Hiểu Rõ Tiêu Chuẩn Đánh Giá Chất Lượng Vải Địa Kỹ Thuật TCVN 9844:2013

Trong lĩnh vực xây dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt là trên các nền đất yếu, việc lựa chọn và sử dụng vật liệu đúng tiêu chuẩn đóng vai trò cực kỳ quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền vững và tuổi thọ của công trình. Một trong những vật liệu thiết yếu và được sử dụng rộng rãi là vải địa kỹ thuật. Để đảm bảo chất lượng và hiệu quả sử dụng tối ưu, việc tuân thủ các Tiêu Chuẩn đánh Giá Chất Lượng Vải địa Kỹ Thuật là điều bắt buộc. Tại Việt Nam, TCVN 9844:2013 là tiêu chuẩn quốc gia quy định chi tiết về yêu cầu thiết kế, thi công và nghiệm thu vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu, cung cấp một khung pháp lý và kỹ thuật vững chắc cho các kỹ sư, nhà thầu và chủ đầu tư. Việc nắm vững tiêu chuẩn này không chỉ giúp nâng cao chất lượng công trình mà còn đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế lâu dài. Bài viết này sẽ đi sâu vào TCVN 9844:2013, giúp bạn đọc hiểu rõ các quy định cốt lõi về đánh giá và ứng dụng vải địa kỹ thuật.

Lịch sử và Sự Phát triển của Vải Địa Kỹ thuật trong Xây dựng Việt Nam

Sự phát triển của ngành xây dựng, đặc biệt là hệ thống giao thông, tại Việt Nam đã chứng kiến vai trò ngày càng quan trọng của các vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp. Vải địa kỹ thuật, với những ưu điểm vượt trội trong việc cải tạo nền đất yếu, đã nhanh chóng trở thành một giải pháp phổ biến. Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9844:2013 về vải địa kỹ thuật được xây dựng trên cơ sở kế thừa và phát triển từ các tiêu chuẩn trước đó như 22 TCN 248-98. Điều này thể hiện quá trình tích lũy kinh nghiệm và nghiên cứu ứng dụng vải địa kỹ thuật tại Việt Nam, nhằm đưa ra các quy định phù hợp với điều kiện địa chất và kỹ thuật thi công trong nước. Sự ra đời và cập nhật các tiêu chuẩn như TCVN 9844:2013 khẳng định tầm quan trọng của việc chuẩn hóa quy trình thiết kế, thi công và nghiệm thu, góp phần nâng cao chất lượng tổng thể của các công trình hạ tầng, đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng tài nguyên.

Các Loại Vải Địa Kỹ thuật Phổ Biến và Chức năng Chính

Theo TCVN 9844:2013, vải địa kỹ thuật được phân loại dựa trên cấu tạo và chức năng chính của chúng trong công trình. Việc hiểu rõ từng loại vải và chức năng đặc thù là nền tảng để áp dụng đúng Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng vải địa kỹ thuật cho phù hợp.

Có ba dạng vải địa kỹ thuật chính được nhắc đến trong tiêu chuẩn này:

1. Vải không dệt (non woven geotextile): Loại vải này được tạo thành từ các sợi polymer tổng hợp phân bố ngẫu nhiên. Các sợi được liên kết với nhau thông qua phương pháp xuyên kim (phổ biến nhất), ép nhiệt, hoặc hóa dính. Đặc điểm của vải không dệt là khả năng thấm nước tốt theo cả phương đứng và phương ngang, cùng với khả năng phân cách và lọc hiệu quả.
2. Vải dệt (woven geotextile): Vải dệt được sản xuất theo phương pháp dệt truyền thống, với các sợi hoặc bó sợi được sắp xếp vuông góc. Loại vải này thường có cường độ chịu kéo cao và độ giãn dài khi đứt thấp hơn so với vải không dệt cùng khối lượng. Chức năng chính của vải dệt thường là cốt gia cường.
3. Vải phức hợp (composite geotextile): Đây là sự kết hợp giữa các đặc tính của vải dệt và vải không dệt. Thông thường, nó bao gồm các bó sợi chịu kéo cao (thường là polyester) được liên kết với một lớp vải không dệt có khả năng lọc và thấm nước tốt. Vải phức hợp thường được sử dụng khi cần đồng thời chức năng gia cường, phân cách và thoát nước.

Vải địa kỹ thuật được sử dụng với các chức năng chính sau đây trong xây dựng nền đắp trên đất yếu, được quy định cụ thể trong tiêu chuẩn:

• Lớp phân cách: Ngăn ngừa sự trộn lẫn giữa hai lớp vật liệu có cấp phối khác nhau (ví dụ: giữa đất nền yếu và lớp đắp cát/đá), giúp duy trì tính năng và chiều dày thiết kế của từng lớp vật liệu.
• Lớp lọc thoát nước: Cho phép nước thấm qua trong khi giữ lại các hạt đất, ngăn chặn sự xói mòn và tắc nghẽn các hệ thống thoát nước (ví dụ: kết hợp với bấc thấm, rãnh thoát nước). Vải không dệt thường được ưa chuộng cho chức năng này nhờ cấu trúc ngẫu nhiên của sợi.
• Cốt gia cường tăng ổn định chống trượt: Sử dụng khả năng chịu kéo cao của vải để tăng cường sức kháng cho khối đất, chống lại các lực gây trượt, đặc biệt quan trọng trong các công trình đắp cao trên nền đất yếu. Vải dệt hoặc vải phức hợp cường độ cao thường được dùng làm cốt gia cường.

Yêu Cầu Kỹ thuật Đối với Vải Địa Kỹ thuật Theo TCVN 9844:2013

TCVN 9844:2013 đưa ra các yêu cầu kỹ thuật chi tiết đối với vải địa kỹ thuật tùy thuộc vào chức năng sử dụng của chúng. Các yêu cầu này là cơ sở để đánh giá chất lượng vải và lựa chọn sản phẩm phù hợp cho từng hạng mục công trình. Tất cả các loại sợi polymer dùng sản xuất vải phải đảm bảo ít nhất 95% theo trọng lượng là polypropylene, polyamide hoặc polyester.

Yêu cầu đối với Vải làm lớp phân cách (Bảng 1)

Vải phân cách phải có các đặc trưng cơ lý và thủy lực đáp ứng yêu cầu để ngăn chặn sự trộn lẫn vật liệu và vẫn đảm bảo khả năng thoát nước cơ bản. Tiêu chuẩn phân loại vải phân cách thành loại 1 và loại 2 với các mức yêu cầu khác nhau về các chỉ tiêu như lực kéo giật, lực kháng xuyên thủng thanh, lực xé rách hình thang, áp lực kháng bục, kích thước lỗ biểu kiến và độ thấm đơn vị. Mức yêu cầu cụ thể phụ thuộc vào đặc điểm của đất nền.

Tên chỉ tiêu	Mức (Loại 1)	Mức (Loại 2)	Phương pháp thử
eg	≥ 50 %	≥ 50 %	TCVN 8871-1
Lực kéo giật, N, không nhỏ hơn	1400	900	TCVN 8871-1
Lực kháng xuyên thủng thanh, N, không nhỏ hơn	500	350	TCVN 8871-4
Lực xé rách hình thang, N, không nhỏ hơn	500	350	TCVN 8871-2
Áp lực kháng bục, kPa, không nhỏ hơn	3500	1700	TCVN 8871-5
Kích thước lỗ biểu kiến, mm	≤ 0,43 (d15>0,075) ≤ 0,25 (d50≥0,075≥d15) ≥ 0,075 (d50<0,075)	–	TCVN 8871-6
Độ thấm đơn vị, s⁻¹	≥ 0,50 (d15>0,075) ≥ 0,20 (d50≥0,075≥d15) ≥ 0,10 (d50<0,075)	–	ASTM D4491

(Lưu ý: eg là độ giãn dài kéo giật khi đứt; d15, d50 là đường kính hạt đất tương ứng.)

Yêu cầu đối với Vải làm cốt gia cường (Bảng 2)

Vải sử dụng làm cốt gia cường đòi hỏi khả năng chịu kéo cao và bền vững dưới tác động của môi trường. Các chỉ tiêu quan trọng bao gồm cường độ kéo theo phương pháp Wide-Width Strip (ASTM D4595), độ bền kháng tia cực tím (ASTM D4355), kích thước lỗ biểu kiến và độ thấm đơn vị. Cường độ kéo tối thiểu (Fmax) được tính toán dựa trên yêu cầu ổn định của thiết kế.

Các chỉ tiêu thử nghiệm	Mức	Phương pháp thử
Cường độ kéo, kN/m, không nhỏ hơn	Fmax tính toán (công thức 2)	ASTM D4595
Độ bền kháng tia cực tím 500 h, %, không nhỏ hơn	70	ASTM D4355
Kích thước lỗ biểu kiến O95	≤ 0,43 (d15>0,075) ≤ 0,25 (d50≥0,075≥d15) ≤ 0,22 (d50<0,075)	TCVN 8871-6
Độ thấm đơn vị, s⁻¹, không nhỏ hơn	0,02	ASTM D4491

Yêu cầu đối với Vải làm tầng lọc thoát nước (Bảng 3)

Vải lọc thoát nước cần đảm bảo khả năng cho nước thấm qua nhanh chóng trong khi ngăn chặn các hạt đất mịn. Các yêu cầu tương tự như vải phân cách về các chỉ tiêu cơ lý, nhưng có thêm yêu cầu về độ bền kháng tia cực tím. Kích thước lỗ biểu kiến và độ thấm đơn vị là hai chỉ tiêu đặc biệt quan trọng để đảm bảo chức năng lọc và thoát nước hiệu quả.

Tên chỉ tiêu	Mức (eg ≥ 50 %)	Mức (eg < 50 %)	Phương pháp thử
Lực kéo giật, N, không nhỏ hơn	1100	700	TCVN 8871-1
Lực kháng xuyên thủng thanh, N, không nhỏ hơn	400	250	TCVN 8871-4
Lực xé rách hình thang, N, không nhỏ hơn	400	250	TCVN 8871-2
Áp lực kháng bục, kPa, không nhỏ hơn	2700	1300	TCVN 8871-5
Độ bền kháng tia cực tím 500 h, %, không nhỏ hơn	50	50	ASTM-D4355
Kích thước lỗ biểu kiến, mm	≤ 0,43 (d15>0,075) ≤ 0,25 (d50≥0,075≥d15) ≤ 0,22 (d50<0,075)	–	TCVN 8871-6
Độ thấm đơn vị, s⁻¹	≥ 0,5 (d15>0,075) ≤ 0,2 (d50≥0,075≥d15) ≤ 0,1 (d50<0,075)	–	ASTM-D4491

Ngoài ra, tiêu chuẩn còn quy định chi tiết về bao bì, bảo quản (4.2) và yêu cầu về chỉ khâu vải (4.3) để đảm bảo chất lượng vải không bị suy giảm trước và trong quá trình thi công.

Tính Toán Thiết Kế Ứng Dụng Vải Địa Kỹ thuật

Phần tính toán thiết kế trong TCVN 9844:2013 là cốt lõi để xác định loại vải và các thông số kỹ thuật cần thiết cho từng dự án cụ thể.

Vải làm lớp phân cách (5.1)

Thiết kế vải phân cách dựa trên đặc điểm đất nền (CBR hoặc Su), chiều dày lớp đắp đầu tiên và áp lực thiết bị thi công. Bảng 4 cung cấp hướng dẫn lựa chọn loại vải (loại 1 hoặc 2) hoặc cảnh báo cần các giải pháp kỹ thuật khác nếu điều kiện quá yếu. Chiều rộng trải vải cũng cần lớn hơn chiều rộng nền đắp để cuốn phủ, đảm bảo hiệu quả phân cách hai bên.

Vải làm cốt gia cường (5.2)

Tính toán vải gia cường phức tạp hơn, liên quan đến ổn định trượt của nền đắp. Vải gia cường có thể bố trí một hoặc nhiều lớp. Tiêu chuẩn quy định nguyên tắc thiết kế (chiều rộng, vị trí, hạn chế mối nối) và cách xác định các thông số liên quan đến ổn định trượt sâu (5.2.2).

Nguyên tắc cơ bản là đảm bảo lực giữ khối trượt của vải (F) nhỏ hơn hoặc bằng cường độ kéo cho phép của vải (Fcp).

• Xác định Fcp: Fcp được tính dựa trên cường độ kéo đứt của vải (Fmax) và hệ số an toàn (k). Hệ số an toàn phụ thuộc vào loại polymer (k=2 cho polyester, k=5 cho polypropylene/polyamide). Fcp cũng phải tính toán dựa trên lực ma sát cho phép giữa đất đắp và vải trong vùng hoạt động (l1) và vùng bị động (l2) của khối trượt giả định (xem Hình 1).

Bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đắp

Alt text: Sơ đồ bố trí vải địa kỹ thuật làm cốt gia cường giữa lớp đất yếu và nền đắp, minh họa vùng hoạt động và vùng bị động của khối trượt.

Công thức xác định Fcp dựa trên điều kiện bền của vải:
$$F{cp} = frac{F{max}}{k} quad (2)$$

Công thức xác định Fcp dựa trên lực ma sát cho phép trên mặt vải:
$$F_{cp} = f’ cdot gammad cdot int{l_1} h_i(x) dx + f’ cdot gammad cdot int{l_2} h_i(x) dx quad (3) text{ và } (4)$$
Trong đó f’ là hệ số ma sát giữa đất đắp và vải địa kỹ thuật cho phép tính toán, được xác định dựa trên góc ma sát trong của đất đắp (φ) và hệ số dự trữ ma sát (k’=0.66).
$$f’ = k’ tan varphi quad (5)$$

Việc xác định l1 và l2, cùng với trị số F cần thiết để đảm bảo hệ số ổn định mục tiêu, là một quá trình lặp trong tính toán ổn định. Cuối cùng, Fmax của vải gia cường được chọn phải thỏa mãn đồng thời các điều kiện về bền kéo và ma sát cho phép.

Đối với trường hợp nhiều lớp vải gia cường xen kẽ lớp cát đắp, tổng cường độ chịu kéo đứt của các lớp vải phải bằng trị số Fmax tính toán.

Vải làm tầng lọc thoát nước (5.3)

Thiết kế vải lọc thoát nước tập trung vào việc lựa chọn vải có kích thước lỗ biểu kiến và độ thấm phù hợp với đặc điểm cấp phối của đất nền cần bảo vệ. Kích thước lỗ phải đủ nhỏ để giữ hạt đất nhưng đủ lớn để nước thoát nhanh, tránh tình trạng tắc nghẽn. Bảng 3 là căn cứ để lựa chọn vải lọc thoát nước đáp ứng yêu cầu này.

Quy Trình Thi Công và Nghiệm thu Vải Địa Kỹ thuật Đúng Chuẩn

Thi công và nghiệm thu là hai khâu quan trọng để đảm bảo vải địa kỹ thuật phát huy tối đa hiệu quả trong công trình. TCVN 9844:2013 đưa ra các quy định chi tiết cho các công tác này.

Thi công (6.1)

• Bảo quản vải (6.1.1): Các cuộn vải phải được bảo quản đúng cách tại công trường, tránh ẩm ướt, ánh nắng trực tiếp, hóa chất và lửa để không làm giảm các tính chất cơ lý của vải.
• Công tác trải vải (6.1.2): Mặt bằng trước khi trải vải cần được chuẩn bị kỹ lưỡng (phát quang, dọn sạch, đào đắp đúng cao độ). Hướng trải vải phụ thuộc vào mục đích sử dụng (phân cách theo hướng di chuyển thiết bị, gia cường thẳng góc tim đường). Vải cần được kéo thẳng, cố định bằng bao cát hoặc ghim. Thời gian tối đa từ khi trải đến khi đắp phủ là 7 ngày (nếu không có quy định khác). Cấm thiết bị đi lại trực tiếp trên mặt vải. Chiều dày lớp đắp đầu tiên trên mặt vải không nhỏ hơn 300mm. Thiết bị thi công và phương pháp đầm (đầm sơ bộ bằng bánh xích, sau đó lu rung) cần được lựa chọn phù hợp để tránh xáo động nền đất yếu. Hệ số đầm chặt lớp đầu tiên có thể lấy nhỏ hơn các lớp trên khoảng 5%.

Bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đắp

• Nối vải (6.1.3): Các tấm vải cần được nối với nhau bằng phương pháp nối chồng mí hoặc nối may.
  • Nối chồng mí: Chiều rộng chồng mí tối thiểu phụ thuộc vào điều kiện đất nền (Bảng 5). Đất càng yếu, chiều rộng chồng mí càng lớn hoặc phải chuyển sang nối may. Mối nối ở đầu cuộn vải yêu cầu chồng mí 900mm hoặc nối may.
  • Nối may: Chỉ may phải là sợi tổng hợp chuyên dùng (4.3). Cường độ kéo mối nối (ASTM D 4884) phải đạt tỷ lệ nhất định so với cường độ kéo vải (ASTM D 4595) tùy theo chức năng vải (phân cách/lọc thoát: ≥ 50%, phân cách kết hợp bấc thấm: ≥ 70%, gia cường: ≥ 50% chiều khổ, ≥ 70% chiều cuộn). Đường may cần cách mép vải tối thiểu 25mm, đường may đôi cách nhau tối thiểu 5mm. Đường may phải nằm ở mặt trên để kiểm tra. Mũi chỉ có khoảng cách từ 7mm đến 10mm.

Điều kiện đất nền	Chiều rộng chồng mí tối thiểu
CBR > 2 % hoặc su > 60 kPa	300 mm ÷ 400 mm
1 % ≤ CBR ≤ 2 % hoặc 30 kPa ≤ su ≤ 60 kPa	600 mm ÷ 900 mm
0,5 % ≤ CBR u	900 mm hoặc nối may
CBR u	phải nối may
Tất cả mối nối ở đầu cuộn vải	900 mm hoặc nối may

(Lưu ý: su là sức kháng cắt không thoát nước của đất.)

Kiểm tra và nghiệm thu (6.2)

Kiểm tra và nghiệm thu được thực hiện ở ba giai đoạn: trước, trong và sau khi trải vải, đảm bảo công trình tuân thủ thiết kế và tiêu chuẩn.

• Trước khi trải vải (6.2.1): Kiểm tra mặt bằng, thiết bị và vật liệu vải. Yêu cầu kiểm tra kích thước hình học nền, chứng chỉ chất lượng của nhà sản xuất, thí nghiệm kiểm tra các đặc trưng kỹ thuật của vải (tối thiểu 1 mẫu/10.000m² và khi đổi lô hàng), kiểm tra chỉ may và máy may.
• Trong quá trình trải vải (6.2.2): Kiểm tra phạm vi trải vải, chất lượng mối nối (chiều rộng chồng mí, đường may), chất lượng trải vải (nếp gấp, lỗ thủng).
• Sau khi trải vải (6.2.3): Kiểm tra lần cuối trước khi đắp, xác nhận thời gian từ lúc trải đến lúc đắp phủ và chiều dày lớp đắp đầu tiên.

Nhà thầu có trách nhiệm tự kiểm tra và chuẩn bị hồ sơ nghiệm thu (6.2.4). Việc kiểm tra phục vụ nghiệm thu (6.2.5) bao gồm kiểm tra biên bản, yếu tố hình học. Nghiệm thu cuối cùng (6.2.6) được thực hiện theo quy định hiện hành sau khi mọi yêu cầu đã đạt chuẩn.

Các Dạng Mối Nối Vải Địa Kỹ thuật và Cách Tính Cường độ (Phụ lục A)

Phụ lục A của TCVN 9844:2013 cung cấp thông tin tham khảo về các dạng mối nối may thường dùng cho vải địa kỹ thuật (mối nối dạng hình bướm, cuộn chữ J, đan vào nhau, đường may đơn/đôi, bướm khóa, chữ J khóa…) tùy theo mục đích sử dụng (gia cường hay phân cách).

Đối với vải gia cường, cường độ kéo tại mối nối nằm trên phương chịu kéo là cực kỳ quan trọng. Tiêu chuẩn đưa ra cách tính cường độ kéo tại mối nối và đặc biệt đề cập đến phương pháp nối chồng mí ma sát khi mối nối may không đáp ứng được yêu cầu cường độ kéo thiết kế.

Nối chồng mí ma sát dựa vào ma sát giữa đất đắp và vải để truyền lực. Chiều dài chồng mí (L) được tính toán dựa trên cường độ kéo cho phép (Fcp), hệ số an toàn mối nối (Fs ≥ 1.5), và sức kháng cắt tại mặt tiếp xúc giữa đất và vải (t).

Bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đắp

Công thức tính chiều dài chồng mí:
$$L ge frac{F_{cp} cdot F_s}{2t} quad (A-1)$$
Sức kháng cắt t được tính bằng:
$$t = sigma’_v tan f_g + c_g quad (A-2)$$
Trong đó σ’v là ứng suất pháp hữu hiệu trên mặt vải (thường lấy bằng áp lực đất đắp trên mặt vải, σ’v = γh), fg là góc ma sát tại mặt tiếp xúc giữa đất và vải, cg là lực dính đơn vị tại mặt tiếp xúc.

Việc hiểu và áp dụng đúng các dạng mối nối cùng phương pháp tính cường độ tại mối nối là yếu tố then chốt để đảm bảo tính liên tục của chức năng gia cường hoặc phân cách của vải địa kỹ thuật trong công trình.

Kết luận

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9844:2013 là tài liệu pháp lý và kỹ thuật thiết yếu cho việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu tại Việt Nam. Việc nắm vững và tuân thủ Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng vải địa kỹ thuật này là bảo chứng cho sự thành công của các dự án xây dựng hạ tầng. Từ việc lựa chọn loại vải phù hợp dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật, tính toán thiết kế đáp ứng yêu cầu ổn định và chức năng, cho đến quy trình thi công và nghiệm thu chặt chẽ, mỗi bước đều cần được thực hiện đúng theo tiêu chuẩn.

Áp dụng TCVN 9844:2013 không chỉ giúp đảm bảo chất lượng vật liệu đầu vào mà còn chuẩn hóa các quy trình thi công và kiểm soát, giảm thiểu rủi ro về kỹ thuật trong suốt vòng đời công trình. Đối với các kỹ sư, nhà thầu và những người làm trong ngành xây dựng, việc coi tiêu chuẩn này là kim chỉ nam sẽ góp phần tạo nên những công trình bền vững, an toàn và hiệu quả, phục vụ sự phát triển kinh tế – xã hội của đất nước. Việc đầu tư vào vật liệu chất lượng và tuân thủ nghiêm ngặt các quy định tiêu chuẩn chính là khoản đầu tư thông minh nhất cho tương lai của bất kỳ dự án xây dựng nào.

Tài liệu tham khảo:

• TCVN 9844:2013, Vải địa kỹ thuật – Yêu cầu thiết kế, thi công và nghiệm thu trong xây dựng nền đắp trên đất yếu.
• Các tiêu chuẩn TCVN và ASTM được viện dẫn trong TCVN 9844:2013 (TCVN 8220, TCVN 8221, TCVN 8222, TCVN 8871-1 đến 8871-6, ASTM D 4355, ASTM D 4491, ASTM D 4595, ASTM D 4716, ASTM D 4884).