Ứng dụng phương pháp asaoka trong dự tính độ lún cuối cùng cho công trình đắp trên nền đất sét yếu được xử lý bằng bấc thấm

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016 61 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ASAOKA TRONG DỰ TÍNH ĐỘ LÚN CUỐI CÙNG CHO CÔNG TRÌNH ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT SÉT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG BẤC THẤM APPLICATION OF ASAOKA METHOD ON ULTIMATE SETTLEMENT PREDICTION OF EMBANKMENT ON SOFT CLAY WITH VERTICAL DRAINS TREATMENT Nguyễn Thành Đạt, Đỗ Thanh Tùng Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Tóm tắt: Bài viết trình bày về phương pháp Asaoka và ứng dụng phương pháp để dự báo độ lún cuối cùng của nền đắp trên đất yếu đã được xử lý bằng bấc thấm dựa trên các kết quả quan trắc lún hiện trường cho công trình đường đầu cầu Vĩnh Hòa 1, quốc lộ 61, tỉnh Kiên Giang. Trong quá trình tính toán dự báo, tác giả sử dụng Trendline trong phần mềm Microsoft Excel để thiết lập đường xu hướng từ tập hợp các điểm rời rạc theo nguyên lý bình phương tối thiểu nhằm nâng cao tính chính xác và tốc độ tính toán. Từ khóa: Phương pháp Asaoka, dự báo độ lún, công trình đường đầu cầu Vĩnh Hòa 1. Abstract: This paper presents a study on application of Asaoka method on ultimate settlement prediction of embankment on soft clay with vertical drains, treatment from field measurements for Vinh Hoa 1 bridge approach pavements, highway 61, Kien Giang province. In process of calculation, Trendline in Microsoft Excel software was used to depict trends in settlement observational data for the purpose of accuration and rapidity. Key words: Asaoka method, settlement prediction, trendline, Vinh Hoa 1 bridge approach pavements. 1. Giới thiệu Trong công tác xử lý nền đất yếu hiện nay tại Việt Nam, công nghệ bấc thấm kết hợp gia tải trước đã được ứng dụng rộng rãi và hiệu quả. Công nghệ này đòi hỏi thời gian dài (6 - 12 tháng) và cần có biện pháp đánh giá hiệu quả ngay trong quá trình xử lý. Phương án thường dùng là lắp đặt hệ thống quan trắc để theo dõi độ lún hàng ngày và áp dụng các phương pháp khác nhau (phương pháp ba điểm, phương pháp Hyperbolic, phương pháp Asaoka) để dự báo độ lún tuyệt đối. [1] Với phương pháp Asaoka, theo [1] phụ lục B, vẫn chưa có hướng dẫn cụ thể về cách thức thiết lập “đường thẳng gần đúng” (trong bài báo, tác giả sẽ gọi là đường xu hướng) cho tập hợp các điểm dữ liệu quan trắc lún. Vì vậy, trong nghiên cứu này, tác giả thực hiện việc áp dụng phần mềm thông dụng Microsoft Excel với công cụ Trendline nhằm thiết lập đường xu hướng phục vụ cho công tác dự báo lún dựa trên nguyên lý bình phương tối thiểu. Các số liệu phục vụ cho tính toán được thu thập từ công trình đường đầu cầu Vĩnh Hòa 1, quốc lộ 61, Kiên Giang. Do giới hạn của bài báo, tác giả sẽ không trình bày phần nội dung của công nghệ bấc thấm kết hợp gia tải trước, nguyên lý bình phương tối thiểu và phần giới thiệu phần mềm Microsoft Excel vốn đang rất phổ biến. Phương pháp nêu trên có thể sử dụng được với tất cả các phiên bản Excel thông dụng hiện nay (2003, 2007, 2010, 2013, 2016,). 2. Phương pháp Asaoka [4] Phương pháp Asaoka do GS. Arika Asaoka (Nhật Bản) đề xuất năm 1978 có thể trình bày tóm tắt như sau: Trình tự phân tích: - Quan trắc độ lún của nền đất yếu dưới nền đắp (Si) theo các khoảng thời gian Δt bằng nhau. - Thiết lập đồ thị quan hệ biểu diễn các điểm Si-Si. - Xác định đường xu hướng của các điểm Si-Si-1. - Xác định giao cắt của hai đường này sẽ cho hoành độ chính là độ lún cuối cùng của nền đất. 62 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 Hình 1. Đồ thị phương pháp Asaoka. (1) – Đường đồ thị Si-Si. (2) – Đường xu hướng Si-Si-1. 3. Đặc điểm của công trình nghiên cứu [2] Quốc lộ 61 là con đường nối liền hai tỉnh Hậu Giang và Kiên Giang, dài 96 km. Hai đoạn đường dẫn đầu cầu Vĩnh Hòa 1 (Gò Quao, Kiên Giang) là KM56+900 – KM56+948 (bờ Đông) và KM57+003 – KM57+040 (bờ Tây) được xây dựng trên nền đất sét yếu. Phương pháp xử lý nền cho hai đoạn này là sử dụng bấc thấm kết hợp tải đắp, các thông số thiết kế được thể hiện như bảng 1. Bảng 1. Bảng thống kê số liệu thiết kế [2]. 4. Công tác quan trắc độ lún [3] Công tác quan trắc lún được thực hiện theo 22TCN 262 - 2000. Các bàn đo lún được bố trí như hình 2. Hình 2. Sơ đồ bố trí bàn quan trắc lún. Tổng cộng có 12 bàn quan trắc lún (C1, C2,...) được bố trí trên hai đoạn đường dẫn đầu cầu. Số liệu quan trắc được ghi lại hàng ngày trong 240 ngày bắt đầu từ lúc tiến hành xử lý nền. Kết quả được thu thập thành bảng kê và đồ thị. Ví dụ, hình 3. là biểu đồ kết quả quan trắc tại bàn đo C2: Hình 3. Biểu đồ quan trắc lún tại bàn đo C2. Phương pháp Asaoka chỉ sử dụng cho trường hợp tải trọng không đổi, vì vậy bài báo chỉ phân tích cho các kết quả quan trắc sau khi hoàn tất công tác đắp gia tải (100 ngày). 5. Tính toán độ lún cuối cùng dựa trên kết quả quan trắc hiện trường theo phương pháp Asaoka 5.1. Tính toán cho vị trí bàn đo C2 (KM56+910 tim đường) Kết quả quan trắc tại bàn đo lún C2 được trình bày rút gọn như bảng 2. Trong bảng kê, ngày 0 (27/04/15) là ngày kết thúc quá trình đắp gia tải và giá trị độ lún tại thời điểm này là 411mm được trả về 0mm (để biểu đồ quan hệ dễ quan sát hơn trong khuôn khổ bài báo và không ảnh hưởng đến kết quả tính toán). Bảng 2. Kết quả quan trắc tại bàn đo C2 [3]. Tiến hành phân tích theo phương pháp Asaoka, thu được biểu đồ như hình 4. Ta có phương trình đường xu hướng là: y = 0,9429.x + 26,928. Hệ số R2 = 0,9973 gần bằng 1 cho thấy đường xu hướng được thiết lập với độ tin cậy rất cao. TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016 63 Giao cắt của đường xu hướng và đường Si - Si (phương trình là y = x) sẽ cho độ lún cuối cùng. Trong trường hợp này thì độ lún bằng: S = 471,6 mm. Xét cả độ lún trước đó trong quá trình đắp tải (411mm) thì độ lún cuối cùng là: Sgh = 882,6 mm. So với kết quả S = 822mm tính toán theo phương pháp phân tầng lấy tổng của đơn vị thiết kế [3] thì mức độ chênh lệch là 7,4%. 5.2. Tính toán cho vị trí bàn đo C8 (KM57+010 tim đường) Thực hiện tương tự với trường hợp bàn đo C8. Ngày 27/04/2015 độ lún đo được là 530mm được trả về 0mm. Kết quả quan trắc thống kê theo bảng 3. Bảng 3. Kết quả quan trắc tại bàn đo C8 [3]. Tiến hành phân tích theo phương pháp Asaoka, thu được biểu đồ như hình 5. Ta có phương trình đường xu hướng là: y = 0,969.x + 19,074. Hệ số R2 = 0,999. Độ lún tính được là S = 615mm. Kể đến độ lún trong giai đoạn đắp nền (530mm) thì độ lún cuối cùng là: Sgh = 1145 (mm). So với kết quả S = 1005,6mm tính toán theo phương pháp phân tầng lấy tổng của đơn vị thiết kế [3] thì mức độ chênh lệch là 13,9%. Hình 4. Đường quan hệ Asaoka tại vị trí bàn đo C2. Hình 5. Đường quan hệ Asaoka tại vị trí bàn đo C8. 6. Nhận xét và kết luận - Kết quả dự báo độ lún theo phương pháp Asaoka lớn hơn so với phương pháp tính lún phân tầng lấy tổng thường dùng. Tuy nhiên mức chênh lệch là không nhiều. Sự khác biệt này là do tính gần đúng của cả hai phương pháp tính đồng thời cũng là do quan điểm tính toán và số liệu đầu vào. Phương pháp Asaoka sử dụng số liệu quan trắc thực tế độ lún, trong khi phương pháp phân tầng lấy tổng dựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng. - Phương pháp Asaoka cung cấp cho các kỹ sư thêm một phương án tính toán dự báo độ lún. Có thể áp dụng cho các nền đất yếu có thực hiện công tác quan trắc lún trong thời gian dài. - Việc sử dụng công cụ Trendline trong phần mềm Microsoft Excel là rất thuận tiện và hợp lý trong công tác thiết lập đường xu hướng theo phương pháp Asaoka. Đồng thời cũng cho độ chính xác rất cao  Tài liệu tham khảo [1]. Bộ Giao thông vận tải (2013), “384/QĐ-BGTVT Quy định tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu hạng mục xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết hút chân không có màng kín khí trong xây dựng công trình giao thông”. [2]. Công ty cổ phần tư vấn đầu tư XDCT GT 1 – CIENCO1 (2014), “Thiết kế bản vẽ thi công dự án cải tạo, nâng cấp quốc lộ 61 đoạn Cái Tư – Gò Quao: KM52+800 – KM67+00 thuộc địa phận tỉnh Kiên Giang”. [3]. Công ty cổ phần tập đoàn xây dựng Thăng Long (2014), “Báo cáo kết quả quan trắc lún hạng mục: xử lý nền đất yếu đoạn KM52+800 – KM57+800”. [4]. Arika Asaoka (1978), “Observation procedure of settlement prediction”, Soil & Foundation Vol.18, No.4, Sept.1978. [5]. D.T Bergado (2001), “Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng”. [6]. R. Whitlow (1987), “Cơ học đất tập 1&2”, NXB Giáo dục. Ngày nhận bài: 14/04/2016 Ngày hoàn thành sửa bài: 04/05/2016 Ngày chấp nhận đăng: 10/05/2016