Kiểm tra thủy lực hố đào: đẩy trồi, đẩy nổi, gradient thoát và lưới thấm 2D
Nước ngầm là nguyên nhân của nhiều sự cố hố đào. Bài này giải thích ba kiểm tra thủy lực của LA-Shoring (HYD, gradient thoát, UPL), vai trò của lưới thấm 2D và một tình huống mà phương pháp thủy tĩnh không phát hiện được.
Các bài trong Module Địa kỹ thuật
Mục lục bài viết
Phần lớn hồ sơ hố đào kiểm tra tường, hệ chống và ổn định tổng thể, rồi coi nước ngầm như một tải thủy tĩnh. Nhưng khi mực nước hai phía tường chênh nhau, nước thấm qua đất quanh chân tường và lên đáy hố. Dòng thấm này có thể nhấc đất đáy hố, gây sôi cát, hoặc đẩy nổi cả lớp đất mỏng. LA-Shoring có màn hình Thủy lực riêng cho các kiểm tra này.
Lưới thấm 2D thay cho giả thiết thủy tĩnh#
Khi chế độ nước là Thấm – lưới 2D, phần mềm giải bài toán thấm trong mặt cắt (phương trình Laplace, hệ số thấm k của từng lớp, giải bằng phương pháp gradient liên hợp). Kết quả dùng chung cho tường, ổn định và thủy lực: áp lực nước lên tường, áp lực nước trên mặt trượt, và các kiểm tra bên dưới. Bộ giải thấm đã được đối chiếu với nghiệm giải tích (Harr) với sai khác dưới 5 %.
Nếu chế độ nước là thủy tĩnh hoặc hai phía không chênh cột nước, mục HYD và gradient ghi "không có chênh cột nước" hoặc "Không áp dụng". Muốn có kiểm tra thấm, hãy chọn chế độ Thấm – lưới 2D và nhập hệ số thấm cho các lớp.
Ba kiểm tra thủy lực#
| Chỉ tiêu | Công thức | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| HYD: đẩy trồi thủy lực (khối Terzaghi) | γ_G,dst·S_dst ≤ γ_G,stb·G'_stb, với S_dst = γ_w·h_a·d/2 và G'_stb = γ'·d·d/2 | Khối đất lăng trụ sát chân tường (rộng d/2, cao d, d là chiều sâu ngàm) có bị lực thấm nhấc lên không |
| Gradient thoát tại đáy hố | FS = i_cr / i_exit ≥ 1,5, với i_cr = γ'/γ_w | Chống sôi cát và xói ngầm nơi nước thấm thoát lên đáy hố; kèm lưu lượng thấm để chọn bơm |
| UPL: đẩy nổi đáy hố | γ_G,dst·u ≤ γ_G,stb·Σ(γ·t) | Lớp đất đáy hố có bị áp lực nước bên dưới nhấc lên không |
Các hệ số mặc định là HYD γ_G,dst 1,35 và γ_G,stb 0,90; UPL γ_G,dst 1,00 và γ_G,stb 0,90.
Khi nào UPL được kiểm tra#
UPL chỉ áp dụng trong hai tình huống:
- Có tầng chứa nước có áp được khai báo ở Tải và nước, mục Nước ngầm.
- Có lớp kém thấm ngay dưới đáy hố nằm trên lớp thấm mạnh: khi đó phần mềm kiểm tra đẩy nổi lớp đáy với áp lực nước u lấy từ lưới thấm 2D.
Không có hai tình huống này thì ghi "Không áp dụng". Với đất dính kém thấm, FS gradient chỉ để tham khảo; kiểm tra đẩy nổi UPL mới quyết định.
Một tình huống phương pháp thủy tĩnh không thấy#
Trong một bài toán hố đào sâu 12 m dùng làm ví dụ phát triển, khi không hạ mực nước trong hố, lưới thấm 2D cho thấy đáy hố ở giai đoạn 3 bị đẩy nổi: lớp sét phía trên chỉ còn 0,8 m trên một lớp cát có áp. Phương pháp tính nước thủy tĩnh trước đây không phát hiện được điều này. Khi hạ mực nước trong hố tới 1 m dưới đáy đào, các kiểm tra đều đạt.
Bài học không nằm ở con số cụ thể mà ở cách làm: khi có lớp sét mỏng nằm trên lớp cát có áp, hãy bật chế độ thấm 2D và khai báo tầng áp. Phần mềm cũng cảnh báo nếu có lớp cuội sỏi mà chưa khai báo tầng nước có áp.
Khi một kiểm tra thủy lực không đạt#
- HYD không đạt: tăng chiều sâu ngàm, hạ nước ngầm, kéo dài đường thấm.
- Gradient thoát không đạt: kéo dài tường, giảm chênh cột áp, làm lớp lọc ngược.
- UPL không đạt: giếng giảm áp, bản đáy dày hơn, neo đáy.
Ổn định tổng thể cũng cần dòng thấm#
Áp lực nước trên mặt trượt của kiểm tra ổn định tổng thể (Bishop) được lấy từ lưới thấm 2D hoặc đường thấm, không bỏ qua dòng thấm. Điều này quan trọng khi nước thấm qua chân tường làm tăng áp lực nước trên mặt trượt phía hố.
Chi tiết cách đọc từng chỉ tiêu ở mục 13.4, và cách khai báo nước ngầm ở mục 10.4.