Một số vấn đề ứng dụng cốt địa kỹ thuật khi thiết kế mái dốc đứng

71
MỘT SỐ VẤN ĐỀ ỨNG DỤNG CỐT ĐỊA KỸ THUẬT 
KHI THIẾT KẾ MÁI DỐC ĐỨNG 
ThS. NguyÔn Mai Chi 
Bộ môn Thuỷ công-Đại học Thuỷ lợi. 
Tóm tắt: Khi thiết kế mái đất cho các công trình, mái đất càng dốc thì càng kinh tế nhưng có 
một vấn đề đặt ra là sự ổn định mái dốc. Để đảm bảo sự an toàn cần thiết cho mái, một trong 
những giải pháp được áp dụng là dùng cốt địa kỹ thuật (Vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật) làm hệ 
thống cốt trong đất để tăng góc mái dốc hoặc tăng ổn định mái chịu tải trọng. Bài báo tổng hợp các 
giải pháp kết cấu khi sử dụng cốt địa kỹ thuật với các lợi ích về kinh tế, kỹ thuật và môi trường. 
Đồng thời giới thiệu với bạn đọc phần mềm ReSlope(4.0) là phần mềm chuyên dụng của công ty 
ADAMA-Engineering-Hoa Kỳ dùng tính toán kết cấu mái dốc có sử dụng cốt địa kỹ thuật. 
Từ khoá: Vải địa kỹ thuật (Geotextiles); Lưới địa kỹ thuật (Geogrid);Mái dốc đứng có cốt 
(Reinforced Steep Slope) 
1. Đặt vấn đề 
Khi thiết kế mái đất cho các công trình, thì sự 
ổn định của mái dốc được quan tâm hàng đầu. 
Mái đất càng xoải, hay nói cách khác góc mái 
dốc nhỏ thì độ ổn định của mái càng đảm bảo. 
Nhưng có trường hợp do điều kiện địa hình mà 
không cho phép thiết kế mái đất xoải mà chỉ có 
thể thiết kế mái dốc đứng. Hoặc để tận dụng 
khoảng diện tích trên đỉnh mái cũng phải thiết 
kế mái dốc đứng. Mái dốc đứng là các mái dốc 
có góc dốc 450 ≤ β ≤ 900 . Nếu mái dốc đứng có 
kèm theo tải trọng tác dụng lên mái, trên đỉnh 
mái thì càng dễ mất ổn định. Vì vậy để đảm bảo 
sự an toàn cần thiết cho mái, một trong những 
giải pháp được áp dụng là dùng cốt địa kỹ thuật 
để làm hệ thống cốt trong đất nhằm tăng góc 
mái dốc hoặc tăng ổn định mái chịu tải trọng. 
Ở nước ta, một số đơn vị tư vấn có sử dụng 
hai phương pháp thường dùng để thiết kế mái 
đất có cốt địa kỹ thuật. Đó là phương pháp dùng 
biểu đồ của Schmertman và nnk với sự chỉ dẫn 
của FHWA (Federal Highway Administration 
USA ) và phương pháp dùng mặt trượt khả dĩ 
của Culmann. Những phương pháp này thường 
hạn chế các điều kiện biên khi tính toán, bởi vì 
nếu chỉ có mái dốc đơn thuần thì việc tính toán 
là khá dễ dàng. Nhưng khi mái dốc có bố trí 
thêm thiết bị tiêu nước, hay vật liệu thoát nước 
tốt ở mặt mái dốc thì việc tính toán bằng tay 
thường bỏ qua sự làm việc của các vật liệu này. 
Qua thống kê một số công trình tại Việt 
Nam, ví dụ hệ thống mái ta luy dọc theo đường 
Hồ Chí Minh đoạn chạy qua Quảng Trị. Nhận 
thấy phần lớn các mái dốc đều bị sạt lở nghiêm 
trọng vào mùa mưa. Khi bị sạt lở thì các đơn vị 
thường, một mặt xúc chuyển phần sạt, một mặt 
tiếp tục bạt mái, như vậy sẽ phải chuyển một 
lượng đất rất lớn ra khỏi hiện trường. Mặt khác 
các mái dốc thường để trần không có thực vật 
bao phủ trông rất mất mỹ quan. Vì vậy để tiết 
kiệm thời gian và ngân sách, cần gia cố mái 
taluy dốc hơn tự nhiên và trồng cỏ trên mặt mái 
dốc tạo mỹ quan tự nhiên. 
2. Nguyên tắc tính toán mái dốc có cốt địa 
kỹ thuật-Bài toán về lực neo lớn nhất 
Sự phá hỏng khối đất nói chung và khối đất 
có cốt nói riêng đều có cơ chế trượt của khối 
trượt theo mặt trượt (còn gọi là mặt phá hoại). 
Mặt trượt khả dĩ hay còn gọi là mặt phá hoại của 
khối đất có cốt xảy ra khi hệ thống cốt neo bị tụt 
hoặc khi hệ thống cốt neo bị đứt. 
Dù do tụt neo hay do đứt neo thì sự phá hoại 
khối đất vẫn theo cơ chế trượt khối đất trên mặt 
phá hoại có dạng cong Logarit. Khối đất có đặt 
cốt nằm ngang bằng vải địa kỹ thuật hay lưới 
địa kỹ thuật có thể coi như một chỉnh thể. Do 
vậy khi phân tích có thể coi khối đất trượt ứng 
xử như một chỉnh thể. Vấn đề đặt ra ở đây là 
 72 
xác định lực neo cần thiết để neo giữ khối đất ở trạng thái cân bằng giới hạn trên mặt trượt. 
1.1. Sơ đồ xác định vị trí mặt trượt khả dĩ 
Hình 1: Sơ đồ lực tác dụng lên khối trượt ABC theo mô hình tính toán hệ thống neo 
Tách một mét dài công trình đất có cốt để xét 
sự cân bằng giới hạn của khối đất ABC ứng xử 
như một vật thể hoàn chỉnh. Hình 1.a là mô hình 
tính toán và hình 1.b là sơ đồ lực tính toán. 
Trong hình 1.b các đại lượng được xác định lần 
lượt như sau : 
Ti và T là lực neo (hoặc lực kéo) của mỗi lớp 
cốt và tổng lực neo được xác định theo công 
thức: 
T=Ti (i=1,2,3,.....,n) (1) 
R-phản lực của vùng neo lên khối đất ABC 
C-lực dính tác dụng lên mặt BC, xác định 
theo công thức: 
qcos
.
.
Hc
CBcC C (2) 
G-Trọng lượng của khối trượt ABC, xác định 
theo công thức: 
 q tgtgHG 2
2
1
 (3) 
Để xác định lực neo T (công thức 1), chiếu 
hệ lực tác dụng vào khối đất ABC lên phương U 
vuông góc với phản lực R. 
U = -Gsin(q- ) + Tcos(q- ) + C.cos = 0 (4) 
Từ các biểu thức 2-3-4 suy ra được biểu thức 
tính tổng lực neo T 
 q KHTT i
2
2
1
  (5) 
q 
qq
q
tgtg
tgKtgKK
K
2
210 (6) 
Trong đó: 
H
c
tgK

2
0 tgK 11 (7) 
H
c
tgK

2
2 
Từ các biểu thức vừa nêu trên, nhận thấy 
rằng trị số tổng lực neo T là hàm của góc q, tức 
quan hệ với vị trí của mặt trượt khả dĩ cần thiết. 
Trị số góc q xác định vị trí mặt trượt khả dĩ 
được xác định theo điều kiện có lực neo T là lớn 
nhất, tức tính 
0 
q
q
d
dT
 ( 8) 
với T(q) xác định theo biểu thức (5) 
Từ phương trình (8) có công thức tính trị số 
góc q để xác định vị trí mặt trượt khả dĩ cho 3 
trường hợp: tường đất có cốt, tường mái đất có 
cốt và mái đất có cốt 
2
450
q
 (9) 
73
Bảng 1: Trị số góc q để xác định mặt trượt khả dĩ trong các trường hợp 
góc mái dốc khác nhau 
Với các trị số q cho ở bảng 1 sẽ xác định 
được vị trí mặt trượt khả dĩ và từ đó xác định 
được miền neo và chiều dài của vải địa kỹ thuật, 
lưới địa kỹ thuật cần chôn vào miền neo để neo 
khối trượt ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn 
trên mặt trượt khả dĩ BC 
1.2. Xác định lực kéo neo Tk 
Mặt trượt khả dĩ xác định bằng góc q ở bảng 
1 cho phép xác định được miền neo và khối đất 
trượt. Cốt vải địa kỹ thuật và lưới địa kỹ thuật 
có hai tác dụng cơ bản trong khối đất có cốt. 
- Tạo khối đất có cốt ứng xử như một chỉnh 
thể khi sử dụng và do đó khối trượt trong trường 
hợp tụt cốt hay đứt cốt cũng ứng xử như một 
chỉnh thể. 
- Neo khối đất trượt vào miền neo, chiều dài 
cốt phải đủ dài để chống lại lực kéo neo Tkéo. Vì 
vậy phải xác định lực kéo neo gọi tắt là lực kéo. 
Ở trạng thái cân bằng giới hạn, lực kéo neo 
do khối đất trượt gây nên có trị số bằng lực neo 
Tmax nhưng có chiều ngược lại. 
Hình 2: Sơ đồ xác định lực kéo neo Tkéo 
 74 
Do vậy lực kéo neo, ký hiệu là Tkéo làm hệ 
thống neo có nguy cơ bị tụt, được xác định theo 
công thức: 
kakeo KHT
2
2
1
 (10) 
Trong đó: 
cos
2
45
2
0
 tgtgK k (11) 
2
45cos
coscos2
02 

H
c
a (12) 
Nếu đất đắp sau tường là đất rời, tức là có 
c=0 thì trị số của a= với  là trọng lượng riêng 
của đất đắp. Trị số KK trong công thức 6-11 ứng 
với các loại công trình đất có cốt được trình bày 
trong bảng 2 
Bảng 2 : Xác định trị số KK với các trường hợp góc dốc 
3. Thiết kế mái dốc có cốt khi sử dụng 
phần mềm ReSlope(4.0) 
3.1. Giới thiệu về phần mềm ReSlope(4.0) 
Phần mềm ReSlope(4.0) – Reinforced Steep 
Slope(4.0) là phần mềm chuyên dụng của công 
ty ADAMA-Engineering –Hoa Kỳ dùng để thiết 
kế mái dốc đứng công trình đất, khi có sử dụng 
cốt địa kỹ thuật để tăng ổn định cho công trình. 
Chương trình có khả năng mô phỏng mái dốc 
công trình đất khi chịu tải trọng trên mái, trên 
cơ hay trên đỉnh mái và cũng xét tới tải trọng 
động đất. Vật liệu cốt sử dụng có thể là vải địa 
kỹ thuật, lưới nhựa địa kỹ thuật hay lưới thép 
địa kỹ thuật. Chương trình ứng dụng lý thuyết 
ổn định mái dốc của Bishop (Phương pháp trượt 
cung tròn) và lý thuyết của Spencer (Trượt 
nêm). Kết quả tính toán cho phép xác định ổn 
định tổng thể của mái dốc, ổn định cục bộ (kéo 
tụt cốt hoặc đứt cốt), lựa chọn khoảng cách đặt 
cốt tối ưu cho từng lớp cốt, tính tổng khối lượng 
cốt đã sử dụng và giá thành của nó. 
3.2. Phân tích bài toán ứng dụng 
Cần thiết kế một mái dốc với góc mái dốc 
=750, chiều cao từ chân mái đến cơ là 6m. Tải 
trọng phân bố trên cơ là 2KN/m2, tải trọng trên 
đỉnh mái là 4KN/m2. Các chỉ tiêu cơ lý của đất 
cho ở bảng 3. Yêu cầu tính toán bố trí cốt một 
cách hợp lý để đảm bảo an toàn cho mái dốc. Sử 
dụng phần mềm ReSlope(4.0) để tính toán. Cốt 
được sử dụng chọn loại cốt vải địa kỹ thuật chịu 
kéo (Woven Geotextiles Strength)-HS100/50 là 
loại vải có thông số chịu kéo nhỏ nhất trong 
nhóm vải địa kỹ thuật của hãng UCO-
GEOTEXTILES 
Bảng 3: Các chỉ tiêu cơ lý đất dùng trong tính toán 
Tên đất Trọng lượng riêng tự 
nhiên (KN/m3) 
Góc ma sát 
trong (độ) 
Lực dính đơn vị 
C(KN/m2) 
Đất trong phạm vi cốt (Reinforced Soil) 19 30 0 
Đất đắp trở lại (Backfill Soil) 18 20 12 
Đất nền (Foundation Soil) 19 22 10 
75
Kết quả tính toán cho phép đặt 10 lớp cốt với khoảng cách và chiều dài cốt như thống kê ở bảng 4 
Bảng 4 : Cao độ, chiều dài cốt và hệ số an toàn ổn định cục bộ( đứt cốt, tụt cốt) 
của các lớp cốt bố trí trong mái dốc 
Khoảng cách gần nhất của 2 lớp cốt là 30cm, 
xa nhất là 60cm, chiều dài cốt lớn nhất là 6.98m 
và ngắn nhất là 4,64m. 
Hệ số ổn định đứt cốt là lớn hơn 1.3( Mode 
of Failure: Compound), hệ số ổn định tụt cốt là 
1.81( Mode of Failure: Tieback) 
Hình 3 : Kết quả tính toán bố trí cốt trong mái dốc 
 76 
Hình 4 : Kết quả tính ổn định mái dốc khi đã bố trí cốt – Fs(min-min)=1.61 
4. Hiệu quả của giải pháp kết cấu đất có 
cốt khi thiết kế mái dốc đứng 
Một trong những công ty đi đầu trong việc áp 
dụng công nghệ vật liệu đất có cốt để gia cố 
công trình là công ty Tensar (Tensar 
International Company). Khi sử dụng cốt địa kỹ 
thuật, giải pháp của Tensar cho phép thi công 
mái taluy dốc đến 900. Việc lựa chọn thiết kế bề 
mặt mềm cho mái taluy có thể phụ thuộc vào 
nhiều yếu tố, chẳng hạn như nhu cầu hoàn thiện 
bề mặt, những hạn chế và tình huống cụ thể của 
môi trường địa phương và quan trọng hơn nữa 
là yếu tố góc nghiêng của mái taluy. Tensar 
cung cấp hàng loạt các kỹ thuật thi công nhưng 
phổ biến hơn cả vẫn là ứng dụng lưới địa kỹ 
thuật bó uốn hoặc sử dụng panel lưới thép phía 
bề mặt mái taluy. 
Với phương án hoàn thiện sử dụng phương 
pháp bó uốn Tensar, bề mặt mái taluy được hình 
thành bằng cách trải và cuốn lưới địa kỹ thuật 
vòng qua bề mặt rồi neo lại trong nền đất đắp. 
Trong qua trình bó uốn cần dùng các bao đất 
hoặc hỗ trợ tạm thời để tạo bề mặt và kiểm soát 
hướng tuyến, cần thiết cho việc đầm nén được 
chắc chắn. Một mái taluy mềm sẽ mang lại 
nhiều lợi ích về kinh tế và cho phép khách hàng 
lựa chọn nhiều bề mặt hấp dẫn. Các lợi ích từ 
việc thi công mái taluy dốc có gia cố như giảm 
thiểu đất sử dụng, giới hạn việc lấy đất ở những 
khu vực nhạy cảm về môi trường, giảm khối 
lượng đất đắp theo yêu cầu và là giải pháp 
tường mềm thay thế tường chắn bề mặt cứng ở 
những nơi nhạy cảm về môi trường 
Khi sửa chữa mái sạt lở, nên dùng cốt địa kỹ 
thuật để sử dụng lại đất sạt xuống hoặc đất đào 
mở móng, như vậy sẽ giảm được chi phí vận 
chuyển đất sạt lở ra khỏi khu vực, giảm ách tắc 
giao thông. Hình 5 là mặt cắt ngang nền đắp tiêu 
chuẩn sau khi sửa chữa. 
77
Hình 5: Mặt cắt ngang nền đắp tiêu chuẩn sau khi sửa chữa. 
Với mái dốc có góc dốc lớn hơn 450 khi xây 
dựng mới: Giải pháp sử dụng cốt địa kỹ thuật trong 
trường hợp này cho phép giảm thiểu được đất sử 
dụng, giảm khối lượng đất đắp yêu cầu, lợi hơn giải 
pháp làm tường chắn vì nó mềm mại và thi công 
đơn giảm. Đảm bảo độ ổn định tổng thể của hệ 
thống. Hình 6 là một ví dụ thực tế cho mái dốc 
đứng vừa tiết kiệm, vừa kỹ thuật và vừa mỹ quan. 
Hình 6: Mái dốc đứng của một bãi đỗ trực thăng. 
5. Kết luận 
Khi thiết kế mái dốc đứng của công trình, 
giải pháp kết cấu đất có cốt đem lại nhiều hiệu 
quả về kinh tế, kỹ thuật và môi trường. Việc 
tính toán bằng phần mềm chuyên dụng 
ReSlope(4.0) cho phép đặt tải linh hoạt tại các 
vị trí của mái dốc. Vật liệu đất được bố trí thành 
3 phần riêng biệt: phần đất cùng với cốt, phần 
đất đắp trở lại, và phần đất nền, vì vậy có thể 
chọn những loại vật liệu thoát nước tốt đặt cùng 
cốt để làm nhiệm vụ thoát nước ngầm cho mái. 
Hoặc tận dụng vật liệu sạt lở đặt cùng cốt, như 
vậy sẽ giảm khối lượng san gạt vận chuyển đất 
đi nơi khác mà vẫn đảm bảo an toàn cho công 
 78 
trình. Phần mềm cho phép chọn lựa nhiều 
phương án đặt cốt, nhiều loại cốt, có thể bố trí 
cốt với khoảng cách đều và chiều dài cốt như 
nhau, hoặc có thể lựa chọn tối ưu chỗ nào cần 
thì bố trí dày, chỗ nào tải trọng nhỏ thì bố trí ít 
và có xét tải trọng động đất. Ngoài ra 
ReSlope(4.0) còn chạy tích hợp với một số 
Modun khác cùng trong bộ phần mềm để phân 
tích cố kết, phân tích ổn định tường đất có cốt, 
phân tích ổn định mái dốc có cốt. 
Kết quả tính toán với mái dốc đứng như đã 
nêu ở trên, cần phải bố trí 10 lớp cốt vải địa kỹ 
thuật tại các cao trình với chiều dài cốt như ở 
bảng 4. Hệ số an toàn ổn định đứt cốt lớn hơn 
1.3, hệ số an toàn ổn định tụt cốt lớn hơn 1.8, hệ 
số ổn định trượt tổng thể Fs=1.61. Như vậy có 
thể kết luận mái dốc đứng làm việc an toàn khi 
chịu tải trọng trên cơ và trên đỉnh mái. 
DANH MỤC SÁCH THAM KHẢO. 
[1] GS.TSKH. Cao Văn Chí, PGS.TS.Trịnh Văn Cương – Cơ học đất- Nhà xuất bản xây dựng -
2003 
[2] GS.TS Phan Trường Phiệt - Sản phẩm địa kỹ thuật Polime và compozít trong xây dựng dân 
dụng giao thông thuỷ lợi – NXB xây dựng – 2007. 
[3]. Nguyễn Mai Chi- Nghiên cứu kích thước hợp lý của thiết bị tiêu nước đến ổn định mái dốc 
công trình đất- Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật-2005 
[4]. Tensar International Limited - Giải pháp kết cấu Tensar. 
[5] Krytian W.pilarczyk – Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and Coastal 
Engineering.- A.A.BANKEMA/ROTTERDAM/BROOKFIELD/2000. 
[6] LEE W.ABRAMSON, THOMAS. S. LEE, SUNIL SHARMA, GLENN M.BOY – Slope 
Stability and Stabilization Methods- John Wiley & Sons, Inc-New York-2002. 
Abstract 
THE APPLICATION OF REINFORCED EARTH STRUCTURE 
TO STEEP SLOPE DESIGN. 
In the consideration of slope design, the slope has been designed more steep, it brings more 
benefit, but should be considered about stabilization of slope. In order to stabilise slope, one of the 
ways are applied to use Geotextiles or geogrid as a anchor. This solution helps to increase angle of 
slope or to make more stabilization for slope with surcharge. This paper was summaried some 
solutions of reinforced earth structure for economical, technological, environmental benefit and 
introduced ReSlope(4.0) sofware of ADAMA-Engineering Company for Reinforced Steep Slope 
Design.