Nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa sơ đồ bấc thấm trong xử lý đất nền yếu

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI U HÓA SƠ ĐỒ BẤC THẤM<br /> TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU<br /> <br /> NGUYỄN TRUNG HIẾU*, ĐỖ MINH NGỌC**,<br /> NGUYỄN CÔNG NAM**, ĐỖ MINH TÍNH***<br /> <br /> The of timization of the vertical prefelon cetedstrip ctraino arrangement<br /> for soctsoil treatment<br /> Abstract: This article establishes the objective function at the cost of soft<br /> soil treatment with low permeability. Considering the length and space of<br /> prefabricated strip drains and the optimization of the cost of the materials<br /> and construction as the objective function, the mathematical model for the<br /> optimal design is developed. The results show that not only the cost of the<br /> materials and construction for the prefabricated strip drains can be saved,<br /> but also the process of the design can be simplified.<br /> Key word: Soft soil; Strip drain; Optimal design<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU * Đ i v i công tác cắm ấc thấm thì các yếu t<br /> Bi n pháp sử d ng ấc thấm kết hợp v i gia ảnh hƣởng trực tiếp đến kh i lƣợng công vi c là<br /> tải trƣ c để xử lý nền đất yếu trong giao thông khoảng cách cắm, chiều dài cắm và sự kết hợp<br /> đƣợc sử d ng khá phổ iến. M c đích c a i n giữa các công thức tính đ c kết. T i ƣu hóa<br /> pháp này là làm tăng nhanh khả năng thoát nƣ c chiều s u làm vi c hi u quả c a ấc thấm có<br /> trong đất khiến cho đ lún đất nền đƣợc đi đến liên quan đến khoảng cách làm vi c c a ấc<br /> trạng thái ổn định, sức chịu tải c a đất nền đƣợc thấm hay chính là đƣờng kính hi u quả c a ấc<br /> tăng lên m t cách đáng kể. Tuy nhiên, trong giai thấm (De). Nhƣ vậy, trong ài toán này n s<br /> đoạn thiết kế từ trƣ c đến nay vi c trí ấc chính là chiều s u cắm ấc thấm (H) và đƣờng<br /> thấm đang sử d ng đều đƣợc dựa trên kinh kính hi u quả c a ấc thấm De.<br /> nghi m. Đầu tiên lựa chọn m t vài hình thức 2.2. Xây dựng hàm mục tiêu<br /> trí, sau đó tiến hành so sánh và lựa chọn sao cho Vi c đi x y dựng phƣơng án t i ƣu hóa c a<br /> hợp lý. Nhƣng cách làm này chƣa chắc đã đem phƣơng pháp xử lý nền đƣờng ằng ấc thấm<br /> lại hi u quả kinh tế nhất. Vi c lựa chọn m t nhằm m c đích đƣa ra sơ đồ sao cho hi u quả<br /> cách hợp lý sơ đồ trí, khoảng cách giữa các kinh tế nhất mà vẫn đảm ảo kỹ thuật. Chi phí<br /> ấc thấm không những giúp cho thời gian thi gồm hai phần đó là chi phí cho công tác cắm ấc<br /> công đƣợc nhanh hơn, mà c n tiết ki m đƣợc thấm và giá thành ấc thấm, nên trên m t di n tích<br /> khá nhiều chi phí. Trong ài áo tác giả vận xử lý chi phí đó đƣợc thể hi n qua công thức sau:<br /> d ng lí luận công trình và mô hình s học tiến c.( H  Ls )<br /> fs  (1)<br /> hành t i ƣu hóa sơ đồ trí ấc thấm. 1<br />  De 2<br /> 2. NGUYÊN LÝ TỐI ƢU HÓA SƠ ĐỒ 4<br /> BỐ TRÍ BẤC THẤM Trong đó:<br /> 2.1. Xác định biến số c – là chi phí m t mét dài ấc thấm và chi<br /> phí thi công m t mét;<br /> *<br /> Phòng kinh tế và hạ tầng hu ện Bình Xu n - Vĩnh Phúc H – chiều sâu bấc thấm đƣợc cắm vào<br /> **<br /> Trường Đại học Công nghệ GTVT trong đất;<br /> ***<br /> Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 47<br />  Ls – là chiều dài dự kiến ấc thấm cắm vào Giả thiết quá trình gia tải m t lần kết thúc thì:<br /> trong l p đ m cát;  H  H s  8  1t <br /> Uz    1  2 e  (4)<br /> De – là đƣờng kính làm vi c hi u quả c a  H   <br /> H  8 <br /> ấc thấm, v i sơ đồ hình vuông D e = 1,13.d; U rz  s 1  2 e  t  (5)<br /> H   <br /> sơ đồ hình tam giác D e = 1,05.d (d là khoảng<br /> V i:<br /> cách ấc thấm).<br /> 8Ch  2Cv  Cv 2<br /> <br /> Nhƣ vậy, trên m t di n tích xử lý là A thì    ; 1  ;<br /> F (n).De 2<br /> 4H 2<br /> 4H s 2<br /> tổng chi phí đƣợc tính nhƣ sau:<br /> c.( H  Ls ) n2 3n2  1<br /> f ( De , H )  A. f s  A. F( n )  2 ln(n)  ; n=De/dw.<br /> 1 (2) n 1 4n 2<br />  De 2<br /> 4 Thay công thức (4) và (5) vào công thức (3)<br /> 2.3. Các điều kiện ràng buộc ta đƣợc:<br /> H  8   H  H s   8  1t <br /> a, Phương trình độ cố kết U t  s 1  2 e  t     1  2 e  (6)<br /> H    H   <br /> Khi ề dày l p đất yếu l n, thông thƣờng ấc<br /> thấm đƣợc cắm hết qua vùng ảnh hƣởng c a tải Từ đó ta có điều ki n ràng u c đ i v i sự c<br /> <br /> trọng, chiều s u xuyên chƣa xuyên qua toàn kết c a đất nhƣ sau:<br /> <br /> l p đất yếu, đất ên trên đ c kết đƣợc tính y(De,H) = Ut –U = 0 (7)<br /> <br /> theo ài toán c kết hƣ ng t m và c kết theo b, Phương trình ràng buộc với độ sâu cắm<br /> phƣơng thẳng đứng. Đ i v i đất ên dƣ i chiều bấc thấm và đường kính hiệu quả<br /> s u ấc thấm đ c kết đƣợc tính theo công thức Điều ki n ràng u c gồm hai điều ki n sau:<br /> c kết thấm m t chiều. Khi ề dày l p đất yếu De∈ [Dmin, Dmax], Dmin > 0<br /> H∈ [Hmin, Hmax], Hmin > 0 (8)<br /> nhỏ, di n tích xử lý và tải trọng l n vùng hoạt<br /> đ ng nén ép vƣợt quá ề dày l p đất yếu thì ấc Trong đó:<br /> thấm đƣợc cắm qua hết l p đất yếu. Trong cả Dmin, Dmax – là đƣờng kính hi u quả nhỏ<br /> hai trƣờng hợp trên thì đ c kết cũng có thể qui nhất và l n nhất c a ấc thấm, ph thu c vào<br /> về đ c kết trung ình để tính toán: từng loại đất, thông thƣờng (D min, Dmax) = (0,8<br /> Ut  .Urz + 1-  .U z (3) ~ 2,4m);<br /> Trong đó: Hmin, Hmax – là giá trị cận dƣ i và cận trên c a<br /> Ut – đ c kết theo thời gian; chiều s u cắm ấc thấm. V i Hmin đƣợc lấy ằng<br /> Urz – đ c kết trung ình c a đất trong phạm chiều s u mà vị trí cung trƣợt xuất hi n và Hmax<br /> vi cắm ấc thấm; đƣợc lấy ằng ề dày l p đất yếu đƣợc xử lý.<br /> Uz – đ c kết trung ình c a đất dƣ i ấc Từ hai điều ki n ràng u c trên, đồ thị quan<br /> thấm; h giữa De và H hình thành m t vùng đƣợc gọi<br /> r - là h s đ s u, r = Hs/H (Hs, H lần lƣợt là là vùng khả thi, giải pháp t i ƣu u c phải nằm<br /> chiều dài bấc thấm cắm vào trong đất và ề dày trong vùng này và thỏa mãn điều ki n c kết c a<br /> l p đất yếu). đất y(De,H) = 0 (hình1).<br /> <br /> <br /> 48 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018<br />  H<br /> H y(d)<br /> y(d)<br /> <br /> <br /> y(D<br /> y(De,H)=0<br /> e,H)=0<br /> <br /> <br /> bb<br /> H<br /> Hmax<br /> max<br /> <br /> dd De D e<br /> Hmin<br /> min<br /> aa<br /> <br /> <br /> <br /> D<br /> Dmin<br /> min DDmax<br /> max DD<br /> e e<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Biểu thị vùng khả thi Hình 2. Đường cong hàm số De<br /> <br /> Đƣơng nhiên, để giải bài toán này chúng ta ra các nghi m thỏa mãn yêu cầu c a ài toán.<br /> có thể ứng d ng lập trình C++ để tiến hành tìm C thể các ƣ c làm theo sơ đồ sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ các bước lập trình<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018 49<br />  3. ỨNG DỤNG CÔNG TRÌNH THỰC TẾ sâu vào nghiên cứu phƣơng pháp là vô cùng<br /> Tuyến đƣờng có tổng chiều dài 2.172 m và quan trọng. Đặc i t trong điều ki n ngành x y<br /> ề r ng xử lý là 23,78 m. Bao gồm hai l p đất dựng ngày càng phát triển mạnh mẽ thì vi c t i<br /> yếu cần xử lý có tổng chiều dày là 19m. Hai l p ƣu hoá sơ đồ ấc thấm có ý nghĩa to l n, nó<br /> đất này có h s c kết trung ình theo phƣơng giúp chúng ta đƣa ra đƣợc i n pháp xử lý đạt<br /> thẳng đứng Cv = 4,39m2/năm và theo phƣơng hi u quả cao cả về mặt thời gian cũng nhƣ chất<br /> ngang Ch = 8,78m2/năm, công trình đƣợc xử lý lƣợng công trình và kinh tế khi xử lý.<br /> trong m t năm v i kết quả tính toán đƣợc đ c (2) Bằng cách x y dựng các hàm m c tiêu và<br /> kết là 93,7 . Khi xử lý ấc thấm đƣợc trí các điều ki n ràng u c, sau sử d ng phƣơng<br /> theo sơ đồ hình vuông, khoảng cách các ấc pháp lập trình để t i ƣu hóa tìm ra đƣợc chiều<br /> thấm đƣợc trí là 1,7m và đƣợc cắm hết l p s u cắm và khoảng cách bấc thấm hợp lý. Kết<br /> đất yếu là 19m. Nhƣ vậy, tổng chiều dài ấc quả này cho thấy kh i lƣợng ấc thấm cần cắm<br /> thấm cần thi công cho đoạn này là 375.732m. giảm 8,4 .<br /> Căn cứ vào nguyên lý t i ƣu hóa sơ đồ b trí<br /> bấc thấm đƣợc trình bày ở trên, sau khi t i ƣu sơ TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> đồ kết quả cho chiều sâu bấc thấm cần cắm<br /> 17m, khoảng cách cắm các bấc thấm theo sơ đồ 1. TCVN 9355:2012. Tiêu chu n về Gia c<br /> hình vuông là 1,68m thỏa mãn yêu cầu về đ c nền đất yếu bảng bấc thấm thoát nƣ c.<br /> kết. Kh i lƣợng ấc trên toàn b chiều dài đoạn 2. Terzaghi, K.，Principle of soil mechanics.<br /> tuyến kh i lƣợng bấc thấm là 343.938m. Kết Eng. Naws Record, Dec, 17, 1925.<br /> quả cho thấy so v i thiết kế an đầu thì kh i 3. 谢康和, 曾国熙. 砂 井 地 基 的 优 化 设<br /> lƣợng bấc thấm sau khi t i ƣu hóa giảm 8,4%. 计 .土木工程学报,1989, 22 (2): 3~12.<br /> 4. KẾT LUẬN 汪树玉等.优化原理、方法与工程应用.杭<br /> (1) Hi n nay, vi c sử d ng ấc thấm trong xử 州:浙江大学出版社, 1991.<br /> lý nền đất yếu là khá phổ iến.Vì vậy vi c đi<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Người phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG<br /> <br /> <br /> <br /> 50 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2+3-2018<br />