Vật Liệu Địa Kỹ Thuật Tổng Hợp trong Xây Dựng Đường Sắt

Có rất nhiều vấn đề địa kỹ thuật xây dựng đường sắt ảnh hưởng đến việc thi công và bảo trì cơ sở hạ tầng đường sắt. Tất cả các tuyến đường sắt đều được xây dựng bên trên, cắt qua hoặc xuyên qua đất đá. Nền đường sắt được xây dựng từ đất tự nhiên và lớp móng đường sắt được xây dựng từ các loại cốt liệu tự nhiên. Tình trạng và đặc tính của các loại vật liệu này sẽ ảnh hưởng đến quá trình xây dựng và hiệu suất vận hành lâu dài của tuyến đường sắt.

Giải pháp thiết kế địa kỹ thuật ban đầu không đáp ứng và đảm bảo yêu cầu cần thiết, nhiều vấn đề nghiêm trọng sẽ phát sinh. Nguyên nhân có thể là do thiếu kiến thức, hiểu biết sai lầm, điều kiện đất thay đổi do tác động của biến đổi khí hậu hoặc tải trọng tăng lên. Vì vậy, các công ty đường sắt trên toàn thế giới phải đối mặt với việc sửa chữa nền đường tốn kém và gây gián đoạn, bảo trì đường sắt lặp đi lặp lại hoặc thậm chí phải tái thiết. Ngoài ra, vẫn còn nhiều trường hợp phải giới hạn tốc độ chuyến tàu do biến dạng hình học đường ray và hiện tượng lệch đường ray. Sự gián đoạn đó làm ảnh hưởng đến hành khách, các đơn vị vận hành tàu cũng như chủ sở hữu mạng lưới đường sắt.

Để giảm thiểu tình trạng này, ngày càng nhiều công ty đường sắt trên thế giới đang kết hợp các giải pháp sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp vào cơ sở hạ tầng của họ để giải quyết các vấn đề liên quan đến địa kỹ thuật, cả trong giai đoạn xây dựng ban đầu và trong các công tác cải tạo và bảo trì. Trong nội dung trao đổi này, chúng ta sẽ cùng khám phá các giải pháp này là gì, các lĩnh vực mà chúng được áp dụng  và những lợi ích to lớn mà chúng mang lại.

 Tensar đã phát triển các giải pháp lưới địa kỹ thuật nhằm giải quyết một số vấn đề địa kỹ thuật trong kỹ thuật đường sắt. Các giải pháp này bao gồm ổn định nền đường sắt, móng đường trên nền đất yếu, mố cầu gia cố đất và nền đắp có độ dốc đứng.

Looking for something in particular? If so, use the links below, otherwise let’s jump straight in!


Bạn đã sẵn sàng áp dụng các giải pháp địa kỹ thuật để xây dựng công trình đường sắt bền vững và lâu dài hơn chưa?

Liên hệ ngay tại đây
Cta Image

Các thách thức địa kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và bảo trì đường sắt

Ưu tiên hàng đầu của các kỹ sư đường sắt chính là thiết kế và xây dựng các tuyến đường sắt an toàn hơn, tốt hơn, bền vững hơn, tiết kiệm hơn, và có sự bền bỉ lâu dài hơn khi phải đối mặt với các điều kiện môi trường thay đổi. Các cơ quan quản lý đường sắt đang duy trì các mạng lưới đường sắt hiện có đều buộc phải tìm cách rút ngắn khoảng cách ngày càng lớn giữa nhu cầu bảo trì luôn gia tăng và ngân sách eo hẹp, bên cạnh việc giải quyết thách thức cấp bách về biến đổi khí hậu và mục tiêu giảm phát thải carbon. Do đó, họ cần các giải pháp có tính bền vững cao hơn nữa, giảm thiểu nhu cầu bảo trì thường xuyên, hay gây gián đoạn vận hành.

Cơ sở hạ tầng đường sắt, cũng như mọi công trình hạ tầng khác, đều bắt đầu từ nền đất. Các kỹ sư địa kỹ thuật đường sắt phải giải quyết hàng loạt vấn đề khác nhau. Đường sắt không giống với các loại đường giao thông thông thường khác, nó cần tránh các độ dốc lớn. Điều này đòi hỏi khối lượng đào đắp lớn hơn, các hố đào sâu hơn xuyên qua đất đá, và các nền đắp cao hơn để duy trì độ dốc phù hợp. Các vị trí giao cắt với sông và đường giao thông khác đòi hỏi phải có nhiều công trình kỹ thuật lớn như cầu, cầu cạn và hầm. Mỗi loại công trình này đều đặt ra những thách thức địa kỹ thuật riêng.

Kỹ sư địa kỹ thuật đường sắt cũng tiếp tục gặp phải nhiều thách thức khi xây dựng nền móng đường sắt ở trên mặt đất, ví dụ như thách thức về khả năng chịu tải, độ lún và thoát nước đều cần được giải quyết. Các thông số của nền đất và đặc tính vật liệu lớp nền tại thời điểm thi công cần được xác định rõ và xem xét đến khả năng thay đổi của chúng trong suốt vòng đời tuyến đường sắt.

Chúng ta sẽ còn đề cập các vấn đề địa kỹ thuật đường sắt này trong bài viết, nhưng trước tiên hãy bắt đầu với lớp nền đường sắt.

 

Andrew đến thăm tuyến đường sắt nổi tiếng tại Hà Nội, Việt Nam để trao đổi về các bộ phận khác nhau của lớp nền đường sắt.

Các vấn đề địa kỹ thuật của lớp nền đường sắt

Thông thường, đường sắt bao gồm đường ray và tà vẹt, được đỡ bởi các lớp đá ba lát và đá ba lát phụ nằm trên lớp đất nền. Đường ray trên các tuyến đường sắt tốc độ cao đôi khi được xây dựng trên nền bê tông, khi đó đường ray được đặt trên các miếng đệm – được gọi là 'đường ray bản bê tông'. Với các phương pháp truyền thống, việc sử dụng lớp đá ba lát và đá ba lát phụ là điều cần thiết vì chúng kết hợp để phân bố tải trọng xuống lớp đất nền, vốn phải có khả năng chịu tải đủ để nâng đỡ các tải trọng động khi tàu chạy qua. Thông thường, lớp đá ba lát có chiều dày khoảng 300 mm, còn chiều dày của lớp đá ba lát phụ sẽ phụ thuộc vào cường độ của lớp đất nền bên dưới.

Vậy thì… những thách thức chính là gì?

Biến dạng, lún và suy giảm chất lượng lớp đá ba lát

Theo thời gian, lớp đất nền, lớp đá ba lát chính và phụ sẽ bị biến dạng và lún dưới tác động của chu kỳ tải trọng liên tục, dẫn đến biến dạng hình học đường ray và lệch phương dọc hoặc ngang của đường ray. Nếu mức độ nghiêm trọng cao thì buộc phải áp dụng giới hạn tốc độ, làm ảnh hưởng đến hoạt động hàng ngày và hiệu quả vận hành. Việc xới lại lớp đá ba lát và bổ sung đá ba lát mới có thể cải thiện cấu trúc hình học đường ray, nhưng nếu nguyên nhân chính là do đất nền yếu thì có thể cần phải có giải pháp khắc phục tổng thể. Cả việc bảo trì thường xuyên và phương án tái xây dựng đều gây gián đoạn đáng kể đối với việc cung cấp dịch vụ và phát sinh chi phí tốn kém.

Sự suy giảm của lớp đá ba lát, hay còn gọi là hiện tượng nhiễm bẩn đá ba lát, xảy ra khi các cốt liệu dạng hạt thô lớn bị nghiền vỡ thành các hạt nhỏ mịn hơn do tải trọng lặp đi lặp lại. Sự tích tụ các hạt nhỏ mịn này dẫn đến nhiều vấn đề nghiêm trọng trong dài hạn mà luôn đòi hỏi phải có giải pháp khắc phục, như giảm khả năng chịu tải và thoát nước. Một trong những hậu quả phổ biến nhất nhưng lại thường xuất hiện là sự hình thành các vùng 'nền ướt'; có thể hiểu là các khu vực nền đường sắt luôn bị thấm ướt do các hạt nhỏ mịn nhiễm bẩn làm tắc nghẽn khe rỗng giữa các cốt liệu đá ba lát lớn, khiến cản trở thoát nước. Mặc dù hoạt động xới lại lớp đá ba lát thường được áp dụng trong công tác bảo trì thông thường, nhưng cũng có những mối liên kết cho thấy tần suất xáo xới càng tăng lên sẽ dẫn đến lớp đá ba lát càng suy giảm/nhiễm bẩn.

Độ cứng nền đường sắt kém

Độ cứng của lớp nền đường sắt có ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng tổng thể của hệ thống đường ray. Độ cứng của đường ray ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất vận hành. Một số biến dạng dưới tải trọng đường ray là không thể tránh khỏi, và mức độ biến dạng này sẽ biểu thị sự phân bố tải trọng, do đó làm giảm ứng suất trong từng lớp. Tuy nhiên, nếu biến dạng quá lớn sẽ làm tăng ứng suất lên hệ thống đường sắt và gây ra hiệu ứng động lực học lên lớp đá ba lát, dẫn đến suy giảm chất lượng đường ray. Hình dạng, độ biến dạng và tuổi thọ của đường ray đều chịu ảnh hưởng từ độ cứng của nền đường ray.

Độ cứng của nền đường sắt là kết quả tổng hợp của tất cả các lớp hỗ trợ và do đó sẽ phụ thuộc vào đặc tính và độ dày của các lớp đá ba lát, đá ba lát phụ, lớp phủ hoặc lớp chắn, và lớp đất nền.

Sự biến đổi điều kiện nền đường sắt

Nền đất yếu vốn đã là một vấn đề nan giải, và sự thay đổi của điều kiện đất nền có thể làm trầm trọng thêm các thách thức có thể phải đối mặt. Nền đất thay đổi sẽ dẫn đến sức chịu tải không đồng đều của kết cấu đường sắt. Điều này dẫn hiện tượng lún lệch và mất liên kết đường sắt, từ đó kéo theo yêu cầu cải tạo hoặc bảo trì phức tạp, rất tốn kém và mất nhiều thời gian.

Phạm vi chuyển tiếp

Tại các phạm vi mà kết cấu đường sắt thay đổi đáng kể trên tuyến  ví dụ như chuyển tiếp từ nền móng cứng sang nền đá ba lát, thì đây được gọi là “vùng chuyển tiếp”. Ví dụ về nền móng cứng gồm đường sắt dùng bê tông, cống, mặt cầu hoặc nền ga. Tại các phạm vi chuyển tiếp, sự khác biệt về độ cứng và lún của nền móng sẽ gây ra nhiều thách thức cho kỹ sư đường sắt, bao gồm cả tình trạng tăng ứng suất lên các bộ phận của đường sắt, khuếch đại tải trọng động lên các kết cấu bên dưới, lún lệch, và gây khó chịu cho hành khách khi di chuyển.

Ứng dụng lưới địa kỹ thuật ổn định trong kết cấu nền đường sắt để cải thiện hiệu suất

Để tối ưu hóa hiệu suất, một mạng lưới đường sắt cần duy trì tốc độ ổn định và giảm thiểu gián đoạn dịch vụ do bảo trì. Chất lượng và độ bền của lớp nền đường sắt đóng vai trò then chốt không chỉ trong việc xác định tốc độ vận hành an toàn, mà còn trong việc giảm thiểu gián đoạn do bảo trì. Khi thiết kế lớp nền, cần xác định chính xác chiều dày lớp đá ba lát và lớp đá ba lát phụ để loại bỏ hoặc giảm thiểu các vấn đề đã nêu như giảm khả năng chịu tải của lớp nền đất, lún nền đường sắt, suy giảm lớp đá ba lát khi chịu tải trọng lặp liên tục, biến đổi lớp nền và đảm bảo sự êm ái khi tàu chạy qua các phạm vi chuyển tiếp.

Bằng cách thiết kế kết cấu nền đường sắt có khả năng chịu tải và độ cứng cao hơn thông qua giải pháp địa kỹ thuật (chẳng hạn như sử dụng lưới địa kỹ thuật ổn định trong kết cấu nền), thì chúng ta có thể kéo dài khoảng thời gian cần thiết giữa các đợt bảo trì. Ngoài ra, tình trạng suy giảm cường độ lớp đá ba lát và lún đường ray cũng được giảm thiểu, giúp duy trì tốc độ chạy tàu và kéo dài chu kỳ bảo trì, từ đó tiết kiệm chi phí, thời gian và giảm lượng khí thải carbon trong suốt vòng đời công trình.

Lớp nền đường sắt đang được lắp đặt lưới địa kỹ thuật phức hợp Tensar TX190L-GN (lưới kết hợp vải địa kỹ thuật không dệt phân cách) để ổn định lớp đá ba lát trên nền đất yếu.

Tensar có nhiều kinh nghiệm hỗ trợ kỹ sư trong việc thiết kế đáp ứng yêu cầu cụ thể của từng dự án, từ các tiêu chí đơn giản tuân theo tiêu chuẩn quốc gia đến Phân tích phần tử hữu hạn phức tạp về hiệu suất vận hành. Các phương pháp dựa trên nghiên cứu này đã được chứng minh rõ ràng và ứng dụng rộng rãi, mang lại lợi ích tài chính và sự bền vững, đồng thời tăng cường khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu.

Khả năng Phân tích phần tử hữu hạn mạnh mẽ với mô hình vật liệu Tensar Stabilised Soil Model (TSSM).

Ổn định lớp đá ba lát

Như đã nêu trong bài viết này, tải trọng động lặp lại trên lớp đá ba lát dẫn đến suy giảm hoặc xuống cấp của lớp đá ba lát, lún/biến dạng, và hiệu suất không đồng đều của lớp nền đường sắt về độ cứng và độ êm thuận khi tàu chạy,…

Cách thức ổn định cơ học lớp đá ba lát (thường bằng lưới có khẩu độ mắt lưới lớn phù hợp với cấp phối của đá ba lát) đã được chứng minh là làm giảm đáng kể sự dịch chuyển của cốt liệu đá trong phạm vi được gia cố, lèn chặt bởi lưới địa kỹ thuật.

Vị trí lắp đặt điển hình của lưới địa kỹ thuật ổn định lớp đá ba lát

Nghiên cứu "SmartRock" năm 2016 đã chứng minh mức độ giảm chuyển động này nhờ sử dụng lưới địa kỹ thuật ổn định của Tensar trong lớp đá ba lát chịu tải lặp theo chu kỳ. Việc hạn chế dịch chuyển này làm giảm suy thoái và xuống cấp của lớp đá ba lát, duy trì cường độ và khả năng thoát nước. Đồng thời giảm dịch chuyển lớp đá ba lát, giúp duy trì độ chính xác và ổn định của hình học đường sắt và giảm đáng kể tần suất bảo trì lớp đá ba lát. Cơ sở dữ liệu thực nghiệm cho thấy phương pháp này có thể kéo dài chu kỳ bảo trì lên đến gấp 3 lần, từ đó giảm chi phí toàn vòng đời về thời gian, chi phí và khí thải.


Nghiên cứu "SmartRock" đã chứng minh là lưới địa kỹ thuật ổn định cơ học sẽ giảm thiểu mức độ dịch chuyển của cốt liệu đá

Các kết cấu bên dưới nền đường sắt như cống, mặt cầu, hoặc phạm vi chuyển tiếp từ nền đường sắt dùng lớp đá ba lát sang nền đường dùng bản bê tông có thể tạo nên sự thay đổi độ cứng đột ngột, dẫn đến tình trạng mất ổn định hình học đường ray và giảm chất lượng di chuyển, làm hạn chế tốc độ vận hành.


Sử dụng lưới địa kỹ thuật ổn định để điều chỉnh độ cứng kỹ thuật phạm vi chuyển tiếp (ảnh bên phải)

Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách xây dựng một phạm vi chuyển tiếp được ổn định về mặt cơ học, kết hợp lưới địa kỹ thuật trong lớp đá ba lát, lớp đá ba lát phụ như đã thảo luận bên dưới (hoặc cả hai). Điều này cho phép thiết kế nền có độ cứng thay đổi có kiểm soát, giúp quá trình chuyển tiếp êm thuận, ổn định hơn, cải thiện chất lượng hành trình như đã ứng dụng thành công trong Dự án Tuyến đường nối khu vực Crewe Green.

Dự án tiêu biểu của Tensar: Dự án Crewe Green Link Road

Nhằm cho phép tàu hỏa đi qua tuyến đường nối mới mang tên Crewe Green Road Link, một cây cầu được xây dựng băng qua nền đắp đường sắt đã tồn tại từ trước, nhưng công trình này mang theo nguy cơ xảy ra lún lệch theo chiều dọc của tuyến đường sắt tại phạm vi chuyển tiếp giữa nền đắp mềm và mặt cầu cứng.

Đọc thêm tại đây
Cta Image

Ổn định lớp đá ba lát phụ

Điều kiện nền đất yếu dẫn đến sự gia tăng về độ biến dạng, ảnh hưởng độ chính xác và thậm chí có thể ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của lớp nền đất. Chức năng chính của lớp đá ba lát phụ là phân bố tải trọng xuống nền đất, tăng khả năng chịu tải, từ đó giảm thiểu nguy cơ phá hoại mất khả năng chịu tải và giới hạn độ biến dạng nền đường ray. Nền đất càng yếu, thì lớp đá ba lát phụ càng phải dày hơn để bảo đảm phân bố tải trọng thích hợp.

Do đó, việc gia tăng cường độ của lớp đá ba lát phụ hoặc nền móng thông qua các giải pháp địa kỹ thuật sẽ giúp làm tăng khả năng chịu tải, giảm độ lún và duy trì độ ổn định của đường sắt. Một phương pháp phổ biến là kết hợp lưới địa kỹ thuật vào lớp đá ba lát phụ, thường ở đáy lớp vật liệu dạng hạt này, và nếu cần thiết thì có thể bổ sung thêm nhiều lớp để đảm bảo hiệu quả ổn định cơ học.

Vị trí lắp đặt điển hình của lưới địa kỹ thuật ổn định lớp đá ba lát phụ

Việc này giúp giảm thiểu chiều dày lớp đá ba lát phụ, tiết kiệm chi phí thi công và nhu cầu vận chuyển cốt liệu đắt tiền. Tùy thuộc vào yêu cầu hiệu suất dự kiến của nền đường sắt, một hoặc nhiều lớp lưới địa kỹ thuật của Tensar có thể đáp ứng đủ nhu cầu chịu tải trong khi giảm thiểu lượng vật liệu ba lát phụ cần sử dụng.

Khi điều kiện nền đất biến đổi, độ cứng của nền đường sắt sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến lún không đều và biến dạng đường ray. Độ cứng của nền đường ray có tác động trực tiếp đến độ biến dạng của đường sắt khi chịu tải trọng, do đó việc gia cố cơ học lớp đá ba lát phụ hoặc nền móng sẽ giúp tăng độ cứng, cho phép tàu chạy ở tốc độ cao hơn mà không làm giảm tuổi thọ của kết cấu hạ tầng đường sắt. Giải pháp này cũng góp phần giảm thiểu sự biến đổi, đảm bảo độ ổn định nền đường ray nhất quán hơn và cải thiện chất lượng vận hành cho hành khách.

Dự án tiêu biểu của Tensar: Dự án Trung tâm Giao thông Belfast

Khi phải đối mặt với nền đất yếu và điều kiện nền thay đổi, cùng yêu cầu đảm bảo kỹ thuật không bảo trì trong 5 năm, nhóm kỹ sư phụ trách dự án Trung tâm Giao thông Belfast đã tiến hành các phân tích nền đường ray phức tạp để đảm bảo thiết kế đáp ứng tải trọng đường sắt tại độ sâu ảnh hưởng phù hợp.

Đọc thêm tại đây
Cta Image

Cải tạo nền đất

Trong một số trường hợp, nền đường đã được chuẩn bị, hay còn gọi là "lớp khuôn/đệm", sẽ được sử dụng trên nền đắp để cải thiện nền móng cho các lớp kết cấu đường sắt bên trên. Lớp đệm này cần đảm bảo đủ khả năng chịu tải để hỗ trợ thành phần các lớp đá ba lát chính và ba lát phụ của kết cấu đường ray. Một lớp bảo vệ chống băng giá/lớp lọc có thể được đặt dưới lớp đá ba lát phụ, kết hợp cùng với nhau để tạo thành những “lớp chắn”.

Các thông số kiểm soát chất lượng thường được đảm bảo trong quá trình thi công nền đường sắt sẽ bao gồm mô đun biến dạng (hoặc gọi là giá trị EV2) tại đỉnh của lớp nền/lớp đệm. Việc áp dụng lưới địa kỹ thuật ổn định Tensar vào bên kết cấu sẽ hình thành một lớp ổn định cơ học, cải thiện hiệu suất kết cấu bằng cách gia tăng khả năng lèn chặt và khóa giữ các hạt cốt liệu, giảm dịch chuyển, từ đó cho phép giảm chiều dày lớp đá mà vẫn đạt được các đặc tính hiệu suất cần thiết. Ngoài ra, có thể giữ nguyên chiều dày lớp đá và kết hợp sử dụng lưới địa kỹ thuật ổn định nhằm tăng giá trị mô đun biến dạng. Việc ổn định cơ học các lớp cải tạo nền đất cũng góp phần duy trì mô đun hình thành trong suốt vòng đời công trình chịu tải trọng tuần hoàn.

Trong tập này của Ground Coffee Blog, Andrew Lees đến thăm Nhà ga Trung tâm Belfast và tìm hiểu những thách thức khi thi công trên nền đất yếu cũng như các giải pháp và phương án thiết kế đổi mới được áp dụng cho dự án này

Các giải pháp địa kỹ thuật cho xây dựng đường sắt trên nền đắp

Các nền đất đắp được sử dụng để nâng cao độ của đường sắt so với mặt đất hiện hữu và tạo ra một tuyến đường êm thuận qua địa hình tự nhiên. Những nền đắp có độ dốc thay đổi cũng cần sử dụng để nâng cao độ của đường sắt tại các đoạn đường dẫn cầu vượt sông hoặc giao cắt với đường giao thông. Chúng là bộ phận thiết yếu của kết cấu hạ tầng đường sắt, tuy nhiên bản thân nền đắp đường sắt lại làm tăng áp lực lên lớp đất bên dưới. Chiều cao an toàn, tốc độ thi công và độ lún lâu dài của nền đắp đều bị ảnh hưởng bởi tính chất nền đất. Các kỹ sư địa kỹ thuật sẽ khảo sát điều kiện đất và xác định các thông số của lớp đất nền phục vụ cho thiết kế. Thông thường, nếu không có các giải pháp vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp, thì sẽ cần phải thay thế nền đất với chi phí đắt đỏ, đòi hỏi đào bỏ và thay thế một khối lượng lớn đất trên chiều dài tuyến đắp.

Trong đa số trường hợp, không cần thi công nền cọc mà thay vào đó cần sử dụng nền móng gia cố bằng vật liệu địa kỹ thuật để tăng khả năng chịu tải và ngăn ngừa sự cố mất ổn định trong quá trình thi công.

Tuy nhiên, nếu nền đất yếu hoặc xét thấy dự báo lún nhiều, có thể cần xây dựng lớp móng cho nền đắp. Trong một số trường hợp, chúng ta có thể sử dụng hệ thống cọc hoặc cột vật liệu rời như kết cấu Geopier Rammed Aggregate Pier® (RAP) để xử lý đất yếu và loại bỏ nguy cơ lún trong tương lai. Kết cấu này có thể kết hợp với một sàn công tác phân bố tải trọng được gia cố bằng lưới địa kỹ thuật, ví dụ như Tensar Basetex, nhằm truyền tải trọng vào các cột gia cố.


Dự án tiêu biểu của Tensar: Nền đắp cầu vượt đường sắt tại Green Lane

Để giảm diện tích chiếm đất của nền đắp phục vụ cho cầu đường vượt đường sắt, tại khu vực Special Scientific Interest (SSSI), Tensar đã thiết kế và cung cấp giải pháp kết cấu TensarTech GreenSlope.

Đọc thêm tại đây
Cta Image

Trên nền đất rất yếu, chúng ta có thể lắp đặt đệm móng trên mặt đất tự nhiên, thường là bên trong phần nền đắp.

 Andrew Lees trình bày một thí nghiệm đơn giản minh họa lợi ích của kết cấu tầng đệm đáy ô lưới làm từ vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp.

Các kết cấu đệm móng như vậy có nhiều ưu điểm, bao gồm:

  • Cung cấp sự ổn định cho nền móng mà không cần móng cọc hoặc các biện pháp cải tạo đất nào khác 
  • Loại bỏ hoặc giảm thiểu các yêu cầu đào bóc và thay thế đất yếu 
  • Giảm thiểu độ lún cục bộ (parabol) của nền đất, thay vào đó là độ lún đồng đều và được kiểm soát
  • Cho phép cố kết nhanh hơn và do đó rút ngắn thời gian thi công
  • Tạo mặt bằng cho thiết bị thi công di chuyển trên nền đất yếu

Thi công kết cấu tầng đệm đáy TensarTech Stratum để hỗ trợ nền đắp đường dẫn đầu cầu tại Šenkvice, Slovakia       

Việc sử dụng kết cấu tầng đệm đáy không chỉ giới hạn trong kết cấu nền đắp cho đường sắt; Kết cấu Tensar Stratum cũng đã được sử dụng trong Dự án Đường nối Robroyston như chi tiết dưới đây.

Dự án tiêu biểu của Tensar: Dự án Đường nối Robroyston

Đối mặt với đoạn nền đắp dài 580m đi qua nền đất rất yếu, bao gồm nhiều khu vực tập trung lớp đất than bùn, đòi hỏi một giải pháp để giảm nguy cơ lún lệch trên tuyến đường mới nối từ Ga Đường sắt Robroyston đến đường cao tốc M80 và một khu đô thị lớn.

Đọc thêm tại đây
Cta Image

Các kết cấu gia cố đất trong công trình đường sắt

Khi các dự án hạ tầng đường sắt ngày càng phải đối mặt với nhiều thách thức hơn, bao gồm điều kiện địa hình phức tạp, nền đất yếu, tải trọng đoàn tàu gia tăng, cùng với yêu cầu tối ưu chi phí vòng đời của toàn ngành công nghiệp, thì những phương pháp truyền thống như tường chắn đất từ bê tông cốt thép đã không còn được đề cao như trước nữa.

Phần dưới đây trình bày một số phương án mà các giải pháp gia cố đất có thể là lựa chọn thay thế khả thi.

Cải thiện ổn định mái dốc - một vấn đề quan trọng về địa kỹ thuật trong xây dựng đường sắt

The stability of embankment slopes is crucial for railway engineering. Slow movement of railway embankments will affect track alignment, and total slope failure can close a railway line for many weeks or months. Geotechnical engineers are increasingly frequently needing to deal with risks arising from shallow and complete slope failures. Slope stability is influenced by soil properties, the slope geometry, and by the movement of water. The effects of climate change on rainfall can have a major long-term impact. Fortunately, there are geotechnical engineering solutions to improve slope stability and improve the climate change resilience of railways.

Ổn định mái dốc của nền đắp là yếu tố then chốt trong công trình đường sắt. Sự chuyển vị chậm của nền đắp sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của tim đường, sự cố với mái dốc có thể khiến tuyến đường sắt phải ngừng hoạt động trong nhiều tuần hay nhiều tháng. Các kỹ sư địa kỹ thuật ngày càng phải thường xuyên xử lý các rủi ro liên quan đến sạt cục bộ mái dốc hoặc trượt sập toàn bộ. Độ ổn định của mái dốc chịu ảnh hưởng từ đặc tính của đất, hình dạng mái dốc và dòng thấm. Biến đổi khí hậu làm gia tăng lượng mưa, gây ảnh hưởng dài hạn nghiêm trọng. May mắn là vẫn có các giải pháp địa kỹ thuật để cải thiện ổn định của mái dốc và giúp đường sắt tăng khả năng chống chịu trước tác động của biến đổi khí hậu.

Các hiện tượng sạt trượt cục bộ của mái dốc có thể được ngăn chặn bằng cách gia cường mái dốc bằng cọc bản thép, ví dụ như sử dụng kết cấu Công nghệ gia cố mái dốc (SRT) của Geopier  – một giải pháp hiệu quả về chi phí cho việc gia cường cả mái dốc mới và mái dốc đang bị trượt. Các cọc bản được bố trí gần nhau tạo thành hàng rào ngang, trong đó vòm đất qua các bản thép, hình thành tuyến kháng lực liên tục chống lại việc mái dốc bị chuyển vị và trượt xuống.

Kết cấu gia cường mái dốc (SRT) của Geopier có thể được lắp đặt tại chỗ để ổn định các sự cố mái dốc

Với những mái dốc đã bị trượt, lớp đất đã trượt có thể được đào bỏ và tái đắp lại, kết hợp cùng lớp lưới địa kỹ thuật và hệ thống thoát nước bổ sung nhằm tăng độ ổn định và ngăn bị trượt lại. Đây là phương án giải quyết nhanh chóng và tránh việc phải vận chuyển nhiều vật liệu đến và đổ thải từ công trường.

Giảm diện tích chiếm dụng bởi kết cấu bằng các mái dốc đứng hơn

Khi nền đắp tăng chiều cao nhưng giữ nguyên độ dốc bề mặt, đáy của nền đắp sẽ phải mở rộng ra, dẫn đến chiếm dụng thêm nhiều diện tích. Trong một số trường hợp, điều này có thể lấn ranh giới công trình, cơ sở hạ tầng, tài sản hiện hữu khác. Một giải pháp địa kỹ thuật có thể áp dụng là tăng độ dốc của bề mặt cần đắp, nhưng phương án này sẽ làm giảm độ ổn định bên trong nền và có thể gây ra mất ổn định và gây trượt tức thì.

Một giải pháp phổ biến là sử dụng vật liệu địa kỹ thuật để thiết kế kết cấu gia cường đất của mái dốc. Bằng cách bố trí các lớp lưới địa kỹ thuật xen kẽ trong lớp đất đắp, độ ổn định bên trong mái dốc sẽ được tăng lên đáng kể. Với kỹ thuật này, nền đắp đường sắt có thể được xây dựng với góc nghiêng lên đến 70°. Tensar có hai giải pháp cho việc xây dựng mái dốc đứng: Một là TensarTech Greenslope cho mái dốc lên đến 70°, và hai là TensarTech NaturalGreen cho mái dốc thoải hơn, đến 45°.

Một ví dụ cho việc áp dụng kết cấu nói trên là dự án Trạm dừng tàu Murrayfield ở Edinburgh, nơi kết hợp kết cấu Tensar Greenslope và tường chắn đất có cốt dạng khối bê tông TW3 để bảo vệ mái dốc.

Tensar Case Study: Edinburgh Tram Link

Tensar’s reinforced soil solutions enabled lightweight expanded clay aggregate fill to be used to build the reinforced soil structures between bridges that carry the tram route over roads and a river. 

Read more
Cta Image

Kết cấu tường chắn cho đường sắt giúp thi công nhanh hơn và rẻ hơn

Kết cấu tường chắn là thành phần cơ bản của hạ tầng đường sắt, đóng vai trò bảo vệ hai bên đường sắt và chịu tải trọng từ kết cấu đường sắt phía trên. Kết cấu tường chắn còn đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong bối cảnh đường sắt hoạt động tại các khu vực cần phân tầng cao độ giao thông, trong điều kiện diện tích chật hẹp như tại thành phố đông đúc.

Trước đây, tường chắn thường làm bằng cọc thép, đá xây hoặc bê tông cốt thép chịu lực. Tuy nhiên, đá xây và bê tông đều yêu cầu nền móng lớn, kéo theo yêu cầu móng cọc hoặc đào sâu. Ngày nay, kỹ sư địa kỹ thuật có thể áp dụng các giải pháp sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp, như tường chắn đất gia cường bằng lưới địa kỹ thuật. Các kết cấu này sử dụng kỹ thuật đất gia cường nhằm tạo ra tường chắn vừa tiết kiệm chi phí, đẩy nhanh tiến độ thi công và giảm thải lượng phát thải carbon. Nhiều trường hợp thậm chí còn không cần thi công nền móng và có thể dùng vật liệu đắp tại chỗ, giúp giảm tác động lên địa phương từ những hoạt động thi công.

Phần lớn cơ sở hạ tầng đường sắt hiện có đều đã được xây dựng từ thế kỷ 19. Các bức tường xây bằng gạch đá có thể cần được nâng cấp hoặc thay thế để chịu được tải trọng của đường sắt hiện đại. Các kỹ sư địa kỹ thuật đã sử dụng các kết cấu gia cường đất được xây dựng phía sau các bức tường chắn hiện hữu, nhằm giảm lực đẩy tác động lên các tường chắn cũ đã xuống cấp theo thời gian. Trong một ứng dụng tương tự tại dự án Bermondsey Dive Under, các kết cấu gia cường cho tường chắn đất đã được sử dụng để chịu tải trọng từ đường sắt ở khu vực kết nối với kết cấu cũ là tường chắn vòm xây bằng gạch đá.

Giải pháp địa kỹ thuật xây dựng đường sắt cho công tác đất và công trình cầu

Hầu như tất cả các dự án đường sắt đều liên quan đến công tác đất với quy mô lớn và việc xây dựng các kết cấu như mố cầu và tường chắn. Khi đối mặt với địa hình phức tạp và điều kiện đất yếu hoặc nhiều thay đổi, khi xây dựng đường sắt các kỹ sư địa kỹ thuật đều phải tìm kiếm những giải pháp mang lại giá trị tối ưu trong giai đoạn thi công, đồng thời đảm bảo độ bền và khả năng chống chịu lâu dài.

Tensar cung cấp các giải pháp sáng tạo cho mọi thách thức địa kỹ thuật phát sinh từ các công trình đường sắt như cầu và nền đắp qua khu vực đất yếu, với các ưu điểm gồm thi công nhanh hơn, giảm chiếm dụng diện tích, kiểm soát độ lún, để từ đó mang lại một hệ thống hạ tầng bền vững, giá trị tối ưu và tuổi thọ cao hơn.

Dự án tiêu biểu của Tensar:  Tuyến đường sắt Falahill Borders

Khi xây dựng cây cầu cho đường A7 bắc qua tuyến đường sắt Borders mới, bộ phận thi công thuộc Hội đồng vùng Scottish Borders (SBc Contracts) đã tìm kiếm một giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí cho kết cấu tường chắn với bề mặt là các tấm bê tông.

Đọc thêm tại đây
Cta Image

Tối ưu hóa thiết kế và xây dựng các công trình tạm phục vụ dự án hạ tầng đường sắt

Các dự án hạ tầng đường sắt hầu như luôn bao gồm các hạng mục công trình hỗ trợ hoặc phục vụ thi công, thường được phân loại là “công trình tạm”, nhằm tạo điều kiện cho việc xây dựng các kết cấu chính làm việc lâu dài.

Các phương pháp thiết kế truyền thống thường dẫn đến tình trạng kém hiệu quả trong thiết kế công trình tạm, gây phát sinh chi phí vật liệu và thời gian thi công vượt dự kiến, và kết quả là làm tăng rủi ro cho những hoạt động cần được thực hiện. Gia cố cơ học vật liệu đá khai thác có thể mang đến cho các Tư vấn thiết kế, Nhà thầu và Chủ đầu tư một giải pháp thay thế an toàn, đã được kiểm nghiệm rộng rãi và được các chuyên gia đánh giá độc lập. Ví dụ, phương pháp thiết kế sàn công tác T-Value của Tensar có thể giúp giảm đáng kể chi phí xây dựng, thời gian thi công và lượng phát thải carbon nhờ vào việc giảm khối lượng vật liệu đá cần sử dụng.

Phương pháp T-Value của Tensar, cùng với các phương pháp thiết kế khác dành cho các yêu cầu phổ biến về công trình tạm, có thể được áp dụng dễ dàng thông qua phần mềm Tensar+ thiết kế xây dựng trên nền tảng đám mây của Tensar, hoàn toàn miễn phí và từng đạt giải thưởng uy tín. Người dùng có thể tạo các thiết kế gia cố cơ học với thông số đầu vào tiêu chuẩn, và đánh giá giá trị so sánh về thời gian thi công, chi phí và lượng phát thải carbon so với các phương án truyền thống - không gia cố, có chi phí phù hợp với nhiều khu vực và ứng dụng của người dùng.

Tensar có kinh nghiệm dày dặn trong việc cung cấp giải pháp công trình tạm cho nhiều dự án, và chúng thường là những công trình có vị trí quan trọng với đường sắt và mang tính kỹ thuật phức tạp. Dù dự án yêu cầu là khu tập kết, đường công vụ, sàn công tác, móng cọc hay mố cầu chịu tải tạm thời, Tensar đều có thể hỗ trợ toàn diện trong tất cả các lĩnh vực ứng dụng. Xem giới thiệu Giải pháp Thế hệ tiếp theo của Tensar để biết thêm thông tin.

Dự án tiêu biểu của Tensar: Sàn công tác HS2 Công viên Stoneleigh

Hoạt động ép cọc của cầu vượt tại Công viên Stoneleigh đã đòi hỏi một giải pháp sàn công tác nhẹ hơn nhằm thay thế cho các phương thức thiết kế truyền thống. Giải pháp này cần giải quyết vấn đề áp lực bánh xích lớn của thiết bị khoan trên nền đất yếu và biến đổi lớn.

Đọc thêm tại đây
Cta Image

Sự khác biệt của Tensar

Tensar cung cấp các giải pháp địa kỹ thuật tổng hợp với hiệu suất cao và đã được kiểm chứng dành cho chuyên môn địa kỹ thuật trong xây dựng đường sắt, giúp bạn tự tin triển khai dự án của riêng mình. Những giải pháp này không chỉ mang lại giá trị vượt trội và lợi ích bền vững so với các phương án thay thế, mà còn được các cơ quan đường sắt trên toàn thế giới chấp thuận rộng rãi và đã được chứng minh hiệu quả qua các nghiên cứu chuyên sâu và thử nghiệm thực địa.

Danh mục giải pháp địa kỹ thuật của chúng tôi cho nền đắp đường sắt và gia cố kết cấu nền đường bao gồm: 

Bạn có dự án đường sắt sắp triển khai và cần hỗ trợ chuyên môn? Đội ngũ thiết kế của chúng tôi luôn sẵn sàng đồng hành cùng bạn.

Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay
Cta Image