp thiết kế GRS là một dạng hiệu chỉnh của FHWA ASD Simplified Method (Elias et al., 2001). Mô hình gia cường đất dựa trên các lớp cốt đặt sát nhau theo phương đứng và hiện tượng vòm đất (soil arching), trái với phương pháp FHWA vốn dựa trên mô hình tie-back wedge.

Các khác biệt chính bổ sung giữa phương pháp GRS và ASD Simplified Method là:
(i) khoảng cách đứng mặc định giữa các lớp cốt là 8 in. (0.2 m), và khoảng cách lớn nhất (cho mố cầu) là 16 in. (0.4 m);
(ii) chiều dài cốt gia cường có thể rút ngắn ở phần chân tường, nơi nền móng đủ khả năng chịu lực;
(iii) cốt gia cường đất được quy định dựa trên cường độ kéo cực hạn tối thiểu và độ cứng kéo tối thiểu; và
(iv) cường độ liên kết không phải là yêu cầu thiết kế trong trường hợp khoảng cách đứng lớn nhất của cốt là 8 in. (0.2 m) và vật liệu đắp gia cường là đất chọn lọc đầm chặt.

F.5 Phương pháp độ cứng kết cấu FHWA (theo Allen et al., 2001; Christopher et al., 1990)

Phương pháp Structure Stiffness được phát triển từ một dự án nghiên cứu lớn của FHWA, trong đó một số tường MSE kích thước thực đã được xây dựng và quan trắc. Kết hợp với việc rà soát sâu rộng các hồ sơ điển hình của những tường trước đây có gắn thiết bị đo (Christopher et al., 1990; Christopher, 1993), các tường mô hình quy mô nhỏ và quy mô thực đã được xây dựng và có tiến hành mô phỏng phân tích (Adib, 1988). Phương pháp này tương tự Tieback Wedge Method, nhưng hệ số áp lực đất ngang được xác định như một hàm của độ sâu tính từ đỉnh tường, loại cốt gia cường, và độ cứng tổng thể của tường, thay vì dùng trực tiếp (K_a). Ngoài ra, vị trí mặt trượt phá hoại giống như mặt trượt dùng trong Coherent Gravity Method (Hình 3) đối với tường MSE dùng cốt gia cường đất không giãn. Đối với tường MSE dùng cốt gia cường đất giãn, mặt trượt phá hoại theo Rankine. Trình tự/quan điểm thiết kế được tóm tắt trong các phương trình 8, 9 và 10. Lưu ý rằng do ứng suất trong cốt gia cường, và cường độ cần thiết để chịu ứng suất đó, thay đổi theo độ cứng tổng thể của tường, nên có thể cần một số vòng lặp để điều chỉnh cốt sao cho phù hợp với các ứng suất đã tính.

\begin{aligned}
T_{\max} & =S_r \ R_c \ K_r \ (\gamma Z + S + q)\\
K_r & = K_a\left(\Omega_1\left(1+0.4\left(\frac{S_r}{47880}\right)\right)\left(1-\frac{Z}{6}\right)+\Omega_2\dfrac{Z}{6}\right)\quad \text{nếu } Z\le 6m\\
K_r & = K_a\Omega_2 \quad \text{nếu } Z>6m\\
S_r & = \dfrac{EA}{(H/n)}
\end{aligned}

Trong đó:

• \(K_r\) là hệ số áp lực đất ngang,
• \(S_r\) là độ cứng tổng thể của cốt gia cường cho tường (tức là độ cứng cốt trung bình trên vùng mặt tường),
• \(\Omega_1\) là hệ số không thứ nguyên, bằng 1.0 cho cốt dạng strip và sheet, hoặc bằng 1.5 cho grid và welded wire mat,
• \(\Omega_2\) là hệ số không thứ nguyên, bằng 1.0 nếu \(S_r \le 47880 kPa\), hoặc bằng \(\Omega_1\) nếu \(S_r > 47880 kPa\),
• \(EA\) là mô đun cốt nhân với diện tích cốt, với đơn vị lực trên một đơn vị bề rộng tường,
• \(H/n\) là khoảng cách đứng trung bình của cốt, và (n) là tổng số lớp cốt gia cường.

Cách tiếp cận dựa trên độ cứng này được xây dựng từ nhiều quan trắc kích thước thực cho thấy tồn tại mối liên hệ mạnh giữa độ cứng cốt gia cường và mức ứng suất trong cốt, và đã được kiểm chứng về mặt lý thuyết thông qua thử nghiệm mô hình và mô phỏng số.

F.6 Phương pháp K-Stiffness

Phương pháp K-Stiffness, hay mô hình phân tích, là một phương pháp tương đối mới có thể được sử dụng theo quy trình ASD hoặc LRFD. Phương pháp này được Allen và Bathurst (2003), Allen et al. (2003), Allen et al. (2004) nghiên cứu và phát triển, và được hiệu chỉnh theo các số liệu đo tải trọng và biến dạng từ một cơ sở dữ liệu lớn của các tường đất gia cường bằng geosynthetic và các tường đất gia cường bằng thép kích thước thực. Mục tiêu của phương pháp là dự báo chính xác tải trọng làm việc trong cốt gia cường đất; tuy nhiên, hành vi của tường khi gần phá hoại do biến dạng quá mức hoặc đứt cốt ở một số tường đã được xem xét trong quá trình phát triển mô hình thiết kế (xem Allen et al., 2003) để bảo đảm rằng nếu Phương pháp K-Stiffness được sử dụng đúng và các tham số thiết kế được chọn đúng thì các dạng hành vi đó sẽ được loại trừ. Từ nghiên cứu đó, K-Stiffness đã xác định một trạng thái giới hạn thiết kế mà các mô hình thiết kế khác chưa xét đến — trạng thái giới hạn phá hoại đất. Điều này đặc biệt quan trọng đối với tường gia cường geosynthetic, vì cốt geosynthetic tiếp tục biến dạng và “ăn” lực kéo trong một thời gian dài sau khi đất đạt cường độ đỉnh và bắt đầu giảm về giá trị dư. Do đó, nếu biến dạng trong đất được khống chế để ngăn đất vượt qua cường độ đỉnh và giảm về giá trị dư, thì phá hoại do biến dạng quá mức hoặc do đứt sẽ được ngăn chặn và cân bằng được duy trì. Đây là một triết lý thiết kế then chốt trong mô hình thiết kế K-Stiffness.

Phân tích các dự báo của K-Stiffness so với các số đo kích thước thực cho thấy phương pháp K-Stiffness là một phương pháp chính xác hơn để ước tính tải trọng trong cốt gia cường đất so với các mô hình thiết kế hiện có, và vì vậy có tiềm năng giảm yêu cầu cốt gia cường và tăng tính kinh tế của tường MSE (Allen et al., 2003 và 2004). Mức cải thiện (tức là hiệu quả/kinh tế) là đáng kể cho cả cốt geosynthetic và cốt thép, dù rõ rệt hơn đối với cốt geosynthetic. Một số tường gia cường geosynthetic đã được thiết kế theo K-Stiffness, thi công và được Washington State Department of Transportation (WSDOT) gắn thiết bị đo đạc đầy đủ. Do được thiết kế theo K-Stiffness, lượng cốt gia cường đất trong tường đã giảm từ 1/3 đến 1/2 so với lượng cốt yêu cầu theo AASHTO Simplified Method. Kết quả do Allen và Bathurst (2006) báo cáo cho tường lớn nhất (cao 36 ft, dài 600 ft) cho thấy K-Stiffness dự báo chính xác biến dạng trong cốt, và tường đã làm việc tốt kể từ khi thi công. Tường còn lại cũng hoạt động tốt, và kết quả đầy đủ cho cả hai tường sẽ được công bố trong một báo cáo nghiên cứu WSDOT sắp tới. Khả năng dự báo chính xác biến dạng trong cốt của K-Stiffness cho thấy triển vọng trong việc dự báo chính xác biến dạng tường đối với trạng thái giới hạn sử dụng. Xem Allen và Bathurst (2003) để biết thêm chi tiết về vấn đề này.

Phương pháp K-Stiffness đã được Washington DOT điều chỉnh để áp dụng trong quy trình thiết kế LRFD, và các hệ số tải trọng và hệ số sức kháng dùng cho phương pháp này được trình bày chi tiết trong WSDOT Geotechnical Design Manual (2006), cùng với các quy trình từng bước để áp dụng Phương pháp K-Stiffness trong thiết kế tường MSE. Phương pháp bắt đầu bằng việc dự báo tổng tải trọng ngang cần được hệ cốt gia cường đất kháng lại, phù hợp với cách tiếp cận của Simplified Method. Sau đó, Phương pháp K-Stiffness lấy tổng tải trọng ngang đó và hiệu chỉnh theo thực nghiệm dựa trên ảnh hưởng của độ cứng tổng thể của hệ cốt, độ cứng cốt cục bộ, độ cứng mặt ốp/khả năng kìm giữ tại chân (toe restraint), độ nghiêng mặt ốp (facing batter), cường độ kháng cắt của đất, và cách phân phối tổng lực ngang cho từng lớp cốt dựa trên các quan trắc từ nhiều hồ sơ tường kích thước thực. Cách xây dựng biểu thức độ cứng tổng thể của hệ cốt là nhất quán với cách dùng trong FHWA Structure Stiffness Method (Christopher et al., 1990; Christopher, 1993). Cường độ kháng cắt của đất (phương pháp này dùng cường độ kháng cắt theo điều kiện biến dạng phẳng – plane strain shear strength) được dùng như một chỉ số để liên hệ với độ cứng của đất đắp sau tường, vốn là đặc tính thực sự cần quan tâm khi dự báo tải trọng trong cốt ở điều kiện ứng suất làm việc.

Lưu ý rằng các phương pháp trong thực hành trước đây (ví dụ Simplified Method) tính ứng suất thẳng đứng do trọng lực trong khối đất đắp gia cường tại từng cao độ, dẫn đến lực trọng lực tăng tuyến tính theo chiều sâu và phân bố ứng suất ngang tăng liên tục theo độ sâu dưới đỉnh tường. Ngược lại, Phương pháp K-Stiffness tính lực trọng lực lớn nhất do trọng lực trong khối đất đắp gia cường để xác định tải cốt lớn nhất trong toàn khối đất đắp gia cường của tường, \(T_\text{m max}\), rồi hiệu chỉnh tải cốt lớn nhất đó theo chiều sâu cho từng lớp bằng hệ số phân phối tải, \(D_{t\max}\), để xác định \(T_{\max}\).

Phương pháp được tóm tắt như sau:

\[
\sigma_v=\gamma_p \ \gamma_r \ H+\gamma_p \ \gamma_f \ S+\gamma_{LL} \ q+\gamma_p \ \Delta\sigma_v,
\]

và

\[
T_{\max}=0.5 \ S_v \ K \ \sigma_v \ D_{t\max} \ \Phi_g \ \Phi_{local} \ \Phi_b \ \Phi_s+\gamma_p \ \Delta\sigma_H \ S_v
\]

trong đó:

• \(\sigma_v\) = áp lực đã nhân hệ số do hợp lực của các lực trọng lực từ trọng lượng bản thân đất trong và ngay phía trên khối đất đắp sau tường gia cường, và do các tải trọng chất thêm hiện hữu (KSF)
• \(\gamma_p\) = hệ số tải trọng cho áp lực đất thẳng đứng \(E_V\)
• \(\gamma_{LL}\) = hệ số tải trọng cho tải chất thêm do hoạt tải theo các quy định AASHTO LRFD
• \(q\) = tải chất thêm do hoạt tải (KSF)
• \(H\) = tổng chiều cao tường theo phương đứng tại mặt tường (FT)
• \(S\) = chiều sâu chất thêm đất trung bình phía trên đỉnh tường (FT)
• \(\Delta\sigma_v\) = mức tăng ứng suất thẳng đứng do tải chất thêm tập trung phía trên tường (KSF)
• \(S_v\) = diện tích phân bổ (giả sử tương đương với khoảng cách đứng trung bình của cốt gia cường tại cao độ mỗi lớp khi phân tích theo một đơn vị chiều dài tường), đơn vị FT
• \(K\) = hệ số áp lực đất ngang dạng chỉ số cho khối đất đắp sau tường gia cường, và lấy bằng \(K_0\) tính theo Điều 3.11.5.2 của AASHTO LRFD. Đối với hệ cốt thép, (K) không được nhỏ hơn 0.3.
• \(D_{t\max}\) = hệ số phân phối để ước tính \(T_{\max}\) cho từng lớp theo hàm của độ sâu của lớp đó tính từ đỉnh tường so với \(T_{m\max}\) (giá trị \(T_{\max}\) lớn nhất trong tường)
• \(S_{global}\) = độ cứng tổng thể của hệ cốt gia cường (KSF)
• \(\Phi_g\) = hệ số độ cứng tổng thể
• \(\Phi_{local}\) = hệ số độ cứng cục bộ
• \(\Phi_{fb}\) = hệ số góc nghiêng mặt ốp (facing batter factor)
• \(\Phi_{fs}\) = hệ số độ cứng mặt ốp (facing stiffness factor)
• \(\Delta\sigma_H\) = mức tăng ứng suất ngang tại cao độ lớp cốt do tải chất thêm ngang tập trung, theo Điều 11.10.10.1 của AASHTO LRFD (KSF)

Cần tham khảo WSDOT GDM (2006, hoặc bản cập nhật mới nhất) để biết chi tiết cách tính (T_{\max}) cho từng lớp và cách áp dụng phương pháp này trong thiết kế tường MSE.

Cũng cần lưu ý rằng Phương pháp K-Stiffness đã được cập nhật để xét thêm nhiều hồ sơ tường (case histories) bổ sung, đồng thời xét ảnh hưởng của lực dính của đất đắp sau tường. Xem Bathurst et al. (2008) để biết chi tiết. Mặc dù việc xét lực dính của đất giúp cải thiện độ chính xác dự báo của K-Stiffness đối với đất đắp sau tường có thành phần dính đáng kể trong cường độ kháng cắt, nhưng nhìn chung không khuyến nghị xét lực dính của đất đắp sau tường cho mục đích thiết kế do chưa rõ ảnh hưởng dài hạn của thấm ẩm trong đất đắp và khả năng từ biến của đất (soil creep).

F.7 Deep Patch

Deep patch là một kỹ thuật giảm thiểu cho các đoạn đường bộ bị trượt. Kỹ thuật này thường được dùng cho các tuyến đường gặp hiện tượng trượt chậm kéo dài (mạn tính), chủ yếu là do thi công đắp mở rộng sườn dốc (side cast fill). Một trong những ưu điểm chính của kỹ thuật deep patch là thi công bằng thiết bị làm việc trên mặt đường, không cần tiếp cận chân (toe) của khu vực đã bị hư hỏng. Kỹ thuật này nói chung không được kỳ vọng sẽ dừng hoàn toàn chuyển dịch quan sát được trên tuyến đường, nhưng sẽ làm chậm lại đến mức có thể kiểm soát được.

Sửa chữa theo deep patch bao gồm gia cường phần đỉnh của nền đắp đang hư hỏng bằng nhiều lớp cốt gia cường đất. Công việc này thường do một tổ thi công nhỏ thực hiện, gồm công nhân, máy đào thủy lực và xe ben. Thiết kế dựa trên việc xác định phạm vi phá hoại của nền đường bằng quan sát các vết nứt, sau đó dùng các phương pháp phân tích hoặc thực nghiệm để xác định yêu cầu gia cường. Một quy trình thiết kế thực nghiệm được trình bày trong tài liệu Highway Deep Patch Road Embankment Repair Application Guide, do U.S. Department of Agriculture (USDA) Forest Service phối hợp với FHWA Federal Lands Highway Division biên soạn. Một cách tiếp cận phân tích được tóm tắt như sau:

1. Đặc trưng các chỉ tiêu đất hiện hữu, các chỉ tiêu đất đắp mới (nếu có), và xác lập hệ số an toàn ổn định mái dốc mong muốn sau khi áp dụng kỹ thuật deep patch.
2. Lập mặt cắt ngang của nền đắp bị hư hỏng tại vị trí đại diện cho chuyển dịch nghiêm trọng nhất.
3. Xác định các vết nứt ở xa nhất so với mép gãy của mái nền đắp (điểm bản lề – hinge point) trên mặt cắt. Tương tự khái niệm cơ chế chủ động và bị động nội tại của tường MSE, phần chủ động của chuyển dịch nền đắp được xem là xảy ra ở phía ngoài giới hạn các vết nứt, và phần kháng ở phía trong giới hạn vết nứt.
4. Xác định khoảng cách từ giới hạn vết nứt đến điểm bản lề của mái nền đắp.
5. Xác định tổng lực kéo cốt gia cường cần thiết theo một đơn vị bề rộng, như mô tả trong Chương 9 hoặc bằng phần mềm thiết kế mái dốc đất có gia cường.
6. Dựa trên giới hạn mặt bằng hiện trường và hình học, xác định khoảng cách bố trí cốt và số lớp cốt tương ứng (thường 2–5 lớp). Chia \(T_t\) cho số lớp để thu được cường độ kéo cốt yêu cầu cho mỗi lớp và theo một đơn vị bề rộng (Treq’d).
7. Xác định chiều dài kéo tuột tối thiểu \((L_e)\) bằng hệ số an toàn 1.5 và đặt Treq’d = Tmax. Xác định chiều dài cốt tối thiểu bằng cách cộng \(L_e\) vào khoảng cách từ vết nứt đến mặt mái dốc cho từng lớp.
8. Chọn loại cốt gia cường sao cho cường độ cho phép dài hạn theo một đơn vị bề rộng (Chương 3) lớn hơn Treq’d.

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