Tường chắn đất (gọi tắt là tường chắn) là một kết cấu kiểu tường để chống đỡ đất đắp nền đường hoặc mái đất sườn núi. Trên các đoạn bố trí tường chắn đất phải căn cứ vào các tài liệu hữu quan và yêu cầu thiết kế để chọn vị trí, hình thức, cấu tạo của tường chắn và vẽ sơ đồ bố trí. Khi thiết kế tường chắn nếu có bản vẽ tiêu chuẩn thì có thể sử dụng và tiến hành kiểm toán độ ổn định chống trượt và chống lật và ứng suất trong mặt cắt thân tường. Do đó cần xác định hệ lực tác dụng trên tường chắn, đặc biệt là tính toán áp lực đất chủ động của khối đất sau lưng tường trong các trường hợp khác nhau.
Chú ý:
-
- Tìm hiểu cấu tạo của các loại tường chắn đất, đặc điểm và trường hợp sử dụng, hiểu được yêu cầu và phương pháp bố trí tường chắn đất.
- Làm rõ nguyên lý tính toán áp lực đất chủ động của Rankine và Coulomb và điều kiện áp dụng, đồng thời có thể vận dụng sơ đồ ứng suất nén của đất để tiến hành tính toán áp lực đất.
- Nắm vững các nội dung kiểm toán tường chắn và có thể tiến hành tính toán kết cấu đất có cốt.
( Đất có cốt là một tiến bộ kỹ thuật đang được sử dụng ngày càng rộng rãi để làm tường chắn và mố cầu trong xây dựng đường. Tuy nhiên cơ cấu chịu lực của đất có cốt khá phức tạp, nên hiện chưa có phương pháp thiết kế thống nhất).
CÁC LOẠI TƯỜNG CHẮN
Tường chắn đất là chỉ khối tường chống đỡ mái đất và thu nhận áp lực ngang của tường đất, giúp ngăn cản sự trượt của khối đất sau tường, bảo vệ nền đường và mái taluy. Trong công trình nền đường, tường chắn thường dùng để khắc phục các hạn chế về địa hình hoặc địa vật, giảm khối lượng đất đá và diện tích chiếm đất, phòng chống xói bờ sông, sụt trượt.
Phân loại theo vị trí đặt tường chắn: kiểu tường chắn vai; tường chắn nền đắp; tường chắn nền đào.
Phân loại theo vật liệu và đặc điểm cấu tạo: Có rất nhiều kiểu loại nhưng chủ yếu sử dụng những loại sau
1. Tường chắn xây đá kiểu trọng lực: Chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của tường chống lại áp lực ngang của khối đất sau tường (áp lực đất) để duy trì sự ổn định của nó. Thường xây bằng đá hộc, ở các vùng thiếu đá cũng có thể xây gạch hoặc làm bằng bê tông (thường tốn công xây dựng nhưng kết cấu đơn giản, vật liệu dễ tìm, thi công dễ nên được sử dụng rộng rãi).
Lưng tường có thể làm thành đường thẳng hoặc đường gãy để thích ứng với các điều kiện địa hình, địa chất và yêu cầu kinh tế khác nhau. Lưng tường nghiêng ra thì áp lực đất thu vào tương đối nhỏ, cho nên mặt cắt ngang của thân tường tương đối kinh tế, khi dùng cho nền đào thì lưng và mái đất dính chặt nhau, khối lượng đất đào móng và đất đắp lại đều tương đối ít.
Áp lực đất thu nhận lớn, nhưng khi độ dốc ngang của chỗ xây tường tương đối dốc có thể làm mặt tường thẳng đứng để giảm chiều cao tường.
Có thể giảm nhỏ kích thước mặt cắt ngang phần trên của tường (kể cả chiều cao tường ), thường dùng làm nền chắn của tường đào.
Giữa phần trên và phần dưới của lưng tường có đặt một bậc đối trọng (bậc cân bằng trọng lượng) và sử dụng loại tường thẳng đứng. có thể lợi dụng trọng lực của khối đất đắp trên bậc đối trọng làm dịch trọng tâm của tường lùi về sau, do đó làm tăng độ ổn định của tường và giảm nhỏ kích thước mặt cắt ngang. Thích hợp làm tường vai nền đắp ở nơi địa hình sau lưng tường dốc đứng hoặc làm tường chắn nền đào (kiêm chống đá rơi).
Tường chắn đá có thể là tường xây đá hoặc tường xếp khan, loại xếp khan chỉ dùng với loại tường cao dưới 6m, điều kiện nền móng tốt, ở các vùng không bị động đất, ở các đoạn sông không thông thuyền và không bị nước xói mòn.
2. Tường chắn mỏng bê tông cốt thép: Kiểu tường hẫng và kiểu tường chắn có sườn
Tường chắn tường hẫng gồm tấm tường thẳng đứng ghép với tấm đáy. Mặt cắt kết cấu của tường tương đối mỏng, cần lợi dụng trọng lượng của đất đắp trên tấm đáy sau để đảm bảo ổn định, tấm đáy trước có tác dụng tăng năng lực chống lật và giảm nhỏ ứng suất đáy móng. Tấm tường thẳng đứng là một cấu kiện dầm hẫng có tác dụng chống lại áp lực đất. Thích hợp làm tường vai cho nền đắp (do khối lượng đất đắp sau tường nhiều) ở các vùng thiếu đá, tình hình nền móng tương đối kém. Khi chiều cao tường đứng lớn, Momen uốn ở phần dưới của tường lớn, lượng bê tông và cốt thép tăng nhiều sẽ ảnh hưởng đến tính kinh tế của loại kết cấu này. Vì vậy, khi chiều cao hơn 6m để tăng cường độ và độ cứng của kết cấu, cải thiện tính chịu lực thì ta cứ cách một đoạn chiều dài lại làm thêm một sườn (tường cách) liên kết tường cứng và bản đáy, thành tường chắn kiểu có sườn.
3. Tường chắn kiểu neo: Gồm có mặt tường bê tông cốt thép (hoặc trụ đóng đứng và tấm chắn chắn đất) và kết cấu neo hợp thành, thuộc loại tường chắn đất loại nhẹ. Dựa theo sự khác nhau của phương thức neo có thể chia thành những loại sau:
Tường chắn kiểu neo thanh: Dựa vào lực chống nhổ, lực chống kéo của các thanh thép neo vào trong lớp đất đá ổn định hoặc chôn trong khu vực ổn định của vật liệu đáy (khu bị động hoặc khu trung hòa) để chống lại tác dụng của áp lực đất truyền qua tấm chắn đất. Có ứng suất ở đáy móng nhỏ, số công xây nề ít, có thể chế tạo sẵn các cấu kiện, khi chiều cao lớn có thể phân cấp để xây dựng (thích hợp với nền đào).
Tường chắn kiểu cọc ván: Là loại tường chôn cọc bê tông cốt thép vào trong lớp đất ổn định rồi ghép các tấm chắn đất vào. Thích hợp với các nền móng tương đối kém, lực trượt của khối đất sau tường tương đối lớn, yêu cầu chôn cọc khá sâu, diện tích đào đất chôn cọc nhỏ nên có lợi trong việc đảm bảo ổn định khi thi công (thích hợp với tường chắn của nền đắp hoặc tường vai).
4. Tường chắn kiểu chồng nề:
Tường chắn kiểu chồng nề thuộc kết cấu kiểu mềm cho phép sản sinh một biến dạng nhất định, có thể xây dựng trên nền móng có năng lực chịu tải thấp, nhưng nếu đáy móng bị lún không đều khá lớn thì các thanh bê tông cốt thép sẽ bị nứt gãy. Ưu điểm là thi công nhanh, có thể làm tường vai hoặc tường chắn của nền đắp.
5. Tường chắn kiểu đất có cốt:
Do 3 bộ phận: Mặt tường thẳng đứng (tấm mặt), cốt chịu kéo nằm ngang và đất đắp trong tường hợp thành. Nó thông qua lực ma sát giữa cốt và đất đắp mà giữ chặt mặt tường không cho đất đắp bị sụp đổ, hình thành một kết cấu phức hợp hoàn chỉnh, dựa vào trọng lượng bản thân nó để chống lại tác dụng của áp lực đất sau tường (Kết cấu này do Kỹ sư Pháp H. Vidal phát minh năm 1963).
Tường chắn đất có cốt ít tốn vật liệu , thi công đơn giản, yêu cầu đối với năng lực chịu tải của nền móng tương đối thấp, có khả năng chống động đất tốt, là loại tường chắn rẽ, thích hợp để làm tường vai và tường chắn nền đắp.
6. Tường chắn bằng rọ đá: Dùng rọ đá là một giải pháp có lợi để làm tường chắn kiểu trọng lực. Thông thường loại này rẻ hơn tường xây đá, là loại công trình mềm và thích hợp hơn trong trường hợp đất dễ bị lún.
Thường dùng trong các công trình làm ở bờ sông, trên đất dễ bị xói lở. Nên làm những bệ móng mềm nhô ra phía sông đủ rộng để khi bị xói thì phần bệ móng bằng rọ đá này sẽ bị uốn cong xuống và vẫn bảo vệ được cho phần đất ở dưới tường
Tường bằng rọ đá cũng có thể được dùng để chống đỡ đất rắn chắc nhưng nên xét đến các ưu điểm và nhược điểm của chúng (ưu điểm là tính mềm và giá rẻ; nhược điểm là trong tương lai sẽ bị hư hỏng do thép đan rọ bị gỉ). Đối với trường hợp tường có chiều cao thấp (dưới 6m), nhược điểm này tương đối không quan trọng, vì thông thường công trình có thể được làm lại mà không mấy khó khăn (nếu cần thiết). Ngược lại, trong trường hợp taluy có chiều cao lớn, vấn đề phải được xem xét cẩn thận hơn.
Thời hạn của tường rọ đá phụ thuộc đáng kể vào việc thi công có cẩn thận không. Nếu được thi công tốt, chúng phải được xem như là các loại tường xếp đá khan và chỉ tác dụng lực không nhiều đến các lưới kim loại đan rọ (do đó, nó có thể kéo dài thời gian phục vụ rất lâu). Trong trường hợp ngược lại, lớp lưới đan rọ phải chịu những lực tác dụng lớn thì rọ đá có thể bị vỡ và lúc đó công trình hoàn toàn bị sụp đổ (phần lớn người thi công có xu hướng làm ẩu do họ nghĩ rằng vỏ kim loại phải làm nhiệm vụ giữ cho đá khỏi đổ xô ra ngoài, như vậy thì chẳng cần phải xếp đá cẩn thận trong các vỏ rọ).
7. Sử dụng các loại vải địa – kỹ thuật và lưới địa kỹ thuật: Dùng để giải quyết các vấn đề ổn định đất, phòng hộ chống xói, thoát nước để bảo đảm ổn định của taluy và của tường chắn. Tường chắn đất được bảo đảm ổn định bằng cách tạo nên một khối được tăng cường nhờ sức ma sát giữa đất và các lớp vải địa – kỹ thuật có thể tạo được những taluy dốc lớn hoặc thậm chí dốc thẳng đứng.
Phương pháp “tăng cường khối đất bằng lớp vỏ bọc ngoài” là kỹ thuật bố trí các khối vật liệu đắp thành từng lớp dầy 50cm ở bên trong một lớp vỏ bọc bằng vải địa – kỹ thuật được neo giữ vào trong thân khối đắp. để chống lại tác dụng bức xạ của các tia cực tím, bề mặt lớp vải lộ ra phải được bảo vệ thường xuyên (phun bê tông, trồng cây bên taluy).
Phương pháp xây dựng một lớp vỏ lát bằng khối bê tông đúc sẵn từ chèn nhằm, vừa bảo vệ vải chống lại tia cực tím, vừa bảo đảm neo vào trong đất các cốt bằng vải địa – kỹ thuật. Trong trường hợp đất cát, phương pháp thiết kế dùng các sợi nhỏ làm cốt bố trí trong đất.
