Phương pháp Asaoka - Hướng dẫn tính toán chi tiết

Trong các công trình xử lý đất yếu có quan trắc lún, việc xác định độ lún cuối cùng của nền đất là cơ sở quan trọng để đánh giá mức độ cố kết, quyết định thời điểm dỡ tải và triển khai các hạng mục thi công tiếp theo. Trong số các phương pháp dựa trên số liệu quan trắc, phương pháp Asaoka được sử dụng rộng rãi nhờ nguyên lý đơn giản, dễ áp dụng và cho kết quả sát với thực tế thi công.

Tuy nhiên, trên thực tế, nhiều kỹ sư gặp khó khăn khi xử lý số liệu quan trắc và dựng biểu đồ Asaoka, đặc biệt khi số chu kỳ đo nhiều hoặc cần cập nhật liên tục theo tiến độ. Vì vậy, việc sử dụng bảng tính Excel để tính toán và ngoại suy Asaoka là giải pháp hiệu quả, giúp tự động hóa quá trình tính toán, giảm sai sót và tiết kiệm thời gian.

Trong bài viết này, mình sẽ:

🔸Trình bày nguyên lý phương pháp Asaoka một cách ngắn gọn, đúng bản chất kỹ thuật

🔸Hướng dẫn cách sử dụng bảng tính Excel để xác định độ lún cuối cùng theo Asaoka

🔸Làm rõ ý nghĩa của kết quả và cách đọc biểu đồ Asaoka trong thực tế quan trắc

Nội dung được xây dựng theo hướng dễ áp dụng cho kỹ sư hiện trường, tư vấn thiết kế và chủ đầu tư, phù hợp với các công trình nền đường, nền đắp và xử lý đất yếu có theo dõi lún.

Nguyên lý và cách xác định độ lún cuối cùng theo phương pháp Asaoka

Phương pháp Asaoka là phương pháp phân tích số liệu quan trắc lún, được sử dụng để xác định độ lún cuối cùng của nền đất trong quá trình gia tải và cố kết, mà không cần xác định trực tiếp các tham số cố kết của đất.

Nguyên lý của phương pháp Asaoka

Nguyên lý của phương pháp Asaoka rất đơn giản và trực quan:

"Nền đất được coi là tắt lún khi độ lún gia tăng giữa hai chu kỳ quan trắc liên tiếp bằng nhau"

Trong đó:

Chu kỳ là mỗi lần quan trắc lún (theo ngày, tuần hoặc tháng).

Khi độ lún tại chu kỳ sau bằng độ lún tại chu kỳ trước, quá trình cố kết của nền đất xem như đã kết thúc.

Tại thời điểm này, độ lún của nền không tăng thêm theo thời gian, và giá trị độ lún tương ứng được gọi là độ lún cuối cùng của nền đất.

---

Cách xây dựng biểu đồ Asaoka

Thay vì biểu diễn độ lún theo thời gian, phương pháp Asaoka sử dụng quan hệ giữa hai chu kỳ quan trắc liên tiếp để xây dựng biểu đồ.

Cụ thể:

🔸Trục hoành (x): độ lún tại chu kỳ trước S_i−1

🔸Trục tung (y): độ lún tại chu kỳ sau S_i

Từ số liệu quan trắc, mỗi cặp (S_i−1,S_i) sẽ tạo thành một điểm Asaoka trên biểu đồ.

Ví dụ:
Giả sử độ lún quan trắc tại các chu kỳ lần lượt là:

🔸Độ lún tại thời điểm 150 ngày S₁₅₀ = 0.3 m

🔸Độ lún tại thời điểm 157 ngày S₁₅₇ = 0.32m

🔸Độ lún tại thời điểm 164 ngày S₁₆₄ = 0.33m

Khi đó ta có các điểm Asaoka như sau:

🔸(0.3,  0.32)

🔸(0.32,  0.33)

Lưu ý: số điểm asaoka = số chu kỳ quan trắc -1

Xác định độ lún cuối cùng

Từ các điểm Asaoka, tiến hành xây dựng đường xu hướng tuyến tính có dạng:

y = ax + b

Đường thẳng này biểu diễn quy luật phát triển độ lún của nền theo các chu kỳ quan trắc. Excel đã có hàm chuyên dụng để xây dựng phương trình đường thẳng rồi các bạn nhé nên chỉ cần nắm được nguyên lý là làm được đến 70% rồi.

Tiếp theo, vẽ đường phân giác y=x trên cùng biểu đồ.
Giao điểm giữa đường xu hướng Asaoka và đường y=xy = xy=x có tọa độ:

x = y= S_∞

Trong đó: S_∞​ chính là độ lún cuối cùng của nền đất theo phương pháp Asaoka.

Ý nghĩa và ứng dụng thực tế

Giao điểm này tương ứng với trạng thái mà:

🔸Độ lún ở chu kỳ sau bằng độ lún ở chu kỳ trước

🔸Nền đất không còn lún thêm theo thời gian

Do đó, giá trị S_∞​ được xem là độ lún cuối cùng của nền, dùng để đánh giá mức độ cố kết U (lấy độ lún thời điểm hiện tại chia cho S_∞ để ra độ cố kết U). Nếu U>90 % thì nền đã đảm bảo điều kiện để dỡ tải

Hướng dẫn tính toán phương pháp Asaoka bằng bảng tính excel

Lưu ý quan trọng

Bảng tính của mình gồm nhiều sheet. Trong đó có những sheet màu đỏ là các sheet các bạn cần nhập thông số đầu vào. Còn các sheet khác là các sheet trung gian để tự động tính toán, các bạn tuyệt đối không sửa đổi gì ở những sheet này. Trong các sheet màu đỏ, có những quy định sau:

🔸Các ô có nền màu xanh lá cây nhạt và chữ màu đỏ là những ô để nhập số liệu,

🔸Các ô có nền màu xanh lá cây nhạt và chữ màu đỏ và có viền mầu đỏ là những ô để nhập liệu, tuy nhiên dữ liệu đã có sẵn rồi, bạn chỉ cần bấm mũi tên xổ xuống để chọn.

🔸Các ô khác là những ô mình đặt công thức tự động, các bạn tuyệt đối không chỉnh sửa.

Đặc biệt lưu ý rằng các thao tác như xóa dòng, xóa cột cũng sẽ làm hỏng bảng tính, các bạn không thực hiện các thao tác như vậy.

Các bảng tính của mình đều có code VBA, vì vậy, để bảng tính có thể chạy được trên phần mềm excel, chúng ta thiết lập excel theo hướng dẫn tại ĐÂY, chúng ta chỉ cần thiết  lập một lần duy nhất thôi nhé.

Khai báo các thông số yêu cầu trong hồ sơ thiết kế

📝 U _{yêu cầu}: Độ cố kết yêu cầu của phân đoạn xử lý được đưa ra trong hồ sơ thiết kế, thường là 0.9 (90%)

📝 S_t gần nhất: Độ lún cộng dồn từ thời điểm bắt đầu thi công đến ngày quan trắc cuối cùng

📝 Ngày: Ngày quan trắc cuối cùng tính từ thời điểm bắt đầu thi công

Nhập số liệu quan trắc

Nhập các điểm quan trắc vào bảng trên, mỗi điểm quan trắc gồm các thông tin:

📝Ngày: Ngày theo lịch

📝Ngày cộng dồn: Ngày cộng dồn từ ngày bắt đầu thi công đến thời điểm quan trắc

📝Độ lún cộng dồn: Độ lún cộng dồn từ ngày bắt đầu thi công đến thời điểm quan trắc

Các điểm quan trắc phải có thời gian cách đều nhau, như trên hình, khoảng thời gian giữa các điểm quan trắc là 7 ngày (222 - 215 =7; 215 - 208 = 7...). Thường nhập từ 5=> 10 điểm quan trắc.

Sau khi nhập xong các điểm quan trắc, đường xu thế (đường thẳng đi qua các điểm có tung độ Si và hoành độ Si-1) và đường phân giác (đường thẳng đi qua các điểm có tung độ Si, hoành độ Si) tự động được vẽ lên trục tọa độ, phương trình đường xu thế ( trong hình là y= 0.6751x + 0.064) cũng tự dộng được bảng tính xác định và vẽ lên đồ thị.

Lưu ý là đồ thị sẽ tự động cập nhật theo số lượng các điểm quan trắc, các bạn không câng phải kéo lại vùng dữ liệu vẽ đồ thị nhé.

Dự báo độ lún cuối cùng theo phương pháp Asaoka

      Trong bước này, bảng tính tự động xác định độ lún cuối cùng Sc (chính là tọa độ điểm giao cắt giữa đường phân giác và đường xu thế). Dựa vào độ lún tại thời điểm quan trắc cuối cùng (St gần nhát)  đã khai báo ở bước 1, tính ra độ cố kết tại thời điểm quan trắc gần nhất (Ut). So sánh với độ cố kết yêu (U yêu cầu) cầu trong hồ sơ thiết kế (khai báo ở bước 1).

     Nếu Ut >Uyêu cầu => OK. Dừng ở đây và ẩn phần phía dưới đi.

     Nếu Ut < Uyêu cầu => NOT OK, chúng ta đến tiếp phần "IV.DỰ BÁO THỜI GIAN KẾT THÚC GIA TẢI" như hình dưới:

 Mục này sẽ tự động tính ra số ngày cần chờ thêm từ thời điểm quan trắc cuối cùng. Như trên hình thì cần chờ thêm 38 ngày nữa mới dỡ tải được.

Kết luận

Phương pháp Asaoka dựa trên nguyên lý tắt lún theo chu kỳ quan trắc, kết hợp với biểu đồ quan hệ S_i–S_i−1​ để xác định độ lún cuối cùng của nền đất một cách đơn giản, trực quan và sát với thực tế thi công.

Bài viết phản ánh quan điểm kỹ thuật của tác giả tại thời điểm biên soạn và sẽ được cập nhật, hiệu chỉnh theo quá trình tích lũy thêm kiến thức và kinh nghiệm thực tế.