Xin chào mọi người.
Đây là Enta.
Hôm nay là ngày cuối cùng của tháng 9 rồi nhỉ.
Chẳng mấy chốc đã đến cuối năm rồi!!!
Một năm trôi qua nhanh như chớp...
Nhanh quá! Quá nhanh rồi!!!
Chỉ trong chớp mắt thôi nhỉ
Mình có cảm giác là năm nào vào khoảng thời gian này mình cũng nói điều này luôn www
Đang lao thẳng vào tình trạng “tác hại của người già” đây… w
Thôi, quay lại chủ đề chính
Lần này, chúng ta sẽ nói về “hiệu ứng ghim” trong công việc lắp đặt cốt thép.
Cũng có người gọi đó là “hiệu ứng Negushi” đấy.
Dùng cốt thép đâm xuyên qua khối đất đang có dấu hiệu dịch chuyển như một cây xiên, rồi cố định nó vào lớp đất nền phía sau không bị dịch chuyển.
Hình ảnh trông như thế này.
Mặc dù đây là thuật ngữ thường nghe thấy, nhưng khi được hỏi “Nó được xử lý như thế nào trong thiết kế?”, lại có rất ít người có thể trả lời được.
Hơn nữa, trong phạm vi tìm hiểu của tôi, tôi không tìm thấy tài liệu nào giải thích chính xác thuật ngữ “hiệu ứng Pining”, cả trong các tài liệu tham khảo lẫn trên mạng.
Tuy nhiên, khi gõ “hiệu ứng Negushi” thì kết quả hiện ra lại là “hiệu ứng pinning”.
Tại Google,
Các phương pháp gia cố ổn định sườn dốc như “phương pháp cắm cọc thép (phương pháp bu-lông đá)” hay “cọc” được đóng xuống nền đất đều chỉ lực giúp cố định các khối đất có nguy cơ trượt bằng cách “ghim” chúng vào nền đất vững chắc theo đúng nghĩa đen. “Hiệu ứng cắm rễ” do rễ cây tạo ra, về mặt cơ học, cũng là một dạng của hiệu ứng ghim này.
Trong bài viết này, dựa trên những nội dung được nêu trong “Phương pháp gia cố nền đất” và “Hướng dẫn công tác ổn định mái dốc”, tôi sẽ cố gắng giải thích bằng ngôn ngữ đơn giản nhất có thể về cách hiệu ứng ghim được xử lý trong quá trình thiết kế.
Hiệu ứng ghim (hiệu ứng neo) trong công việc lắp đặt cốt thép là gì? | Những kiến thức cơ bản dễ hiểu qua hình ảnh
Trước tiên, hãy ghi nhớ chỉ hai từ này thôi.
- Khối đất di chuyển: Khối đất được coi là sẽ sụp đổ và trượt ra ngoài sườn dốc
- Khối đất bất động: Phần đất nền nằm sâu bên trong đó, được cho là không di chuyển
Ranh giới giữa hai điều này làbề mặt trượtĐúng vậy. (Đây là quan điểm phổ biến hiện nay trong lĩnh vực gia cố đất đào ở Nhật Bản.)
Các thanh cốt thép của công trình cắm cốt thép xuyên qua bề mặt trượt này và cắm sâu từ khối đất di chuyển sang khối đất cố định.
Nếu cắm que (cốt thép) vào viên bánh mitarashi (khối đất di chuyển) và đẩy đầu que vào phần nền đất không di chuyển (khối đất cố định), thì viên bánh sẽ không lăn xuống dưới.
Đây là hình ảnh minh họa cho hiệu ứng Pining và hiệu ứng Negushi.
Tiếp theo, khi đất bắt đầu dịch chuyển, lực nào sẽ tác động lên cốt thép?
Trong cuốn sách, nội dung được chia thành 4 phần sau đây.
- Kéo căng: Bị kéo đi, giống như sợi dây trong trò kéo co
- Nén: Bị đẩy, giống như thanh treo rèm
- Cắt: Bị dịch chuyển sang một bên, giống như bị cắt bằng kéo vậy
- Uốn cong: Uốn cong như uốn thước kẻ
Lực nào sẽ đóng vai trò chủ đạo phụ thuộc vào góc giữa cốt thép và mặt trượt.
Theo sách, các thanh cốt thép nằm gần như ngang chủ yếu chịu lực kéo, các thanh cốt thép nằm gần như dọc chịu lực nén, còn các thanh cốt thép cắt ngang gần như vuông góc với mặt trượt chủ yếu chịu lực cắt và lực uốn.
Việc xuất hiện hiện tượng cắt hay uốn phụ thuộc vào độ cứng của nền đất.
Trên nền đất cứng như đá, chỉ riêng tại mặt trượt, các thanh cốt thép sẽ bị lệch hẳn sang một bên (cắt ngang).
Trong đất đá lỏng lẻo, toàn bộ cốt thép sẽ uốn cong một cách dẻo dai (uốn cong).
Cuốn sách này cho rằng có thể ước tính được tác động của lực cắt và lực uốn dựa trên hình thức biến dạng của các vật liệu gia cố đã được thu thập thực tế.
Hiệu ứng Pining, hiệu ứng Nezuki là, điều nàyCắt và uốnTôi nghĩ có thể hiểu như vậy.
Đây chỉ là cách hiểu của riêng tôi thôi w
Cây xiên đang bị ép từ bên hông và đang cố gắng chống đỡ.
Trong thiết kế, chỉ tính toán “lực kéo” | Hiệu ứng giữ chặt và hiệu ứng siết chặt
Hiệu quả gia cố cần xem xét trong thiết kếChỉ kéoTôi đang làm như vậy.
Mặc dù trên thực tế có tác động của lực cắt và lực uốn, nhưng chúng lại không được đưa vào tính toán thiết kế.
Lý do được nêu trong cuốn sách như sau.
- Vì tôi muốn thận trọng
- Về hiện tượng cắt và uốn, do nghiên cứu vẫn chưa đầy đủ nên (sẽ áp dụng sau khi có những tiến bộ mới trong nghiên cứu)
- Vì hiệu quả không đồng đều, nên không thể đơn giản cộng chúng lại được
Điểm thứ ba là quan trọng nhất.
Đối với nền đất cứng, lực cắt sẽ bắt đầu phát huy tác dụng ngay khi đất bắt đầu chuyển động.
Tuy nhiên, nếu nền đất mềm, thì lực uốn phải di chuyển một quãng khá xa mới bắt đầu phát huy tác dụng từ từ.
Hơn nữa, để lực uốn phát huy tác dụng, nền đất phía trước — nơi chịu lực ép từ cốt thép — cần phải biến dạng đáng kể đến mức có thể chống đỡ được.
Trong cuốn sách thậm chí còn viết rằng việc kỳ vọng vào hiệu ứng uốn cong ở những nơi không cho phép biến dạng là rất nguy hiểm.
Trong một số tài liệu hướng dẫn về công nghệ cắm cốt thép do các cơ quan chính quyền địa phương công bố, mặc dù có đề cập rằng các lực kéo, cắt và uốn được cho là tác động kết hợp với nhau, nhưng về nguyên tắc, việc đánh giá chỉ dựa trên lực kéo. (Có lẽ các tài liệu tham khảo chủ yếu là của Hiệp hội Kỹ thuật Địa kỹ thuật?)
Trong cùng cuốn hướng dẫn này cũng có ghi rõ rằng đối với nền đá, cần tiến hành kiểm tra cả về khả năng chịu cắt.
Vậy, khi nói đến “lực kéo” đó, các nhà thiết kế đang chú ý đến điều gì?
Điều được đề cập đến ở đây là,Hiệu ứng giữ chânとHiệu quả thắt chặtĐó là.
- Hiệu ứng giữ chân: Lực tác động ngược lại hoàn toàn với hướng mà vật đang có nguy cơ trượt xuống
- Hiệu quả thắt chặt: Lực ép lên bề mặt trượt nhằm tăng ma sát giữa các hạt đất
Nếu viết thành công thức thì như sau:
Lực giữ = T × cos β
Lực kẹp = T × sin β × tan φ
T là lực kéo của cốt thép, β là góc giữa cốt thép và mặt trượt, φ là góc ma sát nội tại của đất.
Hiện tại, chỉ cần ghi nhớ rằng “cos có tác dụng giữ lại, còn sin × tan có tác dụng siết chặt” là khi xem bản tính toán thiết kế, bạn sẽ có thể gật gù hiểu được.
Nhân tiện, phương pháp thi công cắm cốt thép không phải là phương pháp mà nguyên lý đã rõ ràng ngay từ đầu.
Theo báo cáo kỹ thuật của một công ty tư vấn địa chất tư nhân (năm 1999), trước những năm 1980, phương pháp này được gọi là “sashiki” và dường như được sử dụng vì lý do dù nguyên lý hoạt động chưa được làm rõ nhưng chắc chắn có tác dụng ngăn chặn sạt lở.
Sau đó, cùng với sự tiến triển của các thí nghiệm và nghiên cứu, người ta cho rằng đã hình thành tiêu chuẩn “1 cây trên 2m²”. (Theo báo cáo đó)
Nguyên tắc “1 cọc trên 2 m²” cũng được nêu trong hướng dẫn thiết kế dựa trên kinh nghiệm về công trình ổn định mái dốc.
Tuy nhiên, phương pháp thiết kế dựa trên kinh nghiệm này chỉ áp dụng cho các vụ sạt lở nông, có độ sâu khoảng 2m.
Và mặc dù quy tắc “1 cây trên 2m²” được coi như là kết quả của các thí nghiệm hay nghiên cứu, nhưng chính người đưa ra quy tắc này đã thừa nhận rằng đó chỉ là một con số tùy tiện, nên thực ra nó chỉ là tùy tiện mà thôi.
Tuy nhiên, đây chính xác là phương pháp dựa trên kinh nghiệm mà người ta thường nói “chỉ vì thế mà nó không còn trơn nữa” đấy, haha.
Vì đây là phương pháp thi công bắt nguồn từ quan niệm “không hiểu nguyên lý nhưng vẫn có hiệu quả”, nên đến nay vẫn còn tồn tại những lực chưa được tính đến. Đó có phải là hiệu ứng pinning không?。
Trong cùng bản báo cáo đó cũng có ghi rằng, miễn là hình dạng trượt được dự đoán là chính xác, thì chưa từng có trường hợp nào các công trình phòng ngừa đã thi công bị hư hỏng.
Mặt khác, trong tài liệu cũng đề cập rằng có nhiều trường hợp sạt lở xảy ra do đánh giá sai hình dạng của mặt trượt hoặc cách thức sụp đổ.
Nói cách khác, phần không được tính vào chỉ đơn thuần là “bảo hiểm bổ sung” mà thôi.
Nói cách khác, đó cũng là một kiểu thiết kế quá mức, nhưng nhờ vậy mà có những trường hợp chúng ta đã được cứu nguy đấy (phong cách thiết kế của Nhật Bản: “bảo hiểm chồng bảo hiểm”)
Lực kéo cho phép được xác định bởi khối đất di chuyển và khối đất cố định | T1pa và T2pa là gì?
Vậy, khả năng chịu lực kéo của một thanh cốt thép phụ thuộc vào yếu tố nào?
Cốt thép cắm vào hai lớp đất, vượt qua mặt trượt. (Đây chỉ là giả định)
Vì vậy, có hai kiểu hỏng hóc.
- Rút ra: Cốt thép bị tuột ra khỏi khối đất cố định và sụp đổ cùng với khối đất di chuyển
- Khoảng trống ở giữa: Mặc dù cốt thép vẫn còn nguyên vẹn, nhưng đất vẫn lọt qua khe hở giữa các thanh cốt thép và khiến công trình sụp đổ
Ngay cả trong các hướng dẫn kỹ thuật về biện pháp xử lý sườn dốc, việc thiết kế cũng đã tính đến hai hình thức hư hỏng này.
Để đề phòng hai trường hợp hỏng hóc này, thiết kế sẽ kiểm tra ba giá trị sau đây.
- T2pa: Khó tháo rời phần khối đất không di chuyển
- T1pa: Khó bị tuột ra ở phía khối đất di chuyển
- Tsa: Độ bền của chính thanh cốt thép
T1pa và T2pa được gọi là “khả năng chịu lực kéo cho phép” trong sách.
Đây là con số cho biết “dù bị kéo với lực lên đến bao nhiêu kN thì nó cũng không bị tuột ra”.
T2pa là gì? | Tính “khó bong tróc” của khối đất không bị xói mòn
Hãy tưởng tượng cảnh cắm cây hành vào ruộng rồi nhổ lên.
Càng cắm sâu thì càng khó rút ra, phải không?
Đất càng cứng thì thứ này càng khó nhổ ra.
T2pa cũng dựa trên cùng một cách tiếp cận này.
T2pa = L2 × Tpa
L2 là chiều dài của cốt thép nằm trong khối đất không lún, Tpa là độ khó rút ra trên mỗi mét cốt thép.
Tpa được xác định dựa trên giá trị thấp hơn trong hai giá trị sau đây.
- Lực bám dính giữa cốt thép và vữa (độ bám dính)
- Lực ma sát giữa vữa và nền đất
Hãy xem xét một ví dụ.
Giả sử chúng ta sẽ đổ cốt thép dài 3m.
Nếu thiết kế mặt trượt ở độ sâu 1,0m, thì chiều dài cốt thép đi vào khối đất không bị dịch chuyển là 2,0m.
Nếu mặt trượt thực tế có độ sâu 1,5 m, thì chiều dài cốt thép đi vào khối đất không trượt sẽ là 1,5 m.
Nếu điều kiện địa chất giống nhau, T2pa sẽ giảm từ 2,0 m xuống còn 1,5 m, tức là giảm 75%.
Do thanh cốt thép được cắm chéo nên con số thực tế sẽ khác một chút.
Chỉ cần nắm được cách suy nghĩ là được.
Trong công thức được nêu trong sách, chỉ có lực bám dính và lực ma sát xung quanh thanh cốt thép được đưa vào tính toán.
T1pa là gì? | Tính “khó tuột ra” của khối đất di chuyển
Về phía khối đất bị dịch chuyển, do chiều dài phần có cốt thép ngắn nên nếu chỉ xét riêng khu vực xung quanh cốt thép, độ khó trượt ra tất nhiên sẽ thấp hơn. (Dễ trượt ra)
Do đó, chúng ta sẽ tính đến lực (T0a) mà tấm đế và công trình gia cố mặt dốc tác dụng lên để giữ đất.
Mặt dốc càng cứng thì lực nén này càng lớn.
Trong hướng dẫn này, dựa trên cách tiếp cận về tiêu chuẩn đường cao tốc, các con số dưới đây (hệ số giảm độ dốc μ) được nêu ra cho từng loại công trình gia cố taluy.
| Các loại công trình gia cố taluy | Mức tham khảo của μ |
|---|---|
| Kỹ sư cảnh quan | 0 |
| Thợ phun bê tông | 0,2–0,6 |
| Thợ làm khung dán | 0,7–1,0 |
| Công trình tường chắn (loại tấm liên tục) | 1.0 |
Con số càng lớn thì càng có thể dự đoán rằng khối đất di chuyển sẽ càng khó bị trôi đi.
Trong sách, khi sử dụng các bức tường cứng và liên tục như tường chắn, phía có khối đất dịch chuyển sẽ được coi là không bị trượt ra ngoài.
Trong Hướng dẫn về công tác ổn định mái dốc cũng nêu rõ rằng nếu sử dụng công nghệ gia cố mái dốc có hiệu quả tương đương hoặc cao hơn công nghệ khung phun bê tông, thì có thể bỏ qua việc đánh giá phía khối đất dịch chuyển.
Tuy nhiên, trong tài liệu có ghi rõ rằng ngay cả với công trình tạm thời cũng cần phải tính toán kỹ lưỡng về tính ổn định.
Lực kéo cho phép được xác định bởi giá trị nhỏ nhất trong ba giá trị đó
Lực kéo cho phép của một thanh cốt thép được xác định bởi giá trị nhỏ nhất trong ba giá trị sau đây.
- Độ bền của chính thanh cốt thép (Tsa)
- Độ khó thoát ra của khối đất di chuyển (T1pa + T0a)
- Độ khó tháo rời của khối đất không di chuyển (T2pa)
Khi sử dụng các công trình gia cố mặt dốc cứng như khung phun bê tông hoặc tường chắn, giá trị này được xác định bởi hai yếu tố, không tính đến phía khối đất bị dịch chuyển.
Hãy tưởng tượng một sợi dây xích gồm ba vòng nối liền nhau.
Khi kéo, sợi dây sẽ đứt ở chỗ yếu nhất, phải không?
Độ bền của cả chuỗi phụ thuộc vào độ bền của mắt xích yếu nhất.
Cũng giống như thế này.
Vì vậy, ngay cả khi chỉ tăng cường độ của một trong ba yếu tố đó, nếu các yếu tố còn lại yếu thì lực kéo cho phép cũng sẽ không tăng lên.
Ví dụ, nếu thiết kế cho rằng lực kéo của khối đất không di chuyển (T2pa) là nhỏ nhất, thì dù có tăng cường độ của chính cốt thép (Tsa) đi chăng nữa, lực kéo cho phép cũng sẽ không tăng lên.
Tuy nhiên, T2pa không phải lúc nào cũng là yếu nhất.
Vòng nào yếu nhất sẽ khác nhau tùy theo từng hiện trường.
Khi xem bản thiết kế, nếu biết được trong ba yếu tố này thì yếu tố nào là nhỏ nhất, bạn sẽ có cảm giác như mình đã hiểu được một chút (w) (Ban đầu thì chỉ cần thế là đủ rồi).
Phần đầu và công trình gia cố mái dốc hỗ trợ hiệu ứng pinning | Vai trò của tấm chịu áp lực
Để que xiên có thể phát huy tác dụng như một chiếc que xiên, cần phải giữ chặt phần đầu lại.
Trong tài liệu tham khảo của cuốn sách có đăng tải các thí nghiệm mô hình trong điều kiện các khối đất di chuyển lỏng lẻo.
Nếu đầu thanh cốt thép không có tấm chống ép, đầu thanh cốt thép sẽ xoay và lún sâu vào đất.
Khi có tấm chống lực, cốt thép sẽ uốn cong đồng thời giữ vững vị trí.
Nói cách khác, chỉ khi được cố định ở đầu thì thanh cốt thép mới có thể đóng vai trò như một chiếc xiên để chịu được lực tác động từ bên hông.
Ngay cả với dây thép hay lưới thép, người ta cũng cho rằng chúng có tác dụng hạn chế sự xoay chuyển của đầu thanh cốt thép và giữ lại các khối đất (tác dụng giữ đất).
Mặc dù điều này đã được xác nhận qua các thí nghiệm, nhưng dường như vẫn chưa đến mức có thể đánh giá bằng con số.
Tuy nhiên, cá nhân tôi thì nghĩ rằng kích thước thực tế của tấm chịu lực khoảng 30 cm × 30 cm là đủ rồi (cười).
Trong quá trình thi công phần đầu cũng có những quy định nhất định nhằm phát huy hiệu quả của phương pháp ghim.
Trong hướng dẫn có ghi như sau:
- Đai ốc không phải là bộ phận dùng để tạo lực căng như neo đất. Tuy nhiên, cần siết chặt bằng tay cho đến khi chắc chắn để tránh bị lỏng.
- Mức lực siết khuyến nghị là khoảng 50% lực kéo thiết kế, đo bằng cờ-lê mô-men xoắn. (Cách tính này chưa thực sự hợp lý và đôi khi mô-men xoắn có thể thấp hơn mức cần thiết)
- Vữa xi măng có độ chảy cao và dễ hình thành các khoảng trống ở miệng lỗ, do đó cần dùng vữa trộn đặc để lấp đầy. Nếu để các khoảng trống này tồn tại, nền đất xung quanh miệng lỗ có thể bị lỏng lẻo hoặc cốt thép có thể bị rỉ sét. (Việc lắp ống bọc sẽ tạo ra khoảng trống, do đó đây là rủi ro thuộc trách nhiệm của nhà sản xuất)
Những phần quan trọng mà giám sát công trường cần lưu ý | Cần xem xét kết hợp với thiết kế
Độ sâu của bề mặt trượt chỉ là con số ước tính dựa trên các cuộc khảo sát như khoan thăm dò hay sử dụng máy đo biến dạng ống, với nhận định “có lẽ là khoảng này” (dù đôi khi cũng có trường hợp kết quả rất rõ ràng w).
Không ai biết vị trí thực sự của nó là ở đâu.
Thực tế, ngay cả khi đang khoan vào lớp đất bề mặt mỏng, người ta hầu như không thể cảm nhận được sự thay đổi về tính chất của đất qua cảm giác khi khoan.
Vì vậy, đây chính là phần quan trọng nhất trong quá trình thi công tại công trường.
- Khoan lỗ theo vị trí, góc độ và chiều dài đã thiết kế
- Phun vữa vào từ đáy một cách chắc chắn với tỷ lệ pha trộn chính xác
- Thực hiện xử lý phần đầu một cách chính xác
Thực ra, ba yếu tố này chính là những nội dung đã được đề cập trực tiếp trong phần nói về T2pa và T1pa vừa rồi.
Chiều dài lỗ khoan là “L2” của T2pa.
Chất lượng việc bơm sẽ ảnh hưởng đến chỉ số “Tpa” – mức độ khó bị rò rỉ trên mỗi mét cốt thép.
Phần đầu bao gồm “T0a” ở phía khối đất di chuyển và phần nền tạo ra hiệu ứng ghim.
Khi liên hệ điều này với công tác thiết kế, việc giải thích cho các đạo diễn trẻ câu hỏi “Tại sao lại chú ý đến điểm này?” sẽ trở nên dễ dàng hơn.
Không thể nhận biết bằng mắt thường mức độ khó tuột ra của từng thanh cốt thép đã được đóng vào.
Do đó, sẽ có cuộc kiểm tra nghiệm thu sản phẩm rút ra.
Theo hướng dẫn, cần chọn ngẫu nhiên 3% tổng số thanh, với số lượng tối thiểu là 3 thanh, để thử tải đến mức lực kéo thiết kế và tiến hành kiểm tra.
Có người nói thế, nhưng nói thật thì cái này cũng tuyệt đối không thể tháo ra được, và cốt thép thì cũng không thể kéo dài ra được đâu (cười)
Điều đang giãn ra chính là sự lỏng lẻo của bộ nối (haha) (Trước đây không có việc kiểm tra này...)
Dù đã viết dài dòng về những điều khá phức tạp, nhưng tôi đã cố gắng giải thích nội dung của bản thiết kế đồng thời đề cập đến hiệu ứng ghim (hiệu ứng cọc).
Tôi sẽ viết ngắn gọn nhé.
Chỉ đơn giản là khi cắm các thanh cốt thép cứng hay cọc vào nền đất mềm thì toàn bộ nền đất sẽ trở nên vững chắc hơn thôi w
Tôi đã thử viết những điều này dù thấy hơi phiền phức.
Gần đây, nhờ có sự trợ giúp của trí tuệ nhân tạo (AI) nên những bài viết mà tôi viết một cách cẩu thả cũng được chỉnh sửa cho gọn gàng hơn.
Chỉ là, dài quá...
Hẹn gặp lại nhé.
