Hệ thống ô ngăn hình mạng neoweb trong công nghệ gia cố nền đất các công trình giao thông và thủy lợi

97 TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 26, tháng 1/2018 HỆ THỐNG Ô NGĂN HÌNH MẠNG NEOWEB TRONG CÔNG NGHỆ GIA CỐ NỀN ĐẤT CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG VÀ THỦY LỢI Nguyễn Thị Kim Thịnh Khoa Xây dựng Email: thinhntk@dhhp.edu.vn Ngày nhận bài: 31/7/2017 Ngày PB đánh giá: 28/8/2017 Ngày duyệt đăng: 08/9/2017 TÓM TẮT Công nghệ Neoweb là một công nghệ mới dùng trong lĩnh vực xây dựng đường trên nền đất yếu, sụt lở mái dốc, hiện tượng sạt lở trên đường, công nghệ này giúp giảm chi phí xây dựng và thời gian thi công. Công nghệ Neoweb không phức tạp về thiết kế, thi công và khả năng cung ứng vật liệu cũng như nguồn nhân lực. Vật liệu có thể tận dụng ở địa phương giúp giảm giá thành sản phẩm, thích hợp với các tỉnh thành chưa phát triển về kinh tế, mức đầu tư mà vẫn đảm bảo hiệu quả về mặt sử dụng và bảo trì Bài viết trình bày về phạm vi áp dụng, khả năng làm việc của nền được gia cố bằng hệ thống Neoweb. Cũng trong bài báo, tác giả đã so sánh giải pháp về kết cấu, hiệu quả về mặt kinh tế, hiệu quả về mặt môi trường trong xây dựng đường, xây dựng đập giữa kết cấu thông thường với kết cấu sử dụng công nghệ Neoweb. Từ khóa: Neoweb, ô ngăn hình mạng, ô ngăn Neoweb, mạng lưới tổ ong, ô ngăn cách Neoweb. THE NEOWEB NETWORK ENVIRONMENT SYSTEM IN LANDMARK TECHNOLOGY OF LAND AND IRRIGATION WORKS ABSTRACT Neoweb technology is a new technology used in the construction of roads on weak grounds, sloping slopes, and on sites with phenomena of landslide. This technology reduces construction costs and construction time. Neoweb technology is not complicated in terms of design, construction and supply of materials as well as human resources. Materials can be used locally to reduce the cost of products, which is suitable for the provinces and cities that have not developed economically, investment levels but still ensures the effectiveness in terms of use and maintenance... This paper presents the scope of application, the functionality of the platform that is reinforced with the Neoweb system. The paper also compares structures, economic and environmental efficiency in road construction and dam construction between conventional structures and structures using Neoweb technology. Keywords: Neoweb, net enclosure, Neoweb compartment, honeycomb grid, Neoweb compartment. 98 TRƢỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Đối với nước ta, công tác thiết kế và xử lý móng chưa phát triển, gặp nhiều khó khăn do điều kiện kinh tế xã hội, địa hình núi đồi và thời tiết thất thường. Vậy chuyển giao công nghệ là một bước đi phù hợp và khả thi với chúng ta hiện nay. Kết cấu ô ngăn hình mạng Neoweb tạo thành cốt trong vật liệu bảo vệ bề mặt đồng thời là ván khuôn trong quá trình thi công. Vật liệu chèn lấp rất phong phú từ đất trồng tự nhiên để trồng cỏ, đá dăm, cuội sỏi cho đến bê tông. Tùy theo yêu cầu thiết kế khác nhau mà lựa chọn loại Neoweb nào cho phù hợp cả về mặt kỹ thuật và kinh tế. Không những thế, thi công công nghệ Neoweb còn rất đơn giản, rút ngắn thời gian, thích hợp với điều kiện khí hậu mưa nắng thất thường như các tỉnh miền núi nước ta, mặt khác giảm thời gian thi công là giảm giá thành xây dựng, đó là một lợi thế không hề nhỏ. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Khái niệm và phạm vi áp dụng hệ thống Neoweb Neoweb là một hệ thống gia cố nền đất có cấu tạo mạng lưới dạng tổ ong, giữa các vách ngăn được đục lỗ và tạo nhám để tạo khả năng thoát nước. Các mạng lưới ngăn hình tổ ong làm tăng diện tích phân bố tải trọng lên gấp 4 lần, tăng góc ma sát trong của đất trong các khối tổ ong và tăng cường độ chịu tải của đất yếu, tạo ra một lớp đệm 3 chiều có cường độ chịu uốn và độ cứng cao. Nó có tác dụng làm giảm tối đa độ lún thẳng đứng trên nền đất yếu . Hình 1. Ô ngăn Neoweb Hệ thống Neoweb là công nghệ phân tách, ổn định gia cố nền được nghiên cứu và phát triển tại ISRAEL. Neoweb được tạo ra từ một hỗn hợp gồm nhiều Polimer sắp xếp một cách đồng bộ. Hợp chất này bao gồm độ bền sức kháng mỏi HDPE với sự ổn định hình dáng kích thước và sức kháng cắt từ biến của Polimer PET. 99 TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 26, tháng 1/2018 Hình 2. Áp dụng giải pháp Neoweb Hợp chất này không bị thoái hoá, chịu được hoá chất, lửa, nước do đó có độ giãn nở vì nhiệt thấp, không mất đi các đặc tính kỹ thuật dưới chu kỳ biến thiên giữa nhiêt độ rất thấp và nhiệt độ cao từ -70oC đến +90oC. Độ bền trong môi trường tự nhiên đạt 50 năm trong điều kiện khắc nghiệt nhất. Các thanh neo được ghim vào nền nhằm neo giữ hệ thống với lớp vải Địa kỹ thuật và nền đất. Ngăn cách đất giữ và bảo vệ các vật liệu chèn lấp bê trong theo ba phương, tạo ra cường độ chịu kéo cao trong từng phương. Kết cấu ô ngăn hình mạng và tổng hợp polymer đồng bộ của nó tạo ra nền ra cố vững chắc mong muốn. Vật liệu chèn lấp phong phú từ đất trồng, đá dăm, sỏi cuội đến bê tông [1]. Hệ thống Neoweb đã được áp dụng trình giao thông và thủy lợi trên rất nhiều các quốc gia như làm móng, đường cho xe hạng nặng ở sa mạc Siberia, đường dẫn cho thiết bị khoan ở sa mạc Sahara, đường dẫn trong rừng Amazon trên nền đất sét bão hòa, đường sắt ở Ba Lan, hệ thống bảo vệ kênh và tường chắn ở Hawall 2.2. Sự làm việc của hệ thống gia cố ô ngăn hình mạng Neoweb Trường hợp khi không bố trí hệ thống Neoweb, dưới tác dụng của tải trọng khi đạt đến trạng thái giới hạn vật liệu nền đất, hoặc các lớp vật liệu kém dính bị phá hoại do cắt trượt, đẩy trồi, dẫn đến mất sức chịu tải. 100 TRƢỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG Hình 3. Sức chịu tải của nền không gia cố và nền được gia cố hệ thống Neoweb[4] Khi vật liệu nền đất hoặc móng áo đường được tăng cường bằng hệ thống Neoweb, tải trọng thẳng đứng truyền trên lớp vật liệu chèn lấp trong hệ thống Neoweb chuyển hóa một phần thành ứng suất ngang tác dụng lên thành các ô ngăn, phân bố ứng suất rộng hơn sang các ô liền kề, kết quả làm giảm ứng suất trong các vật liệu chèn lấp đảm bảo cho các vật liệu chèn lấp không bị phá hoại, tăng sức chịu tải và giảm độ lún. Hình 4. Sức kháng xung quanh ô ngăn [4] Việc tăng cường kết cấu ô ngăn hình mạng Neoweb còn làm hạn chế sự nở hông của vật liệu do sức kháng xung quanh ô ngăn. Hệ thống Neoweb giúp thoát nước ngang tốt, thoát nước ngang tốt đồng thời thoát nước nhanh bề mặt đối với mặt đường không phủ bề mặt. Đất bên trong các ô lân cận cũng tạo ra sức kháng bị động chống lại tác dụng của tải trọng truyền xuống. Ứng suất ngang tác dụng vào thành ô ngăn đã được đục lỗ và tạo nhám sẽ sinh ra sức kháng ma sát tiếp xúc giữa thành ô ngăn và vật liệu chèn lấp. Sức kháng này sẽ làm giảm ứng suất thẳng đứng truyền xuống đất nền. Hình 5. Sức kháng bị động của các ô xung quanh [4] Toàn bộ khối đất được kìm hãm và chắn giữ trong một kết cấu có cường độ chịu kéo cao tạo ra một lớp có sức kháng mômen uốn tăng lên. Sức kháng kết cấu này cũng làm tăng khả năng phục hồi tốt hơn, đặc biệt dưới các tải trọng tập trung. 101 TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 26, tháng 1/2018 Hình 6. Tác dụng của ô ngăn dưới tải trọng lặp [4] 2.3. Nghiên cứu thực nghiệm NeowebTM chịu tải trọng đứng Hình 7. Hộp thí nghiệm (Han, 2007)[3] Han (2007) đã nghiên cứu thực nghiệm ô ngăn hình mạng chịu tải trọng đứng để đánh giá sự tăng sức chịu tải và mô đun đàn hồi tương đương của lớp đất nền được gia cố [3]. Chiều cao của ô ngăn là 50 mm, kích thước hai chiều dài và rộng tương ứng là 250mm và 210mm. Chiều dày của ô ngăn là 1,78mm. Dựa trên kết quả thí nghiệm thì cường độ chịu kéo trung bình là 9,3kN/m, độ cứng là 250KN/m tương ứng với biến dạng 2%. Hộp thí nghiệm như trên hình 7. Kết quả thí nghiệm cho thấy, với mức chuyển vị 1,25mm, sức chịu tải và độ cứng của đất nền tăng lên 65%. 2.4. Áp dụng phƣơng pháp gia cố nền đất bằng công nghệ ô ngăn hình mạng Neoweb 2.4.1. So sánh kết cấu áo đường mềm thông thường với áo đường sử dụng công nghệ Neoweb Hình 8. Sử dụng công nghệ Neoweb giảm chiều dày kết cấu áo đường [2]. 102 TRƢỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG Với một cường độ là tương đương thì kết cấu áo đường có gia cố bằng hệ thống Neoweb có chiều dày giảm. Trên hình 8 nếu sử dụng kết cấu gia cố bằng hệ thống Neoweb cấp phố đá dăm loại 2 giảm đi 14cm đồng nghĩa với việc nhân công, máy móc phục vụ cho việc đào và vận chuyển đất đem đổ sẽ giảm một lượng đáng kể. Dẫn đến chi phí xây dựng sẽ giảm. Hình 9. Công nghệ Neoweb thay thế lớp móng đá dăm gia cố xi măng [2]. Không những thế, hệ thống Neoweb có thể dùng để thay thế lớp móng đá dăm gia cố xi măng. Tránh việc sử dụng móng đá dăm gia cố xi măng có công nghệ thi công phức tạp và mất nhiều thời gian và không gây hiện tượng nứt truyền như lớp móng đá dăm gia cố. Từ đó giảm được chiều dày tối thiểu của lớp bê tông nhựa. 2.4.2. So sánh về tính hiệu quả kinh tế Ví dụ 1 Bảng 1. Thông số thiết kế đường[1] Lề đường Số làn Bề rộng đường Diện tích đường Ngoài-3m, Trong-1.5m(x2) 2 làn 12.00m(x2) 2,400,000 m2 Số liệu giao thông và địa chất Có những hạn chế CBR đất nền đường - 3% Thiếu cấp phối có chất lượng cao Giao thông - xe nặng, W18=55.1x10 6 Chi phí bê tông nhựa cao - Giải pháp thiết kế thông thường và giải pháp gia cố Neoweb 103 TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 26, tháng 1/2018 Hình 10. So sánh lớp móng gia cố và không gia cố Neoweb KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG THÔNG THƯỜNG Tổng chiều dày KCAD = 97 cm KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG GIA CỐ NEOWEB Tổng chiều dày KCAD = 56 cm Bảng 2. Tổng hợp các yếu tố hiệu quả kinh tế giữa 2 giải pháp [1] Thông số Khối lƣợng giảm (m3) Phần trăm giảm (%) Chi phí giảm (US $) Khối lượng đào nền 984,000 75% 3,837,600 Cấp phối đá dăm móng dưới 1,320,000 100% 34,056,000 Lớp bê tông nhựa phủ bề mặt 144,000 27% 17,010,240 Công tác (đắp/đào) 1,968,000 46% 3,837,600 Xe tải 16m3 cho công tác (đắp/đào) 123,000 46% 34,056,000 Giảm thời gian thi công 1,968,000 42% - Giảm chi phí xây dựng ban đầu - 20% 23,010,240 Tính toán và so sánh giữa giải pháp thiết kế áo đường thông thường và giải pháp gia cố Neoweb thì tổng chiều dày giảm đi gần một nửa dẫn đến khối lượng đào nền giảm 75%, công tác đào đắp và máy móc phục vụ cho công tác đó giảm đến 46%. Tốc độ thi công vì thế mà được đẩy mạnh giúp sớm hoàn thiện công trình tránh được các rủi ro trong quá trình thi công. 104 TRƢỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG Bảng 3. Hiệu quả về mặt môi trường Giảm công tác (đắp/đào) Khoảng cách vận chuyển km Số các xe tải (16m3/xe) Tổng quãng đƣờng vận chuyển Nhiệt liệu - 2.44km/l 1,968,000 m2 50km (trung bình) 123.00 xe 6,150,000 km 15,006,000 Ví dụ 2 - Thông số thiết kế yêu cầu Thiết kế giải pháp gia cố mái thượng lưu đập với độ dốc mái H:V=3:1. Yêu cầu chống nước thấm quá ở phần dưới mực nước thiết kế. Đảm bảo mái dốc ổn định. [4] - Giải pháp thiết kế thông thường và áp dụng Neoweb Hình 11. Giải pháp thiết kế [4] Giải pháp thông thường (BTCT) Giải pháp Neoweb Bảng 4. Tổng hợp hiệu quả kinh tế giữa giải pháp thông thường và áp dụng Neoweb (Tổng cộng chi phí trực tiếp cho 1m2 mái đập) [4] STT Chi phí Ký hiệu Cách tính Giải pháp thông thƣờng (VND) Giải pháp có Neoweb (VND) I Chi phí trực tiếp T (VL+NC+M+TT) 425,532 407,552 1 Chi phí vật liệu VL (DG + CL + VL) 219,309 363,691 2 Chi phí nhân công NC NCx1,2026x1,2 196,649 36,105 3 Chi phí máy thi công M MTC x 1,08 3,285 1,734 105 TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 26, tháng 1/2018 4 Chi phí khác TT (VL+NC+M)x1,5% 6,289 6,023 II Chi phí chung C NC x55% 108,157 19,858 III Thu nhập chịu thuế tính trước TL (T + C) x 5,5% 29,353 23,508 IV Chi phí xây dựng trước thế G T + C + TL 563,042 450,918 Khi sử dụng công nghệ Neoweb đã tận dụng các loại vật liệu địa phương, vật liệu tại chỗ, giúp giảm thiểu công vận chuyển vật liệu đến chân công trình, nhân công lắp đặt, máy thi công đơn giản góp phần làm giảm giá thành xây dựng công trình đến 25% và gần 50% thời gian thi công. Tính hữu dụng của công nghệ này còn thể hiện ở chỗ thích hợp cao với địa hình miền núi, nơi có nhiều đồi, vách cao, công trình giao thông đồi núi, công trình thủy lợi phức tạp về địa hình, mái dốc taluy, độ dốc cao và phức tạp. 3. KẾT LUẬN Trong bài viết, tác giả đã trình bày phạm vi áp dụng, những ưu điểm, kết quả nghiên cứu thực nghiệm của công nghệ Neoweb. Các ô ngăn này có tác dụng hạn chế sự nở ngang của đất nền dưới tác dụng của tải trọng đứng. Do đó hệ thống này làm tăng độ cứng và sức chịu tải của đất nền. Các ví dụ trong bài báo là những minh chứng cụ thể làm sáng tỏ việc áp dụng hệ thống Neoweb sẽ làm giảm chiều dày kết cấu áo đường một cách đáng kể và có thể thay thế lớp móng đá dăm gia cố xi măng có công nghệ thi công phức tạp. Công nghệ này mang lại tính hiệu quả về mặt kinh tế, chi phí xây dựng được giảm từ 20†25%, thời gian thi công giảm đến 50% và hiệu quả về mặt môi trường hơn so với phương pháp thông thường. Hơn nữa công nghệ này lại dễ dàng trong thiết kế và thi công, nguồn vật liệu, nhân công có thể lấy tại địa phương. Đối với nước ta, đây là công nghệ mới chưa được thi công rộng rãi, chưa có kiểm nghiệm thực tế trong quá trình sử dụng. Nên cần có các nghiên cứu cụ thể, các công trình thi công thí điểm để có cái nhìn tổng quan hơn. Từ đó sớm áp dụng rộng rãi công nghệ Neoweb vào trong các công trình giao thông và thủy lợi để đem lại hiệu quả về kinh tế xã hội. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đặng Minh Tân, Trương Đăng Toàn (2008), Giới thiệu công nghệ mới gia cố nền đất - Hệ thống ô ngăn hình mạng Neoweb (Áp dụng trong các công trình giao thông và thủy lợi), JIVC join stock campany, Việt Nam. 2. Emersleben, A. and Meyer, M. (2008), Bearing Capacity Improvement of Asphalt Paved Road Constructions due to the use of Geocells-Falling Weight Deflectometer and Vertical Stress Measurements. Proceeding of the 4th Asian Regional Conference on Geosynthetics. 3. Han, J., Yang, X., Leshchinsky, D., and Parsons R. L. (2007), Behavior of Geocell-Reinforced Sand under a Vertical Load. Geosynthetics Committee. 4. Kief, O. (2007), PRS Neoloy® Geocell Technology for Neoweb® Cellular Confinement Systems, PRS Mediterranean Ltd, Israel.