- (c): Đõy là phơng phỏp mang tớnh cổ truyền Phơng phỏp này hầu nh khụng cú cụng thức tớnh toỏn rừ ràng mà thờng đợc thực hiện theo kinh nghiệm.
U:Cố kết của sơ đồ O2-C-D, CD=∆t2 A
đoạn đắp. Trờng hợp này thờng cũng khụng qui định hoặc thiếu căn cứ quy định tốc độ đắp cho thi cụng. Đõy là tồn tại khỏ phổ biến.
Hỡnh 2-6 Cỏc sơ đồ tớnh cỏc đại lợng cố kết khi đắp nhiều hơn 1 giai đoạn Chớnh xỏc (a) và cha chớnh xỏc (b) [11] và (c) [12], [15]
4) Tính ch−a chính xác cố kết cđa nỊn nhiỊu lớp khi có đ−ờng thấm đứng [9],..., [13] Tồn tại này gặp ở đất cả cỏc dự ỏn. a) O1 2 1 2 2 1 1 O H O H O H U U U U = + − 1 1 O H
U : Cố kết của sơ đồ O1-A-C 2 2
2
OH H
U : Cố kết của sơ đồ O2-D-E 2 2
1
OH H
U : Cố kết của sơ đồ O2-B-C O2 O2 H1 H2 t Thời gian Chiều cao đắp b) O U=UOCD 1 1 O H
U : Cố kết của sơ đồ O1-A-B 2 2
2
OH H
U : Cố kết cđa sơ đồ O2-C-D
t c) H1 H2 t ∆t2 ∆t1 ∆t2 A B C D E A B D C 2 2 1 1 O H O H U U U = + 1 1 O H
U : Cố kết của sơ đồ O1-A-B, AB=∆t1 2 2
2
OH H
U : Cố kết của sơ đồ O2-C-D, CD=∆t2 A A C D B O2 O1 Thời gian Chiều cao đắp Thời gian Chiều cao đắp
Độ cố kết của nền khi đợc xử lý đợc tớnh qua độ cố kết đứng và cố kết ngang theo công thức Carillo nh− sau:
)1 1 ( ) 1 ( 1 Uv Uh U = − − ì − (2-2) Trong đó: v U : Độ cố kết theo phơng thẳng đứng (cố kết đứng); h U : Độ cố kết ngang (cố kết ngang).
Khi nền có nhiều lớp, cố kết đứng đợc tớnh qua hệ số cố kết đứng trung bỡnh của cỏc lớp. Điều này là do, cố kết đứng của một lớp khụng những phụ thuộc tớnh thấm của bản thõn lớp đú mà cũn phụ thuộc vào khả năng thấm của cỏc lớp khỏc trờn tồn bộ chiều dài dịng thấm.
Hỡnh 2-7 Cỏc sơ đồ tớnh cố kết cđa nỊn nhiỊu lớp khi có đ−ờng thấm đứng Chớnh xỏc (a) và cha chính xác (b) [9],..., [13] a) ) 1 )( 1 ( 1 1 1 Uh Uv U = − − − ) 1 )( 1 ( 1 2 2 Uh Uv U = − − − 2 1 2 2 1 1 S S S U S U U + ì + ì = U1, Uh1: Độ cố kết và độ cố kết ngang lớp 1, theo Cv1, U2, Uh2: Độ cố kết và độ cố kết ngang lớp 2, theo Cv2 Uv: Độ cố kết đứng tớnh từ Cv trung bỡnh lớp 1 và 2 S1, S2: Độ lún cố kết lớp 1 và 2. Cv1 Cv2 ) 1 )( 1 ( 1 Uh Uv U = − − − Nền đợc hiểu là đồng nhất 1 lớp cú độ cố kết ngang và đứng Uh, Uv đỊu tính từ Cv trung bình lớp 1 và 2. b) Ch1=n1ìCv1, Cv Ch2=n2ìCv2, Cv Cv1 Cv2 Ch=nìCv, Cv
Trong khi đó, cố kết ngang trong mỗi lớp chỉ phụ thuộc vào tính thấm ngang của lớp đú mà khụng phụ thuộc vào cỏc lớp khỏc. Do đú, cố kết ngang phải đợc tớnh độc lập cho từng lớp (hình 2-7a).
ViƯc tớnh cố kết ngang theo độ cố kết trung bỡnh nh− hiƯn nay (hình 2-7b) là khụng cú cơ sở, khụng phản ỏnh đỳng sơ đồ thốt n−ớc cđa đất nỊn khi có đờng thấm thẳng đứng.
5) Chiều cao nền đắp trong cỏc tớnh toỏn ổn định lỳn và ổn định trợt cũn cha phản ỏnh đỳng diễn biến thực tế [12]
Đõy cũng là một dạng sai sút khỏ phổ biến, điển hỡnh là tại dự ỏn đơng Nguyễn Hữu Cảnh TP HCM.
Trong bài toỏn xử lý đất yếu, để đảm bảo chiều cao đắp thiết kế (He), phải đắp cao hơn chiều cao thiết kế một khoảng bằng độ lỳn nền đắp (Hd=He+S). Nh vậy, ứng suất do nền đắp gõy ra, tớnh trong cỏc nội dung ổn định lỳn, phải đợc tớnh với chiều cao Hd. Tuy nhiờn, trong quỏ trỡnh thi cụng và chờ cố kết, Hd sẽ giảm dần do cố kết đất nền và theo đú cấu tạo hỡnh học nền đắp cũng thay đổi (hỡnh 2-8). Theo đú, tại cỏc thời điểm cần kiểm tra ổn định trợt theo yờu cầu, chiều cao cũng nh cỏc thụng số hỡnh học nền đắp cú những trị số xỏc định khỏc nha Núi cách khác, tuy chỉ có một chiỊu cao thiết kế, nh−ng chiỊu cao và cấu tạo hỡnh học nền đắp là khỏc nhau đối với cỏc tớnh toỏn ổn định lỳn và ổn định trợt cũng nh tại cỏc thời điểm kiểm toỏn trợt khỏc nhau, ở mỗi mặt cắt tớnh toỏn.
Việc khụng phõn biệt rừ những trị số trờn, thờng dẫn tới một số sai sót trong tính toỏn thiết kế nh thiếu tải một trong những nguyờn nhõn chớnh dẫn tới sự cố lỳn kộo dài của tuyến đờng khi đa vào khai thỏc; chiều cao
kiểm toỏn ổn định trợt khi thi cụng thấp hơn thực tế làm tăng nguy cơ sự cố tr−ỵt; ... t H to t1 He Hd Htc
Hỡnh 2-8 Diễn biến chiều cao và cấu tạo hỡnh học nền đắp khi thi cụng
6) Mụ hỡnh tớnh toỏn cha phự hợp với trạng thỏi phỏ huỷ (trợt) cđa đất [15], [35]
Trong trờng hợp nền đất bị mất ổn định trợt, quỏ trỡnh trợt xẩy ra rất nhanh, có thể xem là tức thời nếu xột tới khả năng thoỏt nớc rất chậm của đất (loại sột). Điều này làm cho ỏp lực nớc lỗ rỗng d phỏt sinh trờn bề mặt cung trợt khụng kịp tiờu tỏn. Do đú, cú thể xem ỏp lực nớc lỗ rỗng ở đõy là khụng đổi trong suốt quỏ trỡnh trợt. Nghĩa là phỏ huỷ (trợt) xảy ra trong điều kiện khụng thoỏt nớc. Do đú, xột cả về mặt kỹ thuật và sự an toàn trong tớnh toỏn, khi tớnh ổn định trợt phải ỏp dụng mụ hỡnh khụng thoỏt nớc (=0).
Thực tế hiện nay cũn phổ biến tỡnh trạng chỉ tớnh toỏn theo số liệu cú đợc từ hồ sơ khảo sỏt mà cha hiểu điều kiện ỏp dụng của cỏc số liệu đú, điển hỡnh nhất là viƯc sư dơng trực tiếp số liệu cắt phẳng (>0) cũn khỏ phổ biến. Điều này cũng giảm tớnh chớnh xỏc của kết quả tớnh toỏn.
Trờn đõy là một số tồn tại và hạn chế trong cụng tỏc tớnh toỏn xử lý nỊn đất u hiƯn nay, liờn quan đến lý thuyết và phơng phỏp tớnh toỏn. Mỗi một hạn chế nờu trờn ảnh hởng đến độ chớnh xỏc của kết quả tớnh toỏn ở mức độ
Thời gian Chiều cao đắp
khỏc nhau, mà bản thõn ngời thiết kế cũng khụng định lợng đợc mức độ ảnh hởng đú. Vỡ vậy, chỳng khụng những làm kết quả tớnh toỏn thiếu chớnh xỏc mà cũn dẫn đến khú kiểm soỏt tớnh hợp lý vỊ kỹ tht và kinh tế của phơng ỏn thiết kế.
Cũng cần núi thờm, những hạn chế nờu trờn khụng hoàn toàn do vấn đề chuyờn mụn, mà một phần là do hạn chế về khả năng tớnh toỏn khi cỏc tớnh toỏn đợc thực hiện bằng phơng phỏp thủ cụng. Và do đú, ngoài yờu cầu về mặt chuyờn mụn kỹ thuật, với sự trợ giỳp của mỏy vi tớnh và cỏc cụng cụ lập trỡnh chuyờn nghiệp hiện nay, những tồn tại này cũng cần đợc khắc phục. 2.2.2.2 Những tồn tại và hạn chế liờn quan đến cụng cụ tớnh toỏn
Tơng tự những nội dung thiết kế khỏc, cụng tỏc tớnh toán, thiết kế xư lý nền đất yếu cũng đợc thực hiện với sự trợ giỳp của cỏc cụng cụ tớnh toỏn, mà chủ yếu hiện nay là cỏc phần mềm. Khụng thể phủ nhận những đúng gúp của cỏc phần mềm đối với cụng tỏc tớnh toỏn thiết kế. Tuy nhiờn, vỡ nhiều lý do khác nhau, bản thõn cỏc phần mềm cũng vẫn cũn những tồn tại và hạn chế nhất định. Dới đõy là những tồn tại và hạn chế của cỏc phần mềm hiện đang sư dơng trong tính tốn xư lý nỊn đất yếu cho xõy dựng đờng giao thụng ở Việt Nam mà chỳng tụi đ) có dịp tiếp cận.
1) Sơ lợc một số phần mềm đang sử dụng
Phần mỊm xt xứ n−ớc ngoài
- CONSOL [25]: Đõy là phần mềm của Mỹ, chạy trờn nền DOS. Phần mềm này đ) từng đợc sử dụng trong Dự ỏn khụi phục cỏc cầu trờn Quốc lộ 1, giai đoạn 1 và 2. CONSOL chỉ tớnh toỏn đợc một phần nội dung ổn định lỳn, cụ thể là tớnh toỏn lỳn và cố kết thẳng đứng, khụng tớnh đợc cố kết ngang. Nghĩa là nú chỉ tớnh toỏn và kiểm tra lỳn và cố kết trớc khi cú giải phỏp xư lý. Thêm
nữa những tớnh toỏn của CONSOL chỉ thực hiƯn theo trơc tim tải trọng, với cỏc dạng tải trọng cơ bản là phõn bố đều vụ hạn, múng băng, múng trũn. - GEOSPACE2 [33]: Đõy là phần mỊm cđa h)ng NILEX, Malaysia, chạy trờn nền DOS, trợ giỳp việc tớnh toỏn xử lý đất yếu bằng bấc thấm cho xây dựng đờng giao thụng. Phần mềm này đợc sử dụng lần đầu tiờn trong Dự ỏn cải tạo nõng cấp Quốc lộ 5 Hà Nội Hải Phũng. Ưu điểm hơn COLSOL, phần mềm này tớnh toỏn thờm đợc cố kết ngang khi đất đợc xử lý bằng bấc thấm. Tuy nhiờn, cỏc tớnh toỏn vẫn chỉ theo trục tim tải trọng. Hơn nữa, đõy là phần mềm cú tớnh thơng mại, lập để thiết kế xư lý bằng chính bấc thấm cđa h)ng NILEX, nờn luụn có khuyến cáo khụng chịu trỏch nhiệm về kết quả tính toỏn khi sử dụng sản phẩm bấc thấm khụng chớnh hong”.
- FLODRAIN [31]: Đõy là phần mềm dạng bản tính EXCEL có xuất xứ từ Malaysia, trợ giỳp việc tớnh toỏn xử lý đất nỊn bằng bấc thấm cho xây dựng đờng giao thụng. Phần mềm này cũng xuất hiện ở Việt Nam khi thực hiện Dự ỏn cải tạo nâng cấp Quốc lộ 5 Hà Nội Hải Phũng. Đõy là phần mềm dạng bản tớnh Excel nhng đợc lập khỏ cụng phu, tớnh toỏn khỏ đầy đủ lỳn, diƠn biến lún cố kết và diƠn biến sức khỏng cắt của đất nhng cũng chỉ thực hiƯn theo trơc tim tải trọng.
Phần mỊm xt xứ trong n−ớc
HiƯn nay cỏc cụng cụ tớnh toỏn dạng này rất phong phỳ, chđ u do các kỹ s tự phỏt triển, dới dạng cỏc bản tớnh EXCEL.
Một sản phẩm hoàn hảo nhất, về nội dung tớnh toỏn, trong cỏc sản phẩm dạng này là bản tớnh cú tờn V [4]. Đõy là bảng tớnh Excel đợc lập và ỏp dụng khi triển khai Dự ỏn nõng cấp cải tạo Quốc Lộ 1, đoạn Hà Nội Lạng Sơn. Về nội dung tớnh toỏn, V tớnh toỏn rất đầy đủ và chớnh xỏc cỏc nội
dung yờu cầu của một bài toỏn xử lý nền đất yếu bằng giải phỏp thoỏt nớc đứng. Cú thể thấy, đõy là sản phẩm khỏ chuyờn nghiệp xột về nội dung và kết quả tớnh toỏn. Tuy nhiờn, sản phẩm này cú một nhợc điểm là dung lợng quỏ lớn đối với một bản tớnh trờn 10Mb. Với dung lợng quỏ lớn cộng với việc chỉ là dạng bản tớnh, cỏc phộp tớnh sẽ thực hiện liờn tục khi thay đỉi bất kỳ một con số nào trờn bản tớnh, đ) làm cho V chạy quỏ chậm. Hơn nữa, với yờu cầu lu trữ, ớt nhất là trong thời gian triĨn khai dự án, nội dung tính tốn xử lý đất yếu chiếm quỏ nhiều dung lợng đĩa l Do đú, hiện sản phẩm này đợc sử dụng rất hạn chế.
Thực tế cho thấy, cỏc phần mềm hiện nay là khỏ phong phỳ. Tuy nhiờn, vỡ cỏc lý do khỏc nhau( đợc lập với mục đớch quảng bỏ sản phẩm, lập dới dạng bảng tớnh Excel... ) những sản phẩm này cũn những tồn tại và hạn chế nhất định.
2) Những tồn tại và hạn chế của cỏc phần mỊm hiƯn nay
Ngồi hạn chế khỏ phổ biến là chỉ tớnh toỏn với tim tải trọng [25], [31], [33], những tồn tại và hạn chế của cỏc phần mỊm hiƯn nay th−ờng gỈp ở hai dạng cơ bản sau:
Tớnh toỏn cha đầy đủ
Phổ biến nhất là khụng tớnh toỏn đợc diễn biến ỏp lực nớc lỗ rỗng d (ALNLRD) theo sơ đồ đắp thiết kế một trong những thụng số quan trọng nhất phục vụ cụng tỏc quản lý chất lợng trong quỏ trỡnh thi cụng, [25], [33].
Trong tính tốn, tốc độ đắp đợc giả thiết. Tuy nhiờn, vỡ nhiều lý do khác nhau nh− thời tiết, mỏy múc thiết bị, vấn đền cung cấp vật liƯụ.., thực tế thi công luụn khỏc với tớnh toỏn (Hỡnh 2-9), dẫn đến cỏc kết quả tớnh toỏn, trong đú cú hệ số an toàn trợt sẽ khụng nh tớnh toỏn. Chớnh vỡ vậy, cụng tỏc quan
trắc luụn là một yờu cầu bắt buộc khi thi cụng nền đắp trờn đất yế Hiện nay, phổ biến cú 3 hỡnh thức quan trắc gồm quan trắc lỳn, chuyển vị ngang và ỏp lực nớc lỗ rỗng. Mỗi loại hỡnh quan trắc cú vai trũ riờng và cú qui định riờng về tiờu chuẩn đỏnh giỏ số liệu quan trắc, đợc qui định rất chặt chẽ trong cỏc hồ sơ thiết kế.
Một trong những mục đớch của quan trắc ỏp lực nớc lỗ rỗng là nhằm đỏnh giỏ diễn biến ALNLRD trong quỏ trỡnh thi cụng, đỏnh giỏ mức độ và khả năng ổn định trợt của nền đắp trong quỏ trỡnh chất tả Từ đú đa ra những điều chỉnh thớch hợp khi thi cụng nh thay đổi tốc độ đắp, dừng đắp, dỡ bớt tải, chất tải trở lạ... Trong loại hỡnh quan trắc này, ALNLRD tớnh toỏn theo sơ đồ đắp thiết kế là căn cứ quan trọng nhất đỏnh giỏ số liệu quan trắc. Việc khụng tớnh toỏn đợc diễn biến ALNLRD, dẫn đến cỏc hồ sơ thiết kế khụng qui định đợc tiờu chuẩn đỏnh giỏ số liệu, và đơng nhiờn khụng phỏt huy hết tỏc dụng của loại hỡnh quan trắc hữu hiƯu nàỵ
Hỡnh 2-9 Sơ hoạ sơ đồ đắp thiết kế và thực tế thi cụng
Cha giải quyết đợc đồng thời, một cỏch tự động, cả hai nội dung tớnh toỏn ổn định lỳn và ổn định trợt
Hạn chế này gặp ở tất cả cỏc phần mềm hiện đang sư dơng.
Một bài toỏn xử lý nền đất yếu điển hỡnh bao gồm hai nội dung tính tốn ổn định lỳn và ổn định trợt. Hai nội dung này cú quan hệ chặt chẽ với nhau qua sự cố kết cđa đất nỊn. Tại cỏc thời điểm yờu cầu kiểm tra ổn định tr−ỵt,
Thiết kế
Thời gian Thực tế
cỏc thụng số tớnh toỏn (chiều cao nền đắp, sức khỏng cắt của đất nền...) đều đợc xỏc định từ nội dung ổn định lỳn. Hiện nay, cỏc thụng số này sau khi xỏc định đợc từ nội dung ổn định lỳn, lại đợc nhập thủ cụng sang một phần mềm khỏc (phổ biến nhất là Geo-slope) để tớnh toỏn ổn định trợt, dẫn đến hệ quả là:
- Gõy ra sự khụng thống nhất giữa cỏc thụng số tớnh toỏn
Điển hỡnh nhất là chỉ tiờu cơ lý đất nền (nhất là sức khỏng cắt) và thụng số nền đắp (nhất là chiều cao) khi tớnh toỏn ổn định trợt khụng tơng thớch với cỏc tớnh toỏn ổn định lỳn, ảnh hởng đến tớnh chớnh xỏc kết quả tớnh toỏn. - Hạn chế về năng suất lao động
Xư lý nỊn đất yếu là bài toỏn thử dần. Để cú đợc cỏc thông số thiết kế tối u, việc tớnh toỏn thờng phải thực hiện nhiều lần. Hơn nữa, bài toỏn này phụ thc nhiỊu vào viƯc thiết kế tun. Khi hai nội dung ổn định lỳn và ổn định trợt đợc tớnh toỏn riờng lẻ nh hiện nay, viƯc tính tốn thiết kế mất khá nhiỊu thời gian.
- Việc lu trữ và quản lý dữ liệu cú phần khú khăn
Hiện do đợc tớnh toỏn riờng lẻ nờn tất cả cỏc file dữ liệu – gồm 4 file cho một mặt cắt tớnh toỏn đơn giản nhất, đều phải l Việc này dễ gõy nhầm lẫn, nhất là với cỏc dự ỏn lớn, nhiều phơng ỏn và cũng làm tốn khụng ớt bộ nhớ máy tính, cá biƯt có tr−ờng hỵp chiếm tới hơn 10Mb cho một mặt cắt tớnh toỏn.
Những hệ quả trờn thể hiện càng rừ khi qui mụ dự ỏn càng lớn, khi cỏc điều kiện tớnh toỏn bị thay đổi (nh thay đổi tun, thay đỉi đ−ờng đỏ...) – điều thờng xẩy ra khi tớnh toỏn thiết kế.
Túm lại, cỏc giải phỏp xử lý nền đất yếu là khỏ đa dạng và sau khoảng 20 ứng dơng cho đến nay, giải phỏp thoỏt nớc thẳng đứng đ) trở thành giải phỏp đợc sử dụng phổ biến nhất ở Việt Nam. Mặc dự vậy, cụng tỏc tớnh toỏn vẫn cũn nhiều tồn tại và hạn chế, cha đỏp ứng đũi hỏi của thực tế sản xuất và cần sớm đợc khắc phục.
3. Ch−ơng 3