Giếng cát bấc thấm - Hướng dẫn tính toán chi tiết

1. Giới thiệu

Bài viết này được xây dựng nhằm hướng dẫn chi tiết cách sử dụng bảng tính Excel phục vụ thiết kế xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp bấc thấm. Nội dung tập trung vào cách nhập dữ liệu, đọc kết quả và kiểm soát các thông số chính trong bảng tính phục vụ quá trình thiết kế và kiểm tra kỹ thuật. Bài viết không đi sâu vào trình bày lý thuyết. Nguyên lý của phương pháp bấc thấm giếng cát và so sánh với các giải pháp xử lý nền khác được trình bày trong bài viết riêng

2. Tư duy và trình tự giải bài toán tính toán

Trước khi đi vào thao tác trên bảng tính, cần làm rõ cách tiếp cận bài toán xử lý nền đất yếu. Trên thực tế, bài toán tính toán cho các biện pháp như bấc thấm, giếng cát không phải là một phép tính phức tạp duy nhất, mà là tổ hợp nhiều bài toán tính lún và dự báo cố kết được ghép lại theo đúng trình tự thi công.

2.1 Bài toán luôn bám theo trình tự thi công thực tế

Quá trình thi công nền đường hoặc nền đắp thường được chia thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn gồm:

🔸Một tải trọng nền đắp mới

🔸Một khoảng thời gian để thi công cho giai đoạn đó, thời gian này được tính toán dựa trên chiều cao đắp của giai đoạn và tốc độ đắp.

🔸Một khoảng thời gian chờ để nền đất cố kết

Do đó, việc tính toán cũng cần đi theo đúng trình tự này

2.2  Mỗi giai đoạn đắp tương ứng với một bài toán lún và dự báo lún riêng

Ở mỗi giai đoạn đắp, ta xem nền đất như đang chịu một tải trọng mới, và cần giải bài toán tính lún và dự báo lún như sau:

🔸Tính độ lún cố kết cuối cùng Sc do tải trọng của giai đoạn đó gây ra, dựa vào chiều sâu cắm bấc thấm/ giếng cát, chia độ lún cố kết này thành 2 phần

     🔹S_c1: Độ lún cố kết của các lớp đất nằm trong chiều sâu cắm PVD/SD

     🔹S_c2: Độ lún cố kết của các lớp đất 

🔸Tính độ cố kết theo phương ngang Uh (của phần được cắm bấc thấm/ giếng cát) và độ cố kết theo phương đứng Uv tại 2 thời điểm:

     🔹Sau khi đắp xong

     🔹Sau khi chờ xong

Kết quả của bài toán này là độ lún S_t của nền tại từng thời điểm của mỗi giai đoạn đắp: 

S_t = S₁ * [1-(1-U_v)*(1-U_h)] + S₂ * U_v 

2.3 Ghép kết quả lún theo từng giai đoạn và từng thời điểm

Sau khi giải bài toán cho từng giai đoạn đắp, các kết quả cần được ghép lại theo trình tự thời gian, tương ứng với các thời điểm quan tâm, ví dụ với nền đắp 2 giai đoạn thì sẽ tính độ lún tại các thời điểm:

🔸Sau khi đắp xong giai đoạn 1

🔸Sau thời gian chờ của giai đoạn 1

🔸Sau khi đắp xong giai đoạn 2

🔸Sau thời gian chờ của giai đoạn 2

Tại mỗi thời điểm, độ lún của nền được xác định bằng tổng độ lún tích lũy của các giai đoạn trước đó

2.4  Bản chất bài toán: đơn giản nhưng cần làm đúng trình tự

Như vậy, bản chất của bài toán tính toán  không có gì cao siêu, mà là:

🔸Giải nhiều bài toán lún và dự báo lún cơ bản

🔸Áp dụng cho từng giai đoạn tải đắp

🔸Ghép lại theo đúng trình tự thi công

Nếu nắm rõ tư duy này, việc sử dụng bảng tính sẽ trở nên rõ ràng và nhất quán, tránh được sai sót do nhầm lẫn giữa các giai đoạn hoặc các phần đất được xử lý và không được xử lý.

---

👉 Trong phần tiếp theo, bài viết sẽ trình bày ví dụ bài toán cụ thể và hướng dẫn sử dụng bảng tính để áp dụng tư duy trên vào tính toán thực tế.

3. Ví dụ bài toán minh họa

(đang cập nhật)

Cùng tìm hiểu phương pháp tính toán qua ví dụ sau

Xét 1 nền đắp trên đất yếu chiều cao đắp 5m, chia 2 giai đoạn đắp

🔸Giai đoạn 1: đắp 3m

     🔹Thời gian đắp: 3 m/ 0.1m = 30 ngày (tốc độ đắp 0.1m /ngày)

     🔹Thời gian chờ: 4 tháng

🔸Giai đoạn 2: đắp tiếp 2m 

     🔹Thời gian đắp: 2 m/ 0.1m = 20 ngày (tốc độ đắp 0.1m /ngày)

     🔹Thời gian chờ: 4 tháng

🔸Chiều sâu đất yếu 20m, cắm bấc thấm sâu 15m.

Tính toán xử lý nền của biện pháp này chính là tính ra độ lún tại các thời điểm, 

🔸Đắp xong giai đoạn 1

🔸Chờ xong giai đoạn 1

🔸Đắp xong giai đoạn 2

🔸Chờ xong giai đoạn 2.

Ví dụ với gia đoạn 1 chiều cao đắp 3m, chúng ta đi giải bài toán tính lún nền đắp có chiều cao 3m trên đất yếu. Kết quả nhận được của bài toán này chính là độ lún của từng lớp của 20m đất yếu. Sau khi có độ lún của 20m này, chai làm 2 phần:
Độ lún của phần được cắm PVD: tổng độ lún của 15m đầu tiên

Độ lún của phần không được cắm PVD: Tổng độ lún của 5m còn lại.

4. Hướng dẫn sử dụng bảng tính

Chuyển qua sheet "SD" để khai báo các thông số của biện pháp xử lý

3.1 Mục 2.Lựa chọn biện pháp gia tải

     Phần này chúng ta khai báo số giai đoạn đắp và thời gian chờ cho mỗi giai đoạn. Bảng tính cho phép tối đa 3 giai đoạn đắp (đủ đáp ứng cho nền đắp có độ cao tối đa 10 m). Phần này có 1 số các lưu ý sau

🔸Ô F15  khai báo chiều cao  Hđắpmin đây là chiều cao tối thiểu của nền đắp để đảm bảo đủ áp lực truyền xuống phía dưới để nước trong bấc thấm hoặc giếng cát có thể thoát lên. Giá trị này cho phép nhật từ 3=> 5m, thường chọn 4m.

🔸Ô F11 - giá trị Tổng Hđắp: Được tính bằng giá trị lớn nhất giữa H đắp min và Hđắp (ô G8 sheet TL).

🔸Tổng các chiều cao đắp các giai đoạn (F9 + F9 +F10) phải bằng Tổng Hđắp (F11).

3.2 . Mục 3.Thông số Giếng cát / Bấc thấm

     Để lựa chọn biện pháp xử lý là giếng cát hoặc bấc thấm, các bạn thay đổi giá trị ô B16 là được.

🔸Các giá trị ô D17, D18, F21,  F22 là các ô cho phép nhập liệu, tuy nhiên giá trị những ô này hầu như không thay đổi vì vậy chúng ta để các giá trị mặc định giống trong hình là được. Chi tiết hơn các bạn xem tại ĐÂY. 

🔸Ô F17 - giá trị tỷ số Ch/Cv: Giá trị này lấy từ 2 => 5, lấy càng cao thì thời gian chờ lún càng nhanh, thiên về an toàn thì nền lấy bằng 2. 

🔸Ô D20 - giá trị khoảng cách giữa các bấc thấm hoặc giếng cát: Đối với bấc thấm lấy từ 1.2 => 2m. Giếng cát lấy từ 1.8 => 3m. 

🔸Ô D21 - kiểu bố trí: Chọn hình vuông và tam giác (hoa mai). Kiểu hình vuông hiệu quả kém hơn nhưng dễ thi công hơn. Kiểu tam giác thì hiệu quả cao hơn nhưng khó thi công hơn. Trong 1 dự án thì nên chọn 1 kiểu bố trí cho thống nhất.

🔸Ô D23 - chiều sâu cắm: Bạn lựa chọn chiều sâu xử lý nền mong muốn, đặc biệt lưu ý khi địa chất phía dưới có các lớp cát, chiều sâu cắm cần đảm bảo một là cắm qua lớp cát vào lớp đất yếu phía dưới, hai là cắm chưa đến lớp cát, nếu để chiều sâu cắm lửng lơ trong lớp cát bảng tính sẽ báo lỗi ngay do đoạn bấc thấm, giếng cát nằm trong lớp cát là thừa không có tác dụng gì cả vì lớp cát tự nó thoát nước được rồi, không cần thiết bị thoát nước thẳng đứng.

Sau khi khai báo xong các thông số, kết quả tính toán sẽ được cập nhật ở mục "1.Kết quả xử lý" và biểu đồ tiến trình đắp và độ lún trong mục "II.DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỐ KẾT" sẽ được vẽ lại tự động.

4. Bấc thấm ngang PHD

Nếu lựa chọn biện pháp xử lý bằng bấc thấm thì để tiết kiệm chi phí, chúng ta có thể thay phần đệm cát thoát nước hạt trung ở trên đầu bấc thấm đứng (PVD) bằng bấc thấm ngang (PHD). Khi đó, đầu bấc thấm đứng (PVD) sẽ được nối vào thân các bấc thấm ngang (PHD). 

Trong bảng tính, nếu bạn muốn tính bấc thấm ngang, bạn chuyển qua sheet PHD

Tại đây bạn thay đổi thông số duy nhất là bề rộng bấc thấm ngang. Giá trị này chọn 1 trong 3 kích thước: 0.2m, 0.3m hoặc 0.6m. Sau khi lựa chọn, kết quá nhận được là mật dộ bấc thấm ngang/ bấc thấm đứng tối thiểu. Trong hình trên kết quả là 1PHD/2PVD nghĩa là trên mặt bằng, 2 hàng bấc thấm đứng PVD sẽ được nối chung vào 1 hàng bấc thấm ngang PHD. 

Như vậy là mình đã hướng dẫn xong cách sử dụng bảng tính xử lý đất yếu bằng giếng cát và bấc thấm. Kết quả tính toán cho biết độ lún xử lý được, độ lún dư còn lại sau xử lý và thời gian chờ lún cần thiết. Khi thi công thời gian chờ lún thực tế được quyết định dựa vào việc tính toán số liệu quan trắc theo phương pháp ASAOKA hoặc phương pháp Hypebolic Các bạn cùng bình luận phía dưới để đóng góp ý kiến cho bài viết nhé.

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.