Nguyên lý giếng cát và bấc thấm trong xử lý nền đất yếu
- 88 Lượt xem
- Ngày tạo: 04/01/2026
- Cập nhật: 12/01/2026
✅Trong xử lý nền đất yếu cho các công trình giao thông và hạ tầng, giếng cát và bấc thấm là hai biện pháp quen thuộc nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết, rút ngắn thời gian chờ lún và giảm lún dư sau khi đưa công trình vào khai thác. Mặc dù hiện nay bấc thấm được sử dụng phổ biến hơn, nhưng về bản chất kỹ thuật, giếng cát và bấc thấm cùng dựa trên một nguyên lý làm việc chung – đó là tạo đường thoát nước thẳng đứng trong nền đất yếu.
Bài viết này trình bày nguyên lý làm việc của giếng cát và bấc thấm, kết hợp với biện pháp thi công sơ bộ và ví dụ thực tế, giúp người đọc hiểu đúng bản chất trước khi đi vào tính toán bằng bảng tính hoặc lựa chọn giải pháp xử lý nền phù hợp.
Giếng cát và bấc thấm là gì?
Giếng cát (Sand Drain -SD) là các cột vật liệu cát (thường là cát hạt trung hoặc hạt thô) được bố trí thẳng đứng trong nền đất yếu. Các giếng này đóng vai trò như kênh dẫn nước lỗ rỗng, giúp nước trong đất thoát nhanh ra ngoài khi nền chịu tải.
Bấc thấm (Prefabricated Vertical Drain – PVD) là giải pháp hiện đại hơn, sử dụng các dải vật liệu tổng hợp có lõi thoát nước, được cắm xuống nền đất bằng thiết bị chuyên dụng. Nhờ kích thước nhỏ, thi công nhanh và đồng đều chi phí rẻ, bấc thấm ngày nay đã thay thế giếng cát trong phần lớn các công trình xử lý nền đất yếu.
Bản chất bài toán cố kết trong xử lý nền đất yếu
Trong nền đất yếu (bùn, sét mềm, sét rất mềm), hệ số thấm theo phương thẳng đứng rất nhỏ, khiến nước lỗ rỗng thoát ra chậm. Khi gia tải (đắp đất, tải trọng công trình), áp lực nước lỗ rỗng tăng lên nhưng không thoát kịp, dẫn đến quá trình lún cố kết kéo dài hàng chục năm nếu không có biện pháp xử lý.
Việc bố trí giếng cát hoặc bấc thấm giúp:
🔸Rút ngắn chiều dài đường thoát nước: Trong điều kiện không xử lý, nước lỗ rỗng trong nền đất yếu phải thoát theo phương thẳng đứng, di chuyển một quãng đường rất dài – có thể lên tới hàng chục mét – từ sâu trong lòng đất lên đến bề mặt nền tự nhiên. Khi bố trí bấc thấm hoặc giếng cát, cơ chế thoát nước được thay đổi: nước không còn phải đi lên theo phương thẳng đứng mà chảy ngang về phía thân bấc hoặc thân giếng, với chiều dài đường thoát nước chỉ xấp xỉ bằng một nửa khoảng cách giữa các bấc hoặc các giếng. Nhờ đó, quá trình thoát nước lỗ rỗng của nền đất được gia tốc đáng kể.
🔸Chuyển cơ chế thoát nước từ thẳng đứng sang thoát nước ngang
🔸Đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất
Nguyên lý thoát nước ngang và vai trò của gia tải
Khi có giếng cát hoặc bấc thấm, nước lỗ rỗng trong đất không cần thoát lên bề mặt theo phương thẳng đứng mà sẽ chảy ngang về phía các giếng hoặc bấc, sau đó được dẫn lên tầng thoát nước. Nhờ đó, tốc độ cố kết tăng lên rõ rệt.
Cần nhấn mạnh rằng:
✅Giếng cát và bấc thấm không làm giảm độ lún của nền.
✅Chúng chỉ đẩy nhanh quá trình lún theo thời gian nhờ đẩy nhanh tốc độ thoát nước lỗ rỗng
Hiệu quả xử lý chỉ đạt được khi có đủ gia tải. Nếu không có gia tải hoặc tải quá nhỏ, việc bố trí giếng cát/bấc thấm gần như không mang lại ý nghĩa thực tế.
Biện pháp thi công sơ bộ giếng cát và bấc thấm
✅Thi công bấc thấm (PVD)
Trong thi công bấc thấm, dải bấc thấm được luồn sẵn vào một ống kim loại mỏng, thường có tiết diện hình chữ nhật. Thiết bị chuyên dụng sẽ ấn hoặc rung nhẹ ống kim loại này xuống nền đất đến đúng độ sâu thiết kế.
Khi đạt đến độ sâu yêu cầu, ống kim loại được rút lên, trong khi bấc thấm được giữ lại trong lòng đất nhờ một miếng thép neo ở đầu bấc. Kết quả là một dải bấc thấm liên tục theo phương thẳng đứng, đóng vai trò đường dẫn nước lỗ rỗng trong quá trình cố kết.
✅Thi công giếng cát
Đối với giếng cát, thiết bị thi công sẽ rung hạ một ống vách thép có đường kính lớn, thường khoảng 40 cm, xuống nền đất yếu. Khi ống vách đạt đến độ sâu thiết kế, cát hạt trung sẽ được đổ vào trong lòng ống bằng máy xúc hoặc nhân công.
Trong quá trình rút dần ống vách lên, cát được giữ lại trong đất, tạo thành một cột cát liên tục theo phương thẳng đứng – chính là giếng cát. Do đường kính lớn, giếng cát tạo ra kênh thoát nước rõ ràng và ổn định.
Ví dụ thực tế minh họa nguyên lý làm việc
Xét một nền đất yếu dày khoảng 20 m, trong đó:
🔸Lớp trên dày 12 m, độ lún tính toán S₁ ≈ 0,8 m
🔸Lớp dưới dày 8 m, độ lún tính toán S₂ ≈ 0,2 m
✅Trường hợp không xử lý nền
Nếu không xử lý, tổng độ lún S = S₁ + S₂ ≈ 1,0 m sẽ xảy ra rất chậm, có thể kéo dài khoảng 50 năm, không đáp ứng yêu cầu khai thác công trình.
✅Trường hợp xử lý bằng bấc thấm (hoặc giếng cát) sâu 12 m
Khi bố trí bấc thấm/giếng cát cho lớp đất phía trên:
🔸Phần lún 0,8 m của lớp trên xảy ra nhanh trong khoảng 1 năm
🔸Phần lún 0,2 m của lớp dưới diễn ra rất chậm trong thời gian dài
Sau 1 năm xử lý, độ lún còn lại chỉ khoảng 0,2 m, nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn thiết kế TCCS 41-2022 (độ lún < 0.3m)
Trong thực tế, các giá trị độ lún và mức độ cố kết theo thời gian thường được xác định bằng bảng tính giếng cát và bấc thấm, kết hợp với số liệu quan trắc để kiểm chứng.
So sánh giếng cát và bấc thấm từ góc độ kỹ thuật và kinh tế
Xét về độ tin cậy, giếng cát có độ tin cậy cao hơn do đường kính lớn, cột cát luôn đảm bảo phương thẳng đứng tại tâm giếng. Trong khi đó, bấc thấm có thể bị cong hoặc gập trong quá trình thi công và làm việc, dẫn đến lệch khỏi phương thẳng đứng, từ đó ảnh hưởng đến khả năng thoát nước lỗ rỗng trong một số trường hợp.
Về giá thành, giếng cát có chi phí rất cao do phải sử dụng cát hạt trung với khối lượng lớn, trong khi bấc thấm có giá thành rẻ hơn đáng kể vì không cần dùng cát hạt trung; tầng đệm cát thoát nước ngang có thể được thay thế bằng bấc thấm ngang.
Chính vì độ tin cậy cao, giếng cát trước đây thường được sử dụng cho các công trình:
🔸Có chiều cao đắp lớn
🔸Hoặc tại các vị trí quan trọng, như đường dẫn đầu cầu
Tuy nhiên, trong thực tế hiện nay, giếng cát ít được sử dụng do giá thành rất cao, thậm chí cao hơn cả cọc đất gia cố xi măng, trong khi cọc đất gia cố xi măng lại không cần gia tải và không phải chờ lún, nên thường được ưu tiên hơn trong các dự án hiện đại.
Do đó, trong các dự án ngày nay, bấc thấm trở thành giải pháp chủ đạo khi áp dụng phương pháp thoát nước thẳng đứng
Trên cơ sở đó, việc lựa chọn giữa bấc thấm kết hợp gia tải truyền thống hay bấc thấm kết hợp hút chân không cần được đánh giá tổng thể về kỹ thuật, tiến độ và hiệu quả kinh tế.
Kết luận
Giếng cát và bấc thấm là các biện pháp xử lý nền đất yếu dựa trên nguyên lý thoát nước thẳng đứng, nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết dưới tác dụng của gia tải. Hai giải pháp này không làm giảm tổng độ lún cuối cùng, mà chỉ đẩy nhanh tiến trình lún theo thời gian, giúp phần lớn độ lún xảy ra trước khi đưa công trình vào khai thác.
Việc lựa chọn giữa giếng cát, bấc thấm hay các giải pháp khác cần dựa trên:
🔸Điều kiện địa chất
🔸Yêu cầu kỹ thuật và mức độ quan trọng của công trình
🔸Tiến độ và hiệu quả kinh tế
Hiểu đúng nguyên lý làm việc, biện pháp thi công và giới hạn áp dụng là cơ sở để sử dụng các bảng tính thiết kế một cách an toàn và hiệu quả.
