Tính lún nền đắp trên đất yếu - Hướng dẫn tính toán chi tiết

Bài viết này sẽ hướng dẫn chi tiết cách tính lún nền đắp trên đất yếu theo tiêu chuẩn TCCS 41-2022,  dựa trên cơ sở lý thuyết cố kết, bao gồm: xác định tải trọng nền đắp, phân tích các lớp đất, lựa chọn các thông số địa kỹ thuật cần thiết và áp dụng công thức tính lún một cách có hệ thống. Nội dung được trình bày theo từng bước rõ ràng, kèm theo giải thích bản chất cơ học của hiện tượng lún, giúp người đọc hiểu đúng – tính đúng – áp dụng đúng trong thực tế thiết kế.

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 cần thiết lập excel để sử dụng được bảng tính .Chỉ cần thiết  lập một lần duy nhất thôi nhé.

1. Khai báo số liệu đầu vào

1.1 Khai báo các lớp kết cấu áo đường

Việc khai báo này nhằm xác định chiều cao tương đương của kết cấu áo đường, để quy đổi và cộng thêm vào chiều cao thiết kế H_tk​.

Nguyên nhân là trong bài toán tính lún, nền đắp thường được mô hình hóa như một vật liệu đồng nhất, chỉ sử dụng một giá trị dung trọng γ duy nhất, tương ứng với dung trọng của vật liệu đắp.

Trong khi đó, nền đường thực tế không chỉ gồm đất đắp mà còn có các lớp kết cấu áo đường, với dung trọng lớn hơn đáng kể so với đất đắp.

Vì vậy, cần tính thêm một chiều cao tương đương h_qđkcad để quy đổi tải trọng của kết cấu áo đường về tải trọng tương đương của nền đắp, nhằm bảo đảm tải trọng đưa vào tính lún phản ánh đúng điều kiện làm việc thực tế của nền đường.

Để thực hiện việc này, bạn mở sheet QDAD để khai báo các thông số:

🔸Tên lớp,

🔸Chiều dày,

🔸Dung trọng. 

Bảng tính có thể khai báo tối đa 12 lớp KCAD. Sau khi khai báo sau bảng tính tự động tính ra giá trị Độ cao quy đổi từ KCAD sang vật liệu đắp và link sang sheet TL

1.2 Khai báo các thông số nền đắp

Bạn mở sheet TL để khai báo phần này

🔹Bề rộng mặt nền B_o: Khoảng cách từ vai đường bên trái đến vai đường bên phải, nếu là đường có vỉa hè thì khoảng cách này tính từ mép vỉa hè bến trái đến mép vỉa hè bên phải.

🔹Độ dốc mái taluy M₁, M₂: Độ dốc 2 bên taluy, bảng tính cho phép khai báo 2 bên taluy với hai độ dốc khác nhau. Nếu tuyến đường được làm song song với việc san nền hai bên và không có mái taluy, khai báo M1 và M2 = 0.

🔹Dung trọng đất đắp γ: Lấy bằng 1.9 - 2.0 T/m³ nếu đắp bằng đất và 1.85 nếu đắp bằng cát. Nếu có hồ sơ điều tra mỏ vật liệu thì tính dung trọng theo thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn trong hồ sơ điều tra mỏ vật liệu.

🔹Chiều sâu mực nước ngầm D_w: Đây là khoảng cách từ nền thiên nhiên đến mực nước ngầm, giá trị này được đo trong quá trình khoan khảo sát. Tuy nhiên thực tế thì nền  để = 0 để tính toán cho trường hợp bất lợi nhất.

🔹H_tk: Chiều cao thiết kế, giá trị này được xác định bằng chênh cao giữa cao độ đường đỏ và cao độ đường đen tại mặt cắt ngang kiểm toán. Cho bạn nào chưa biết thì khi tính toán đất yếu, chúng ta cần chia tuyến đường thành nhiều phân đoạn. Mỗi phân đoạn lựa chọn ra một mặt cắt ngang bất lợi nhất để kiểm toán đại diện cho phân đoạn, đây chính là mặt cắt ngang kiểm toán.

🔹h_qđkcađ: khi khai báo ở mục 1.1, kết quả sẽ tự động được link vào đây.

🔹S_gt: Đây là phần phức tạp nhất, mình đã có 1 bài viết riêng để hướng dẫn cách xác định giá trị Sgt này.

🔹Trong trường hợp có bệ phản áp thì khai báo thêm các thông số của bệ phản áp, bảng tính cho phép bạn khai báo bệ phản áp hai bên với các kích thước bề rộng (BPA trái/phải), chiều cao (HPA trái/phải) và mái taluy (mPA trái/phải) khác nhau. Nếu không dùng bề phản áp, bạn để các thông số này = 0 hoăc không nhập dữ liệu vào là được.

1.3 Khai báo chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất

Sau khi khai báo xong thông số nền đắp, chúng ta đi xuống phía dưới để khai báo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất

Bảng tính cho phép chúng ta khai báo tối đa 10 lớp địa chất. Trong phần này, chúng ta khai báo các thông số để tính toán lún và kiểm toán ổn định trượt.

Chú ý rằng bảng tính không cho phép khai báo 2 lớp đất tên giống nhau, vì vậy nếu địa tầng tại mặt cắt kiểm toán có 2 lớp đất giống nhau, bạn cần khai báo tên khác nhau cho chúng.

Ví dụ địa tầng có các lớp đất lần lượt từ nền thiên nhiên xuống: 1A, 2, 3, 2, 5. Khi điền vào bảng tính bạn có thể khai báo các lớp đất thành: 1A, 2-top, 3, 2-bot, 5 chẳng hạn.

Chi tiết các thông số cần khai báo được trình bày ở mục tiếp theo.

1.3.1 Các thông số để tính lún

🔸Dung trọng γ_w: Lấy trong bảng tổng hợp số liệu địa chất

🔸Chỉ số nén C_c, chỉ số nén lại C_r, áp lực tiền cố kết P_c: Các thông số này được lấy từ thí nghiệm nén cố kết, một số phòng LAS cũng đưa luôn vào bảng tổng hợp số liệu địa chất.

🔸Hệ số rỗng e_o và hệ số cố kết C_v: Cũng được lấy ra từ thí nghiệm nén cố kết, tuy nhiên 2 thông số này không chỉ có 1 giá trị như các thông số trên mà có một dãy các giá trị, thay đổi thep từng cấp áp lực được đặt lên mẫu đất khi thực hiện thí nghiệm nén cố kết. Để khai báo phần này, các bạn mở sheet eCv-P.

Để điền được những giá trị này, bạn cần lấy trong biểu chi tiết của thí nghiệm nén cố kết, khi bạn nhập đến cấp áp lực cuối cùng mà vẫn còn cột trống, bạn cần phải copy dữ liệu ở cấp áp lực cuối cùng để điền vào các cột dữ liệu còn trống. Trong ví dụ trên, cấp cuối cùng là cấp 80T/m², sau cấp này còn 2 cột trống, mình đã copy dữ liệu của cấp 80 này để điền cho 2 cột trống còn lại. 

Hình phía dưới là ví dụ 1 biểu nén cố kết chi tiết, phần mình đóng khung đỏ lần lượt là: Cấp áp lực, Hệ số rỗng e_o theo các cấp áp lực và hệ số cố kết C_v theo các cấp áp lực

Trong trường hợp một lớp đất yếu được thí nghiệm nhiều mẫu cố kết, chúng ta cần lấy giá trị trung bình của các chỉ tiêu nhé.

1.3.2 Các thông số tính trượt

🚨Lưu ý: Các thông số bạn nhập trong phần này không ảnh hưởng đến độ lún nhé

🔸Góc ma sát trong φCU: Góc này lấy từ thí nghiệm nén 3 trục theo sơ đồ CU.

Lưu ý thí nghiệm này kết quả có 2 góc φ và φ', bạn lấy giá trị φ nhé. Giá trị này đặc trưng cho tốc độ tăng sức chịu tải của đất khi cố kết.

Nếu giá trị này không có thì lấy bằng 15 độ là được. Giá trị này chỉ được sử dụng nếu sau khi tính lún, bạn lựa chọn biện pháp xử lý là giếng cát hoặc bấc thấm thôi nhé.

🔸Lực dính C: Bạn có thể lựa chọn gía trị này từ 1 trong 3 thí nghiệm: cắt phẳng, cắt cánh (VST), nén 3 trục theo sơ đồ UU. Thứ tự ưu tiên như sau: Ưu tiên nhập bằng cắt cánh, nếu không có thì mới nhập từ nén 3 trục UU, nếu không có nén 3 trục UU thì mới nhập từ cắt phẳng

🔸Góc ma sát trong φ: Nhập giá trị này khá là phức tạp vì nó liên quan đến các thí nghiệm mà bạn lựa chọn, cùng đọc kỹ 3 trường hợp dưới đây nhé:

     🔹Trong trường hợp bạn nhập lực dính C từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường VST hoặc thí nghiệm nén 3 trục theo sơ đồ UU thì bạn để Góc ma sát trong φ = 0.

     🔹Trong trường hợp bạn nhập lực dính C từ thí nghiệm cắt phẳng (có tên khác là cắt trực tiếp) thì góc ma sát trong φ bạn lấy giá trị từ thí nghiệm cắt phẳng nhập vào.

     🔹Trong trường hợp lớp đất của bạn là đất cát, góc ma sát trong φ bạn lấy giá trị góc nghỉ ướt nhập vào nhé.

🔸Mô hình: Lựa chọn mô hình bạn sử dụng trong kiểm toán ổn định trượt:  MC (Mohr Colomb), UD (Undrained). Lưu ý việc chọn mô hình này không ảnh hưởng đến kết quả tính toán, tuy nhiên sẽ giúp bảng tính rõ ràng hơn, người đọc sẽ biết được lớp đất đó bạn đang tính theo mô hình gì.

2.Tính lún và dự báo lún cố kết

Phần này cực kỳ đơn giản, bạn làm 3 bước sau: 

🔸Bước 1: Bạn tiến hành phân lớp địa chất. Thao tác này bảng tính đã hỗ trợ để phân lớp tự động.

🔸Bước 2: Bạn bấm vào nút Tính Sgt ở ô F11 (phần số liệu chung). Lưu ý, khi bấm nút này, toàn bộ bảng tính phải tính toán lại nhiều lần để ra được giá trị S_gt đảm bảo S_gt = Tổng lún. Vì vậy bạn không bấm liên tục, bạn bấm 1 lần, chờ số trong ô G11 dừng thay đổi là được.

Xem trực quan bước 1 và bước 2 ở video dưới đây

Sau khi thực hiện xong 2 bước này, độ lún của các phân lớp và tổng độ lún của nền được thể hiện ở bảng phía dưới

🔸Bước 3: Đây là bước dự báo lún độ lún cố kết theo thời gian, bạn thay đổi giá trị  các ô trong cột t(năm), biểu đồ lún theo thời gian bên cạnh sẽ tự cập nhật lại. Ý nghĩa của các cột như sau:
     Tv: nhân tố thời gian 

     🔹U%: Độ cố kết

     🔹S_t: Độ lún đạt được

     🔹S_r: Độ lún còn lại (S_r = S_c - S_t)

✅Như vậy là mình đã hướng dẫn xong cách tính lún nền đắp trên đất yếu bằng bảng tính. Kết quả tính toán:

🔸Độ lún cố kết: S_c = 0.6 m

🔸Thời gian tắt lún: khoảng 180 năm

✅Sau khi nắm được cách tính lún nền đắp trên đất yếu, bước tiếp theo là lựa chọn và tính toán phương án xử lý nền phù hợp. Dưới đây là các hướng dẫn chi tiết cho từng giải pháp xử lý đất yếu thường gặp trong thực tế:

👉 Đào thay đất và đóng cọc tre – Hướng dẫn tính toán bằng bảng tính

👉Cọc đất gia cố xi măng (CDM) – Hướng dẫn tính toán bằng bảng tính

👉Giếng cát, bấc thấm – Hướng dẫn tính toán bằng bảng tính

👉Bấc thấm kết hợp hút chân không – Hướng dẫn tính toán bằng bảng tính

Mọi thắc mắc hoặc ý kiến đóng góp, vui lòng để lại bình luận phía dưới.

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.