Hãy tưởng tượng những vách đá cao chót vót với những con đường quanh co được khắc vào mặt chúng. Những anh hùng thầm lặng đảm bảo các cấu trúc này vẫn ổn định không chỉ là những kỳ quan kỹ thuật có thể nhìn thấy, mà còn là các hệ thống neo địa kỹ thuật ẩn - mạng lưới ăn sâu cung cấp sự hỗ trợ quan trọng cho sườn dốc và mặt đá.
Hệ thống neo địa kỹ thuật ổn định khối đá bằng cách tăng cường độ bền cắt bên trong và khả năng chống trượt. Một số hệ thống cũng kết hợp các tính năng bảo vệ bên ngoài như bê tông phun, bảo vệ bề mặt đá khỏi thời tiết trong khi cung cấp hỗ trợ kết cấu.
Ổn định bên trong đạt được thông qua:
Là thành phần ổn định bên trong phổ biến nhất, bu-lông đá thường bao gồm các thanh hoặc sợi thép cường độ cao được chèn vào các lỗ khoan và liên kết với khối đá bằng vữa xi măng hoặc nhựa epoxy. Khả năng chịu tải của chúng chủ yếu phụ thuộc vào cường độ liên kết giữa vữa và đá, thường thấp hơn cường độ chảy của thép.
Các ứng dụng bao gồm từ việc cố định các khối đá lỏng lẻo đến việc ổn định toàn bộ sườn dốc bị ảnh hưởng bởi các cấu trúc đá. Chiều dài và đường kính của bu-lông có thể được điều chỉnh dựa trên loại đá, đặc điểm cấu trúc và yêu cầu về độ bền. Khi được sử dụng một mình, bu-lông đá có thể không loại bỏ tất cả các rủi ro về an toàn và thường yêu cầu các kỹ thuật ổn định bổ sung.
Những nhược điểm đáng chú ý bao gồm chi phí tương đối cao, dễ bị ăn mòn và thời gian lắp đặt dài có thể làm chậm tiến độ thi công sườn dốc.
Ổn định sườn dốc thường sử dụng bu-lông có chiều dài 6 mét (20 feet) và đường kính 20-50mm (5/8"-2"), được chế tạo từ thép cường độ cao (có thể mở rộng đến 30m/100ft thông qua các khớp nối, mặc dù thực tế tiêu chuẩn giới hạn tổng chiều dài đến 12m/40ft).
Những yếu tố gia cố chủ động này, còn được gọi là neo đá, lý tưởng cho các khối đá không ổn định hoặc các sườn dốc mới được đào, nơi chúng ngăn chặn sự di chuyển dọc theo các vết nứt có thể làm giảm khả năng chống cắt. Đai ốc lục giác và tấm đỡ phân phối tải trọng kéo trên khối đá.
Quá trình lắp đặt bao gồm khoan, trát vữa chiều dài liên kết, chèn các yếu tố thép, căng và cuối cùng là trát vữa chiều dài tự do. Có thể cần phải căng lại định kỳ do giảm tải do từ biến hoặc chuyển động của đá.
Có sẵn dưới dạng chốt đá hoặc chốt cắt, những yếu tố gia cố thụ động này được trát vữa hoàn toàn. Chốt phù hợp với sườn dốc dốc tương tự như bu-lông đá, trong khi chốt cắt ổn định các sườn dốc thoai thoải hơn, nơi các mặt phẳng giường và sự gián đoạn quyết định bề mặt phá hủy.
Chốt thường được lắp đặt theo các mẫu lưới trên các sườn dốc mới được đào hoặc để hỗ trợ các khối riêng lẻ. Chúng cung cấp sự gia cố ban đầu thông qua độ bền cắt của thép, tăng ma sát dọc theo các bề mặt phá hủy tiềm năng. Chuyển động khối tiếp theo kích hoạt độ bền kéo của thép, tăng cường lực bình thường trên các sự gián đoạn.
Ưu điểm bao gồm sự phù hợp với đá bị nứt/yếu cao không phù hợp để ứng suất trước, lắp đặt nhanh hơn và sườn dốc trông tự nhiên hơn khi tháo tấm. Vữa có thể được phối màu với đá xung quanh.
Thiết kế phụ thuộc rất nhiều vào việc lập bản đồ sự gián đoạn từ các khảo sát bề mặt và dữ liệu lỗ khoan, vì các tính năng này ảnh hưởng quan trọng đến độ ổn định của sườn dốc. Sự hiện diện của nước ngầm trong các sự gián đoạn đòi hỏi sự chú ý đặc biệt trong quá trình đánh giá.
Các thông số đánh giá chính bao gồm:
Tải trọng gia cố được áp dụng trong các phân tích ổn định để đạt được các hệ số an toàn mục tiêu. Chiều dài bu-lông phụ thuộc vào cường độ liên kết và khoảng cách gián đoạn, thường từ 2-30m (6-100ft), mặc dù các dự án giao thông hiếm khi vượt quá 10m (30ft).
Việc lắp đặt tuân theo các mẫu lưới với khoảng cách bu-lông đồng đều để tăng cường độ ổn định tổng thể, đặc biệt đối với đá phong hóa hoặc bị nứt. Trong đá có năng lực với kích thước khối lớn, các kỹ sư thường xác định "khối chính" và thiết kế các mẫu bu-lông cho phù hợp, giảm tổng yêu cầu gia cố thông qua việc đặt vị trí chiến lược.
Tấm đỡ và đai ốc lục giác phân phối tải trọng lên bề mặt đá, với vòng đệm vát được sử dụng cho các công trình lắp đặt góc cạnh. Trong đá lớn với ít sự gián đoạn, các tấm có thể bị bỏ qua, với các nắp vữa che giấu các đầu bu-lông bị cắt.
Các quy trình trát vữa khác nhau:
Nhựa polyester phổ biến cho các ứng dụng tạm thời do thời gian đóng rắn có thể điều chỉnh và dễ sử dụng, trong khi vữa xi măng phù hợp với các công trình lắp đặt vĩnh viễn trong môi trường ăn mòn mặc dù đóng rắn chậm hơn.
Kể từ những năm 1960, nhựa và epoxy có thể tiêm đã ổn định các mỏ than dưới lòng đất và các dự án địa kỹ thuật khác nhau. Được bơm qua các lỗ khoan, các vật liệu này thấm vào các vết nứt và sự gián đoạn, tăng cường độ ổn định. Đá hoặc khoảng trống bị nứt cao có thể yêu cầu vật liệu quá mức, ảnh hưởng đến chi phí dự án (khẩu độ tối thiểu 2mm/1/16" được khuyến nghị để dòng chảy thích hợp).
Khi được áp dụng thích hợp, bơm nhựa cung cấp sự ổn định hiệu quả với tác động trực quan và bảo trì tối thiểu. Nghiên cứu đang diễn ra cho thấy nó có thể làm giảm số lượng bu-lông cần thiết.
Lựa chọn sản phẩm chủ yếu phụ thuộc vào sự hiện diện của nước trong các vết nứt:
| Thuộc tính | Polyurethane (PU) | Nhựa Polyurethane (PUR) | Vữa Epoxy (EP) |
|---|---|---|---|
| Trộn thành phần | Một bước | Hai bước | Hai bước |
| Loại bơm | Bọt/gel/vữa | Vữa | Vữa |
| Áp suất bơm | 100-3.000 psi | 10-3.000 psi | 30-800 psi |
| Cường độ nén/kéo | 10-500 psi | 15-20.000 psi | 5.000-20.000 psi |
| Tương tác với nước | Hydrophilic | Hydrophilic/Hydrophobic | Hydrophobic |
| Chi phí tương đối | Thấp | Trung bình-Cao | Cao |
Các phương pháp thực hành tốt nhất khi lắp đặt bao gồm:
Một dự án đường cao tốc ở Colorado đã ổn định thành công 80m² (850ft²) sườn dốc đá gneiss gần một cổng hầm bằng cách sử dụng bơm PUR. Mười sáu lỗ có đường kính 38mm (1,5") ở độ sâu 3-3,5m (10-12ft) nhận được 200-700lbs nhựa mỗi lỗ, tổng cộng hơn 5.000lbs. Nhựa thoát ra từ các vết nứt trên bề mặt cách điểm bơm 1,5m (5ft), không có sự cố đá rơi nào trong hoặc sau khi lắp đặt.
Hệ thống neo địa kỹ thuật đóng vai trò là biện pháp bảo vệ quan trọng cho độ ổn định của sườn dốc và an toàn kỹ thuật. Thông qua việc lựa chọn phù hợp, thiết kế tối ưu và lắp đặt có kiểm soát, các hệ thống này mang lại hiệu suất tối đa. Các ứng dụng thực tế đòi hỏi sự xem xét toàn diện về điều kiện địa chất, các yếu tố thủy văn, yêu cầu kỹ thuật và các ràng buộc kinh tế để đảm bảo sự ổn định và an toàn lâu dài.
Hãy tưởng tượng những vách đá cao chót vót với những con đường quanh co được khắc vào mặt chúng. Những anh hùng thầm lặng đảm bảo các cấu trúc này vẫn ổn định không chỉ là những kỳ quan kỹ thuật có thể nhìn thấy, mà còn là các hệ thống neo địa kỹ thuật ẩn - mạng lưới ăn sâu cung cấp sự hỗ trợ quan trọng cho sườn dốc và mặt đá.
Hệ thống neo địa kỹ thuật ổn định khối đá bằng cách tăng cường độ bền cắt bên trong và khả năng chống trượt. Một số hệ thống cũng kết hợp các tính năng bảo vệ bên ngoài như bê tông phun, bảo vệ bề mặt đá khỏi thời tiết trong khi cung cấp hỗ trợ kết cấu.
Ổn định bên trong đạt được thông qua:
Là thành phần ổn định bên trong phổ biến nhất, bu-lông đá thường bao gồm các thanh hoặc sợi thép cường độ cao được chèn vào các lỗ khoan và liên kết với khối đá bằng vữa xi măng hoặc nhựa epoxy. Khả năng chịu tải của chúng chủ yếu phụ thuộc vào cường độ liên kết giữa vữa và đá, thường thấp hơn cường độ chảy của thép.
Các ứng dụng bao gồm từ việc cố định các khối đá lỏng lẻo đến việc ổn định toàn bộ sườn dốc bị ảnh hưởng bởi các cấu trúc đá. Chiều dài và đường kính của bu-lông có thể được điều chỉnh dựa trên loại đá, đặc điểm cấu trúc và yêu cầu về độ bền. Khi được sử dụng một mình, bu-lông đá có thể không loại bỏ tất cả các rủi ro về an toàn và thường yêu cầu các kỹ thuật ổn định bổ sung.
Những nhược điểm đáng chú ý bao gồm chi phí tương đối cao, dễ bị ăn mòn và thời gian lắp đặt dài có thể làm chậm tiến độ thi công sườn dốc.
Ổn định sườn dốc thường sử dụng bu-lông có chiều dài 6 mét (20 feet) và đường kính 20-50mm (5/8"-2"), được chế tạo từ thép cường độ cao (có thể mở rộng đến 30m/100ft thông qua các khớp nối, mặc dù thực tế tiêu chuẩn giới hạn tổng chiều dài đến 12m/40ft).
Những yếu tố gia cố chủ động này, còn được gọi là neo đá, lý tưởng cho các khối đá không ổn định hoặc các sườn dốc mới được đào, nơi chúng ngăn chặn sự di chuyển dọc theo các vết nứt có thể làm giảm khả năng chống cắt. Đai ốc lục giác và tấm đỡ phân phối tải trọng kéo trên khối đá.
Quá trình lắp đặt bao gồm khoan, trát vữa chiều dài liên kết, chèn các yếu tố thép, căng và cuối cùng là trát vữa chiều dài tự do. Có thể cần phải căng lại định kỳ do giảm tải do từ biến hoặc chuyển động của đá.
Có sẵn dưới dạng chốt đá hoặc chốt cắt, những yếu tố gia cố thụ động này được trát vữa hoàn toàn. Chốt phù hợp với sườn dốc dốc tương tự như bu-lông đá, trong khi chốt cắt ổn định các sườn dốc thoai thoải hơn, nơi các mặt phẳng giường và sự gián đoạn quyết định bề mặt phá hủy.
Chốt thường được lắp đặt theo các mẫu lưới trên các sườn dốc mới được đào hoặc để hỗ trợ các khối riêng lẻ. Chúng cung cấp sự gia cố ban đầu thông qua độ bền cắt của thép, tăng ma sát dọc theo các bề mặt phá hủy tiềm năng. Chuyển động khối tiếp theo kích hoạt độ bền kéo của thép, tăng cường lực bình thường trên các sự gián đoạn.
Ưu điểm bao gồm sự phù hợp với đá bị nứt/yếu cao không phù hợp để ứng suất trước, lắp đặt nhanh hơn và sườn dốc trông tự nhiên hơn khi tháo tấm. Vữa có thể được phối màu với đá xung quanh.
Thiết kế phụ thuộc rất nhiều vào việc lập bản đồ sự gián đoạn từ các khảo sát bề mặt và dữ liệu lỗ khoan, vì các tính năng này ảnh hưởng quan trọng đến độ ổn định của sườn dốc. Sự hiện diện của nước ngầm trong các sự gián đoạn đòi hỏi sự chú ý đặc biệt trong quá trình đánh giá.
Các thông số đánh giá chính bao gồm:
Tải trọng gia cố được áp dụng trong các phân tích ổn định để đạt được các hệ số an toàn mục tiêu. Chiều dài bu-lông phụ thuộc vào cường độ liên kết và khoảng cách gián đoạn, thường từ 2-30m (6-100ft), mặc dù các dự án giao thông hiếm khi vượt quá 10m (30ft).
Việc lắp đặt tuân theo các mẫu lưới với khoảng cách bu-lông đồng đều để tăng cường độ ổn định tổng thể, đặc biệt đối với đá phong hóa hoặc bị nứt. Trong đá có năng lực với kích thước khối lớn, các kỹ sư thường xác định "khối chính" và thiết kế các mẫu bu-lông cho phù hợp, giảm tổng yêu cầu gia cố thông qua việc đặt vị trí chiến lược.
Tấm đỡ và đai ốc lục giác phân phối tải trọng lên bề mặt đá, với vòng đệm vát được sử dụng cho các công trình lắp đặt góc cạnh. Trong đá lớn với ít sự gián đoạn, các tấm có thể bị bỏ qua, với các nắp vữa che giấu các đầu bu-lông bị cắt.
Các quy trình trát vữa khác nhau:
Nhựa polyester phổ biến cho các ứng dụng tạm thời do thời gian đóng rắn có thể điều chỉnh và dễ sử dụng, trong khi vữa xi măng phù hợp với các công trình lắp đặt vĩnh viễn trong môi trường ăn mòn mặc dù đóng rắn chậm hơn.
Kể từ những năm 1960, nhựa và epoxy có thể tiêm đã ổn định các mỏ than dưới lòng đất và các dự án địa kỹ thuật khác nhau. Được bơm qua các lỗ khoan, các vật liệu này thấm vào các vết nứt và sự gián đoạn, tăng cường độ ổn định. Đá hoặc khoảng trống bị nứt cao có thể yêu cầu vật liệu quá mức, ảnh hưởng đến chi phí dự án (khẩu độ tối thiểu 2mm/1/16" được khuyến nghị để dòng chảy thích hợp).
Khi được áp dụng thích hợp, bơm nhựa cung cấp sự ổn định hiệu quả với tác động trực quan và bảo trì tối thiểu. Nghiên cứu đang diễn ra cho thấy nó có thể làm giảm số lượng bu-lông cần thiết.
Lựa chọn sản phẩm chủ yếu phụ thuộc vào sự hiện diện của nước trong các vết nứt:
| Thuộc tính | Polyurethane (PU) | Nhựa Polyurethane (PUR) | Vữa Epoxy (EP) |
|---|---|---|---|
| Trộn thành phần | Một bước | Hai bước | Hai bước |
| Loại bơm | Bọt/gel/vữa | Vữa | Vữa |
| Áp suất bơm | 100-3.000 psi | 10-3.000 psi | 30-800 psi |
| Cường độ nén/kéo | 10-500 psi | 15-20.000 psi | 5.000-20.000 psi |
| Tương tác với nước | Hydrophilic | Hydrophilic/Hydrophobic | Hydrophobic |
| Chi phí tương đối | Thấp | Trung bình-Cao | Cao |
Các phương pháp thực hành tốt nhất khi lắp đặt bao gồm:
Một dự án đường cao tốc ở Colorado đã ổn định thành công 80m² (850ft²) sườn dốc đá gneiss gần một cổng hầm bằng cách sử dụng bơm PUR. Mười sáu lỗ có đường kính 38mm (1,5") ở độ sâu 3-3,5m (10-12ft) nhận được 200-700lbs nhựa mỗi lỗ, tổng cộng hơn 5.000lbs. Nhựa thoát ra từ các vết nứt trên bề mặt cách điểm bơm 1,5m (5ft), không có sự cố đá rơi nào trong hoặc sau khi lắp đặt.
Hệ thống neo địa kỹ thuật đóng vai trò là biện pháp bảo vệ quan trọng cho độ ổn định của sườn dốc và an toàn kỹ thuật. Thông qua việc lựa chọn phù hợp, thiết kế tối ưu và lắp đặt có kiểm soát, các hệ thống này mang lại hiệu suất tối đa. Các ứng dụng thực tế đòi hỏi sự xem xét toàn diện về điều kiện địa chất, các yếu tố thủy văn, yêu cầu kỹ thuật và các ràng buộc kinh tế để đảm bảo sự ổn định và an toàn lâu dài.
Địa chỉ
#2109 LongYue International Mansion, #211 Gaoxing Avenue, thành phố Wuhan, Trung Quốc
Điện thoại
+86-139-07098609
