Trong bài viết này tác giả vận dụng lý luận công trình và mô hình số học tiến hành tiến hành tối ưu hóa sơ đồ bố trí bấc thấm.
Trang 1NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI U HÓA SƠ ĐỒ BẤC THẤM
TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
NGUYỄN TRUNG HIẾU * , ĐỖ MINH NGỌC **
, NGUYỄN CÔNG NAM ** , ĐỖ MINH TÍNH ***
The of timization of the vertical prefelon cetedstrip ctraino arrangement for soctsoil treatment
Abstract: This article establishes the objective function at the cost of soft
soil treatment with low permeability Considering the length and space of prefabricated strip drains and the optimization of the cost of the materials and construction as the objective function, the mathematical model for the optimal design is developed The results show that not only the cost of the materials and construction for the prefabricated strip drains can be saved, but also the process of the design can be simplified
Key word: Soft soil; Strip drain; Optimal design
1 MỞ ĐẦU *
Bi n pháp sử d ng ấc thấm kết hợp v i gia
tải trư c để xử lý nền đất yếu trong giao thông
được sử d ng khá phổ iến M c đích c a i n
pháp này là làm tăng nhanh khả năng thoát nư c
trong đất khiến cho đ lún đất nền được đi đến
trạng thái ổn định, sức chịu tải c a đất nền được
tăng lên m t cách đáng kể Tuy nhiên, trong giai
đoạn thiết kế từ trư c đến nay vi c trí ấc
thấm đang sử d ng đều được dựa trên kinh
nghi m Đầu tiên lựa chọn m t vài hình thức
trí, sau đó tiến hành so sánh và lựa chọn sao cho
hợp lý Nhưng cách làm này chưa chắc đã đem
lại hi u quả kinh tế nhất Vi c lựa chọn m t
cách hợp lý sơ đồ trí, khoảng cách giữa các
ấc thấm không những giúp cho thời gian thi
công được nhanh hơn, mà c n tiết ki m được
khá nhiều chi phí Trong ài áo tác giả vận
d ng lí luận công trình và mô hình s học tiến
hành t i ưu hóa sơ đồ trí ấc thấm
2 NGUYÊN LÝ TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ
BỐ TRÍ BẤC THẤM
2.1 Xác định biến số
* Phòng kinh tế và hạ tầng hu ện Bình Xu n - Vĩnh Phúc
** Trường Đại học Công nghệ GTVT
***
Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ i v i công tác cắm ấc thấm thì các yếu t ảnh hưởng trực tiếp đến kh i lượng công vi c là khoảng cách cắm, chiều dài cắm và sự kết hợp giữa các công thức tính đ c kết T i ưu hóa chiều s u làm vi c hi u quả c a ấc thấm có liên quan đến khoảng cách làm vi c c a ấc thấm hay chính là đường kính hi u quả c a ấc thấm (De) Như vậy, trong ài toán này n s chính là chiều s u cắm ấc thấm (H) và đường kính hi u quả c a ấc thấm De
2.2 Xây dựng hàm mục tiêu
Vi c đi x y dựng phương án t i ưu hóa c a phương pháp xử lý nền đường ằng ấc thấm nhằm m c đích đưa ra sơ đồ sao cho hi u quả kinh tế nhất mà vẫn đảm ảo kỹ thuật Chi phí gồm hai phần đó là chi phí cho công tác cắm ấc thấm và giá thành ấc thấm, nên trên m t di n tích
xử lý chi phí đó được thể hi n qua công thức sau:
2
1 4
s s
e
c H L f
D
(1)
Trong đó:
c – là chi phí m t mét dài ấc thấm và chi phí thi công m t mét;
H – chiều sâu bấc thấm được cắm vào trong đất;
Trang 2Ls – là chiều dài dự kiến ấc thấm cắm vào
trong l p đ m cát;
De – là đường kính làm vi c hi u quả c a
ấc thấm, v i sơ đồ hình vuông De = 1,13.d;
sơ đồ hình tam giác De = 1,05.d (d là khoảng
cách ấc thấm)
Như vậy, trên m t di n tích xử lý là A thì
tổng chi phí được tính như sau:
2
1 4
s
e
c H L
f D H A f A
D
(2)
2.3 Các điều kiện ràng buộc
a, Phương trình độ cố kết
Khi ề dày l p đất yếu l n, thông thường ấc
thấm được cắm hết qua vùng ảnh hưởng c a tải
trọng, chiều s u xuyên chưa xuyên qua toàn
l p đất yếu, đất ên trên đ c kết được tính
theo ài toán c kết hư ng t m và c kết theo
phương thẳng đứng Đ i v i đất ên dư i chiều
s u ấc thấm đ c kết được tính theo công thức
c kết thấm m t chiều Khi ề dày l p đất yếu
nhỏ, di n tích xử lý và tải trọng l n vùng hoạt
đ ng nén ép vượt quá ề dày l p đất yếu thì ấc
thấm được cắm qua hết l p đất yếu Trong cả
hai trường hợp trên thì đ c kết cũng có thể qui
về đ c kết trung ình để tính toán:
rz
U U (3)
Trong đó:
Ut – đ c kết theo thời gian;
Urz – đ c kết trung ình c a đất trong phạm
vi cắm ấc thấm;
Uz – đ c kết trung ình c a đất dư i ấc
thấm;
r - là h s đ s u, r = Hs/H (Hs, H lần lượt là
chiều dài bấc thấm cắm vào trong đất và ề dày
l p đất yếu)
Giả thiết quá trình gia tải m t lần kết thúc thì:
1
8
e H
8
e H
(5)
V i:
2
8 ( ) 4
e
2
4
v
s
C H
ln( )
n
; n=De/dw Thay công thức (4) và (5) vào công thức (3)
ta được:
1
t
(6)
Từ đó ta có điều ki n ràng u c đ i v i sự c kết c a đất như sau:
y(De,H) = Ut –U = 0 (7)
b, Phương trình ràng buộc với độ sâu cắm bấc thấm và đường kính hiệu quả
Điều ki n ràng u c gồm hai điều ki n sau:
De∈ [Dmin, Dmax], Dmin > 0 H∈ [Hmin, Hmax], Hmin > 0 Trong đó:
Dmin, Dmax – là đường kính hi u quả nhỏ nhất và l n nhất c a ấc thấm, ph thu c vào từng loại đất, thông thường (Dmin, Dmax) = (0,8
~ 2,4m);
Hmin, Hmax – là giá trị cận dư i và cận trên c a chiều s u cắm ấc thấm V i Hmin được lấy ằng chiều s u mà vị trí cung trượt xuất hi n và Hmax
được lấy ằng ề dày l p đất yếu được xử lý
Từ hai điều ki n ràng u c trên, đồ thị quan
h giữa De và H hình thành m t vùng được gọi
là vùng khả thi, giải pháp t i ưu u c phải nằm trong vùng này và thỏa mãn điều ki n c kết c a đất y(De,H) = 0 (hình1)
(8)
Trang 3Hmax
Hmin
Dmax
y(De,H)=0
De
y(d)
d a
b
H
Hmax
Hmin
Dmax
y(De,H)=0
De
y(d)
d a
b
Hình 1 Biểu thị vùng khả thi Hình 2 Đường cong hàm số D e
Đương nhiên, để giải bài toán này chúng ta
có thể ứng d ng lập trình C++ để tiến hành tìm
ra các nghi m thỏa mãn yêu cầu c a ài toán
C thể các ư c làm theo sơ đồ sau:
Hình 3 Sơ đồ các bước lập trình
Trang 43 ỨNG DỤNG CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
Tuyến đường có tổng chiều dài 2.172 m và
ề r ng xử lý là 23,78 m Bao gồm hai l p đất
yếu cần xử lý có tổng chiều dày là 19m Hai l p
đất này có h s c kết trung ình theo phương
thẳng đứng Cv = 4,39m2/năm và theo phương
ngang Ch = 8,78m2/năm, công trình được xử lý
trong m t năm v i kết quả tính toán được đ c
kết là 93,7 Khi xử lý ấc thấm được trí
theo sơ đồ hình vuông, khoảng cách các ấc
thấm được trí là 1,7m và được cắm hết l p
đất yếu là 19m Như vậy, tổng chiều dài ấc
thấm cần thi công cho đoạn này là 375.732m
Căn cứ vào nguyên lý t i ưu hóa sơ đồ b trí
bấc thấm được trình bày ở trên, sau khi t i ưu sơ
đồ kết quả cho chiều sâu bấc thấm cần cắm
17m, khoảng cách cắm các bấc thấm theo sơ đồ
hình vuông là 1,68m thỏa mãn yêu cầu về đ c
kết Kh i lượng ấc trên toàn b chiều dài đoạn
tuyến kh i lượng bấc thấm là 343.938m Kết
quả cho thấy so v i thiết kế an đầu thì kh i
lượng bấc thấm sau khi t i ưu hóa giảm 8,4%
4 KẾT LUẬN
(1) Hi n nay, vi c sử d ng ấc thấm trong xử
lý nền đất yếu là khá phổ iến.Vì vậy vi c đi
sâu vào nghiên cứu phương pháp là vô cùng quan trọng Đặc i t trong điều ki n ngành x y dựng ngày càng phát triển mạnh mẽ thì vi c t i
ưu hoá sơ đồ ấc thấm có ý nghĩa to l n, nó giúp chúng ta đưa ra được i n pháp xử lý đạt
hi u quả cao cả về mặt thời gian cũng như chất lượng công trình và kinh tế khi xử lý
(2) Bằng cách x y dựng các hàm m c tiêu và các điều ki n ràng u c, sau sử d ng phương pháp lập trình để t i ưu hóa tìm ra được chiều
s u cắm và khoảng cách bấc thấm hợp lý Kết quả này cho thấy kh i lượng ấc thấm cần cắm giảm 8,4
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 TCVN 9355:2012 Tiêu chu n về Gia c nền đất yếu bảng bấc thấm thoát nư c
2 Terzaghi, K.，Principle of soil mechanics
Eng Naws Record, Dec, 17, 1925
3 谢康和, 曾国熙 砂 井 地 基 的 优 化 设
计 土木工程学报,1989, 22 (2): 3~12
汪树玉等.优化原理、方法与工程应用.杭 州:浙江大学出版社, 1991
Người phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƯỜNG