PHẦN MỀM GEOTECCO1
2.1. Phần mềm SasPro
2.1.1. Tổng quan
Phần mềm SasPro được kỹ sư Trịnh Viết Linh (Tedi) ra mắt tại hội thảo ứng dụng khoa học công nghệ trong ngành giao thông vận tải và đã được hội đồng khoa học ngành giao thông vận tải đánh giá cao. Phần mềm đã và đang được các tư vấn thiết kế trong nước sử dụng rộng rãi, cụ thể rất nhiều Công ty lớn sử dụng như Trường Sơn, Tư vấn 1, Tư vấn 8, Tecco5...
Chương trình sử dụng công thức và lý thuyết tính toán chủ yếu dựa trên cơ sở quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên nền đất yếu 22TCN262-2000 và những lý thuyết cơ bản của Cơ học đất.
SasPro được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic, chạy trên nền Windows. SasPro có thể giải quyết khá đầy đủ các dạng bài toán sử lý nền đất yếu phổ biến trong xây dựng đường giao thông ở Việt Nam, gồm:
- Nền đường có hoặc không có bệ phản áp.
- Giải pháp xử lý có thể là gia tải, giếng cát/ bấc thấm. - Có thể thay đổi tốc độ đắp đối với mỗi giai đoạn. - Giếng cát/bấc thấm kết hợp đắp gia tải.
SasPro tính toán cơ bản đầy đủ các thông số cần thiết của một bài toán xử lý nền đất yếu. Những kết quả chính gồm:
- Lún nền đường tính bằng phương pháp phân tầng lấy tổng, theo đường cong nén lún( không xét trạng thái cố kết của đất) hoặc theo chỉ số nén (xét trạng thái cố kết của đất) được tính cho các điểm tim, vai và chân nền đắp, vai và chân bệ phản áp (nếu có).
- Quy mô xử lý gồm loại đường thấm và phạm vi xử lý, chiều sâu và sơ đồ cắm, chiều cao và vật liệu gia tải, thời gian thi công và sơ đồ đắp.
- Liên kết tất cả các thông số cần thiết cấu tạo hình học nền đắp, địa tầng và chỉ tiêu cơ lý đất nền tại những thời điểm cần kiểm tra ổn định trượt sang
phần mềm Geo-Slope, bộ phần mềm kiểm tra ổn định trượt phổ biến nhất hiện nay.
2.1.2. Thao tác chính của phần mềm 2.1.2.1. Hệ thống Menu của chương trình
Chương trình có 4 menu chính và tương ứng có các menu con như sau:
2.1.2.2. Chức năng chi tiết của từng Menu
a) File
- New
Menu này cho phép tạo mới 1 mặt cắt tính toán. Khi mở mới, bạn sẽ phải cài đặt các thông số tính toán, những thông số cài đặt lúc này tương tự khi nhấn vào menu Input Data\ Calculation Option.
- Open, Save, Save as
Tương tự các phần mềm khác, các menu này cho phép mở các file có sẵn đã làm trước, lưu, lưu-copy các công việc đang làm…
In dữ liệu nhập vào bằng máy in mặc định của hệ thống. - Exit
Thoát chương trình.
b) Input data
- Calculation Option
Menu này cho phép tùy chỉnh phương pháp tính, và 1 số tùy chọn khác. Khi nhấn vào menu này sẽ hiện ra hộp thoại sau.
Có 3 nhóm tùy chọn và 4 nút lệnh trong hộp thoại này:
Nhóm 1 – Settlement calculation model: Tùy chọn khi tính lún.
Bạn cần chọn phương pháp tính toán, giới hạn tính lún và chiều dày phân lớp tính lún (phương pháp phân tầng lấy tổng).
Settlement calculation method: Phương pháp tính lún.
Nếu tùy chọn như mặc định là Compression curve e-logP thì sẽ chỉ tính toán theo các công thức cơ bản và các thông số từ đường cong nén lún e- logP (hệ số rỗng và logarit áp lực).
Ngược lại, nếu tùy chọn Compression index Cc, [Cs, Pc] sẽ tính toán theo 1 số chỉ số khác của đất nền khi xét đến sự cố kết như Cc, Cs, Pc (Chỉ số nén cố kết, chỉ số nén khi dỡ tải, áp lực tiền cố kết).
Dp/po to setup compression zone:
Đây là giới hạn phạm vi tính lún, là tỷ số giữa áp lực gây ra do tải trọng đất đắp và trọng lượng bản thân đất nền ở độ sâu giới hạn. Xem các quy trình hiện hành để biết quy định này là bao nhiêu.
Theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000 thì giá trị giới hạn này là 0.15.
Thickness of sub-layer: bề dày phân lớp tính lún.
Áp lực của nền đắp phân bố thay đổi theo chiều sâu nên áp lực tác dụng lên mỗi địa tầng đất nền không phải là hằng số, chiều dày tầng địa chất càng lớn thì sự sai khác này càng lớn.
Độ lún trong từng địa tầng tính toán bằng áp lực tại điểm trên của lớp chỉ đúng khi áp lực là hằng số. Điều này có nghĩa là lớp tính toán càng dày thì sai số càng lớn.
Để giảm thiểu sai số này, mỗi địa tầng cần được chia ra thành các lớp mỏng hơn để tính toán độ lún, trong mỗi phân lớp này, trị số áp lực được xem là hằng số. Độ lún tổng cộng sẽ bằng tổng độ lún trong từng phân lớp này.
Chính vì thế, phương pháp tính lún này được gọi là phương pháp phân tầng lấy tổng hay cộng lún từng lớp. Đây là phương pháp được khuyến cáo sử dụng trong các tài liệu kỹ thuật hiện nay.
Trong phần mềm, có thể chọn từ các giá trị mặc định hoặc nhập vào. Chú ý:
Phần mềm có khả năng phân chia tối đa 30 phân lớp cho mỗi địa tầng. Vì thế, không thể chọn/nhập giá trị nhỏ hơn 1m cho địa tầng dày lớn hơn 30m. Ví dụ: 1 địa tầng dày 32m được chia thành phân lớp có chiều dày 1m thì khi tính lún (Menu Analysis/Settlement) sẽ có thông báo lỗi như sau.
Lý do: Số phân lớp là (32/1=32) là lớn hơn quy định (30).
Trong trường hợp này, có thể chia thành phân lớp dày 1.5m để giải quyết vấn đề, hoặc chia địa tầng thành 2 hay nhiều lớp nhỏ hơn để chọn bề dày phân lớp nhỏ. Trong đó cách thứ 2 được khuyến cáo dùng, nhất là khi làm bài toán tính toán ổn định trượt.
Nhóm 2 - Consolidation options: Tùy chọn tính toán cố kết
Thông số tính toán cố kết, bao gồm khi có xử lý đất nền hoặc không xử lý được nhập tại đây.
Natural consolidation: Cố kết tự nhiên
Độ cố kết tự nhiên (cố kết của đất nền khi không có bất kỳ biện pháp xử lý nào) sẽ được tính toán nếu tùy chọn này được chọn.
Treatment by using: Lựa chọn biện pháp xử lý
Khi chọn tùy chọn này, cần lựa chọn 1 trong các phương pháp xử lý nền đất yếu được liệt kê theo sau.
- Surcharge only: Đắp gia tải trước.
- Vertical drain only: Thoát nước theo phương đứng. Xử lý nền đất bằng cách cắm giếng cát/bấc thấm (SD/PVD/PBD) thoát nước theo phương đứng, đẩy nhanh quá trình cố kết.
- Vertical drain and surcharge: Kết hợp thoát nước đứng và đắp gia tải trước. - Vertical drain and stage filling: Kết hợp thoát nước đứng và đắp giai đoạn.
Phần mềm sẽ tính toán theo phương pháp xử lý được chọn. Khi chọn phương pháp xử lý cần xét thêm các tùy chọn sau.
- Ignore vertical consolidation: Bỏ qua cố kết ngang. Khi tùy chọn này được chọn thì tính toán không xét đến sự cố kết theo phương ngang. Xem thêm các tài liệu địa kỹ thuật và quy trình tính toán để nắm rõ hơn.
- Ignore the influence of disturbance, Fs: Bỏ qua sự xáo động của đất. Fs là hệ số xét đến sự xáo động của đất nền khi cắm bấc.
- Ignore the influence of drainage resistance, Fr: Bỏ qua sức cản của bấc thấm. Fr là hệ số xét đến sức cản của bấc thấm.
Khi tính toán xử lý bằng giếng cát thì bỏ qua các hệ số Fs, Fr (các tùy chọn này được bật). Đối với bấc thấm xem VI.4.3 – 22TCN262-2000.
Nhóm 3 - Under ground water: Nước ngầm
Các thông số mực nước ngầm được nhập vào tại đây, bao gồm các thông số sau.
Unit weight: khối lượng riêng của nước, mặc định là 0.98 t/m3.
Level from ground surface: chiều sâu mực nước ngầm
Chiều sâu mực nước ngầm tính từ mặt đất tự nhiên. Nhập giá trị âm khi mực nước ngầm dưới mặt đất tự nhiên, nhập giá trị dương khi có nước mặt.
Nút Default:
Nút lấy giá trị mặc định: dùng để tải các mặc định của phần mềm.
- Settlement calculation method: Compression curve – tính lún theo đường cong nén lún e-logP
- Dp/po: 0.15 - giới hạn tính lún là ở độ sâu có Dp/po = 0.15.
- Sub-layer thickness: 1.0m - chiều dày phân lớp được chia là 1.0m - Natural consolidation: Not checked – không tính cố kết tự nhiên - Treatment by: Not checked – không xử lý đất nền
- Treatment method: Vertical drain only – phương pháp xử lý mặc định là thoát nước theo phương đứng.
- Ignore vertical consolidation: Checked - bỏ qua cố kết ngang - Ignore influence of disturbance: Checked - bỏ qua hệ số Fs
- Unit weight of water: 0.98 t/m3 - khối lượng riêng của nước - Level from ground surface: 0m - chiều sâu mực nước ngầm
Nút Apply:
Nút này dùng để xác nhận những tùy chọn là đúng.
Nút OK:
Nút này dùng để xác nhận các thông số, lưu các thông số vào phần mềm và đóng hộp thoại.
Nút Cancel:
Bỏ qua các giá trị vừa cài đặt và đóng hộp thoại, phần mềm sẽ lấy thông tin như đã được lưu trước đó.
- Project ID
Menu này dùng để nhập các thông tin về dự án như tên dự án, vị trí mặt cắt ngang tính toán…
Khi nhấn menu sẽ mở hộp thoại:
- Embankment
Menu này dùng để nhập các kích thước mặt cắt ngang, bệ phản áp (nếu có).
Khi nhấn menu sẽ mở hộp thoại, tất cả các thông số kích thước được nhập tại đây
- Soil Properties
Menu này cho phép nhập vào tính chất đất nền.
Mặc định thì các thông số được để trống, và chỉ nhập được các thông số cần thiết cho việc tính toán theo nội dung và phương pháp được chọn.
Nếu không chọn phương pháp xử lý nền thì các thông số lực dính (Co) và hệ số tăng sức chóng cắt (m) bị ẩn đi, không cho phép nhập.
Nếu lựa chọn tính lún theo đường cong e-logP thì các thông số như chỉ số nén cố kết (Cc), chỉ số nén hồi phục (Cs) không được nhập.
Tương tự như thế.
Chú ý:
Lớp đất sẽ được gán trạng thái quá cố kết (Over) hay cố kết thông thường (Nomal) do người dùng lựa chọn nhập.
+ Pc > Po : Đất quá cố kết (Over)
+ Pc ≥ Po : Đất cố kết bình thường (Normal) + Pc < Po : Đất dưới cố kết
Việc xác định phân lớp đất thoát nước 1 chiều (1 Sides) hay 2 chiều (2 Sides) dựa trên các điều kiện thoát nước của các lớp trong việc xem xét điều kiện thoát nước tổng thể của nền đất. Xem xét đó được minh hoạ rõ hơn trong hình vẽ sau:
Nút Update:
Cập nhật giá trị cho lớp đất. Nếu lớp đất đã có trong danh sách thì các thông số sẽ cập nhật cho lớp này, ngược lại nếu chưa có lớp này thì khi nhấn nút này sẽ thêm lớp đất vào danh sách.
Nút Insert:
Chèn thêm lớp đất vào phía trên vị trí con trỏ (lớp đất được chọn trong danh sách). Nút này chỉ có tác dụng trong Tab thứ nhất của hộp thoại.
Nút Delete:
Xóa lớp đất được chọn trong danh sách. Nút này chỉ có tác dụng trong Tab thứ nhất của hộp thoại.
Nút Close:
Xác nhận các dữ liệu và đóng hộp thoại.
Nút Cancel:
Đóng hộp thoại mà không lưu gì cả, dữ liệu không được cập nhật.
Nút Default:
Nhập vào các cấp tải trọng mặc định trong thí nghiệm nén lún. - For Treatment – Các thông số của biện pháp xử lý
Mặc định thì các ô nhập liệu được để trống, và chỉ có những ô nhập số liệu cần thiết tùy theo phương pháp xử lý đã chọn mới cho phép nhập.
Ví dụ:
Nếu chọn phương pháp xử lý là đắp gia tải thì chỉ có thể nhập vào chiều cao và dung trọng đất đắp gia tải.
Khi thay đổi phương pháp xử lý thì những giá trị này cần được xác nhận lại, và bổ sung thêm nếu cần thiết (số liệu đã nhập có thể sẽ mất giá trị tính toán).
Filling parameters: Nhập các thông số đầu vào của đắp theo giai đoạn Phần mềm xử lý giải pháp đắp theo giai đoạn tối đa được ba giai đoạn.
c) Analysis
- Verify : Kiểm tra dữ liệu đầu vào đã đầy đủ hay chưa
Dữ liệu đầu vào đã đảm bảo đầy đủ và nhập đúng đắn nó sẽ hiện lên thông báo như form sau:
Trong quá trình kiểm tra thông số đầu vào nếu xảy ra lỗi nó sẽ thông báo lỗi đó là lỗi gì cụ thể như form sau:
- Settlement: Menu tính độ lún cố kết bao gồm lún cố kết tại tim đường, vai đường và chân taluy đường.
2.1.3. Ưu nhược điểm của phần mềm 2.1.3.1. Ưu điểm
Bên cạnh những ưu điểm nổi bật đã nêu ra ở mục tổng quan, SasPro còn có những ưu điểm khác:
- Tính toán chính xác áp lực do nền đắp gây ra cho tất cả các trường hợp có hoặc không có bệ phản áp. Đồng thời các thông số tính toán được tính theo đúng sơ đồ đắp thiết kế.
- Ngoài phương pháp tính lún theo hệ số nén Cc, Saspro cho phép tính toán theo công thức cơ bản dựa trên đường cong nén lún, nó cho phép kiểm chứng kết quả tính toán, và mức độ hợp lý của kết quả đầu vào.
- Phần mềm đã áp dụng được giải pháp xử lý nền đất yếu thông dụng hiện nay đó là Đắp theo giai đoạn kết hợp PVD và đắp theo giai đoạn kết hợp SD.
- Giao diện SasPro được thiết kế khá đẹp. Số liệu đầu vào được thiết kế hợp lý theo bốn nhóm gồm:
a) nhóm các số liệu về điều kiện biên. b) Nhóm các số liệu về nền đắp.
d) Nhóm các thông dữ liệu đầu vào biện pháp xử lý.
- Kết quả được tính toán và in ra đầy đủ từ các trị số trung gian đến kết quả cuối cùng, rất dễ kiểm tra khi cần thiết.
2.1.3.2. Nhược điểm
Phần mềm SasPro vẫn tồn tại những hạn sau:
- Giao diện Saspro hoàn toàn bằng tiếng anh, chưa chuyển đổi sang tiếng việt, đây cũng là nhược điểm gây khó khăn trong việc tiếp cận phần mềm đối với người sử dụng.
- Trong quá trình tính toán phần mềm vẫn chưa xét đến quá trình lún tức thời của nền đắp dẫn đến quá trình dự báo khối lượng bù lún trong quá trình thiết kế còn chưa chính xác do chưa kể đến phần lún tức thời này.
- Phần mềm vẫn chưa tự động tính toán được khi nào thì lớp đất cố kết thông thường, khi nào thì lớp đất qúa cố kết trong khi người dùng vẫn phải nhập bằng tay chế độ cố kết của từng lớp đất gây khó khăn cho người thực hiện, làm tăng thời gian tính toán đáng kể.
- Người dùng không thể tác động từ bên ngoài vào phần mềm.
- Khó khăn trong việc với những dự án khác nhau tư vấn thẩm tra khác nhau họ yêu cầu bảng tính để kiểm tra dễ dàng do phần mềm không thể hiện được công thức trong lúc tính toán.
- Phần mềm hạn chế chỉ tính toán được đến chiều dày 30m lớp đất yếu, tuy nhiên trong thực tế các công trình xử lý nền đất yếu thuộc địa phận các tỉnh phía Nam chiều sâu ảnh hưởng gây lún có nơi > 30m do vậy phần mềm SasPro không thể thực hiện được.
- Giải pháp xử lý bằng thoát nước thẳng đứng chỉ mới đang ở hai giải pháp thông dụng hiện nay là SD và PVD mà chưa cập nhật thêm các giải pháp xử lý khác hiện nay đang áp dụng rộng ở các vị trí đường đầu cầu như