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 MIỀNT R U N G
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 MIỀNT R U N G
CÓ XÉT THỜI GIAN PHỤC VỤ
Ngành:Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng
Mã số:9580205

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học
1. PGS.TS. CHÂU TRƯỜNGLINH
2. GS.TS. VŨ ĐÌNHPHỤNG


LỜI CAMĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ứng dụng tường chắn đấtdùng
cốtmạkẽm 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 tơi. 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 kháchq u a n .
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 đầyđủ.
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 HàN ộ i .
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
Nẵngđãđộngviên,giúpđỡvàtạođiềukiệnđểnghiêncứusinhhoànthànhluậnán.
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 luậná n .
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; phòng 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 tìnhtừcác 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 luậnán.
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 sốT2022-02-21.
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 q trình học tập và nghiêncứu.
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

MỞĐẦU.......................................................................................................................1
1. Lý do chọnđề tài........................................................................................................1
2. Mục tiêu củađ ề tài.....................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vin g h i ê n cứu..........................................................................2
4. Phương phápn gh iê n cứu..........................................................................................3
5. Nội dungnghiêncứu................................................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học vàt h ự c tiễn..................................................................................4
7. Cấu trúc củal uậ n án..................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀTƯỜNG CHẮN ĐẤ T CÓ CỐT.....................5
1.1. Giớithiệuchung...................................................................................................5
1.1.1. Q trình hình thành và phát triển tường chắnđất cócốt...................................5
1.1.2. Nguyên lý làm việc của tường chắn đấtcócốt.....................................................6
1.1.3. Cácứngdụngcủatườngchắnđấtcócốtvàưu-nhượcđiểm....................................7
1.1.3.1. Các ứng dụng của tường chắn đấtc ó cốt.............................................7
1.1.3.2. Ưu - nhược điểm của tường chắn đấtc ó cốt......................................11
1.1.4. Mộtsốnghiêncứutrongvàngồinướcvềtườngchắnđấtcócốt...........................12
1.1.4.1. Hướng nghiên cứu vềđặc tính của vật liệu đắp và cốt...............12
1.1.4.2. Hướng nghiên cứu sự làm việc của tường trên mô hình thực nghiệm
vàmơhìnhsố....................................................................................................13
1.1.4.3. Hướng nghiên cứu về ăn mịn cốt và thời gian phục vụ của tường. 15
1.2. Vậtliệuđắpvàcốtkimloạidùngchotườngchắnđấtcócốt................................17
1.2.1. Vật liệu đắp dùng cho tường chắn đấtc ó cốt....................................................17
1.2.2. Cốt kim loại dùng cho tường chắn đấtc ó cốt...................................................17
1.3. Ngunlýthiếtkếvàtrìnhtựthicơngtườngchắnđấtcócốt...............................19
1.3.1. Nguyên lý thiết kế tường chắn đấtc ó cốt..........................................................19
1.3.1.1. Tuổi thọlàmviệc................................................................................19
1.3.1.2. Hệ sốantoàn.......................................................................................19
1



1.3.1.3. Kích thướckếtcấu..............................................................................20
1.3.1.4. Ổn định ngoại bộ củak ế t cấu............................................................21
1.3.1.5. Ổn địnhnộibộ....................................................................................22
1.3.1.6. Ổn địnhtổngthể.................................................................................23
1.3.2. Trình tự thi cơng tường chắn đấtc ó cốt............................................................23
1.3.2.1. Chuẩn bị vật tưt h i ế t bị......................................................................23
1.3.2.2. Chuẩn bị mặt bằngt h i công...............................................................24
1.3.2.3. Lắp đặt vỏ tường, hệ thanh chống, rải cốt, nối cốt với vỏ tường và đắpđất 24
1.3.24.Thicơngphầnđỉnhtường,trênđỉnhtườngvàcơngtáchồnthiện25
1.4. Lýthuyếtănmịncốtvàthờigianphụcvụcủatườngchắnđấtcócốt.................25
1.4.1. Lý thuyết ănmịn cốt.........................................................................................25
1.4.2. Hưhỏngcủatườngchắnđấtcócốtdoănmịnđiệnhóa..........................................26
1.4.3. Thời gian phục vụ của tường chắn đấtcócốt.....................................................28
1.5. Đặc điểm về vật liệu đắp - cốt - mơi trường tự nhiên khu vực miền Trung
vàtriểnvọngứngdụngtườngchắnđấtcócốtdùngcốtmạkẽmtựchếtạo................29
1.5.1. Đặc điểm vật liệu đắp trong khu vựcmiềnTrung.............................................29
1.5.2. NguồncungcấpvậtliệucốtthéptrongkhuvựcmiềnTrung................................30
1.5.3. Môi trường tự nhiên trong khu vực miềnTrung..............................................30
1.5.4. TriểnvọngứngdụngtườngMSEdùngcốtmạkẽmtựchếtạo...............................31
1.6. Một số vấn đề tồn tại trong nghiên cứu và ứng dụng tường chắn đất có cốt dùng
cốtmạkẽm...................................................................................................................31
1.6.1. Về vật liệu đắp, cốt và sự làm việccủatường....................................................31
1.6.2. Về ăn mòn cốt và tuổi thọc ủ a tường...............................................................32
1.7. Nhiệm vụ đặt ra chol u ậ n án.............................................................................32
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐẶC TÍNH CỦA CỐT MẠ
KẼMTỰCHẾTẠOVÀVẬTLIỆUĐẮPKHUVỰCMIỀNTRUNG..............................33
2.1. Thínghiệmđánhgiácácđặctínhcủacốtmạkẽmtựchếtạo...............................33
2.1.1. Giới thiệu về cốt mạ kẽm tực h ế tạo.................................................................33
2.1.2. Cácucầuvềcốtmạkẽmdùngchotườngchắnđấtcócốt....................................34
2.1.3. Thí nghiệm chất lượng kẽm và cốtm ạ kẽm......................................................35

2.1.3.1. Mục đíchthínghiệm..........................................................................35
2.1.3.2. Q trìnhthínghiệm..........................................................................36

2


2.1.3.3. Kết quảthínghiệm.............................................................................38
2.1.4. Đánh giá chất lượng kẽm và cốtm ạ kẽm..........................................................39
2.2. ThínghiệmđánhgiáđặctínhcủavậtliệuđắpkhuvựcmiềnTrung.................39
2.2.1. Các mỏ vật liệu đắp khu vựcm i ề n Trung.......................................................39
2.2.2. Cácucầuvềvậtliệuđắpdùngchotườngchắnđấtcócốt...................................40
2.2.3. ThínghiệmcácđặctínhcủavậtliệuđắpkhuvựcmiềnTrung..............................42
2.2.3.1. Mục đíchthínghiệm..........................................................................42
2.2.3.2. Q trìnhthínghiệm..........................................................................42
2.2.3.3. Kết quảthínghiệm.............................................................................44
2.2.4. Đánh giá đặc tính của vật liệuđắp khu vực miềnTrung................................45
2.3. Kết luậnchương2..............................................................................................49
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...............50
3.1. Chuẩn bị xây dựngmơhìnhthínghiệm..............................................................50
3.1.1. Vị trí xây dựng và đặc điểmđ ị a chất................................................................50
3.1.2. Cơng nghệ và tiêu chuẩn áp dụng chomơhình..................................................50
3.1.3. Thiết kế mơ hình thí nghiệm và chuẩn bịvậtliệu..............................................51
3.1.4. Chuẩn bị thiết bị thi cơng và thiết bịthínghiệm................................................53
3.1.5. MơhìnhsốmơhìnhthínghiệmbằngphầnmềmFlac2D......................................54
3.1.5.1. Khaibáothơngsốtrongmơhìnhthínghiệmvàophầnmềm.................54
3.1.5.2. Kết quả mơ phỏng số mơ hìnht h í nghiệm.......................................55
3.2. Xây dựngmơhình và thí nghiệm quan trắc ứng suất - biến dạng - chuyển
vịcủatường.................................................................................................................56
3.2.1. Xây dựng mơ hìnht h í nghiệm..........................................................................56

3.2.2. Lắpđặtcácthiếtbịđoứngsuất-biếndạng-chuyểnvị...........................................57
3.2.2.1. Lắp đặt thiết bị đo áp lựcm ặ t nền.....................................................57
3.2.2.2. Lắpđặtthiếtbịđoứngsuất-biếndạngtrêncốtvàtrênđất.......................58
3.2.2.3. Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị của tấmtường.....................................59
3.2.2.4. Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị củakhungvây.......................................60
3.2.3. Thínghiệmquantrắcứngsuất-biếndạng-chuyểnvịcủatường..........................60
3.3. Sự làm việc của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế tạo trên mơ hình thí nghiệm
61

3


3.3.1. Biến dạng trong cácl ớ p cốt..............................................................................62
3.3.2. Phân bố lực kéo trong cácl ớ p cốt....................................................................66
3.3.3. Tải trọng gâyđ ứt cốt..........................................................................................72
3.3.4. Hiệu quả của ngạnhl i ê n kết.............................................................................73
3.3.5. Tương tác đất - cốtt r o n g tường.......................................................................75
3.3.6. Chuyển vị của khối đấtc ó cốt...........................................................................79
3.3.7. Chuyển vị ngangc ủ a tường..............................................................................82
3.3.8. Mặt phá hoại trong khối đấtc ó cốt....................................................................85
3.4. Đề nghị công thức thực nghiệm xác định hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất giữa đấtcốt 87
3.4.1. Nhận xét về cơng thức tính theol ý thuyết........................................................87
3.4.2. Sosánhgiátrịhệsốmasátbiểukiếngiữalýthuyếtvàthựcnghiệm.......................88
3.4.3. Đề nghị công thức thực nghiệm xác định hệ sốmasát biểu kiến lớn nhất giữa đất-cốt
91
3.5. Kết luậnchương3..............................................................................................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
TỰC H Ế TẠO.......................................................................................................................94
4.1. Xây dựngmơhình ước lượng chiều dày ăn mịn cốt trong tường chắn đất có cốt

theo lý thuyết mạng nơ-ron nhântạo..........................................................................94
4.1.1. Lý thuyết ANN, cơ sở dữ liệuvà phạm vi áp dụng mơ hình......................94
4.1.1.1. Lý thuyết mạng nơ ron nhânt ạ o (ANN)...........................................94
4.1.1.2. Cơ sởdữliệu.......................................................................................94
4.1.1.3. Phạm vi áp dụngm ơ hình...................................................................97
4.1.2. Đề xuất cấu trúc mạng và kỹthuật huấn luyện mơhình................................98
4.1.2.1. Đề xuất cấutrúcmạng.......................................................................98
4.1.2.2. Kỹ thuật huấn luyệnm ơ hình.............................................................99
4.1.3. Huấn luyện và xác thực mơ hìnhư ớ c lượng..................................................100
4.1.4. Phân tích và đánh giá mơ hìnhướclượng........................................................102
4.1.4.1. Phân tích và đánh giá thơng qua hiệu suấtmơhình..........................102
4.1.4.2. Phân tích và đánh giá thơng qua độnhạy của mơhình..................104
4.2. Xây dựng chương trình dự đốn thời gian phục vụ của tường chắn đất có
cốtmạkẽm.................................................................................................................105
4


4.2.1. Mụcđíchxâydựngchươngtrình,phạmvivàtiêuchuẩnápdụng......................105
4.2.2. Xây dựng chương trình MSE-ANT dự đốn thời gian phục vụ của tường chắn đất
có cốtmạkẽm.............................................................................................................106
4.2.2.1. Lựa chọn ngơn ngữl ậ p trình...........................................................106
4.2.2.2. Chức năng củac h ư ơ n g trình..........................................................106
4.2.2.3. Sơ đồ khối tổng quát củac h ư ơ n g trình........................................107
4.2.2.4. Cơ sở dữ liệu và tổ chức giao diện củachươngtrình.......................108
4.2.3. Đánh giá tính năng củac h ư ơ n g trình...........................................................111
4.3. Đánh giá hiệuq u ả ứ n g d ụ n g củ a tư ờn g ch ắn đ ấ t có cố t mạ k ẽm t ự
c h ế tạ o
............................................................................................................................112
4.3.1. Sự làm việc theo thời gian của tường MSE trong mơ hình thí nghiệm tỉ lệ thực
thơng qua chươngt r ì n h MSE-ANT.........................................................................112

4.3.1.1. Dự đốn thời gian phục vục ủ a tường............................................112
4.3.1.2. Chiều dày tối ưuc ủ a cốt..................................................................114
4.3.1.3. Đánh giá sự phù hợpcủa 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
củatườngchắntạinútgiaothôngcầuvượtTrầnThịLý-ĐàNẵng.................................117
4.3.2.1. Giới thiệu đoạn tường MSE trong nghiêncứu................................117
4.3.2.2. Tính hệ số ổn định, lực kéo trong cốt vàchuyển vị ngang của tường
................................................................................................................ 118
4.3.2.3. Tính tốn giá thành xâyd ự n g tường..............................................121
4.3.2.4. Đánhgiáhiệuquảcủaviệcsửdụngcốtmạkẽmtựchếtạo....................123
4.4. Kết luậnchương4............................................................................................124
KẾT LUẬN VÀK I Ế N NGHỊ................................................................................125
Những kết quả đạt được củal u ậ n án........................................................................125
Những đóng góp mới củal u ậ n án............................................................................127
Hạn chế củaluậnán...................................................................................................127
Kiến nghị hướng phát triển củal u ậ n án...................................................................127
CƠNGTRÌNHKHOAHỌCCĨLIÊNQUANĐÃĐƯỢCCƠNGBỐ................128
TÀI LIỆUTHAMKHẢO
129

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu tạo tường chắn đất cóc ố t [4].................................................................6
Hình1.2.Cơchếtươngtácgiữavậtliệuđắpvớicốt(dạngdải)..........................................7
Hình1.3.Tườngchắnđấtcócốtđầutiênđượcthửnghiệmvàứngdụng............................8
Hình1.4.TườngMSEtrongxâydựngcơngtrìnhgiaothơngđườngbộ...........................9
Hình1.5.TườngMSEtrongcơngtrìnhvenbờ,cảngbiển,đậpchứanước........................9
Hình1.6TườngMSEtrongxâydựngcơngtrìnhdândụng,sânbay.................................9

Hình1.7.TườngMSEtrongxâydựngcầuđườngbộởViệtNam....................................10
Hình 1.8. Tường MSE chống sụt trượt cho các máidốccao.......................................10
Hình 1.9. Cốt kim loại trongt ư ờ n g MSE..................................................................18
Hình 1.10. Qui ước các kích thước trongtườngMSE..................................................20
Hình 1.11. Dạng mặt pháh o ạ i tường.........................................................................22
Hình 1.12. Trượt tổng thể củat ư ờ n g MSE...............................................................23
Hình 1.13. Lắp đặt vỏt ư ờ n g [2].................................................................................24
Hình 1.14. Lắp đặtc ố t [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 ănmịn[5]............................................26
Hình 1.17. Cốt thép bị ăn mịn cục bộ[ 5 , 44]............................................................27
Hình 2.1. Thiết kế lưới cốt tực h ế tạo.........................................................................33
Hình 2.2. Mẫu cốt thín g h i ệ m kéo.............................................................................36
Hình 2.3. Mẫu cốt trước và sau khim ạ kẽm...............................................................37
Hình2.4.Biểuđồtươngquangiữakhảnăngchịukéocủacốtvớitỉlệănmịn....................39
Hình2.5.Lấymẫuđấttạicácmỏvàvậnchuyểnvềphịngthínghiệm..............................42
Hình2.6.Mộtsốhìnhảnhthínghiệmđặctínhcủavậtliệuđắpcócốt................................43
Hình3.1.Mặtcắtngangtườngchắnđấtcócốttrongmơhìnhthínghiệm........................51
Hình 3.2. Mơ hình thín g h i ệ m 3D..............................................................................52
Hình 3.3. Khoan chiết giảm tiết diện ngangc ủ a cốt..................................................53
Hình3.4.MơphỏnghìnhhọcmơhìnhthựcnghiệmbằngFlac2D..................................54
Hình3.5.Biểuđồtừmơphỏngsốmơhình3(F65)khichưagiatải....................................55
...........................
Hình3.6.Biểuđồtừmơphỏngsốmơhình3(F65)khigiatải300kN/m 2
56


Hình 3.7. Xây dựng mơ hìnhthínghiệm......................................................................57
Hình 3.8. Lắp đặt thiết bị đo áp lựcmặtnền................................................................58
Hình 3.9. Lắp đặt cảm biếntrêncốt..............................................................................58

Hình 3.10. Chuẩn bị dán cảm biến trênmặt nền..........................................................59
Hình 3.11. Kết nối cảm biến trên cốt và trên mặt nền với thiếtb ị đo.........................59
Hình 3.12. Lắp đặt các LVDT vào đỉnh cáctấmtường...............................................59
Hình 3.13. Lắp đặt các thiên phân kế đo chuyển vị củak h u n g vây..........................60
Hình 3.14. Mơ hình hồn chỉnh và tiến hànht h í nghiệm............................................61
Hình 3.15. Bố trí cảm biến trên cốt trong cácmơhìnht h í nghiệm..............................62
Hình3.16.Biếndạngtrongcáclớpcốtdướitácdụngcủatảitrọng(mơhình3).................65
Hình 3.17. Biến dạng trong lớp cốt 4 dưới các cấpt ả i trọng......................................66
Hình 3.18. Lực kéo phân bố trong các lớp cốt củamơhình3 (F65).............................68
Hình 3.19. So sánh phân bố lực kéo trong các lớp cốt (mơh ì n h 3)...........................69
Hình 3.20. Phân bố lực kéo trong lớp cốt 4 dưới các cấpt ả i trọng............................70
Hình 3.21. Phân bố lực kéo trong lớp cốt 4 trên các mơ hìnhthínghiệm....................71
Hình 3.22. So sánh dạng biểu đồ phân bố lực kéot r o n g cốt......................................72
Hình 3.23. Phân bố lực kéo trong cốt có ngạnh và cốtk h ơ n g ngạnh.......................74
Hình 3.24. Hệ số ma sát biểu kiến giữa đất - cốt (môh ì n h 3)....................................77
Hình 3.25. So sánh hệ số ma sát biểu kiến giữa đất - cốt trongcác lớpcốt.................77
Hình3.26.Hệsốmasátbiểukiếngiữađất-cốttronglớpcốt4trênbamơhình...................78
Hình 3.27. Chuyển vị trong khối đất có cốt (mơh ì n h 3)............................................80
Hình 3.28. So sánh chuyển vị trong đất tại cao độ các lớp cốt (mơhình3).................81
Hình 3.29. Chuyển vị ngang của tường trong các mơ hìnht h í nghiệm.....................82
Hình3.30.Sosánhchuyểnvịngangcủatườnggiữacácmơhìnhthínghiệm....................84
Hình 3.31. Chuyển vị ngang của tường theođộsâu.....................................................85
Hình 3.32. Mặt phá hoại trong khối đấtcócốt.............................................................86
Hình 3.33. Đường xu hướng của mặt phá hoại trong khối đấtc ó cốt.........................87
Hình 3.34. Hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất theo độsâu tường (mơ hình3).............88
Hình 3.35. Hệ số ma sát biểu kiến lớn nhất giữa đất- cốt theo độ sâutường...........89
Hình 3.36. So sánh hệ số ma sát giữa thực nghiệm vàl ý thuyết.................................91
Hình 4.1. Biểu đồ biểu diễn tương quan từng cặp tham số củatập dữliệu..................96
Hình 4.2. Cấu trúc ANN đề xuất trong nghiênc ứu này...............................................98
Hình 4.3. Khảo sát tính năng của mơ hình ANN theo sốl ư ợ n g nơ-ron.................101



Hình 4.4. Giá trị của hàm mất mát qua cácvịnglặp.................................................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 phươngá n chọn.......................................................103
Hình4.6.Biểuđồtầmquantrọngtươngđốicủacácbiếnđầuvào..................................105
Hình 4.7. Sơ đồ khối tổng quát của chươngtrìnhMSE-ANT..................................108
Hình 4.8. Giao diện nhập dữ liệu và hiển thịkếtquả.................................................111
Hình4.9.DựđốnthờigianphụcvụcủatườngMSEcócốtmạkẽmtựchếtạo................113
Hình4.10.Đánhgiásựphùhợpcủavậtliệuđắpvàđềxuấtgiảiphápsửdụng..................116
Hình4.11.Mặtđứngbốtrídảicốtpolymericchotườngcao4m....................................117
Hình 4.12. Mơ phỏng hình học tường MSE cao4m..................................................118
Hình4.13.Cốttựchếtạo(bốtríởhailớpcốtdướiL=3,8m)............................................118
Hình4.14.HệsốổnđịnhcủatườngsaukhixâydựngtừmơphỏngsốFlac.....................119
Hình4.15.Hệsốổnđịnhcủatườngkhigiatải400kN/m 2từmơphỏngsốFlac1 1 9
Hình416.Biểuđồphânbốlựckéotronglớpcốtdướicùng(saukhixâydựng)120
Hình 4.17. Biểu đồ phân bố lực kéo trong lớp cốt trên cùng (gia tải 400 kN/m2) . 120
Hình4.18.ChuyểnvịngangcủatườngsaukhixâydựngtừmơphỏngsốFlac...............120
Hình 4.19. Chuyển vị ngang của tường khi gia tải 400 kN/m2từ mô phỏng số Flac
............................................................................................................................ 121


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng1.1.QuiđịnhvềtuổithọcủacơngtrìnhsửdụngkếtcấutườngMSE.......................19
Bảng 1.2. Qui định về chiều sâu chơn tường tối thiểuDm[1,7]...................................20
Bảng1.3.DựbáomứcđộantồncủakếtcấutườngMSEtheoFres[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 trungb ì n h Δee.........................................................29
Bảng 2.1. Đặc trưng của vật liệu dùnglàm cốt kim loại[7].....................................34
Bảng2.2.Chiềudàydựphịngchophéptrênmỗibềmặt[7]............................................34

Bảng2.3.Thànhphầnhóahọccủakẽmdùnglàmlớpphủ[46,47]..................................35
Bảng 2.4. Hàm lượng kẽm tối thiểu dùng làmlớpphủ................................................35
Bảng2.5.Chiềudàycủalớpphủkẽmnhỏnhấttrênmẫu(khơngquaylytâm).................35
Bảng2.6.Giátrịtrungbìnhvềcácchỉtiêucơlýcủatổmẫucốtthínghiệm........................38
Bảng2.7.Thànhphầnhóahọccủakẽmdùnglàmlớpphủchocốt...................................38
Bảng 2.8. Chiều dày của lớp phủ kẽm trêncác mẫuthử..............................................38
Bảng 2.9. Cácmỏđất dùng làm vật liệu san lấp tại khu vực miền Trung, giai đoạn
2020, tầm nhìn đến 2025v à 2030................................................................................40
Bảng 2.10. Tổng hợp số mỏ đất được thínghiệm......................................................40
Bảng 2.11. Đặc tính củavật liệu đắp dùng cho tường MSE.................................41
Bảng2.12.Kếtquảthínghiệmtínhchấtcơ-lý-hóacácmẫuđấtđồitạiĐàNẵng.............44
Bảng2.13.KếtquảthínghiệmthànhphầnhạtcácmẫuđấtđồitạiĐàNẵng.....................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 đắpc ó cốt.............................................................................46
Bảng 2.15. Phân nhóm và đánh giá sự phù hợp của đất đồi miền Trung dùng làm vật
liệu đắpcócốt...............................................................................................................47
Bảng2.16.MứcđộphùhợpcủađấtđồiĐàNẵngdùnglàmvậtliệuđắpcócốt...................47
Bảng 3.1. Chiết giảm diện tích tiết diệnngangcốt.......................................................52
Bảng3.2.Vịtríbốtrícảmbiếntrêncốt,trongnềnđấtvàtấmtường..................................61
Bảng3.3.Giátrịtrungbìnhcủatỉlệtăngtrưởnglựckéodongạnh....................................73
Bảng 3.4. Tăng trưởng lực kéo trong cốtdo bố tríngạnh...........................................75
Bảng 3.5. Chuyển vị trong khối đấtc ó cốt..................................................................81


Bảng3.6.Chuyểnvịngangcủatườngtrongcácmơhìnhthínghiệm.............................83
Bảng3.7.Chiềudàicủacốtgiacườngtrongvùngpháhoạivàvùngneogiữ....................86
Bảng3.8.Hệsốmasátbiểukiếnlớnnhấttrongcáclớpcốt(mơhình3).............................89
Bảng4.1.Cácthamsốthốngkêcủadữliệuđầuvàovàđầura............................................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 trongcơ sở dữliệu....................................97

Bảng4.3.KếtquảphântíchcácthamsốtốiưuchomơhìnhANN..................................102
Bảng4.4.Giátrịcủacácthamsốđánhgiáhiệusuấtmơhìnhướclượng.........................103
Bảng 4.5. Tầm quan trọng tương đốicủa các biến đầuvào....................................104
Bảng 4.6. Giá trị ăn mòn cốt và thời gian phục vụ của tường tương ứng các giá trị
lực kéo cịn lạitrongcốt............................................................................................109
Bảng4.7.Đềxuấtcáckịchbảnănmịngâypháhoạitườngchắnđấtcócốt.....................109
Bảng4.8.Thơngsốđặctínhcủavậtliệuđắpvàcốtsửdụngtrongtường........................112
Bảng4.9.Ướclượngchiềudàyănmịncốtvàtínhlựckéocịnlạitrongcốt....................114
Bảng 4.10. Dự đốn thời gian phục vụ củatườngMSE.............................................114
Bảng4.11.Chiềudàytốithiểucủacốttựchếtạotươngứngtuổithọthiếtkế..................115
Bảng4.12.Đườngkínhtốithiểucủacốttựchếtạotươngứngtuổithọthiếtkế................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 cốtk h á c nhau..............................................................121
Bảng 4.14. Đơn giá của 4l o ạ i cốt............................................................................122
Bảng4.15.BảngchiphíxâydựngtườngMSEđốivớimố1vàmố2...............................122
Bảng4.16.Chênhlệchchiphígiữacácloạicốtvớicốtmạkẽmtựchếtạo......................123


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Tường MSE
GSG
TCVN
TCN
AASHTO
ASTM
FHWA-NHI

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 Associationo f S t a t e
and Highway Transportation Officials)
Tiêu chuẩn Mỹ (American Society for Testing and Materials)
Qui trình Mỹ (Department of Transportation Federal Highway
Administration-National Highway Institute Office of Bridge Technology )

BS
AFNOR
EN
JSA
AS / NZS
ISO

Tiêu chuẩn Anh Quc (British Standards)
Tiờu chun Phỏp (Association Franỗaise de Normalisation)
Tiờu chun châu Âu(Eurocode Standard by the European Committee)
Tiêu chuẩn Nhật (Japanese Standards Association)
Tiêu chuẩn Úc và tiêu chuẩn New Zealand
Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tết (International Organization for
Standardization)
LAS
Phịng thí nghiệm chuyên 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 mịn cốt trong tường chắn đất có cốt (Corrosion Of
Reinforcement)
RMSE
Sai số trung bình bình phương gốc (Root Mean SquaredE r r o r )
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 StabilizedEarth Walls-Artificial Neural
Network- Service Time)
FDM
Phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method - FDM)
FEM
Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM)


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
Kí hiệu
W
Wd
Wnh
IP
GI
Cu

φ
Res
ClSO4
b
E0
N
F
ε
Ezn

2-

Δee
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)


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đềtài
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 đượcsửdụng 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 ngồi
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 tườngM S E .
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
miềnTrungvàcốtthépmạkẽmtựchếtạonhằmđịnhhướngứngdụngvàothựctế.
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 xảyr a .
Với những lý do trên đã hình thành luận án ‘‘Nghiên cứu ứng dụng
tườngchắn đất dùng cốt mạ kẽm tự chế tạo phù hợp vật liệu đắp khu vực miền
Trung có xét thời gian phụcvụ’’.

2. Mục tiêu của đềtài

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
soát được ổn định cũng như thời gian phục vụ của tườngMSE.
Mục tiêu cụ thể:
- Nghiên cứu chế tạo cốt đủ cường độ và chống ănm ò n ;
- Nghiên cứu vật liệu đắp phù hợp với cốt tự chết ạ o ;
- Thí nghiệm trên mơ hình tỉ lệ thực (full scale model), nghiên cứu sự làm việc của
tườngMSEcócốtbịănmịndướitácdụngcủatảitrọngchođếnpháhoạitường;
- Xây dựng mơ hình ước lượng chiều dày ăn mòn cốt trongt ư ờ n g ;
- Xây dựng chương trình dự đốn thời gian phục vụ củat ư ờ n g .

3. Đối tượng và phạm vi nghiêncứu
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 thôngt h ư ờ n g .
- Vật liệu đắp địa phương trong khu vực miềnTrung.
- Tấm tường là bản mặt bê tông cốt thép chế tạos ẵ n .


4. Phương pháp nghiêncứu
- 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 côngb ố ) ;
- Phương pháp thực nghiệm khoa học (thực nghiệm trong phịng kết hợp hiện
trường áp dụng cho tính chất của vật liệu đất - cốt; thực nghiệm trên mơ hình tỉ lệ
thực cósửdụng các thiết bị đo ứng suất - biến dạng, chuyển vị cho hệ tường - đất - cốt
và kiểm chứng kết quả với mơ hìnhsố);
- Phương pháp thu thập dữ liệu từ các nghiên cứu có trước (thu thập dữ liệu các tính
chấtlýhóacủavậtliệuđắpvàtínhchấtcủacốttrongtườngMSEbịănmịn);
- 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 dữl i ệ u ) ;
- 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 dựngmơhình ước lượng, đánh giá
hiệu suất của mơhình).

5. Nội dung nghiêncứu
- Nghiên cứu tổng quan về vật liệu đắp và cốt kim loại, tương tác đất - cốt trong
tường, nguyên lý thuyết kế và trình tự thi cơng, lý thuyết ăn mịn cốt và thời gian
phục vụ của tường, sơ lược về đặc điểm vật liệu đắp - cốt - môi trường tự nhiên khu
vựcmiềnTrungvàtriểnvọngứngdụngtườngMSEdùngcốtmạkẽmtựchếtạo.
- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá đặc tính của cốt mạ kẽm tự chế tạo và đặc tính
của vật liệu đắp khu vực miềnTrung.
- 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 - chuyểnvị.
- 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 cơng trình thực tế để đánh giá ổn định và giá
thành xây dựng cơngtrình.


6. Ý nghĩa khoa học và thựctiễn
- Ý nghĩa khoa học:Luận án góp phần làm phong phú thêm cơ sở khoa học lý thuyết,
cung cấp thang đánh giásựphù 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 cốtmạkẽmtựchế tạo, sự làm việc của tường
MSE có cốt tự chế tạo bị ăn mịn dưới tác dụng của tải trọng cho đến phá hoại tường

trong mô hình thí nghiệm tỉ lệt h ự c .
- Ý nghĩa thực tiễn:Cốt mạ kẽmtựchế tạocóngạnh 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 thựct i ễ n .

7. Cấu trúc của luậnán
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 công
bố, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án gồm 127 trang được bố cục
nhưsau:
- Mởđầu:
- Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất cócốt
- Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính của cốt mạ kẽm tự chế tạo và vật liệu
đắp khu vực miềnTrung
- Chương 3: Nghiên cứu sự làm việc của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chế tạo
trênmơhình thí nghiệm tỉ lệt hự c
- Chương 4: Xây dựng chương trình dự đoán thời gian phục vụ và đánh giá hiệu quả
ứng dụng của tường chắn đất có cốt mạ kẽm tự chết ạ o
- Kết luận và kiếnnghị