9. Phương pháp thiết kế Deep Patch

9.1 CƠ SỞ VÀ TỔNG QUAN

Phương pháp deep patch đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ như một biện pháp giảm thiểu hiện tượng lún nông của nền đường đắp. Quy trình thiết kế cho phương pháp này nhìn chung dựa trên các phân tích ổn định mái dốc bằng cân bằng giới hạn và/hoặc các quy tắc kinh nghiệm.

Gần đây hơn, một phương pháp đơn giản hóa để thiết kế deep patch đã được Cục Lâm nghiệp Hoa Kỳ xây dựng với sự phối hợp của Chương trình Cải tiến Công nghệ Đường bộ Liên bang Điều phối của FHWA (Musser và Denning, 2005).

Một phương pháp mới đã được xây dựng dựa trên các phát hiện nghiên cứu được trình bày trong Chương 2 đến Chương 8 của báo cáo này. Phương pháp mới này được phát triển nhằm cung cấp cơ sở phân tích được ghi chép đầy đủ cho các điều kiện thường gặp ở những mái dốc mà deep patch là phù hợp.

9.2 CÁC XEM XÉT KHI TRIỂN KHAI

Phương pháp sửa chữa bằng deep patch chủ yếu được sử dụng để ổn định hiện tượng lún tương đối nông của vật liệu đắp liên quan đến thi công đổ tràn (sidecast) trong quá khứ, hoặc hiện tượng lún của một khối vật liệu dạng nêm yếu hơn, kém ổn định hơn nằm phía trên một lớp vật liệu ổn định hơn hoặc nền tự nhiên.

Mặc dù deep patch nhìn chung chỉ giới hạn cho các hiện tượng lún tương đối nông, chúng cũng đã được sử dụng để sửa chữa các chuyển vị tổng thể lớn hơn. Tuy nhiên, các sửa chữa này thường được áp dụng như một giải pháp ngắn hạn và mức độ làm việc lâu dài của chúng chưa được kiểm chứng đầy đủ.

Khả năng áp dụng của phương pháp này nhìn chung bị giới hạn đối với hiện tượng lún tương đối hẹp xảy ra trong vật liệu nền đắp yếu hơn chứ không phải trong mái dốc tự nhiên/vật liệu bền hơn, tức \(X_c < X\), trong đó:

• \(X_c\) là khoảng cách từ đỉnh nền đắp đến điểm dịch chuyển xa nhất,
• và \(X\) là khoảng cách từ đỉnh mái dốc đến vị trí ước tính của mặt tiếp xúc giữa vật liệu bền và vật liệu yếu,

như minh họa trong Hình 105. (Các phương pháp ước tính \(X\) ngoài hiện trường sẽ được thảo luận trong mục tiếp theo.)

Phương pháp này được dự định áp dụng cho các loại đất có góc ma sát cao và lực dính thấp, chứ không phải cho các trường hợp có ma sát thấp/lực dính cao.

Các kỹ thuật sửa chữa được phát triển trong nghiên cứu này được xây dựng cho các mái dốc có góc \(\beta = 34^\circ\) và \(39^\circ\), tương ứng với mái dốc 1V:1.5H và 1V:1.25H.

Các phương pháp này cũng đã được áp dụng cho các mái dốc dốc hơn, thường không dốc hơn 1V:1H; tuy nhiên, việc phát triển thiết kế deep patch cho các góc \(\beta\) lớn hơn mái dốc 1V:1H nằm ngoài phạm vi của dự án này.

Hướng dẫn tổng quát để áp dụng kỹ thuật sửa chữa deep patch được tóm tắt trong Bảng 37.

Bảng 37: Hướng dẫn tổng quát để áp dụng sửa chữa deep patch

Thành phần thiết kế	Hướng dẫn
Vùng đất yếu	Vật liệu hạt rời (φ > 15°) Lực dính thấp (c < 200 psf = 9.6kPa)
Hình học mái dốc	34° < β < 39° 3 ft = 0.9m < X < 30 ft = 9.1m 3 ft = 0.9m < Xc < 15 ft = 4.6m
Biểu hiện hư hỏng	Độ võng/lún đứng nông Chuyển vị chậm của mái dốc ở mức tối thiểu

Các hư hỏng trên mặt đường thường được xử lý bằng deep patch nhìn chung có dạng hình cung, do chuyển động tiếp diễn hoặc đáng kể của vật liệu đất yếu.

Lịch sử sửa chữa tại một vị trí cụ thể có thể giúp xác định vị trí phù hợp để áp dụng sửa chữa deep patch, nhưng việc lựa chọn cuối cùng chủ yếu phụ thuộc vào địa hình khu vực và phạm vi hư hỏng và/hoặc lún.

Mặc dù sự hiện diện của nước cũng ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ làm việc của deep patch, việc cung cấp thoát nước đầy đủ cho công trình được giả định là một phần của quá trình thiết kế và thi công, nên không được đề cập riêng ở đây.

9.3 THIẾT KẾ DEEP PATCH

Phương pháp thiết kế deep patch được xây dựng trong nghiên cứu này dựa trên công tác phân tích sử dụng cân bằng giới hạn và phần mềm ổn định mái dốc theo phương pháp số, như mô tả trong Chương 3 đến Chương 7.

Phương pháp này không yêu cầu cụ thể phải sử dụng công cụ phân tích cân bằng giới hạn và/hoặc sai phân hữu hạn; tuy nhiên, các phương pháp phân tích này có thể được dùng để kiểm tra và/hoặc điều chỉnh các đặc điểm cụ thể của thiết kế khi cần hoặc khi mong muốn.

Phương pháp này được xây dựng riêng để xử lý các phá hoại xoay nông hoặc phá hoại dạng nêm trong vật liệu đắp và/hoặc vật liệu yếu của nền đường đắp, bằng cách tạo ổn định thông qua các lớp đất gia cường địa tổng hợp ở phần trên của nền đắp bên dưới mặt đường.

Giả định rằng các thực hành thiết kế mái dốc thông thường được tích hợp vào quá trình này, ví dụ: cung cấp thoát nước đầy đủ, thiết kế mặt đường phù hợp, xử lý xói mòn tiềm tàng, quản lý thảm thực vật, sử dụng gia cường địa tổng hợp đúng cách như chiều dài chôn tối thiểu và thực hành thi công phù hợp, đầm chặt vật liệu đắp hoàn trả (backfill), v.v.

Theo phương pháp này, quy trình thiết kế deep patch nhìn chung gồm ba giai đoạn:

• Lựa chọn vị trí — thu thập dữ liệu hiện trường sơ bộ để xác định liệu kỹ thuật sửa chữa deep patch có phù hợp hay không.
• Thu thập dữ liệu hiện trường — đo đạc phạm vi hư hỏng do mất ổn định mái dốc, cũng như các đầu vào thiết kế cần thiết.
• Thiết kế deep patch — sử dụng các đầu vào thiết kế để xác định chiều sâu, bề rộng, số lớp, khoảng cách lớp và cường độ kéo của gia cường, như trình bày chi tiết trong các tiểu mục sau.

9.3.1 Bước 1 — Đầu vào thiết kế

Giả sử phương pháp deep patch là kỹ thuật sửa chữa kinh tế và khả thi nhất, bước đầu tiên trong quy trình thiết kế là đo đạc hoặc ước tính các đầu vào thiết kế cụ thể.

Ngoài ra, cần chú ý cẩn thận đến các đặc điểm khác của công trình như thảm thực vật, mực nước ngầm và/hoặc hiện tượng thấm, xói mòn, thoát nước, và bất kỳ đặc điểm hiện trường nào khác có thể ảnh hưởng đến thi công, nhằm bảo đảm các sửa chữa cần thiết khác cũng được thực hiện trong quá trình thi công.

Nước ngầm không được đề cập riêng trong quy trình thiết kế. Thành công lâu dài của sửa chữa deep patch phụ thuộc vào việc các vấn đề này được xử lý như một phần của quá trình thiết kế và trong quá trình thi công.

Cần bốn tham số để thiết kế đúng một deep patch, như minh họa trong Hình 106:

• \(L\): chiều dài vùng hư hỏng dọc theo đường tại điểm gãy của nền đắp.
• \(X_c\): khoảng cách ngang từ điểm gãy của nền đắp đến điểm hư hỏng xa nhất, đo vuông góc với tim đường.
• \(X\): khoảng cách từ đỉnh mái dốc đến điểm mà mặt tiếp xúc giữa đất yếu/đất bền hoặc đất đắp/đất tự nhiên giao với mặt đường.
• \(\beta\): góc của mái nền đắp.

Việc xác định (L) khá đơn giản và có thể đo trực tiếp ngoài hiện trường bằng thước dây tiêu chuẩn. Đôi khi hư hỏng dạng hình cung trên mặt đường sẽ kéo dài vào lề đường, khiến việc xác định phạm vi hư hỏng trở nên khó khăn; hoặc hư hỏng có thể kết thúc trước khi tới mép đường.

Trong cả hai trường hợp, cần chú ý cẩn thận để bảo đảm sửa chữa deep patch đủ dài nhằm bao phủ toàn bộ khu vực bị ảnh hưởng. Ngoài ra, cần đo chính xác chiều dài này để bảo đảm địa tổng hợp có chiều dài chôn đủ vượt ra ngoài vùng hoạt động, thường từ 5 đến 15 ft, tùy điều kiện công trình.

Việc đo \(X_c\) cũng khá đơn giản, mặc dù việc xác định vị trí đỉnh mái dốc đôi khi có thể khó khăn, tùy thuộc vào địa hình lề đường. Trong nghiên cứu này, \(X_c\) được giới hạn ở các giá trị lớn hơn 3 ft, vì các mặt phá hoại nhỏ hơn 3 ft thường khởi phát trong phạm vi lề đường và có thể không ảnh hưởng đến mức độ làm việc của mặt đường.

Công tác phân tích mô tả trong Chương 3 cho thấy \(X_c\) không vượt quá 15 ft và xấp xỉ bằng một nửa \(X\) đối với hai hình học mái dốc được xem xét trong nghiên cứu này, dựa trên \(\beta = 34^\circ\) và \(39^\circ\).

Do đó, các biểu đồ thiết kế được xây dựng trong dự án này chỉ giới hạn cho các trường hợp trong đó \(X_c\) lớn hơn 3 ft, nhỏ hơn 15 ft, và nhỏ hơn khoảng một nửa khoảng cách \(X\).

\(\\\)

Khoảng cách \(X\) không dễ xác định vì không có đặc điểm vật lý nào có thể đo trực tiếp. Thông tin từ khảo sát địa hình, hố khoan, đào thăm dò hoặc các khảo sát dưới mặt đất khác có thể được sử dụng để ước tính tham số này; tuy nhiên, các phương pháp này thường tốn kém và mất thời gian, đồng thời vẫn có thể không xác định chính xác vị trí của nó.

Có thể ước tính hợp lý \(X\) dựa trên địa hình và sự cân bằng đào–đắp gần vị trí hư hỏng. Giá trị \(X\) lớn thường liên quan đến nền đắp lớn, trong khi giá trị (X) nhỏ thường liên quan đến khu vực đào lớn. Nền đắp lớn thường gặp tại các vị trí thoát nước tự nhiên, thường nằm ở phía trong đường cong của tuyến đường được xây dựng hoàn toàn trên nền đắp. Ngược lại, khu vực đào lớn thường nằm trên mái dốc tự nhiên dốc hơn, ở phía ngoài đường cong, hoặc nằm trước/sau một khu vực cần đắp.

Tóm tắt các tiêu chí chung có thể dùng để ước tính \(X\) được trình bày trong Bảng 38. Ước tính \(X \pm 3\) ft nhìn chung sẽ dẫn đến thiết kế phù hợp và hiệu quả dựa trên hình dạng và bố cục của các biểu đồ thiết kế được mô tả trong Bước 2 bên dưới.

Trong các trường hợp không biết \(X\), chiều sâu deep patch thường sẽ không thay đổi quá khoảng 1–2 ft, nhưng có thể thay đổi tới 4 ft trong một số trường hợp nhất định.

Các biểu đồ thiết kế được xây dựng trong dự án này chỉ giới hạn cho các trường hợp trong đó \(X\) lớn hơn 3 ft và nhỏ hơn 30 ft, đồng thời thường lớn hơn hai lần \(X_c\).

\(\\\)

Bảng 38: Tóm tắt các tiêu chí chung dùng để ước tính X

X	Tiêu chí chung
X lớn hơn	Nền đắp rộng hơn Phía trong đường cong Khu vực thoát nước tự nhiên hoặc vùng trũng Mái dốc/nền đắp nông hơn
X nhỏ hơn	Phần đào vào sườn đồi rộng hơn Phía ngoài đường cong Mái dốc tự nhiên dốc hơn Nằm trước hoặc sau khu vực đắp

\(\\\)

Các biểu đồ thiết kế được xây dựng trong nghiên cứu này chỉ dựa trên các mái đắp có \(\beta = 34^\circ\) và \(39^\circ\).

Các phép đo hiện trường của \(\beta\) có thể được thực hiện bằng máy đo độ nghiêng, thiết bị khảo sát, hoặc bằng dây dọi, nivo và thước dây.

Nếu góc mái dốc nằm trong khoảng từ \(34^\circ\) đến \(39^\circ\), thông tin về chiều sâu và cường độ kéo có thể được nội suy.

9.3.2 Bước 2 — Xác định chiều sâu và khoảng cách lớp

Bước thứ hai trong quá trình thiết kế là xác định chiều sâu của deep patch và khoảng cách giữa các lớp vải địa kỹ thuật (geosynthetic). Hai bộ biểu đồ được sử dụng để xác định chiều sâu và khoảng cách lớp của phương án sửa chữa bằng deep patch, dựa trên X và X_c: một bộ cho β = 34° (mái dốc 1½H:1V) và một bộ cho β = 39° (mái dốc 1¼H:1V).

Như đã mô tả chi tiết trong Chương 3, chương trình FLAC/Slope được dùng để xác định góc ma sát trong của đất đắp giới hạn, ϕ, tương ứng với FS = 1.0. Các tham số này được dùng làm dữ liệu đầu vào cho FLAC/Slope để xác định X_c cho các mái dốc không gia cường với nhiều tổ hợp khác nhau của α (20–38°), H (10–60 ft), X (3–30 ft) và β (34° và 39°), như đã định nghĩa trước đó trong Hình 48 của Chương 3.

Các mái dốc không gia cường có cả dạng phá hoại xoay và dạng phá hoại nêm đều được phân tích. Sau đó, các mái dốc này tiếp tục được phân tích bằng FLAC/Slope với nhiều cấu hình gia cường khác nhau. Kết quả được tổng hợp thành các biểu đồ đơn lẻ biểu diễn quan hệ X theo X_c cho β = 34° và 39°, đối với các phương án sửa chữa có khoảng cách giữa các lớp địa kỹ thuật tổng hợp là 1 ft hoặc 2 ft.

Khoảng cách lớp địa kỹ thuật tổng hợp nhỏ hơn 1 ft và lớn hơn 2 ft được nhận thấy là không hiệu quả hoặc không đủ hiệu quả. Các biểu đồ này được dùng làm cơ sở để lập các biểu đồ trong Hình 107 (β = 34°) và Hình 108 (β = 39°). Các vùng tô bóng trên các biểu đồ này được chia thành nhiều khu vực, thể hiện chiều sâu của deep patch.

Với β = 34°, deep patch có chiều sâu từ 3 đến 7 ft đối với khoảng cách lớp 1 ft, và từ 4 đến 10 ft đối với khoảng cách lớp 2 ft. Với β = 39°, deep patch có chiều sâu từ 3 đến 9 ft đối với khoảng cách lớp 1 ft, và từ 6 đến 10 ft đối với khoảng cách lớp 2 ft.

Tùy theo góc mái dốc của đất đắp, các giá trị X và X_c được dùng để xác định vị trí trên các biểu đồ khoảng cách lớp 1 ft và 2 ft. Các điểm nằm ngoài vùng tô bóng là không hợp lệ và thể hiện trường hợp thiết kế deep patch có thể không đảm bảo ổn định lâu dài.

Chiều sâu và khoảng cách lớp được ghi nhận từ Hình 107 hoặc Hình 108, sau đó sức chịu kéo của lớp gia cường được xác định ở Bước 3.

9.3.3 Bước 3 — Xác định khả năng chịu kéo tổng cực hạn của cốt gia cường

Bốn phương trình liệt kê dưới đây có thể được sử dụng để xác định tổng khả năng chịu kéo yêu cầu của cốt gia cường địa tổng hợp \(T_{req}\), chỉ dựa trên khoảng cách \(X_c\), trong đó \(T_{req}\) có đơn vị lb/ft và \(X_c\) có đơn vị ft.

Các phương trình dùng để xác định \(T_{req}\) được xây dựng từ dữ liệu phân tích số đã thảo luận trong Chương 6, bằng đường hồi quy đa thức phù hợp nhất qua dữ liệu trong Hình 74 và 75 đối với β = 34°, và Hình 80 và 81 đối với β = 39°.

trong đó \(X_c\) có đơn vị feet và \(T_{req}\) có đơn vị lb/ft.

\(T_{req}\) được lấy bằng tổng cường độ chịu kéo chưa áp dụng hệ số của tất cả các lớp địa tổng hợp trong deep patch.

Các giá trị cường độ tính theo các phương trình này là chưa áp dụng hệ số, và có thể cần hiệu chỉnh theo hư hại khi thi công, từ biến và độ bền lâu.

Cường độ chịu kéo danh định, chưa áp dụng hệ số, của một lớp địa tổng hợp riêng lẻ \(T_{nom}\) được xác định bằng cách chia \(T_{req}\) cho số lớp địa tổng hợp \(n\) trong thiết kế deep patch (Phương trình 12).

Cường độ chịu kéo cực hạn dùng để quy định cho một lớp địa tổng hợp có thể được xác định bằng Phương trình 13.

Trong đó:

\(\qquad RF_{ID}\) là hệ số giảm do hư hại khi thi công; xem Bảng 3-9 trong Mục 3.5.2.b của Berg và nnk., 2009a.

\(\qquad RF_{CR}\) là hệ số giảm do từ biến, phụ thuộc vào loại polymer của geogrid; xem khoảng giá trị điển hình trong Mục 3.5.2.c của Berg và nnk., 2009a.

\(\qquad RF_D\) là hệ số giảm do độ bền lâu, thường nằm trong khoảng 1.1 đến 2.0; xem Mục 3.5.2.d của Berg và nnk., 2009a.

Phân tích và các biểu đồ thiết kế được phát triển trong nghiên cứu này đã sử dụng các đặc tính của cốt gia cường hai trục.

Thông qua mô hình 3D, nghiên cứu cho thấy việc ổn định mái dốc bằng geogrid hai trục tốt hơn vật liệu một trục, xét theo khả năng của từng loại vật liệu trong việc hạn chế ứng suất trong mặt đường. Geogrid hai trục cũng cho thấy hiệu quả tốt hơn đối với các đoạn sửa chữa dài hơn, tức là L lớn hơn.

Tuy nhiên, geogrid hai trục không có cùng mức cường độ như geogrid một trục hoặc geotextile. Cần có thêm nghiên cứu để thiết lập đầy đủ yêu cầu cốt gia cường khi sử dụng vật liệu một trục.

Geotextile được kỳ vọng sẽ làm việc tương tự geogrid hai trục, miễn là chiều dài chôn đủ để ngăn kéo tuột. Chiều dài 15 ft được xác định là đủ, như mô tả trong Mục 5.4.

Bước thứ tư và cũng là bước cuối cùng là tối ưu hóa thiết kế dựa trên \(T_{ult}\) tính được từ các phương trình này.

9.3.4 Bước 4 — Tối ưu hóa và hoàn thiện thiết kế

Thiết kế hiệu quả nhất có thể được xác định bằng cách sử dụng thông tin thu thập từ các Bước 1–3. Tuy nhiên, thiết kế kinh tế nhất cũng sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố bên ngoài, như chi phí, khả năng cung ứng vật liệu thi công (ví dụ: geogrid, vật liệu đắp có kết cấu – structural fill), địa hình, bố trí mặt bằng công trường, mức lưu lượng giao thông dự kiến, v.v.

Nhìn chung, dùng khoảng cách 2 ft sẽ sử dụng ít địa tổng hợp hơn, nhưng làm tăng chiều sâu của deep patch. Ngược lại, dùng khoảng cách 1 ft thường nông hơn, nhưng sử dụng nhiều cốt gia cường hơn.

Cần xem xét chiều sâu, số lớp và lực kéo yêu cầu để xác định thiết kế hiệu quả nhất. Cường độ geogrid yêu cầu cho mỗi lớp phải được áp dụng hệ số theo hư hại dự kiến khi thi công, từ biến, độ bền lâu, suy giảm hóa học và/hoặc suy giảm sinh học, để quy định một loại địa kỹ thuật tổng hợp (geosynthetic) cụ thể.

Chiều dài và chiều rộng của deep patch là bước cuối cùng trong quá trình thiết kế. Dựa trên phân tích mô tả trong Chương 5, chiều dài chôn của địa kỹ thuật tổng hợp (geosynthetic) được giả định là 10 ft vượt quá \(X_c\) đối với geogrid và 15 ft vượt quá \(X_c\) đối với geotextile.

Mohney và nnk. (1994) khuyến nghị rằng geogrid nên được chôn ít nhất một khoảng bằng \(X_c\) vượt qua vết nứt trong cùng. Có thể sử dụng các công cụ phân tích theo cân bằng giới hạn và đặc trưng riêng của công trường để tối ưu hóa chiều dài chôn địa kỹ thuật tổng hợp (geosynthetic) cần thiết nhằm đảm bảo sức kháng kéo tuột đầy đủ.

Chiều dài của deep patch theo phương song song với hướng giao thông thường kéo dài thêm 10 đến 15 ft vượt quá hai đầu của deep patch.

\(\\\)

9.4 VÍ DỤ THIẾT KẾ

Mô tả chung — Khu vực nằm trên một đoạn đường cong gần nút giao, có rãnh thoát nước tự nhiên. Các hư hỏng dạng cung trên mặt đường thẳng hàng với rãnh thoát nước và đã được sửa bằng vá asphalt hai năm trước đợt khảo sát hiện trường gần đây. Chuyển vị vi sai kể từ đó cho thấy khoảng 0.5 inch dịch chuyển.

Bước 1 — Dữ liệu hiện trường cho thấy chiều dài vùng hư hỏng là 60 ft, \(X_c\) là 7 ft, và góc mái dốc đắp, β, là 39° (1¼H:1V). Bề rộng roadway bench là 24 ft, và do đường cắt qua một rãnh thoát nước tự nhiên tại vị trí này, giả định rằng roadway bench chủ yếu là vật liệu đắp. Điều này được củng cố thêm bởi các đoạn đào cắt ở hai đầu khu vực bị ảnh hưởng. Do đó, X được ước tính nằm trong khoảng 18 đến 24 ft, tức là 21 ± 3 ft.

Bước 2 — Xác định chiều sâu và khoảng cách của deep patch bằng các biểu đồ thiết kế β = 39°, sử dụng \(X_c\) và \(X\), như minh họa trong Hình 110 bên dưới.

Kết quả cho thấy hai phương án đều có thể áp dụng:

• Sửa chữa sâu 6 ft với 6 lớp cốt gia cường (Phương án 1); hoặc
• Sửa chữa sâu 8 ft với 4 lớp cốt gia cường (Phương án 2).

Sơ đồ bố trí các lớp cốt gia cường cho từng phương án được trình bày trong Hình 111, với giả định chiều dài chôn của geogrid là 10 ft.

Bước 3 — Xác định tổng khả năng chịu kéo yêu cầu của cốt gia cường geogrid bằng \(X_c\) và Phương trình 10, Phương trình 11.

\(\\\)

β = 39°, khoảng cách 1 ft:	Treq1 = 199Xc2 − 262Xc	Treq1 = 199(7)2 − 262(7)	Treq1 = 7917 lb/ft
β = 39°, khoảng cách 2 ft:	Treq2 = 74Xc2 + 287Xc	Treq2 = 74(7)2 + 287(7)	Treq2 = 5635 lb/ft

\(\\\)

Cường độ danh định cần cho mỗi lớp riêng lẻ có thể được xác định bằng cách chia tổng cường độ chịu kéo yêu cầu cho số lớp. Với khoảng cách 1 ft, cần 7,917 lb/ft lực kéo, chia cho 6 lớp: \(T_{nom1} = \) 1,320 lb/ft mỗi lớp. Với khoảng cách 2 ft, cần 5,635 lb/ft lực kéo, chia cho 4 lớp: \(T_{nom2}\) = 1,409 lb/ft mỗi lớp.

Phương trình 13 có thể được dùng để tính khả năng chịu kéo cực hạn của cốt gia cường. Theo Bảng 3-9 (Berg và nnk., 2009a), \(RF_{ID} =\) 1.4 có vẻ hợp lý cho hầu hết geogrid. Giả sử sử dụng geogrid polyester cho dự án này, \(RF_{CR}\) khoảng 2.0 là hợp lý. \(RF_D\) nằm trong khoảng 1.1 đến 2.0, nên giá trị trung bình 1.5 được chọn cho ví dụ này.

\(\\\)

Với β = 39°, khoảng cách 1 ft:	Tult1 = 1,320(1.4 × 2.0 × 1.5)	Tult1 = 5,544 lb/ft
Với β = 39°, khoảng cách 2 ft:	Tult2 = 1,409(1.4 × 2.0 × 1.5)	Tult2 = 5,918 lb/ft

\(\\\)

Bước 4 — So sánh chi phí chỉ dựa trên chi phí đào và đắp vật liệu đắp nền đường, cùng với chi phí mua geogrid. Năm giả định sau được đưa ra để thuận tiện cho việc so sánh trực tiếp giữa hai phương án khả dụng.

1. Chọn một sản phẩm duy nhất có thể dùng cho cả hai phương án. Trong trường hợp đó, so sánh chi phí chỉ dựa trên lượng geogrid cần cho từng phương án, không trực tiếp dựa trên cường độ yêu cầu. Giả định chi phí geogrid là $5/yd².
2. Chi phí đào là $20/yd³ và chi phí vật liệu cộng thi công là $50/yd³; tổng cộng $70/yd³.
3. Geogrid được chôn vượt quá \(X_c\) một đoạn 10 ft.
4. Geogrid được kéo dài thêm 10 ft vượt quá cả hai đầu hố đào theo phương song song với đường; tổng thể tích đào = 80 ft. Đường dẫn thi công và lề đường không được tính trong phân tích.
5. Geogrid kết thúc tại mặt mái dốc, tức là không bọc vòng qua mặt mái.

Khối lượng thi công

Tính tổng diện tích geosynthetics cho từng phương án:

Diện tích 1 = 80(18.25 + 19.5 + 20.75 + 22 + 23.25 + 24.5) = 10,260 ft² = 1,140 yd²

Diện tích 2 = 80(19.5 + 22 + 24.5 + 27) = 7,440 ft² = 827 yd²

Tính thể tích đào cho từng phương án:

Thể tích 1 = 80 [(6 × 17) + (0.5 × 6 × 7.5)] = 9,960 ft³ = 369 yd³

Thể tích 2 = 80 [(8 × 17) + (0.5 × 8 × 10)] = 14,080 ft³ = 521 yd³

Tính toán chi phí

Xác định tổng chi phí geogrid cho từng phương án:

Chi phí geogrid 1 = $5/yd² × 1,140 yd² = $5,700

Chi phí geogrid 2 = $5/yd² × 827 yd² = $4,135

Xác định tổng chi phí đào cho từng phương án:

Chi phí đào 1 = $70/yd³ × 369 yd³ = $25,830

Chi phí đào 2 = $70/yd³ × 521 yd³ = $36,470

Xác định tổng chi phí đào và geosynthetics cho từng phương án:

Tổng 1 = $25,830 + $5,700 = $31,530 ✓ phương án tốt nhất

Tổng 2 = $36,470 + $4,135 = $40,605

Kết luận, phương án 6 ft, 6 lớp là tốt nhất nếu chỉ xét chi phí geosynthetics và chi phí thi công. Từ ví dụ này, chi phí sửa chữa bằng deep patch chịu ảnh hưởng bởi chi phí đào và đắp vật liệu nhiều hơn so với chi phí geosynthetics. Trong các ví dụ này, chi phí geosynthetics thấp hơn nhiều so với chi phí đào đất; do đó, trong hầu hết trường hợp, dự kiến sẽ hiệu quả kinh tế hơn khi chọn phương án nông hơn.

9.5 SO SÁNH VÍ DỤ THIẾT KẾ VỚI THIẾT KẾ BẰNG ReSSA

Phương pháp thiết kế mới trình bày trong báo cáo này được so sánh với một phương pháp thiết kế tổng quát hơn bằng ReSSA, sử dụng cùng các tham số từ ví dụ thiết kế nêu trên.

Có thể tạo ra vô số mái dốc bằng cách điều chỉnh H, tức là chiều cao mái dốc, và α, tức là góc mái dốc ban đầu hoặc góc của nền đất tự nhiên chắc khỏe.

Đối với so sánh này, giả định chiều cao mái dốc là 60 ft, đại diện cho chiều cao mái dốc lớn nhất có khả năng tồn tại ngoài hiện trường.

Một số phân tích ReSSA được thực hiện lặp lại cho đến khi các tham số sau hội tụ:

1. hệ số an toàn của mặt trượt tới hạn bằng 1.0; và
2. mặt phá hoại giao cắt với road bench cách đúng 7 ft tính từ vết nứt, tức là \(X_c =\) 7 ft, như trong ví dụ thiết kế.

Các đặc tính của đất yếu được xác định là \(\phi =\) 22°, \(c =\) 172 psf; đặc tính của đất chắc khỏe/nền tự nhiên là \(\phi =\) 50°, \(c =\) 0 psf.

Sau khi mái dốc không gia cường đã được hiệu chỉnh theo ví dụ thiết kế, bước tiếp theo là xác định cường độ chịu kéo cần thiết để gia cường mái dốc đạt hệ số an toàn 1.3.

Trong Mục 4.2, đã chứng minh rằng các cấu hình deep patch khác nhau, xét theo chiều sâu và khoảng cách cốt gia cường, làm việc tương tự nhau miễn là chúng có cùng tổng sức kháng do geosynthetic cung cấp. Điều này có nghĩa là có thể dùng một lớp cốt gia cường để xác định cường độ chịu kéo cần thiết nhằm đạt hệ số an toàn 1.3, tương tự như khi dùng nhiều lớp.

Dựa trên thông tin này, cần một lớp cốt gia cường geosynthetic có \(T_{req} = \) 8,500 lb/ft. Khi xét giới hạn cường độ chịu kéo cho phép dựa trên kéo tuột, các cấu hình sau cung cấp đủ 8,500 lb/ft cốt gia cường yêu cầu:

• Chiều sâu 6 ft, 6 lớp cốt gia cường với khoảng cách 1 ft;
• Chiều sâu 7 ft, 4 lớp cốt gia cường với khoảng cách 1.75 ft; và
• Chiều sâu 8 ft, 4 lớp cốt gia cường với khoảng cách 2 ft.

Các xem xét về kéo tuột giới hạn lượng cường độ chịu kéo được huy động trong mỗi lớp cốt gia cường. Dựa trên thông tin này, cường độ chịu kéo danh định cần cho mỗi lớp của ba cấu hình lần lượt là 1,734 lb/ft, 2,807 lb/ft và 2,600 lb/ft, với chiều dài chôn 10 ft, \(L_e =\) 10 ft.

Khi áp dụng cùng các hệ số giảm từ ví dụ thiết kế: \(RF_{ID} = \) 1.4, \(RF_{CR} =\) 2.0 và \(RF_D = \)1.5, \(T_{ult}\) cần cho từng cấu hình lần lượt là 7,279 lb/ft, 11,789 lb/ft và 10,920 lb/ft.

Bảng 39: Cường độ chịu kéo cho các cấu hình thiết kế ReSSA

Cấu hình	Chiều sâu (ft)	Sức kháng kéo tuột khả dụng (lb/ft)	Cường độ chịu kéo gán cho lớp (lb/ft)	Cường độ chịu kéo tích lũy (lb/ft)
6 ft, 6 lớp	1	550	550	550
	2	1100	1100	1650
	3	1650	1650	3300
	4	2200	1733	5033
	5	2750	1733	6766
	6	3300	Tnom = 1734	8500
7 ft, 4 lớp	1.75	962	962	962
	3.5	1925	1925	2887
	5.25	2888	2806	5693
	7	3850	Tnom = 2807	8500
8 ft, 4 lớp	2	1100	1100	1100
	4	2200	2200	3300
	6	3300	2600	5900
	8	4400	Tnom = 2600	8500

\(\\\)

Ba cấu hình deep patch này đã được mô hình hóa bằng ReSSA để kiểm tra hệ số an toàn thiết kế. Kết quả phân tích cho thấy các hệ số an toàn thấp hơn giá trị kỳ vọng (FS = 1.2 thay vì 1.3). Để tăng hệ số an toàn lên 1.3, chiều dài neo giữ của geosynthetic được tăng từ 10 ft (3.05 m) lên 12 ft (3.66 m). Chiều dài neo giữ lớn hơn cho phép huy động nhiều hơn cường độ kéo trong các lớp cốt gia cường phía trên, nhờ đó làm giảm cường độ kéo danh định yêu cầu cho từng cấu hình; các kết quả cuối cùng được tóm tắt trong Bảng 40.

Bảng 40: Tóm tắt so sánh giữa thiết kế mới và ReSSA

Công cụ thiết kế	Cấu hình deep patch	Treq (lb/ft)	Tnom (lb/ft)	Tult (lb/ft)	Le (ft)
Thiết kế mới	Sâu 6 ft, 6 lớp	7917	1320	5544	10
	Sâu 8 ft, 4 lớp	5635	1409	5918	10
ReSSA	Sâu 6 ft, 6 lớp	8500	1638	6880	12
	Sâu 7 ft, 4 lớp	8500	2544	10,685	12
	Sâu 8 ft, 4 lớp	8500	2400	10,080	12

\(\\\)

Nhìn chung, các kết quả này cho thấy yêu cầu về cường độ kéo dựa trên phân tích ReSSA hơi lớn hơn so với phương pháp thiết kế mới. Tuy nhiên, đối với các mái dốc ngắn hơn (H = 40 hoặc 20 ft), yêu cầu về chiều sâu, số lớp và cường độ kéo của cốt gia cường trong phương pháp thiết kế mới lớn hơn so với ReSSA.

Ví dụ, với H = 40 ft, \(T_{req} = \) 6,000 lb/ft, các cấu hình deep patch được khuyến nghị là sâu 5 ft, 5 lớp hoặc sâu 6 ft, 3 lớp. Các deep patch nông hơn, với ít cốt gia cường hơn, là đủ cho các mái dốc ngắn hơn vì khối lượng đất tham gia vào phá hoại ban đầu nhỏ hơn.

Ví dụ thiết kế ReSSA này cho thấy lý thuyết cân bằng giới hạn tổng quát có thể được sử dụng để thiết kế deep patch, và nhìn chung sẽ cho kết quả tương tự với phương pháp thiết kế mới được phát triển trong dự án này. Cần có kiến thức thiết kế thực tế, chẳng hạn từ kinh nghiệm trước đây hoặc từ các biểu đồ thiết kế trong báo cáo này, để xác định chiều sâu của deep patch, số lớp geosynthetic và chiều dài neo giữ của geosynthetic. Sau đó, người thiết kế có thể dùng ReSSA theo cách lặp để đánh giá nhiều cấu hình thiết kế khác nhau, nhằm xác định phương án thực tế và kinh tế nhất. Nếu biết các tham số cường độ đất hoặc có thông tin cụ thể hơn về đặc tính tương tác giữa geosynthetic và đất, nên kiểm tra thiết kế deep patch bằng phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát.

9.6 SO SÁNH VÍ DỤ THIẾT KẾ VỚI MUSSER VÀ DENNING (2005)

Phương pháp được thảo luận trong báo cáo này được so sánh với phương pháp do Musser và Denning (2005) phát triển, sử dụng cùng các tham số từ ví dụ thiết kế đã trình bày ở trên. Các tham số liên quan đến phương pháp này gồm X_c, X, SD, ϕ, β và L₂, được định nghĩa dưới đây.

• X_c được đo tại hiện trường và được xác định là 7 ft trong ví dụ này.
• X được giới hạn trong khoảng từ 3 đến 12 ft trên các biểu đồ thiết kế, có thể được đặt bằng X_c nếu chưa biết. Trong ví dụ này, X được đặt bằng X_c; X = X_c = 7 ft.
• SD khoảng cách dọc theo mái dốc từ đỉnh khối đắp đến giới hạn dưới của khối trượt, tức là chân mặt phá hoại, có thể được tính theo H, là chiều cao khối đắp, và β bằng Phương trình 14, dựa trên hình học của mái dốc. Các giá trị H dao động từ 10 đến 60 ft trong bài toán phân tích được mô tả ở Chương 3. Với H = 10 ft thì SD = 15.9 ft, và với H = 60 ft thì SD xấp xỉ 95 ft. Tuy nhiên, SD lớn nhất có thể xét trong các biểu đồ của Musser và Denning là 80 ft, bị ghi nhầm là 79 ft trên các biểu đồ thiết kế, tương ứng với H khoảng 50 ft. Đối với ví dụ thiết kế này, các giá trị SD bằng 15.9 và 80 được sử dụng cho thiết kế deep patch, nhằm đánh giá ảnh hưởng của SD đến thiết kế.
• SD = H / sinβ — Phương trình 14
• Góc ma sát của khối đắp, ϕ, được giới hạn ở 25, 30 hoặc 35° dựa trên các biểu đồ thiết kế hiện có của Musser và Denning. Tất cả ba giá trị đều được dùng để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến kết quả, cụ thể là lực kéo yêu cầu đối với geogrid.
• β được xác định là 39°, dựa trên góc mái dốc được cung cấp trong Ví dụ 1 ở trên.
• L₂ = 60 ft, dựa trên chiều dài được cung cấp trong Ví dụ 1 ở trên.

Biểu đồ thiết kế được ghi là Hình 10 trong Musser và Denning (2005) đã được sử dụng để xác định chiều sâu sửa chữa deep patch, như minh họa trong Hình 112. Với SD = 15.9, chiều sâu là 3.6 ft (thể hiện bằng màu đỏ), và với SD = 80 ft, chiều sâu đề xuất là 5 ft (thể hiện bằng màu xanh).

Tổng lực kéo yêu cầu có thể được tính bằng một trong ba biểu đồ thiết kế khác nhau, dựa trên góc ma sát 25, 30 hoặc 35°. Vì góc ma sát của đất không được biết trong ví dụ thiết kế ở trên, lực yêu cầu được xác định bằng cả ba biểu đồ thiết kế, gồm Hình 11, 15⁵ và 13 trong Musser và Denning (2005), như minh họa từ Hình 113 đến Hình 115, và được lập bảng trong Bảng 41.

⁵ Hình 12 trong Musser và Denning (2005), vốn được các tác giả dự định sử dụng cho ϕ = 30° và β = 39°, là không chính xác. Thay vào đó, Hình 15 trong ví dụ thiết kế của họ chứa thông tin chính xác và đã được sử dụng.

\(\\\)

Bảng 41: Tóm tắt yêu cầu lực kéo từ các biểu đồ thiết kế của Musser và Denning (2005)

SD	Tổng sức chịu tải yêu cầu của geogrid (lb/ft)
	ϕ = 25	ϕ = 30	ϕ = 35
15.9 ft	500	500	300
80 ft	5900	4200	2400

\(\\\)

Xét toàn bộ các thông tin này, về cơ bản có hai lựa chọn cấu hình dựa trên các tham số thiết kế: deep patch sâu 4 ft (làm tròn từ 3.6 ft) hoặc deep patch sâu 5 ft. Để xác định khoảng cách bố trí geogrid, Musser và Denning (2005) đưa ra các khuyến nghị sau:

1. Thường sử dụng từ một đến bốn lớp geogrid; ví dụ, một lớp cho hố đào sâu 1.5 ft, và hai đến bốn lớp cho các deep patch sâu hơn, đến 6 ft.
2. Lớp dưới cùng thường được đặt cao hơn đáy hố đào 0.5 ft, phía trên lớp tạo phẳng.
3. Lớp trên cùng nên được đặt thấp hơn mặt đường ít nhất 1 ft.
4. Các lớp geogrid nên được bố trí cách đều nhau.
5. Khoảng cách giữa các lớp geogrid nên phù hợp với chiều dày các lớp vật liệu đắp, và thường nên lớn hơn 1 ft.

Có xét đến các khuyến nghị này, nên sử dụng 2 lớp geogrid cho phần sửa chữa sâu 4 ft, đặt ở các cao độ sâu 2 ft và 4 ft; và sử dụng 3 lớp geogrid cho phần sửa chữa sâu 5 ft, đặt ở các cao độ sâu 1 ft, 3 ft và 5 ft.

Các yêu cầu cường độ cốt gia cường lớn nhất và nhỏ nhất, dựa trên góc ma sát của đất, được dùng để tính lượng lực cần thiết cho mỗi lớp geogrid, như được tóm tắt trong Bảng 42. Các giá trị trung bình được tính là trung điểm của khoảng giá trị để thuận tiện cho việc so sánh trực tiếp hơn giữa các phương án khác nhau.

Các giá trị thay đổi đáng kể, từ 100 lb/ft đến 2,950 lb/ft, tùy theo chiều sâu của deep patch, số lớp và khoảng cách dọc mái dốc, SD. Các giá trị sức chịu tải đã được tính trước hệ số, sử dụng FS = 1.2 (Musser và Denning, 2005). Ngoài ra, các hệ số giảm tương tự như trong Ví dụ 1 cũng được sử dụng để điều chỉnh cường độ kéo yêu cầu (RF_ID = 1.40, RF_CR = 2.0, và R_FD = 1.5), như thể hiện trong Bảng 42.

Bảng 42: Tóm tắt yêu cầu lực kéo trên mỗi lớp

	Chiều sâu deep patch	Sức chịu tải yêu cầu trên mỗi lớp (lb/ft)
		ϕ = 25	ϕ = 30	ϕ = 35
Khoảng giá trị	4 ft	250-2950	250-2100	150-1200
	5 ft	170-1970	170-1400	100-800
Giá trị trung bình chưa nhân hệ số	4 ft	1600	1175	675
	5 ft	1070	785	450
Giá trị trung bình đã nhân hệ số	4 ft	6720	4935	2835
	5 ft	4494	3297	1890

\(\\\)

Các yêu cầu về cường độ kéo là tương tự nhau giữa ba góc ma sát, dao động từ khoảng 1,900 lb/ft đến khoảng 6,700 lb/ft. Vì vậy, một giá trị đơn nhất là 5 USD/yd² là ước tính hợp lý cho chi phí geosynthetic của từng phương án trong ba phương án này.

Ngoài ra, việc sử dụng đơn giá này sẽ giúp so sánh trực tiếp giữa hai ví dụ thiết kế. Bên cạnh đó, bốn giả định bổ sung đã được đưa ra để tạo điều kiện so sánh trực tiếp giữa hai phương án hiện có, cũng như giữa hai kỹ thuật thiết kế.

Các so sánh chi phí chỉ dựa trên chi phí đào đất, đắp và lu lèn vật liệu đắp nền đường, và mua geogrid. Khối lượng thi công và các chi phí liên quan được tính cho từng phương án; Phương án 1 là deep patch sâu 4 ft và Phương án 2 là deep patch sâu 5 ft.

1. Chi phí đào đất là 20 USD/yd³ và chi phí vật liệu cùng thi công là 50 USD/yd³; tổng cộng là 70 USD/yd³.
2. Musser và Denning khuyến nghị rằng geogrid được neo giữ với khoảng cách X_c, tức là L_e = X_c, do đó L_e = 7 ft trong ví dụ này.
3. Geogrid được kéo dài thêm 10 ft vượt ra ngoài cả hai đầu hố đào theo phương song song với đường; tổng chiều dài đào = 80 ft. Các đường dốc thi công ở mỗi đầu không được đưa vào phân tích.
4. Các lớp geogrid kết thúc tại mặt mái dốc, tức là không có mặt bọc vòng.

Khối lượng thi công

Tính tổng diện tích geosynthetic cho từng phương án:

Area 1 = 80 (16.5 + 19) = 2,840 ft² = 316 yd²

Area 2 = 80 (15.25 + 17.75 + 20.25) = 4,260 ft² = 473 yd²

Tính thể tích đào cho từng phương án:

Volume 1 = 80 [(414) + (0.54*5)] = 5,280 ft³ = 195 yd³

Volume 2 = 80 [(514) + (0.55*6.25)] = 6,850 ft³ = 254 yd³

Tính toán chi phí

Xác định tổng chi phí geogrid cho từng phương án:

Geogrid-cost 1 = $5/yd² * 316 yd² = $1,580

Geogrid-cost 2 = $5/yd² * 473 yd² = $2,365

Xác định tổng chi phí đào cho từng phương án:

Ex-cost 1 = $70/yd³ * 195 yd³ = $13,650

Ex-cost 2 = $70/yd³ * 254 yd³ = $17,780

Xác định tổng chi phí đào đất và geosynthetic cho từng phương án:

Total 1 = $13,650 + $1,580 = $15,230 ✓ phương án tốt nhất

Total 2 = $17,780 + $2,365 = $20,145

Như đã lưu ý trong ví dụ trước, chi phí geosynthetic thấp hơn nhiều so với chi phí đào đắp, do đó khi sử dụng thiết kế hiệu quả nhất, phương án sửa chữa thường sẽ là phương án nông hơn. Dựa trên kết quả của ví dụ thiết kế sử dụng phương pháp Musser và Denning, phương án sửa chữa nông hơn, sâu 4 ft, có hiệu quả chi phí cao hơn so với phương án sửa chữa sâu 5 ft, với chi phí thấp hơn khoảng 5,000 USD.

9.7 TÓM TẮT

Một phương pháp thiết kế mới cho sửa chữa deep patch đã được xây dựng dựa trên kết quả cân bằng giới hạn và mô hình số. Ví dụ thiết kế dựa trên phương pháp mới này cho thấy deep patch sâu 6 ft, gồm 6 lớp geogrid, là thiết kế hiệu quả nhất. Các tham số tương tự cũng được dùng để xác định thiết kế deep patch theo phương pháp do Musser và Denning (2005) đề xuất, trong đó thiết kế hiệu quả nhất là deep patch sâu 4 ft, gồm 2 lớp geogrid.

Tóm lại, kết quả từ ví dụ thiết kế sử dụng phương pháp của Musser và Denning ít bảo thủ hơn so với phương pháp mới được phát triển, nông hơn 2 ft và có ít hơn 4 lớp geogrid. Phương pháp mới yêu cầu cường độ kéo tương tự trong geosynthetic để ổn định đầy đủ phá hoại mái dốc. Kết luận, khuyến nghị sử dụng phương pháp mới để thiết kế deep patch trong tương lai. Phương pháp mới sử dụng các thông số đầu vào từ hiện trường (X_c, X, β và L) tương đối dễ xác định trong một chuyến khảo sát hiện trường thông thường.

(phương pháp mới không cần thí nghiệm địa kỹ thuật?)

Đúng, đây là điểm khá bất ngờ của phương pháp deep patch trong báo cáo này.

Theo những gì bạn đã dịch ở Chương 9, phương pháp mới gần như không yêu cầu các tham số địa kỹ thuật chi tiết của nền đất yếu, mà dựa chủ yếu vào:

• X_c = khoảng cách từ đỉnh mái đến vết nứt
• X = giá trị hiệu chỉnh từ X_c
• β = góc mái dốc
• L = chiều dài cung phá hoại hoặc chiều dài vùng mất ổn định

Tác giả còn kết luận rõ:

“The new method uses design inputs from the field (Xc, X, β and L) that are relatively easy to determine during a routine site visit.”

Tức là chỉ cần khảo sát hiện trường thông thường là có thể áp dụng biểu đồ thiết kế.

Tuy nhiên điều đó không có nghĩa là không cần biết gì về địa chất.

Bản chất phương pháp này là:

1. Nhóm nghiên cứu đã chạy hàng trăm mô hình cân bằng giới hạn và mô hình số trước.
2. Từ đó xây dựng các biểu đồ thiết kế (design charts).
3. Người thiết kế sau này chỉ việc đo hình học hiện trường rồi tra biểu đồ.

Nó giống như:

• Không cần tự tính Manning mỗi lần → tra nomograph.
• Không cần chạy LPILE → tra biểu đồ Broms.

Các tham số đất đã được “nhúng” vào quá trình xây dựng biểu đồ.

Nếu xem lại các chương trước, bạn sẽ thấy họ đã giả thiết:

• đất đắp có đặc tính điển hình,
• nền yếu có cường độ trong một phạm vi nhất định,
• các mặt trượt có dạng nhất định.

Do đó phương pháp mới thực chất là:

Một phương pháp thiết kế kinh nghiệm được hiệu chỉnh từ các mô hình địa kỹ thuật trước đó.

Vì vậy:

Với sửa chữa khẩn cấp (emergency repair)

Không khoan khảo sát vẫn có thể thiết kế sơ bộ.

Đây chính là mục tiêu của báo cáo.

Ví dụ:

• đường miền núi bị trượt,
• cần mở đường trong vài ngày,
• không có thời gian khoan 5–10 hố.

Kỹ sư chỉ cần:

• đo hình học mái,
• xác định vết nứt,
• xác định vùng trượt,

rồi tra biểu đồ để chọn:

• chiều sâu deep patch,
• số lớp geogrid,
• cường độ geogrid.

Với thiết kế vĩnh cửu

Tôi sẽ không bỏ qua khảo sát địa chất.

Ngay chính tác giả cũng viết ở đoạn ReSSA:

Nếu biết các tham số cường độ đất hoặc có thông tin cụ thể hơn về tương tác đất–geosynthetic thì nên kiểm tra lại thiết kế bằng phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát.

Nghĩa là:

Biểu đồ = thiết kế sơ bộ / thiết kế kinh nghiệm

Khảo sát địa chất + ReSSA/SlopeW/Slide2 = kiểm chứng cuối cùng

Theo góc nhìn địa kỹ thuật hiện nay, tôi xem phương pháp này như:

Mục đích	Có cần khảo sát địa chất không?
Sửa chữa khẩn cấp	Không nhất thiết
Thiết kế sơ bộ	Không nhất thiết
Thiết kế cuối cùng cho công trình quan trọng	Nên có
Hồ sơ thiết kế chính thức	Gần như chắc chắn phải có

Đó cũng là lý do trong chương ReSSA bạn vừa dịch, tác giả đã đem phương pháp mới đi kiểm tra lại bằng cân bằng giới hạn. Họ không hoàn toàn tin tưởng chỉ dựa vào biểu đồ thiết kế.

(phương pháp thiết kế chính thức?)

Đối với thiết kế chính thức, tôi sẽ không dùng trực tiếp biểu đồ deep patch của báo cáo này làm cơ sở duy nhất. Thay vào đó thường đi theo quy trình:

Cấp 1 – Khảo sát địa kỹ thuật

• Khoan khảo sát
• Lấy mẫu
• Thí nghiệm hiện trường (SPT, CPT, vane shear…)
• Thí nghiệm phòng (c, \(\phi\), \(\gamma\), độ ẩm, Atterberg…)

Xác định:

• Cường độ đất đắp
• Cường độ nền tự nhiên
• Mực nước ngầm
• Chiều sâu lớp yếu
• Mặt tiếp xúc đất–đá

Cấp 2 – Phân tích ổn định mái dốc

Thường dùng:

• Slide2 / Slide3
• GeoStudio SLOPE/W
• ReSSA
• Rocscience Slide
• Midas GTS NX
• PLAXIS

Để kiểm tra:

• Trượt tổng thể
• Trượt cục bộ
• Trượt qua lớp geogrid
• Trượt nền

Đây mới là bước quyết định.

Cấp 3 – Thiết kế geosynthetic

Theo các tiêu chuẩn như:

• FHWA
• AASHTO LRFD
• NCMA
• BS 8006

Kiểm tra:

• Pullout (Đánh giá sức kháng kéo tuột)
• Rupture (đứt kéo)
• Connection strength
• Internal stability
• External stability

Thực tế ở DOT Hoa Kỳ

Nếu đọc kỹ báo cáo này, bạn sẽ thấy phương pháp deep patch được tạo ra cho:

sửa chữa nhanh các mái đường bị trượt của DOT

Mục tiêu là:

• dễ dùng ngoài hiện trường
• không cần khoan khảo sát ngay
• đưa đường vào khai thác nhanh

Nó gần giống một “design aid” hay “repair chart” hơn là một tiêu chuẩn thiết kế đầy đủ.

Nếu là tôi thiết kế hồ sơ chính thức

Tôi sẽ:

1. Dùng biểu đồ deep patch để có kích thước ban đầu:
   • chiều sâu
   • số lớp geogrid
   • chiều dài neo
2. Mô hình lại bằng:
   • Slide2 hoặc SLOPE/W (ưu tiên)
   • ReSSA nếu muốn bám sát FHWA report
3. Kiểm tra:
   • FS ≥ yêu cầu
   • pullout
   • rupture
   • settlement nếu nền yếu
4. Sau đó mới chốt hồ sơ.

Với dự án giao thông hiện nay, Slide2/SLOPE-W + khảo sát địa chất là cách làm phổ biến nhất. Còn các biểu đồ trong báo cáo deep patch này chủ yếu có giá trị như công cụ thiết kế sơ bộ hoặc kiểm tra nhanh ngoài hiện trường.

(các phần mềm tính toán mái dốc)

Nếu chỉ xét ổn định mái dốc đất (slope stability) thì hiện nay có thể chia thành 3 nhóm lớn:

Phần mềm	Phương pháp	Mức độ phổ biến	Độ khó
ReSSA	Limit Equilibrium (LEM)	Thấp	Dễ
SLOPE/W	LEM	Rất cao	Dễ–Trung bình
Slide2	LEM	Rất cao	Dễ–Trung bình
Slide3	LEM 3D	Cao	Trung bình
PLAXIS 2D	FEM	Rất cao	Khó
PLAXIS 3D	FEM	Cao	Rất khó
FLAC/Slope	FDM	Trung bình	Khó
MIDAS GTS NX	FEM	Cao	Khó
RS2	FEM	Trung bình	Khó

\(\\\)

Phần mềm	Ưu điểm	Nhược điểm	Phù hợp dùng cho
Slide2	Dễ học, giao diện trực quan, tìm mặt trượt mạnh, hỗ trợ nhiều phương pháp LEM như Bishop, Janbu, Spencer, Morgenstern-Price, GLE.	Chủ yếu là phương pháp cân bằng giới hạn; không tính được biến dạng thực tế của nền đất.	Taluy đường bộ, mái đào, mái đắp, kiểm tra hệ số an toàn FS.
SLOPE/W	Rất phổ biến trong thiết kế địa kỹ thuật; có thể kết hợp với SEEP/W để xét thấm và áp lực nước lỗ rỗng.	Giao diện kém trực quan hơn Slide2; vẫn chủ yếu dựa trên cân bằng giới hạn.	Đập đất, đê, mái dốc giao thông, bài toán có ảnh hưởng nước ngầm.
Slide3	Phân tích ổn định mái dốc 3D, phù hợp với địa hình và khối trượt không đều theo phương dọc tuyến.	Dựng mô hình lâu hơn, dữ liệu đầu vào phức tạp hơn Slide2.	Sườn đồi thực tế, bãi thải, mái dốc có hình học 3D phức tạp.
PLAXIS 2D	Tính được chuyển vị, lún, ứng suất, biến dạng và thi công theo giai đoạn; mô hình đất phong phú.	Khó học hơn LEM; cần tham số đất đầy đủ và người dùng phải hiểu FEM.	Mái dốc phức tạp, nền đất yếu, tường chắn, hầm, tương tác đất – kết cấu.
PLAXIS 3D	Mô phỏng 3D mạnh, xét được hình học phức tạp và tương tác đất – kết cấu theo không gian.	Rất khó học, chi phí cao, thời gian mô hình và tính toán lớn.	Dự án lớn, hầm, móng sâu, công trình phức tạp cần phân tích 3D.
FLAC/Slope	Mô phỏng tốt cơ chế phá hoại tiến triển, vùng biến dạng cắt và ứng xử phi tuyến của đất đá.	Giao diện khó hơn, ít thân thiện với người mới, ít phổ biến hơn Slide2/SLOPE/W trong thiết kế thông thường.	Nghiên cứu chuyên sâu, mái dốc phức tạp, bài toán cần quan sát cơ chế phá hoại.
MIDAS GTS NX	Phần mềm FEM mạnh, hỗ trợ bài toán địa kỹ thuật 2D/3D và liên kết tốt với kết cấu.	Khó học, cần nhiều tham số đầu vào, không phổ biến bằng PLAXIS trong một số thị trường.	Hầm, nền móng, mái dốc, tương tác đất – kết cấu, dự án hạ tầng lớn.
RS2	Phân tích FEM 2D tốt, đặc biệt mạnh trong bài toán đất đá, hầm và mái dốc có gia cố.	Không phổ biến bằng PLAXIS; vẫn cần hiểu FEM và tham số đất tương đối đầy đủ.	Mái dốc đá, hầm, gia cố mái dốc, bài toán biến dạng 2D.

\(\\\)

Rocscience Slide2 \( \ \ \) GeoStudio SLOPE/W \( \ \ \) Rocscience Slide3 \( \ \ \) PLAXIS 2D \( \ \ \) PLAXIS 3D \( \ \ \) FLAC/Slope \( \ \ \) MIDAS GTS NX

Nếu chỉ học một phần mềm

Cho kỹ sư đường bộ

1. Slide2
2. SLOPE/W
3. Slide3

Cho kỹ sư địa kỹ thuật chuyên sâu

1. PLAXIS 2D
2. PLAXIS 3D
3. Slide2

Cho nghiên cứu học thuật

1. PLAXIS
2. FLAC
3. RS2

tôi nghĩ Slide2 + SLOPE/W là hai phần mềm nên ưu tiên học trước. Hơn 90% các báo cáo ổn định mái dốc của FHWA, DOT các bang, USACE và các tư vấn giao thông vẫn dựa trên Limit Equilibrium Method (LEM), còn PLAXIS thường được dùng để kiểm chứng các trường hợp phức tạp hoặc nghiên cứu chuyên sâu.

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