ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THU HÀ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT
DÙNG CỐT MẠ KẼM TỰ CHẾ TẠO PHÙ HỢP
VẬT LIỆU ĐẮP KHU VỰC MIỀN TRUNG
CÓ XÉT THỜI GIAN PHỤC VỤ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

ĐÀ NẴNG - 2023


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THU HÀ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT
DÙNG CỐT MẠ KẼM TỰ CHẾ TẠO PHÙ HỢP
VẬT LIỆU ĐẮP KHU VỰC MIỀN TRUNG
CÓ XÉT THỜI GIAN PHỤC VỤ
Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thơng
Mã số: 9580205

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học
1. PGS.TS. CHÂU TRƯỜNG LINH
2. GS.TS. VŨ ĐÌNH PHỤNG

ĐÀ NẴNG - 2023


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đất
dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực miền Trung có xét thời gian
phục vụ” là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu sử dụng
trong luận án được thu thập từ thực tế và từ các nghiên cứu, thí nghiệm của tơi trong thời
gian thực hiện đề tài. Tất cả các số liệu trong luận án có tính chính xác, đáng tin cậy, có
nguồn gốc rõ ràng, được xử lý trung thực và khách quan.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án này
đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc và
trích dẫn đầy đủ.
Nghiên cứu sinh thực hiện luận án
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thu Hà


LỜI CÁM ƠN
Luận án được nghiên cứu sinh thực hiện tại Bộ môn Đường ô tô - Đường thành
phố, Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS. Châu Trường Linh, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà
Nẵng và GS.TS. Vũ Đình Phụng, Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội.
Nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Châu Trường
Linh và GS.TS. Vũ Đình Phụng đã tận tình hướng dẫn nghiên cứu sinh thực hiện và hoàn

thành nội dung của luận án.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa
Xây dựng Cầu đường, PGS.TS. Phan Cao Thọ, PGS.TS. Đỗ Hữu Đạo, TS. Hoàng
Phương Tùng, TS. Nguyễn Văn Tê Rôn và các thầy/cô giáo Bộ môn Đường ô tô - Đường
thành phố, Bộ môn Cơ sở Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà
Nẵng đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài trường
đã dành thời gian đọc và góp ý cho luận án của nghiên cứu sinh, giúp cho nghiên cứu
sinh kịp thời bổ sung và hoàn thiện luận án.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ về cơ sở vật chất và thiết bị thí
nghiệm tại phịng thí nghiệm Cầu đường và phịng thí nghiệm Địa cơ thuộc Khoa Xây
dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; phịng thí nghiệm LAS
XD 123 thuộc Trung tâm nghiên cứu ứng dụng nền móng cơng trình, Trường Đại học
Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; phịng thí nghiệm LAS XD 1437 thuộc Trung tâm kiểm
định cơng trình và thí nghiệm vật liệu xây dựng Đà Nẵng. Nghiên cứu sinh xin chân
thành cám ơn sự giúp đỡ nhiệt tình từ các cá nhân, tổ chức đã tạo điều kiện thuận lợi cho
nghiên cứu sinh trong quá trình thu thập số liệu, tài liệu liên quan phục vụ cho mục đích
nghiên cứu của đề tài luận án.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ từ quỹ phát triển Khoa học và
Công nghệ Bộ giáo dục đào tạo trong đề tài mã số B2021-DNA-12; Trường Đại học
Bách khoa với đề tài mã số T2022-02-21.
Nghiên cứu sinh xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp là những người luôn
ở bên cạnh, hỗ trợ về mặt tinh thần, chia sẻ với nghiên cứu sinh những lúc khó khăn
trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Một lần nữa, nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn tất cả.
NCS. Nguyễn Thu Hà


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1
2. Mục tiêu của đề tài .............................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2
4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 3
5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................. 4
7. Cấu trúc của luận án ............................................................................................ 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT ...................... 5
1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................. 5
1.1.1. Quá trình hình thành và phát triển tường chắn đất có cốt ............................... 5
1.1.2. Nguyên lý làm việc của tường chắn đất có cốt ............................................... 6
1.1.3. Các ứng dụng của tường chắn đất có cốt và ưu - nhược điểm ......................... 7
1.1.3.1. Các ứng dụng của tường chắn đất có cốt ......................................... 7
1.1.3.2. Ưu - nhược điểm của tường chắn đất có cốt................................... 11
1.1.4. Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về tường chắn đất có cốt ................ 12
1.1.4.1. Hướng nghiên cứu về đặc tính của vật liệu đắp và cốt ................... 12
1.1.4.2. Hướng nghiên cứu sự làm việc của tường trên mơ hình thực nghiệm
và mơ hình số............................................................................................. 13
1.1.4.3. Hướng nghiên cứu về ăn mòn cốt và thời gian phục vụ của tường . 15
1.2. Vật liệu đắp và cốt kim loại dùng cho tường chắn đất có cốt ..................... 17
1.2.1. Vật liệu đắp dùng cho tường chắn đất có cốt ................................................ 17
1.2.2. Cốt kim loại dùng cho tường chắn đất có cốt ............................................... 17
1.3. Ngun lý thiết kế và trình tự thi cơng tường chắn đất có cốt .................... 19
1.3.1. Nguyên lý thiết kế tường chắn đất có cốt ..................................................... 19
1.3.1.1. Tuổi thọ làm việc .......................................................................... 19
1.3.1.2. Hệ số an toàn................................................................................. 19
i



1.3.1.3. Kích thước kết cấu ........................................................................ 20
1.3.1.4. Ổn định ngoại bộ của kết cấu ........................................................ 21
1.3.1.5. Ổn định nội bộ .............................................................................. 22
1.3.1.6. Ổn định tổng thể ............................................................................ 23
1.3.2. Trình tự thi cơng tường chắn đất có cốt........................................................ 23
1.3.2.1. Chuẩn bị vật tư thiết bị .................................................................. 23
1.3.2.2. Chuẩn bị mặt bằng thi công ........................................................... 24
1.3.2.3. Lắp đặt vỏ tường, hệ thanh chống, rải cốt, nối cốt với vỏ tường và
đắp đất ....................................................................................................... 24
1.3.2.4. Thi công phần đỉnh tường, trên đỉnh tường và cơng tác hồn thiện 25
1.4. Lý thuyết ăn mịn cốt và thời gian phục vụ của tường chắn đất có cốt ...... 25
1.4.1. Lý thuyết ăn mịn cốt ................................................................................... 25
1.4.2. Hư hỏng của tường chắn đất có cốt do ăn mịn điện hóa............................... 26
1.4.3. Thời gian phục vụ của tường chắn đất có cốt ............................................... 28
1.5. Đặc điểm về vật liệu đắp - cốt - môi trường tự nhiên khu vực miền Trung
và triển vọng ứng dụng tường chắn đất có cốt dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo .... 29
1.5.1. Đặc điểm vật liệu đắp trong khu vực miền Trung......................................... 29
1.5.2. Nguồn cung cấp vật liệu cốt thép trong khu vực miền Trung ....................... 30
1.5.3. Môi trường tự nhiên trong khu vực miền Trung ........................................... 30
1.5.4. Triển vọng ứng dụng tường MSE dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo ..................... 31
1.6. Một số vấn đề tồn tại trong nghiên cứu và ứng dụng tường chắn đất có cốt
dùng cốt mạ kẽm ................................................................................................. 31
1.6.1. Về vật liệu đắp, cốt và sự làm việc của tường .............................................. 31
1.6.2. Về ăn mòn cốt và tuổi thọ của tường ............................................................ 32
1.7. Nhiệm vụ đặt ra cho luận án ........................................................................ 32
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐẶC TÍNH CỦA CỐT MẠ
KẼM TỰ CHẾ TẠO VÀ VẬT LIỆU ĐẮP KHU VỰC MIỀN TRUNG .......... 33
2.1. Thí nghiệm đánh giá các đặc tính của cốt mạ kẽm tự chế tạo .................... 33

2.1.1. Giới thiệu về cốt mạ kẽm tự chế tạo ............................................................. 33
2.1.2. Các yêu cầu về cốt mạ kẽm dùng cho tường chắn đất có cốt ........................ 34
2.1.3. Thí nghiệm chất lượng kẽm và cốt mạ kẽm.................................................. 35
2.1.3.1. Mục đích thí nghiệm ..................................................................... 35

ii


2.1.3.2. Q trình thí nghiệm ..................................................................... 36
2.1.3.3. Kết quả thí nghiệm ........................................................................ 38
2.1.4. Đánh giá chất lượng kẽm và cốt mạ kẽm ..................................................... 39
2.2. Thí nghiệm đánh giá đặc tính của vật liệu đắp khu vực miền Trung ........ 39
2.2.1. Các mỏ vật liệu đắp khu vực miền Trung ..................................................... 39
2.2.2. Các yêu cầu về vật liệu đắp dùng cho tường chắn đất có cốt ........................ 40
2.2.3. Thí nghiệm các đặc tính của vật liệu đắp khu vực miền Trung ..................... 42
2.2.3.1. Mục đích thí nghiệm ..................................................................... 42
2.2.3.2. Q trình thí nghiệm ..................................................................... 42
2.2.3.3. Kết quả thí nghiệm ........................................................................ 44
2.2.4. Đánh giá đặc tính của vật liệu đắp khu vực miền Trung ............................... 45
2.3. Kết luận chương 2 ......................................................................................... 49
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CĨ
CỐT MẠ KẼM TỰ CHẾ TẠO TRÊN MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM TỈ LỆ
THỰC .................................................................................................................. 50
3.1. Chuẩn bị xây dựng mô hình thí nghiệm ...................................................... 50
3.1.1. Vị trí xây dựng và đặc điểm địa chất ............................................................ 50
3.1.2. Công nghệ và tiêu chuẩn áp dụng cho mơ hình ............................................ 50
3.1.3. Thiết kế mơ hình thí nghiệm và chuẩn bị vật liệu ......................................... 51
3.1.4. Chuẩn bị thiết bị thi công và thiết bị thí nghiệm ........................................... 53
3.1.5. Mơ hình số mơ hình thí nghiệm bằng phần mềm Flac 2D ............................ 54
3.1.5.1. Khai báo thơng số trong mơ hình thí nghiệm vào phần mềm ......... 54

3.1.5.2. Kết quả mơ phỏng số mơ hình thí nghiệm ..................................... 55
3.2. Xây dựng mơ hình và thí nghiệm quan trắc ứng suất - biến dạng - chuyển
vị của tường ......................................................................................................... 56
3.2.1. Xây dựng mơ hình thí nghiệm...................................................................... 56
3.2.2. Lắp đặt các thiết bị đo ứng suất - biến dạng - chuyển vị ............................... 57
3.2.2.1. Lắp đặt thiết bị đo áp lực mặt nền.................................................. 57
3.2.2.2. Lắp đặt thiết bị đo ứng suất - biến dạng trên cốt và trên đất ........... 58
3.2.2.3. Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị của tấm tường .................................. 59
3.2.2.4. Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị của khung vây .................................. 60
3.2.3. Thí nghiệm quan trắc ứng suất - biến dạng - chuyển vị của tường ................ 60
iii


3.3. Sự làm việc của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế tạo trên mơ hình thí
nghiệm.................................................................................................................. 61
3.3.1. Biến dạng trong các lớp cốt.......................................................................... 62
3.3.2. Phân bố lực kéo trong các lớp cốt ................................................................ 66
3.3.3. Tải trọng gây đứt cốt .................................................................................... 72
3.3.4. Hiệu quả của ngạnh liên kết ......................................................................... 73
3.3.5. Tương tác đất - cốt trong tường.................................................................... 75
3.3.6. Chuyển vị của khối đất có cốt ...................................................................... 79
3.3.7. Chuyển vị ngang của tường ......................................................................... 82
3.3.8. Mặt phá hoại trong khối đất có cốt ............................................................... 85
3.4. Đề nghị cơng thức thực nghiệm xác định hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất
giữa đất - cốt ........................................................................................................ 87
3.4.1. Nhận xét về cơng thức tính theo lý thuyết .................................................... 87
3.4.2. So sánh giá trị hệ số ma sát biểu kiến giữa lý thuyết và thực nghiệm ........... 88
3.4.3. Đề nghị công thức thực nghiệm xác định hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất giữa
đất - cốt ................................................................................................................. 91
3.5. Kết luận chương 3 ......................................................................................... 92

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH DỰ ĐỐN THỜI GIAN PHỤC
VỤ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ
CỐT MẠ KẼM TỰ CHẾ TẠO........................................................................... 94
4.1. Xây dựng mơ hình ước lượng chiều dày ăn mịn cốt trong tường chắn đất
có cốt theo lý thuyết mạng nơ-ron nhân tạo ....................................................... 94
4.1.1. Lý thuyết ANN, cơ sở dữ liệu và phạm vi áp dụng mơ hình ......................... 94
4.1.1.1. Lý thuyết mạng nơ ron nhân tạo (ANN) ........................................ 94
4.1.1.2. Cơ sở dữ liệu ................................................................................. 94
4.1.1.3. Phạm vi áp dụng mơ hình .............................................................. 97
4.1.2. Đề xuất cấu trúc mạng và kỹ thuật huấn luyện mơ hình ............................... 98
4.1.2.1. Đề xuất cấu trúc mạng ................................................................... 98
4.1.2.2. Kỹ thuật huấn luyện mơ hình......................................................... 99
4.1.3. Huấn luyện và xác thực mơ hình ước lượng ............................................... 100
4.1.4. Phân tích và đánh giá mơ hình ước lượng .................................................. 102
4.1.4.1. Phân tích và đánh giá thơng qua hiệu suất mơ hình...................... 102
4.1.4.2. Phân tích và đánh giá thơng qua độ nhạy của mơ hình ................. 104
iv


4.2. Xây dựng chương trình dự đốn thời gian phục vụ của tường chắn đất có
cốt mạ kẽm ......................................................................................................... 105
4.2.1. Mục đích xây dựng chương trình, phạm vi và tiêu chuẩn áp dụng .............. 105
4.2.2. Xây dựng chương trình MSE-ANT dự đốn thời gian phục vụ của tường chắn
đất có cốt mạ kẽm................................................................................................ 106
4.2.2.1. Lựa chọn ngơn ngữ lập trình ....................................................... 106
4.2.2.2. Chức năng của chương trình ........................................................ 106
4.2.2.3. Sơ đồ khối tổng quát của chương trình ........................................ 107
4.2.2.4. Cơ sở dữ liệu và tổ chức giao diện của chương trình ................... 108
4.2.3. Đánh giá tính năng của chương trình ......................................................... 111
4.3. Đánh giá hiệu quả ứng dụng của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế tạo

............................................................................................................................ 112
4.3.1. Sự làm việc theo thời gian của tường MSE trong mơ hình thí nghiệm tỉ lệ
thực thơng qua chương trình MSE-ANT .............................................................. 112
4.3.1.1. Dự đoán thời gian phục vụ của tường .......................................... 112
4.3.1.2. Chiều dày tối ưu của cốt .............................................................. 114
4.3.1.3. Đánh giá sự phù hợp của vật liệu đắp khu vực miền Trung ......... 115
4.3.2. Ứng dụng cốt mạ kẽm tự chế tạo nghiên cứu ổn định và giá thành xây dựng
của tường chắn tại nút giao thông cầu vượt Trần Thị Lý - Đà Nẵng ..................... 117
4.3.2.1. Giới thiệu đoạn tường MSE trong nghiên cứu ............................. 117
4.3.2.2. Tính hệ số ổn định, lực kéo trong cốt và chuyển vị ngang của tường
................................................................................................................ 118
4.3.2.3. Tính tốn giá thành xây dựng tường ............................................ 121
4.3.2.4. Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng cốt mạ kẽm tự chế tạo ......... 123
4.4. Kết luận chương 4 ....................................................................................... 124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 125
Những kết quả đạt được của luận án…………………………………………….. 125
Những đóng góp mới của luận án……………………………………………….. 127
Hạn chế của luận án……………………………………………………………... 127
Kiến nghị hướng phát triển của luận án…………………………………………. 127
CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CĨ LIÊN QUAN ĐÃ ĐƯỢC CƠNG BỐ ........ 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO
129

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu tạo tường chắn đất có cốt [4] ............................................................. 6
Hình 1.2. Cơ chế tương tác giữa vật liệu đắp với cốt (dạng dải) ............................... 7
Hình 1.3. Tường chắn đất có cốt đầu tiên được thử nghiệm và ứng dụng ................. 8

Hình 1.4. Tường MSE trong xây dựng cơng trình giao thơng đường bộ ................... 9
Hình 1.5. Tường MSE trong cơng trình ven bờ, cảng biển, đập chứa nước .............. 9
Hình 1.6 Tường MSE trong xây dựng cơng trình dân dụng, sân bay ........................ 9
Hình 1.7. Tường MSE trong xây dựng cầu đường bộ ở Việt Nam ......................... 10
Hình 1.8. Tường MSE chống sụt trượt cho các mái dốc cao .................................. 10
Hình 1.9. Cốt kim loại trong tường MSE ............................................................... 18
Hình 1.10. Qui ước các kích thước trong tường MSE ............................................ 20
Hình 1.11. Dạng mặt phá hoại tường ..................................................................... 22
Hình 1.12. Trượt tổng thể của tường MSE ............................................................. 23
Hình 1.13. Lắp đặt vỏ tường [2] ............................................................................ 24
Hình 1.14. Lắp đặt cốt [2] ...................................................................................... 25
Hình 1.15. Sự ăn mịn điện hóa trong tự nhiên [28] ............................................... 26
Hình 1.16. Cốt kim loại trong tường MSE bị ăn mịn [5] ....................................... 26
Hình 1.17. Cốt thép bị ăn mịn cục bộ [5, 44] ........................................................ 27
Hình 2.1. Thiết kế lưới cốt tự chế tạo..................................................................... 33
Hình 2.2. Mẫu cốt thí nghiệm kéo.......................................................................... 36
Hình 2.3. Mẫu cốt trước và sau khi mạ kẽm .......................................................... 37
Hình 2.4. Biểu đồ tương quan giữa khả năng chịu kéo của cốt với tỉ lệ ăn mịn ..... 39
Hình 2.5. Lấy mẫu đất tại các mỏ và vận chuyển về phịng thí nghiệm .................. 42
Hình 2.6. Một số hình ảnh thí nghiệm đặc tính của vật liệu đắp có cốt................... 43
Hình 3.1. Mặt cắt ngang tường chắn đất có cốt trong mơ hình thí nghiệm ............. 51
Hình 3.2. Mơ hình thí nghiệm 3D .......................................................................... 52
Hình 3.3. Khoan chiết giảm tiết diện ngang của cốt ............................................... 53
Hình 3.4. Mơ phỏng hình học mơ hình thực nghiệm bằng Flac 2D ........................ 54
Hình 3.5. Biểu đồ từ mơ phỏng số mơ hình 3 (F65) khi chưa gia tải ...................... 55
Hình 3.6. Biểu đồ từ mơ phỏng số mơ hình 3 (F65) khi gia tải 300 kN/m2 ............. 56

vi



Hình 3.7. Xây dựng mơ hình thí nghiệm ................................................................ 57
Hình 3.8. Lắp đặt thiết bị đo áp lực mặt nền .......................................................... 58
Hình 3.9. Lắp đặt cảm biến trên cốt ....................................................................... 58
Hình 3.10. Chuẩn bị dán cảm biến trên mặt nền..................................................... 59
Hình 3.11. Kết nối cảm biến trên cốt và trên mặt nền với thiết bị đo ...................... 59
Hình 3.12. Lắp đặt các LVDT vào đỉnh các tấm tường .......................................... 59
Hình 3.13. Lắp đặt các thiên phân kế đo chuyển vị của khung vây ........................ 60
Hình 3.14. Mơ hình hồn chỉnh và tiến hành thí nghiệm ........................................ 61
Hình 3.15. Bố trí cảm biến trên cốt trong các mơ hình thí nghiệm ......................... 62
Hình 3.16. Biến dạng trong các lớp cốt dưới tác dụng của tải trọng (mơ hình 3) .... 65
Hình 3.17. Biến dạng trong lớp cốt 4 dưới các cấp tải trọng .................................. 66
Hình 3.18. Lực kéo phân bố trong các lớp cốt của mơ hình 3 (F65) ....................... 68
Hình 3.19. So sánh phân bố lực kéo trong các lớp cốt (mơ hình 3) ........................ 69
Hình 3.20. Phân bố lực kéo trong lớp cốt 4 dưới các cấp tải trọng ......................... 70
Hình 3.21. Phân bố lực kéo trong lớp cốt 4 trên các mơ hình thí nghiệm ............... 71
Hình 3.22. So sánh dạng biểu đồ phân bố lực kéo trong cốt ................................... 72
Hình 3.23. Phân bố lực kéo trong cốt có ngạnh và cốt khơng ngạnh ...................... 74
Hình 3.24. Hệ số ma sát biểu kiến giữa đất - cốt (mô hình 3) ................................. 77
Hình 3.25. So sánh hệ số ma sát biểu kiến giữa đất - cốt trong các lớp cốt ............. 77
Hình 3.26. Hệ số ma sát biểu kiến giữa đất - cốt trong lớp cốt 4 trên ba mơ hình ... 78
Hình 3.27. Chuyển vị trong khối đất có cốt (mơ hình 3) ........................................ 80
Hình 3.28. So sánh chuyển vị trong đất tại cao độ các lớp cốt (mơ hình 3) ............ 81
Hình 3.29. Chuyển vị ngang của tường trong các mơ hình thí nghiệm ................... 82
Hình 3.30. So sánh chuyển vị ngang của tường giữa các mô hình thí nghiệm ........ 84
Hình 3.31. Chuyển vị ngang của tường theo độ sâu ............................................... 85
Hình 3.32. Mặt phá hoại trong khối đất có cốt ....................................................... 86
Hình 3.33. Đường xu hướng của mặt phá hoại trong khối đất có cốt ...................... 87
Hình 3.34. Hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất theo độ sâu tường (mơ hình 3) ............ 88
Hình 3.35. Hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất giữa đất - cốt theo độ sâu tường .......... 89
Hình 3.36. So sánh hệ số ma sát giữa thực nghiệm và lý thuyết ............................. 91

Hình 4.1. Biểu đồ biểu diễn tương quan từng cặp tham số của tập dữ liệu ............. 96
Hình 4.2. Cấu trúc ANN đề xuất trong nghiên cứu này .......................................... 98
Hình 4.3. Khảo sát tính năng của mơ hình ANN theo số lượng nơ-ron ................ 101
vii


Hình 4.4. Giá trị của hàm mất mát qua các vịng lặp ............................................ 102
Hình 4.5. Biểu đồ quan hệ giữa chiều dày ăn mòn ước lượng và chiều dày ăn mòn
thực tế trên các tập dữ liệu của phương án chọn................................................... 103
Hình 4.6. Biểu đồ tầm quan trọng tương đối của các biến đầu vào ....................... 105
Hình 4.7. Sơ đồ khối tổng quát của chương trình MSE-ANT ............................... 108
Hình 4.8. Giao diện nhập dữ liệu và hiển thị kết quả............................................ 111
Hình 4.9. Dự đốn thời gian phục vụ của tường MSE có cốt mạ kẽm tự chế tạo .. 113
Hình 4.10. Đánh giá sự phù hợp của vật liệu đắp và đề xuất giải pháp sử dụng ... 116
Hình 4.11. Mặt đứng bố trí dải cốt polymeric cho tường cao 4 m ........................ 117
Hình 4.12. Mơ phỏng hình học tường MSE cao 4 m ............................................ 118
Hình 4.13. Cốt tự chế tạo (bố trí ở hai lớp cốt dưới L = 3,8 m) ............................ 118
Hình 4.14. Hệ số ổn định của tường sau khi xây dựng từ mô phỏng số Flac ........ 119
Hình 4.15. Hệ số ổn định của tường khi gia tải 400 kN/m2 từ mơ phỏng số Flac.. 119
Hình 4.16. Biểu đồ phân bố lực kéo trong lớp cốt dưới cùng (sau khi xây dựng) 120
Hình 4.17. Biểu đồ phân bố lực kéo trong lớp cốt trên cùng (gia tải 400 kN/m2) . 120
Hình 4.18. Chuyển vị ngang của tường sau khi xây dựng từ mô phỏng số Flac.... 120
Hình 4.19. Chuyển vị ngang của tường khi gia tải 400 kN/m2 từ mô phỏng số Flac
............................................................................................................................ 121

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Qui định về tuổi thọ của cơng trình sử dụng kết cấu tường MSE ........... 19

Bảng 1.2. Qui định về chiều sâu chôn tường tối thiểu D m [1, 7] ............................. 20
Bảng 1.3. Dự báo mức độ an toàn của kết cấu tường MSE theo F res [4] ................. 28
Bảng 1.4. Giá trị của A, n phụ thuộc vào loại cốt [2, 40] ....................................... 29
Bảng 1.5. Giá trị bề dày tổn thất trung bình Δe ...................................................... 29
Bảng 2.1. Đặc trưng của vật liệu dùng làm cốt kim loại [7] ................................... 34
Bảng 2.2. Chiều dày dự phòng cho phép trên mỗi bề mặt [7] ................................. 34
Bảng 2.3. Thành phần hóa học của kẽm dùng làm lớp phủ [46, 47] ....................... 35
Bảng 2.4. Hàm lượng kẽm tối thiểu dùng làm lớp phủ ........................................... 35
Bảng 2.5. Chiều dày của lớp phủ kẽm nhỏ nhất trên mẫu (không quay ly tâm) ...... 35
Bảng 2.6. Giá trị trung bình về các chỉ tiêu cơ lý của tổ mẫu cốt thí nghiệm .......... 38
Bảng 2.7. Thành phần hóa học của kẽm dùng làm lớp phủ cho cốt ........................ 38
Bảng 2.8. Chiều dày của lớp phủ kẽm trên các mẫu thử ......................................... 38
Bảng 2.9. Các mỏ đất dùng làm vật liệu san lấp tại khu vực miền Trung, giai đoạn
2020, tầm nhìn đến 2025 và 2030 .......................................................................... 40
Bảng 2.10. Tổng hợp số mỏ đất được thí nghiệm ................................................... 40
Bảng 2.11. Đặc tính của vật liệu đắp dùng cho tường MSE ................................... 41
Bảng 2.12. Kết quả thí nghiệm tính chất cơ-lý-hóa các mẫu đất đồi tại Đà Nẵng ... 44
Bảng 2.13. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt các mẫu đất đồi tại Đà Nẵng.......... 44
Bảng 2.14. Đề xuất thang điểm đánh giá mức độ đạt yêu cầu đối với đất đồi miền
Trung dùng làm vật liệu đắp có cốt ........................................................................ 46
Bảng 2.15. Phân nhóm và đánh giá sự phù hợp của đất đồi miền Trung dùng làm vật
liệu đắp có cốt ....................................................................................................... 47
Bảng 2.16. Mức độ phù hợp của đất đồi Đà Nẵng dùng làm vật liệu đắp có cốt ..... 47
Bảng 3.1. Chiết giảm diện tích tiết diện ngang cốt ................................................. 52
Bảng 3.2. Vị trí bố trí cảm biến trên cốt, trong nền đất và tấm tường ..................... 61
Bảng 3.3. Giá trị trung bình của tỉ lệ tăng trưởng lực kéo do ngạnh ....................... 73
Bảng 3.4. Tăng trưởng lực kéo trong cốt do bố trí ngạnh ....................................... 75
Bảng 3.5. Chuyển vị trong khối đất có cốt ............................................................. 81

ix



Bảng 3.6. Chuyển vị ngang của tường trong các mô hình thí nghiệm..................... 83
Bảng 3.7. Chiều dài của cốt gia cường trong vùng phá hoại và vùng neo giữ ......... 86
Bảng 3.8. Hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất trong các lớp cốt (mơ hình 3) ............... 89
Bảng 4.1. Các tham số thống kê của dữ liệu đầu vào và đầu ra .............................. 96
Bảng 4.2. Giá trị nhỏ nhất, lớn nhất của các tham số vật liệu đắp khu vực miền
Trung Việt Nam và vật liệu đắp tại Pháp trong cơ sở dữ liệu. ................................ 97
Bảng 4.3. Kết quả phân tích các tham số tối ưu cho mơ hình ANN ...................... 102
Bảng 4.4. Giá trị của các tham số đánh giá hiệu suất mơ hình ước lượng ............. 103
Bảng 4.5. Tầm quan trọng tương đối của các biến đầu vào .................................. 104
Bảng 4.6. Giá trị ăn mòn cốt và thời gian phục vụ của tường tương ứng các giá trị
lực kéo còn lại trong cốt ...................................................................................... 109
Bảng 4.7. Đề xuất các kịch bản ăn mòn gây phá hoại tường chắn đất có cốt ........ 109
Bảng 4.8. Thơng số đặc tính của vật liệu đắp và cốt sử dụng trong tường ............ 112
Bảng 4.9. Ước lượng chiều dày ăn mòn cốt và tính lực kéo cịn lại trong cốt ....... 114
Bảng 4.10. Dự đoán thời gian phục vụ của tường MSE ....................................... 114
Bảng 4.11. Chiều dày tối thiểu của cốt tự chế tạo tương ứng tuổi thọ thiết kế ...... 115
Bảng 4.12. Đường kính tối thiểu của cốt tự chế tạo tương ứng tuổi thọ thiết kế ... 115
Bảng 4.13. Tổng hợp hệ số ổn định, lực kéo trong cốt và chuyển vị ngang của tường
trong 4 trường hợp sử dụng cốt khác nhau ........................................................... 121
Bảng 4.14. Đơn giá của 4 loại cốt ........................................................................ 122
Bảng 4.15. Bảng chi phí xây dựng tường MSE đối với mố 1 và mố 2 .................. 122
Bảng 4.16. Chênh lệch chi phí giữa các loại cốt với cốt mạ kẽm tự chế tạo ......... 123

x


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tường MSE
GSG
TCVN
TCN
AASHTO

Giải thích nghĩa
Tường chắn đất có cốt (Mechanically stabilized earth walls)
Cốt mạ kẽm (galvanized steel grid)
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tiêu chuẩn ngành
Tiêu chuẩn AASHTO (Standard by American Association of State
and Highway Transportation Officials)
Tiêu chuẩn Mỹ (American Society for Testing and Materials)

ASTM
FHWA-NHI Qui trình Mỹ (Department of Transportation Federal Highway
Administration-National Highway Institute Office of Bridge Technology)
BS
Tiêu chuẩn Anh Quốc (British Standards)
AFNOR
Tiêu chuẩn Pháp (Association Franỗaise de Normalisation)
EN
Tiờu chun chõu u (Eurocode Standard by the European Committee)
JSA
Tiêu chuẩn Nhật (Japanese Standards Association)
AS / NZS
Tiêu chuẩn Úc và tiêu chuẩn New Zealand
ISO
Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tết (International Organization for

Standardization)
LAS
Phịng thí nghiệm chun ngành Xây dựng (Laboratory
Accreditation Scheme)
BTCT
Bê tông cốt thép
BT
Bê tông
CT
Cốt thép
LVDT
Cảm biến dịch chuyển vị trí (Linear Variable Differential Transformer)
ANN
Mạng nơ - ron nhân tạo (Artificial Neural Network - ANN)
COR
Giá trị ăn mòn cốt trong tường chắn đất có cốt (Corrosion Of
Reinforcement)
RMSE
Sai số trung bình bình phương gốc (Root Mean Squared Error)
MSE
Sai số tồn phương trung bình (Mean Squared Error)
MSE-ANT Phần mềm tính tốn thời gian phục vụ của tường chắn đất có cốt
(Mechanically Stabilized Earth Walls-Artificial Neural NetworkService Time)
FDM
Phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method - FDM)
FEM
Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM)
xi



DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
Kí hiệu
W
Wd
Wnh
IP
GI
Cu
φ
Res
ClSO42b
E0
N
F
ε
Ezn
Δe
t
t'
T
A, n
k
Fres
e'0
CT5

Đơn vị
%
%
%

%
độ
(Ω.cm)
mg/g
mg/g
mm
mm
Mpa
N
%
mm
µm
năm
năm
năm
N
mm
-

Giải thích nghĩa
Độ ẩm
Độ ẩm giới hạn dẻo
Độ ẩm giới hạn nhão
Chỉ số dẻo
Chỉ số nhóm
Hệ số đồng đều
Góc nội ma sát của đất
Trở kháng
Ion clorua
Ion sunfat

Chiều rộng trung bình của cốt
Chiều dày trung bình của cốt
Giới hạn cường độ kéo
Lực kéo trong cốt
Độ giãi dài
Chiều dày mạ kẽm
Giá trị ăn mòn cốt trong tường chắn đất có cốt
Thời gian
Thời gian phục vụ của tường chắn có cốt
Tuổi thọ thiết kế
Hệ số phụ thuộc mơi trường
Hệ số k
Lực kéo cịn lại trong cốt
Chiều dày tối thiểu của cốt
Cốt thép vằn (cách phân loại của nước Nga, Việt Nam
là CT51)

xii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Tường chắn đất có cốt là một trong những loại tường chắn được xây dựng để
giữ ổn định đất ở sau tường, viết tắt là tường MSE (Mechanically stabilized earth
walls). Loại tường này bắt đầu được sử dụng ở Pháp từ thập niên 60, sau đó được
phát triển và ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng ở nhiều nước trên thế giới [1,
2]. Tường MSE thường được sử dụng nhiều để gia cố các mái dốc, đặc biệt là các
mái dốc đứng và sử dụng cho nền đường đắp cao. Tường chắn đất có cốt có kết cấu
hợp lý, tuổi thọ cao, phù hợp với các cơng trình chịu tải trọng động, giảm độ lún
khơng đều với các cơng trình xây dựng trên nền đất yếu, giảm diện tích chiếm dụng

đất và đặc biệt giảm chi phí xây dựng từ 25% đến 50% so với việc dùng các tường
chắn bê tông cốt thép thông thường [2, 3].
Hiện nay, khi xây dựng các kết cấu tường MSE, cốt phải nhập từ nước ngoài
với chi phí cao do nhà cung cấp yêu cầu được tham gia thiết kế, thi cơng để lấy phí
bản quyền. Trong khi đó, miền Trung Việt Nam có nguồn cung cấp vật liệu cốt thép
mạ kẽm dồi dào, phong phú về chủng loại và đạt các yêu cầu về chỉ tiêu cơ học đối
với cốt cứng dùng cho tường MSE. Với vật liệu cốt thép xây dựng sẵn có này sẽ dễ
dàng chế tạo lưới cốt, dễ thi cơng và có thể sử dụng thiết bị, nhân lực sẵn có để thi
cơng kết cấu tường MSE. Vì vậy, nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng cơng trình,
góp phần thúc đẩy khả năng tự chủ về công nghệ xây dựng, sự phát triển của các
doanh nghiệp trong nước và giảm sự ăn mòn cốt trong tường, nghiên cứu đề xuất sử
dụng cốt mạ kẽm tự chế tạo làm cốt cho tường MSE.
Bên cạnh đó, miền Trung Việt Nam là khu vực có diện tích và trữ lượng đất
đồi lớn, có thể sử dụng làm vật liệu đắp có cốt cho các cơng trình xây dựng. Tuy
nhiên, chưa có nghiên cứu đánh giá nào về vật liệu đắp có cốt ở khu vực miền
Trung. Nghiên cứu này lựa chọn mơ hình thí nghiệm tỉ lệ thực để nghiên cứu sự làm
việc của kết cấu tường MSE sử dụng vật liệu địa phương bao gồm đất đồi khu vực
miền Trung và cốt thép mạ kẽm tự chế tạo nhằm định hướng ứng dụng vào thực tế.
1


Đối với tường MSE sử dụng cốt kim loại thì vật liệu đắp, cốt và điều kiện
môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến ăn mòn cốt làm giảm thời gian phục vụ của
tường [4, 5]. Bài tốn ăn mịn cốt và thời gian phục vụ của tường MSE là bài tốn
dữ liệu lớn, các biến có mối quan hệ phức tạp (tính phi tuyến cao). Các nghiên cứu
đánh giá trước đây về bài toán này theo lý thuyết ANN (Artificial Neural Network)
chưa được áp dụng nhiều, trong khi đó ANN là cơng cụ để mơ hình hóa dữ liệu
thống kê phi tuyến với nhiều ưu điểm vượt trội. Vì vậy, trong nghiên cứu này dùng
lý thuyết ANN để dự báo thời gian phục vụ của tường nhằm giúp chúng ta có những
biện pháp cảnh báo hoặc duy tu, sửa chữa nhỏ hay sửa chữa lớn khi tường đã hết

thời gian phục vụ để tránh những sự cố cơng trình đáng tiếc xảy ra.
Với những lý do trên đã hình thành luận án ‘‘Nghiên cứu ứng dụng tường
chắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực miền Trung
có xét thời gian phục vụ’’.

2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chung: Thúc đẩy khả năng tự chủ về công nghệ, tăng khả năng sử dụng
vật liệu cốt thép của các doanh nghiệp địa phương để giảm chi phí xây dựng và
kiểm sốt được ổn định cũng như thời gian phục vụ của tường MSE.
Mục tiêu cụ thể:
- Nghiên cứu chế tạo cốt đủ cường độ và chống ăn mòn;
- Nghiên cứu vật liệu đắp phù hợp với cốt tự chế tạo;
- Thí nghiệm trên mơ hình tỉ lệ thực (full scale model), nghiên cứu sự làm việc của
tường MSE có cốt bị ăn mịn dưới tác dụng của tải trọng cho đến phá hoại tường;
- Xây dựng mơ hình ước lượng chiều dày ăn mịn cốt trong tường;
- Xây dựng chương trình dự đốn thời gian phục vụ của tường.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Tường chắn đất có cốt kim loại liên kết bản mặt bê tông.
Phạm vi nghiên cứu:
- Cốt là cốt thép mạ kẽm từ thép xây dựng thông thường.
- Vật liệu đắp địa phương trong khu vực miền Trung.
- Tấm tường là bản mặt bê tông cốt thép chế tạo sẵn.

2


4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết (nghiên cứu tài liệu về cơ sở lý thuyết liên quan
đến tính tốn, thiết kế, thi cơng tường MSE; các thành tựu, kết quả lý thuyết đạt

được, chủ trương chính sách liên quan đến tường MSE đã cơng bố);
- Phương pháp thực nghiệm khoa học (thực nghiệm trong phòng kết hợp hiện
trường áp dụng cho tính chất của vật liệu đất - cốt; thực nghiệm trên mơ hình tỉ lệ
thực có sử dụng các thiết bị đo ứng suất - biến dạng, chuyển vị cho hệ tường - đất cốt và kiểm chứng kết quả với mơ hình số);
- Phương pháp thu thập dữ liệu từ các nghiên cứu có trước (thu thập dữ liệu các tính
chất lý hóa của vật liệu đắp và tính chất của cốt trong tường MSE bị ăn mòn);
- Phương pháp xử lý dữ liệu (xử lý dữ liệu bằng phân tích thống kê để loại bỏ các
mẫu không đầy đủ hoặc mẫu gây nhiễu, chuẩn hóa dữ liệu);
- Phương pháp phân tích, đánh giá và tổng kết kinh nghiệm (phân tích và so sánh
kết quả thực nghiệm với lý thuyết; đánh giá mức độ khả quan để áp dụng kết quả
nghiên cứu vào thực tiễn; phân tích dữ liệu để xây dựng mơ hình ước lượng, đánh
giá hiệu suất của mơ hình).

5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về vật liệu đắp và cốt kim loại, tương tác đất - cốt trong
tường, ngun lý thuyết kế và trình tự thi cơng, lý thuyết ăn mòn cốt và thời gian
phục vụ của tường, sơ lược về đặc điểm vật liệu đắp - cốt - môi trường tự nhiên khu
vực miền Trung và triển vọng ứng dụng tường MSE dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo.
- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá đặc tính của cốt mạ kẽm tự chế tạo và đặc tính
của vật liệu đắp khu vực miền Trung.
- Nghiên cứu xây dựng mơ hình thí nghiệm tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế
tạo với tỉ lệ thực và đánh giá sự làm việc của tường thông qua kết quả quan trắc ứng
suất - biến dạng - chuyển vị.
- Xây dựng mơ hình ước lượng chiều dày ăn mịn cốt, xây dựng chương trình dự
đốn thời gian phục vụ của tường MSE, ứng dụng cốt mạ kẽm tự chế tạo vào tường
chắn nút giao thông cầu vượt của công trình thực tế để đánh giá ổn định và giá
thành xây dựng cơng trình.
3



6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Luận án góp phần làm phong phú thêm cơ sở khoa học lý
thuyết, cung cấp thang đánh giá sự phù hợp của cấp phối đất tự nhiên khu vực miền
Trung sử dụng làm vật liệu đắp có cốt. Luận án cũng bổ sung thêm kết quả nghiên
cứu cho khoa học thực nghiệm bao gồm bảng giá trị chỉ tiêu cơ - lý - hóa của 75 mỏ
cấp phối đất tự nhiên khu vực miền Trung, công thức thực nghiệm xác định hệ số
ma sát biểu kiến lớn nhất giữa đất - cốt khi sử dụng cốt mạ kẽm tự chế tạo, sự làm
việc của tường MSE có cốt tự chế tạo bị ăn mòn dưới tác dụng của tải trọng cho đến
phá hoại tường trong mơ hình thí nghiệm tỉ lệ thực.
- Ý nghĩa thực tiễn: Cốt mạ kẽm tự chế tạo có ngạnh liên kết mà luận án đã nghiên
cứu có triển vọng ứng dụng vào thực tiễn xây dựng các kết cấu tường MSE ở Việt
Nam nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng cơng trình. Bên cạnh đó, mơ hình ước
lượng chiều dày ăn mịn cốt và chương trình MSE-ANT dự báo thời gian phục vụ
của tường là những công cụ giúp các nhà tư vấn thiết kế và các nhà nghiên cứu ứng
dụng để tính tốn thiết kế các kết cấu tường MSE trong thực tiễn.

7. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mục lục, danh mục các bảng, danh mục các hình vẽ và đồ thị,
danh mục các chữ viết tắt, danh mục các kí hiệu, các cơng trình khoa học đã cơng
bố, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án gồm 127 trang được bố cục
như sau:
- Mở đầu:
- Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất có cốt
- Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính của cốt mạ kẽm tự chế tạo và vật liệu
đắp khu vực miền Trung
- Chương 3: Nghiên cứu sự làm việc của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế tạo
trên mơ hình thí nghiệm tỉ lệ thực
- Chương 4: Xây dựng chương trình dự đốn thời gian phục vụ và đánh giá hiệu quả
ứng dụng của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế tạo
- Kết luận và kiến nghị

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Quá trình hình thành và phát triển tường chắn đất có cốt
Đất có cốt là một loại vật liệu tổ hợp do đất và cốt tạo ra có khả năng chịu
được lực kéo [1]. Vật liệu cốt rất đa dạng, từ xa xưa loài người đã biết dùng nhiều
loại cốt khác nhau để cải thiện tính chất của đất xây dựng như dùng rơm, các thanh
tre, nứa trộn với đất làm tấm vách nhà. Thế kỷ thứ 17, 18 con người đã dùng các
thanh cứng như củi, que, gậy.v.v... để cải thiện tính chất của nền đất bùn cho các đê,
đập dọc theo vịnh Fundy ở Canada. Những năm 1880, người Trung Quốc đã dùng
cành cây để gia cường đất (phần phía tây của Vạn Lý Trường Thành và dọc theo
sông Mississippi). Ở Anh, người ta đã dùng gỗ, tre hoặc lưới thép để chống xói mịn
kè, đê, đập hoặc có thể dùng rễ cây sống để cải thiện tính chất của đất. Ngồi ra,
cịn có nhiều cơng trình đất có cốt được xây dựng từ lâu như các thánh điện, tháp cổ
ở Ai cập. Cơng trình đất có cốt xây dựng sớm nhất có thể kể đến là tường chắn cho
kim tự tháp Ziggurat ở Irắc, cốt được dùng là những thảm đan các cây sậy được đặt
nằm ngang trong các lớp đất cát và sỏi sạn. Tại thời điểm đó, kỹ thuật gia cố đất cịn
thơ sơ, mang tính chất kinh nghiệm dân gian [2].
Tường chắn đất có cốt thực sự ra đời vào năm 1963 khi kỹ sư Henri Vidal đề
xuất ý tưởng dùng đất có cốt để xây dựng cơng trình [1]. Năm 1965, ông thiết kế và
xây dựng tường MSE thử nghiệm đầu tiên tại Pyrenees sử dụng vật liệu đắp là loại
đất rời rạc ít dính, cốt là dải kim loại mỏng và vỏ mặt tường bao bằng kim loại.
Năm 1976, tường MSE đầu tiên được xây dựng trên đường cao tốc A13 ở Pháp có
chiều cao 10 m, rộng 10 m và dài 50 m [4].
Ở Việt Nam, tường MSE cũng được các nhà khoa học tiếp cận từ rất sớm.
Năm 1968, giáo sư Đặng Hữu đã viết tài liệu đầu tiên về nguyên lý đất có cốt và tổ
chức nghiên cứu, kiểm nghiệm lại nguyên lý này bằng thiết bị nén 3 trục [1]. Những

năm 1970, các chuyên gia của trường Đại học xây dựng, Viện khoa học công nghệ
5


giao thông vận tải, trường Đại học giao thông vận tải kết hợp với chuyên gia
Nguyễn Thành Long (tại Pháp) nghiên cứu tiếp cận lý thuyết về tường MSE. Nhóm
đã tiến hành thực nghiệm đo ứng suất, biến dạng phát sinh trên mơ hình trong
phịng và đồng thời tiến hành xây dựng thí điểm tường cao 3m ngồi thực địa nhằm
thử nghiệm công nghệ thi công và đánh giá ăn mòn cốt trong đất [1].
Những năm sau, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ đất có
cốt và tường MSE đã được các Viện nghiên cứu, áp dụng và phát triển nhanh chóng
ở nhiều nước trên thế giới. Các loại cốt được nghiên cứu và sử dụng bao gồm cốt
kim loại, cốt kim loại mạ kẽm, thép khơng gỉ hoặc vật liệu tổng hợp có cường độ
cao như vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật. Hình dạng của cốt có thể là dạng sợi, dải
mỏng, lưới ô vuông hoặc dạng tấm mỏng. Hiện nay, tường MSE được xây dựng ở
nhiều nước trên thế giới bao gồm tường chắn nền đường ô tô, đường sắt, mố cầu,
nền đường đắp cao, đê, kè ven sông, kè ven biển.v.v...

1.1.2. Nguyên lý làm việc của tường chắn đất có cốt
Tường chắn đất có cốt là kết cấu tổ hợp vừa chống đỡ bên ngoài vừa giữ ổn
định bên trong. Mặt bên ngồi của kết cấu có vỏ bao (vỏ tường hay tấm tường) để
bảo vệ bề mặt chống những hư hại từ các tác nhân bên ngoài và chống sạt lở đất
trong phạm vi giữa các lớp cốt. Phía bên trong của kết cấu là đất có cốt, nhờ vào
tương tác giữa đất - cốt mà khối đất chịu được tải trọng thẳng đứng tác dụng và hạn
chế nở hơng [1, 4].

Hình 1.1. Cấu tạo tường chắn đất có cốt [4]
6



Khối đất trong tường chịu nén theo phương thẳng đứng, nếu khơng có cốt,
đất sẽ bị phá hoại vì nở hơng tự do. Nhưng nếu bố trí cốt và giả thiết giữa đất và cốt
có đủ sức neo bám cần thiết thì khi chịu nén, đất và cốt sẽ cùng tham gia chịu lực.
Do đó, khối đất xem như chịu nén ba trục có hạn chế nở hơng với trị số áp lực hơng
chính là do cốt tác dụng vào đất thông qua tương tác giữa đất - cốt [5, 6].
Tương tác giữa đất - cốt hay sức neo bám giữa đất - cốt chính là sức cản do
lực ma sát giữa đất với bề mặt cốt, sức kháng bị động của đất tại các phần tử chịu
tải của cốt và chuyển vị uốn của cốt. Tương tác này phụ thuộc vào loại cốt, cấu tạo,
hình dạng cốt và loại vật liệu đắp, thành phần cấp phối, độ ẩm, sức kháng cắt của
vật liệu đắp [2, 6, 7]. Cơ chế tương tác đất - cốt thể hiện chủ yếu thông qua ma sát
giữa đất - cốt và lực kéo trong cốt [1, 8] và được mơ tả như hình 1.2.

Hình 1.2. Cơ chế tương tác giữa vật liệu đắp với cốt (dạng dải)
Nguyên lý làm việc của tường MSE dựa trên nguyên lý đất có cốt đó là: cốt
với vai trị hạn chế khối đất nở ngang, chuyển hóa áp lực thẳng đứng lên khối đất
thành lực kéo trong cốt thông qua tương tác giữa đất - cốt.

1.1.3. Các ứng dụng của tường chắn đất có cốt và ưu - nhược điểm
1.1.3.1. Các ứng dụng của tường chắn đất có cốt
Những năm đầu của thập niên 60, tường MSE mới được nghiên cứu, tính
tốn và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng như xây dựng cơng trình giao
thơng vận tải (mố cầu, đường sắt, nền đường đắp cao trên đất yếu, cơng trình sân
bay), cơng trình ven bờ, cảng biển, đập đất chứa nước, cơng trình dân dụng.v.v…
Năm 1965, tường chắn thử nghiệm đầu tiên về đất có cốt được xây dựng ở
Pháp do kỹ sư Henri Vidal đề xuất thiết kế. Năm 1967, xây dựng tường MSE đầu
7


tiên trên đường cao tốc A13 ở Pháp. Từ năm 1968 đến 1970, có khoảng 10 cơng
trình đất có cốt tại Pháp được xây dựng như tường MSE sử dụng cho đường ô tô từ

Roquebrune đi Menton, tường MSE xây dựng ở cơng trình cảng Dunkerque, ụ tàu ở
Strasbourg, tường cảng ở Boulogne, La Grand Motte.v.v… [4].

a.

b.

a. Tường thử nghiệm đầu tiên ở Pháp; b. Tường Incarville trên cao tốc A13.

Hình 1.3. Tường chắn đất có cốt đầu tiên được thử nghiệm và ứng dụng
Năm 1971 đánh dấu bước phát triển của tường MSE khi bắt đầu sử dụng bê
tông cốt thép làm vỏ tường với các hình dạng khác nhau và tạo mỹ thuật trên bề mặt
tường. Năm 1972, hàng loạt các tường MSE được xây dựng trên thế giới. Ở
Pakistan, xây dựng tường MSE với vách thẳng đứng cao 40 m. Ở Pháp, ứng dụng
công nghệ này vào thi công các mố cầu chịu nén lệch tâm (mố cầu Thionville cao
12 m, chịu tải trọng từ gối cầu truyền xuống tới 750 tấn và độ lún định trước là 20
cm). Ở Anh, tường MSE cũng được ứng dụng cho nhiều cơng trình như tường chắn
đất nền đường cải tạo xa lộ M25 tại Epping-Luân Đôn. Ở Mỹ, nhiều tường MSE sử
dụng cốt là lưới địa kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trong các dự án mở rộng xa lộ
xuyên bang I75 tại bang Florida, dự án xây dựng đại lộ Tanque Verde thành phố
Tucson bang Arizona, dự án xây dựng tường chắn và đại lộ có nhiều đường giao, dự
án Lithonia bang Georgia. Ở Nhật, đất có cốt được ứng dụng phổ biến, đặc biệt là
trong ngành đường sắt. Các nước khác trong khu vực Đông Nam Á cũng ứng dụng
loại kết cấu này rất phổ biến như ở Singapore, Malaysia, Hồng Kông, Đài Loan,
Indonesia, Thái Lan, Philippines, Brunei.v.v…[1, 2, 4, 5].
Do yêu cầu cấp thiết của xã hội về phát triển cơ sở hạ tầng, công nghệ tường
MSE phát triển nhanh, có mặt ở nhiều nước trên thế giới. Thống kê của tập đoàn

8



Terre-Armée, năm 2016 có hơn 50.000 cơng trình được xây dựng (hơn 40.000.000
m2 tường), gồm hơn 10.000 cơng trình sử dụng cho mố cầu [5]. Hiện nay, các cơng
trình trên thế giới sử dụng kết cấu tường MSE đã tăng lên nhiều lần.

a.

b.

a. Nền đất yếu tại Wathar và Shiroli ở Ấn Độ; b. Đường dẫn đầu cầu tại Dindoshi
Junction, Mumbai ở Ấn Độ

Hình 1.4. Tường MSE trong xây dựng cơng trình giao thơng đường bộ

a.

b.
a. Bờ biển ở Mỹ; b. Đập Taylor Draw ở Mỹ

Hình 1.5. Tường MSE trong cơng trình ven bờ, cảng biển, đập chứa nước

a.

b.
a. Sân bay Seattle - Tacoma ở Mỹ; b. Nhà dân dụng

Hình 1.6 Tường MSE trong xây dựng cơng trình dân dụng, sân bay
Ở Việt Nam, tháng 6-1973 mơ hình thí điểm về tường chắn có cốt cao 4,25
m đã được xây dựng trên đoạn đường dẫn từ Đê La Thành xuống 1 khu tập thể gần
Cầu Giấy (Hà Nội). Năm 1999, tường MSE được sử dụng cho nền đường đắp lên

9