Vải địa kỹ thuật dệt cường độ cao là tấm vải đan từ sợi polyester hoặc polypropylen theo hai hướng, chịu được lực kéo rất lớn với độ giãn nhỏ, được đặt ở đáy nền đắp trên đất yếu để làm "đai" giữ cho đất đắp và đất nền không bị đẩy trượt sang hai bên. Khác với vải không dệt chủ yếu để phân cách và lọc, vải dệt làm việc như một cốt thép nằm ngang trong đất.
Gia cường đáy nền cho phép đắp cao hơn hoặc nhanh hơn trên đất yếu mà không bị trượt, và giảm phần đất ép trồi ở chân taluy. Nhưng nó không làm đất yếu hết lún; độ lún cố kết vẫn còn và phải xử lý bằng biện pháp khác nếu cần. Bài này giải thích cơ chế bằng lời, các chỉ tiêu quyết định, hướng trải đúng và những điểm thường bị làm sai.
Nền đắp trên đất yếu phá hoại như thế nào
Một nền đường đắp có hình thang: đỉnh là mặt đường, hai bên là mái taluy. Trọng lượng khối đất đắp tạo ra lực đẩy ngang, có xu hướng xoè chân taluy ra ngoài. Trên đất tốt, ma sát giữa đáy nền và đất nền đủ giữ chân taluy đứng yên. Trên đất yếu, lớp đất bên dưới không đủ sức kháng cắt, nên khối đắp và một phần đất nền cùng trượt theo một mặt cong, phần đỉnh sụt xuống, phần chân trồi lên. Người ở hiện trường thấy vết nứt dọc trên đỉnh nền, mặt ruộng bên cạnh phồng lên, cọc mốc bị đẩy nghiêng.
Có hai kiểu phá hoại cần phân biệt. Kiểu thứ nhất là trượt sâu, mặt trượt cắt qua lớp đất yếu, xảy ra khi đắp quá cao so với sức chịu của đất. Kiểu thứ hai là trượt ngang ở đáy, khối đắp trượt trên mặt đất yếu như trượt trên lớp xà phòng, đất đắp ở hai bên bị xé ra. Vải dệt ở đáy nền chống trực tiếp kiểu thứ hai và góp phần chống kiểu thứ nhất bằng lực kéo nó tạo ra dọc mặt trượt.
Hiểu được điều này sẽ thấy vì sao vải gia cường phải có cường độ lớn theo hướng ngang tuyến, tức từ chân taluy bên này sang chân taluy bên kia, và vì sao mối nối theo hướng đó là điểm yếu chết người. Vải chịu lực giống một sợi dây căng ngang dưới bụng nền: dây đứt ở đâu thì nền xoè ra ở đó.
Cơ chế gia cường: vải tạo lực giữ bằng cách nào
Lực kéo chống xoè ngang. Khi khối đắp có xu hướng xoè ra, ma sát giữa đất và mặt vải truyền lực vào vải, vải căng lên và giữ hai nửa nền lại với nhau. Lực đó thay cho phần sức kháng cắt mà đất yếu không có. Vải càng cứng, tức chịu lực lớn ở độ giãn nhỏ, thì càng phát huy lực sớm trước khi nền kịp biến dạng nhiều.
Phân bố tải đều hơn. Lớp vải căng làm việc như một màng mỏng, góp phần chia tải trọng nền đắp ra rộng hơn và giảm những chỗ lún cục bộ. Hiệu ứng màng chỉ đáng kể khi nền đã lún một lượng nhất định, nên người thiết kế thận trọng khi tính vào.
Mua thời gian cho đất mạnh lên. Ở nền đắp theo giai đoạn, vải giúp nền đứng được ở giai đoạn đầu khi đất còn yếu nhất. Khi đất cố kết và sức kháng cắt tăng lên, vai trò của vải giảm dần. Đây là lý do vải gia cường thường kết hợp với bấc thấm và gia tải chứ không làm một mình.
Phân cách đi kèm. Vải dệt cũng ngăn vật liệu đắp lún vào bùn ở đáy, nhưng vì lỗ đan đều và thường nhỏ, khả năng lọc của nó khác vải không dệt. Ở nơi cần cả gia cường lẫn lọc tốt, người ta có thể dùng vải phức hợp hoặc kết hợp hai lớp.
Vải dệt, vải không dệt và lưới địa kỹ thuật: so sánh để chọn đúng
Ba loại vật liệu địa kỹ thuật hay bị nhầm vai trò. Bảng dưới so sánh ở mức nguyên lý, để người đi mua và người giám sát hiểu vì sao hồ sơ thiết kế chọn loại này mà không chọn loại kia:
| Tiêu chí | Vải dệt cường độ cao | Vải không dệt | Lưới địa kỹ thuật |
|---|---|---|---|
| Chức năng chính | Gia cường chịu kéo | Phân cách, lọc, thoát nước | Gia cường, chèn khoá cốt liệu |
| Cường độ kéo | Cao đến rất cao | Thấp đến trung bình | Trung bình đến cao |
| Độ giãn khi đứt | Nhỏ | Lớn | Nhỏ |
| Khả năng lọc | Có, nhưng hạn chế | Tốt | Không (lỗ lưới to) |
| Vị trí hay gặp | Đáy nền đắp cao trên đất yếu, tường đất có cốt | Dưới lớp móng, rãnh thoát nước ngầm, sau kè | Trong lớp móng đá, nền đắp, tường chắn có cốt |
| Điểm cần kiểm | Cường độ theo từng hướng, từ biến, mối nối | Chọc thủng, cỡ lỗ, hệ số thấm | Cường độ mối nút, kích thước mắt lưới |
Lưới địa kỹ thuật cũng là một lựa chọn gia cường, nhất là khi muốn đá dăm chèn vào mắt lưới tạo lớp móng cứng hơn. Khi nền đất rất yếu và cần vừa gia cường vừa phân cách, người thiết kế có thể dùng vải dệt hoặc kết hợp lưới với một lớp vải không dệt. Không có loại nào tốt nhất cho mọi trường hợp.
Từ biến và hệ số giảm: vì sao không dùng thẳng cường độ ghi trên nhãn
Con số cường độ kéo ghi trên nhãn vải là lực làm đứt mẫu trong thí nghiệm ngắn, kéo nhanh vài phút. Dưới nền đường, vải phải chịu lực liên tục trong nhiều năm. Sợi nhựa chịu tải lâu dài sẽ giãn dần, gọi là từ biến, và có thể đứt ở mức lực thấp hơn đáng kể so với cường độ thí nghiệm ngắn. Polyester có từ biến thấp hơn polypropylen nên được ưa dùng cho gia cường lâu dài; đây là lý do các bài toán gia cường hay ghi rõ loại sợi.
Ngoài từ biến, vải còn bị suy giảm do hư hại khi thi công (đá sắc cọ xát, bánh xe nghiến) và do môi trường (độ kiềm, axit, nhiệt độ). Người thiết kế lấy cường độ danh định chia cho một chuỗi hệ số giảm cho từng tác động để ra cường độ dài hạn cho phép, rồi mới đem so với lực cần thiết. Vì vậy hai sản phẩm có cùng cường độ trên nhãn chưa chắc dùng được như nhau; sản phẩm có hồ sơ thí nghiệm từ biến đầy đủ được tin cậy hơn.
Với người mua và người giám sát, điều rút ra là: đừng chấp nhận thay vải theo kiểu "cùng 200 kN/m là được". Phải hỏi loại sợi, độ giãn ở lực làm việc, kết quả thí nghiệm từ biến hoặc hệ số giảm mà nhà sản xuất công bố, và đối chiếu với yêu cầu của hồ sơ thiết kế. Thay vật liệu gia cường mà không có ý kiến của người thiết kế là thay đổi thiết kế, không phải thay đổi nhà cung cấp.
Trải vải dệt gia cường đáy nền: trình tự và điểm phải giữ
Kỹ thuật trải vải gia cường khác trải vải phân cách ở chỗ hướng vải và mối nối mang ý nghĩa chịu lực. Trình tự thường gặp:
- Chuẩn bị mặt nền: phát quang, giữ lại lớp rễ cỏ mỏng nếu thiết kế cho phép vì nó giúp đỡ vải trên bùn; lấp các rãnh, hố sâu bằng vật liệu phù hợp.
- Trải cuộn vải vuông góc với tim đường, để hướng chịu lực chính của vải chạy từ chân taluy này sang chân taluy kia. Mỗi tấm nên đủ dài phủ hết bề rộng đáy nền cộng phần neo, tránh nối theo hướng chịu lực chính.
- Nối các tấm cạnh nhau theo dọc tuyến bằng chồng mép hoặc may, theo chi tiết thiết kế. Nếu buộc phải nối theo hướng chịu lực chính, mối nối phải được may với cường độ đã được thí nghiệm và chấp thuận.
- Kéo căng nhẹ, không để nếp nhăn: vải nhăn phải biến dạng nhiều mới căng, tức nền phải xoè ra trước khi vải bắt đầu giữ.
- Đổ lớp vật liệu đầu tiên từ giữa ra hai bên hoặc theo sơ đồ thiết kế, để vải được kéo căng dần ra phía chân taluy, không bị dồn cục. Thiết bị không đi trực tiếp trên vải.
- Gập mép vải ở chân taluy lên lớp đắp đầu tiên nếu thiết kế yêu cầu, tạo chiều dài neo.
- Đắp tiếp theo giai đoạn và quan trắc như với mọi nền đắp trên đất yếu.
Trên nền bùn rất mềm, người và máy đều có nguy cơ lún sụt; đội thi công cần có biện pháp đi lại an toàn, như ván lót, phao và giới hạn khu vực, không để người đứng gần mép nền đang đắp khi có dấu hiệu nứt trượt.
Những sai lầm làm vải gia cường mất tác dụng
Vải dệt cường độ cao có giá trị khi được làm đúng. Những sai lầm dưới đây đã gặp ở nhiều nơi và đều khiến lớp vải đắt tiền chỉ còn tác dụng như một tấm phân cách:
- Trải vải dọc theo tim đường, hướng chịu lực chính chạy song song với tuyến, trong khi lực cần giữ lại theo hướng ngang.
- Nối vải theo hướng ngang bằng chồng mép đơn giản, không may, không thí nghiệm; mối nối trở thành chỗ nền tách đôi.
- Thay vải polyester bằng vải polypropylen cùng cường độ danh định mà không tính lại từ biến.
- Để xe ben chạy thẳng trên vải trần, làm rách sợi ở đúng vùng chịu lực lớn nhất dưới chân taluy.
- Đắp quá nhanh vì tin rằng đã có vải thì không thể trượt; vải chỉ nâng giới hạn an toàn lên, không xoá bỏ nó.
- Không phủ vải kịp thời, để vải phơi nắng lâu, cường độ suy giảm trước khi bắt đầu làm việc.
Với chủ đầu tư, hai thứ nên xin xem trước khi chấp nhận đoạn nền gia cường là: ảnh chụp hoặc nhật ký thể hiện hướng trải, mối nối; và chứng chỉ, kết quả thí nghiệm của đúng lô vải đã trải.
Câu hỏi thường gặp
Có vải gia cường rồi thì nền có còn lún không?
Còn. Vải gia cường chủ yếu chống trượt và xoè ngang, không làm nước thoát nhanh hơn. Độ lún cố kết của đất yếu vẫn xảy ra. Nếu cần lún xong nhanh, người ta kết hợp với bấc thấm và gia tải hoặc chọn phương án xử lý nền khác.
Vì sao phải trải vải vuông góc với tim đường?
Vì lực mà vải phải gánh là lực đẩy xoè chân taluy ra hai bên, tức theo hướng ngang tuyến. Hướng chịu lực chính của vải phải trùng với hướng đó, và tấm vải nên liền một mảnh từ chân này sang chân kia để không có mối nối ở chỗ chịu lực.
Polyester và polypropylen, nên chọn loại nào?
Với gia cường lâu dài, polyester thường được ưa dùng vì từ biến thấp hơn. Polypropylen bền hoá học tốt trong một số môi trường và giá thấp hơn. Lựa chọn thuộc người thiết kế, dựa trên lực cần giữ, thời gian làm việc và môi trường đất, nước.
Đường vào kho trên ruộng cũ có cần vải dệt cường độ cao không?
Phần lớn đường nội bộ đắp thấp không cần vải dệt cường độ rất cao; vải không dệt phân cách hoặc lưới địa trong lớp móng thường là đủ. Vải dệt cường độ cao hợp với nền đắp cao trên đất yếu dày, nơi có nguy cơ trượt. Nên để tư vấn tính trước khi mua.
Vải dệt có thoát nước được không?
Có, nước đi qua được các khe đan, nhưng khả năng lọc và thoát nước trong mặt phẳng vải kém hơn vải không dệt. Ở đáy nền đắp trên bấc thấm, nước chủ yếu thoát qua lớp đệm cát; vải dệt không được làm tắc lớp này, điều mà người thiết kế sẽ kiểm tra.
Nếu đã nối vải theo hướng ngang thì phải làm gì?
Báo ngay cho tư vấn thiết kế và giám sát. Mối nối theo hướng chịu lực phải được may theo chi tiết và có thí nghiệm cường độ mối nối; nếu không đạt, có thể phải trải bổ sung hoặc điều chỉnh tiến độ đắp. Không tự quyết đắp tiếp.