NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ VÀ TUỔI THỌ CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ CỐT QUA CÁC KỊCH BẢN ĂN MÒN CỐT THÉP

THE BEHAVIOUR AND SERVICE LIFE RESEARCH OF MECHANICALLY STABILIZED EARTH WALL THROUGH REINFORCING STEEL CORROSION SCENARIO

Phạm Văn Lim (Đại Học Đông Á), Châu Trường Linh (Đại Học Bách Khoa-Đại Học Đà Nẵng)

TÓM TẮT

Bài báo giới thiệu các kịch bản ăn mòn cốt thép khi xây dựng tường chắn đất có cốt (MSE) ở các điều kiện địa chất, thủy văn và tình trạng nền-mặt đường khai thác khác nhau xảy ra trong thực tế. Mô phỏng sự ăn mòn lưới cốt thép khi tận dụng thép xây dựng CT5 với các tỉ lệ triết giảm tiết diện 0-5-10-15-20-25-30-35-40-50-60% để xác định lực kéo đứt và độ dãn dài còn lại tương ứng. Từ đó, dùng phần mềm FLAC với mã nguồn mở để mô phỏng các kịch bản ăn mòn cốt thép tường MSE. Các kết quả về sự vận động thoái hóa của ứng suất - biến dạng - chuyển vị theo thời gian sẽ đánh giá được tuổi thọ công trình. Bài báo đưa ra những cảnh báo về sự phá hủy của tường MSE ở cuối giai đoạn làm việc ổn định, với mục đích nâng cao tính an toàn khi khai thác công trình và đề xuất các giải pháp nâng cao tuổi thọ tường MSE.

Từ khóa: Tường chắn đất có cốt, giảm tiết diện, tỉ lệ ăn mòn, thoái hóa, tuổi thọ.

ABSTRACT

This article introduces scripts of steel corrosion in the reality when we built mechanically stabilized earth wall in the different conditions of geology, hydrology and in the different operating processes of pavement and base. The study simulates steel corrosion when we utilize CT5 graded steel as mesh reinforcement with decreasing ratio of cross section 0-5-10-15-20-25-30-35-40-50-60% to define breaking tension and appropriate strain. From that point, we use FLAC software with open source code to simulate scripts of steel corrosion of MSE wall. The results of degradation process of stress-strain-displacement according to the time are used to evalute longevity of building. This article gives warnings of degradation to MSE wall in the end of stable working period to enhance safety in the operating process and propose the solutions to improve longevity of MSE wall.

Keywords: mechanically stabilized earth wall, reduced section, corrosion ratio, degeneration, service life.

1. Đặt vấn đề

Tường chắn đất gia cường bằng các thanh cốt bằng thép hoặc lưới thép đã được sử dụng cho các công trình xây
dựng trên thế giới từ hàng chục năm nay. Tuy nhiên một vấn đề quan trọng đặt ra đối với các thanh cốt thép là sự ăn mòn hóa học và điện hóa. Từ các kết quả khảo sát về sự hư hỏng của tường chắn thực tế bởi sự ăn mòn cốt, qua sự phân tích của các chuyên gia về hiệu ứng ăn mòn trên ứng xử của tường cho đến giai đoạn phá hoại [4]. Có thể thấy, một số công trình bị sụp đổ, hư hỏng nghiêm trọng do sự ăn mòn cốt trên toàn bộ chiều dài cốt và tại vị trí nối giữa tấm bê tông mặt tường và cốt thép. Vì vậy, việc xem xét mô phỏng các trường hợp ăn mòn khi xây dựng công trình trong thực tế để đánh giá tuổi thọ công trình là hết sức cần thiết.

2. Bình luận các kết quả đạt được

• Ở giai đoạn đầu đưa vào sử dụng, chuyển vị của vỏ tường gần như không đổi, chỉ đến khi cốt thép bị ăn mòn làm giảm khả năng kéo, đến khi một lớp cốt nào đó nhỏ hơn khả năng chịu kéo trong cốt thì cốt sẽ bị đứt, tường xem như phá hoại. Trong suốt các năm tính toán, quan sát luôn có sự phân bố lại ứng lực kéo trong cốt khi các lớp cốt bị ăn mòn theo thời gian, điều này làm cho tường biến dạng nhưng vẫn chưa sụp đổ.  
• Sau quá trình xây dựng và đưa vào sử dụng là điểm thời gian chuyển vị của tường  chắn lớn nhất trước khi đến giai đoạn phá hủy. Nhằm tăng tính thẩm mỹ của tường chắn khi thi công ta thi công phần tường hơi nghiêng vào so với mặt phẳng thẳng đứng 4,548cm để sau xây dựng và đưa công trình vào sử dụng tường có xu hướng chuyển vị ra 4,548cm là phần tường sẽ thẳng.
• Lực kéo trong cốt phân bố không đều: Trong từng lớp cốt lực kéo lớn nhất ở vùng ứng suất lớn và giảm dần về 2 đầu cốt thép; Các lớp cốt bên dưới chịu lực kéo lớn hơn so với các lớp cốt bên trên; Ở vùng có tốc độ ăn mòn lớn do tác động xâm thực ẩm thì khả năng chịu kéo sẽ giảm do bị ăn mòn lớn và bị đứt cốt làm cho tường sụp đổ.
• Tuổi thọ tối đa tường MSE theo kịch bản ăn mòn 1 là lớn nhất (181 năm), theo kịch bản ăn mòn 4 là nhỏ nhất (27 năm). Vì vậy khi xây dựng công trình ven biển, cần bố trí cốt thép có đường kính lớn hơn, chiều dày lớp mạ kẽm lớn hơn và nhiều thanh hơn để nâng cao tuổi thọ công trình ven biển.
• Tốc độ biến dạng ở những năm cuối trước khi công trình bị phá hủy ở kịch bản 2 và 4 là rất lớn. Cần đặc biệt lưu ý khi khai thác tường MSE theo các kịch bản này vì để trách được yếu tố bất ngờ khi tường sụp đổ.
• Cần tăng số lượng cốt thép hoặc dùng cốt thép có đường kính lớn hơn ở những vị trí tốc độ ăn mòn lớn để nâng cao tuổi thọ của tường.