Bấc thấm là một dải thoát nước dẹt, rộng khoảng một bàn tay, gồm lõi nhựa có rãnh dẫn nước bọc trong lớp vải lọc, được cắm thẳng đứng xuống lớp đất sét yếu theo lưới đều. Nó không làm đất cứng lên; nó chỉ rút ngắn quãng đường nước phải đi để thoát ra khỏi đất. Khi nước thoát nhanh, đất yếu dưới tải trọng nền đắp cố kết nhanh, phần lớn độ lún xảy ra ngay trong thời gian thi công thay vì kéo dài nhiều năm sau khi thông xe.
Bấc thấm luôn đi cùng hai thứ: lớp đệm cát phía trên để dẫn nước ra ngoài, và tải trọng để ép nước ra, thường là chính nền đắp cộng thêm một khối đất gia tải tạm thời. Bài này giải thích cơ chế bằng lời, cấu tạo và các chỉ tiêu của bấc, trình tự thi công, cách quan trắc lún để biết khi nào được dỡ tải và những lỗi khiến cắm bấc rồi mà nền vẫn lún dài.
Cơ chế: vì sao rút ngắn đường thấm lại rút ngắn thời gian lún nhiều đến vậy
Hãy hình dung một lớp sét yếu dày mười mét, bên dưới là lớp sét cũng kém thấm. Khi đắp nền, nước trong lỗ rỗng chỉ thoát được lên trên, và giọt nước ở đáy lớp phải đi gần mười mét xuyên qua đất sét có lỗ rỗng cực nhỏ. Theo lý thuyết cố kết, thời gian để đạt cùng một mức cố kết tỷ lệ với bình phương chiều dài đường thấm. Mười mét bình phương là một trăm; nếu đường thấm chỉ còn một mét thì con số là một. Đó là cả trăm lần khác biệt.
Bấc thấm làm đúng việc đó. Khi cắm bấc theo lưới cách nhau khoảng một đến hai mét, mỗi giọt nước không phải đi thẳng đứng lên trên nữa mà chỉ đi ngang vài chục phân để gặp dải bấc gần nhất, rồi theo lõi bấc chạy lên lớp đệm cát. Nước thấm ngang theo hướng tâm vào bấc; lý thuyết cố kết thấm hướng tâm do Barron phát triển cuối thập niên 1940, sau đó được Hansbo hoàn thiện cho bấc dạng dải vào cuối thập niên 1970, là nền tảng tính toán đến nay.
Thêm một lợi thế ít người biết: đất sét trầm tích thường thấm theo phương ngang tốt hơn phương đứng, vì các lớp hạt xếp nằm, đôi khi kẹp những lớp cát mỏng. Bấc thấm tận dụng chính phương thấm tốt này. Ngược lại, khi cắm bấc, mũi cắm làm xáo trộn một vành đất quanh bấc, làm vùng đó kém thấm hơn; người thiết kế phải tính đến hiệu ứng xáo trộn này nên khoảng cách bấc không thể chỉ suy ra từ công thức lý tưởng.
Cấu tạo và các chỉ tiêu cần đọc trên chứng chỉ bấc thấm
Ý tưởng dùng bấc dẫn nước có từ những năm 1930, khi kỹ sư Thuỵ Điển Kjellman thử nghiệm bấc bằng bìa cứng. Bấc ngày nay là sản phẩm công nghiệp với lõi nhựa và vỏ vải lọc. Khi nhận hàng hoặc duyệt vật liệu, các chỉ tiêu dưới đây thường được yêu cầu theo hồ sơ thiết kế:
| Bộ phận hoặc chỉ tiêu | Ý nghĩa | Vì sao quan trọng |
|---|---|---|
| Lõi nhựa có rãnh | Đường dẫn nước dọc theo bấc | Lõi bị bẹp dưới áp lực đất sâu thì nước không lên được |
| Vỏ vải lọc | Cho nước vào, giữ hạt đất lại | Lỗ vải quá to thì bùn chui vào lấp lõi, quá nhỏ thì nước vào chậm |
| Khả năng thoát nước dọc | Lượng nước bấc dẫn được dưới một áp lực bên nhất định | Bấc dài, đất sâu cần khả năng dẫn đủ lớn để bản thân bấc không thành điểm nghẽn |
| Hệ số thấm của vỏ lọc | Tốc độ nước xuyên qua vỏ | Phải thấm tốt hơn đất xung quanh nhiều lần |
| Kích thước lỗ biểu kiến của vỏ | Cỡ hạt lớn nhất lọt qua | Chọn theo cỡ hạt của đất để tránh tắc và tránh trôi đất |
| Cường độ chịu kéo và độ giãn | Sức bền khi bị kéo qua ống cắm | Bấc đứt hoặc rách vỏ trong lúc cắm là bấc chết ngay từ đầu |
| Kích thước dải | Bề rộng và chiều dày | Dùng để quy đổi ra đường kính tương đương khi tính toán |
Con số cụ thể của từng chỉ tiêu lấy theo hồ sơ thiết kế và tiêu chuẩn kỹ thuật về gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm hiện hành. Khi mua, đòi chứng chỉ xuất xưởng gắn với lô hàng và lấy mẫu thí nghiệm đối chứng; tên nhà sản xuất in trên cuộn không thay được kết quả thí nghiệm.
Trình tự thi công một đoạn nền bấc thấm
Mỗi dự án có biện pháp riêng, nhưng trình tự cơ bản của một đoạn nền xử lý bằng bấc thấm kết hợp gia tải thường như sau:
- Dọn mặt bằng và rải vải địa kỹ thuật phân cách nếu thiết kế yêu cầu, để cát không lún lẫn vào bùn.
- Rải lớp đệm cát thoát nước đủ dày cho máy cắm đi lại và làm "đường ống ngang" dẫn nước từ đầu bấc ra mép nền. Cát phải sạch, thấm tốt; cát lẫn bùn làm nghẽn cả hệ thống.
- Định vị lưới bấc theo sơ đồ tam giác hoặc ô vuông với khoảng cách thiết kế.
- Cắm bấc: máy đưa bấc vào một ống thép rỗng, đầu dưới có tấm neo nhỏ; ống được ấn xuống tới độ sâu thiết kế rồi rút lên, tấm neo giữ bấc nằm lại trong đất. Bấc được cắt chừa một đoạn nhô lên trong lớp cát.
- Lắp thiết bị quan trắc trước khi đắp: bàn đo lún, thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng, ống đo chuyển vị ngang ở chân taluy.
- Đắp nền và gia tải theo từng giai đoạn, mỗi giai đoạn chờ đất tăng sức chịu tải rồi mới đắp tiếp.
- Duy trì tải và quan trắc tới khi đạt độ cố kết yêu cầu, sau đó dỡ phần gia tải tạm và làm kết cấu mặt đường.
Cắm bấc là việc của máy chuyên dụng và đội có kinh nghiệm; máy cắm cao, nặng, đứng trên nền yếu nên đệm cát và đường di chuyển phải đủ chịu lực, khu vực máy hoạt động có người cảnh giới, không ai đứng trong tầm đổ của cần.
Gia tải trước: tải trọng là thứ ép nước ra khỏi đất
Bấc thấm chỉ mở đường cho nước; muốn nước chảy phải có lực đẩy, đó là tải trọng đặt lên trên. Cách phổ biến là đắp nền cao hơn cao độ thiết kế một khoảng, gọi là đắp gia tải hay đắp vượt tải, để trong thời gian chờ, đất chịu tải lớn hơn tải khai thác sau này. Khi dỡ phần vượt tải, đất đã được nén dưới tải lớn hơn nên lún còn lại khi khai thác giảm rõ rệt.
Đắp gia tải không thể đổ một lần lên cao. Đất yếu ban đầu có sức kháng cắt thấp; đắp nhanh và cao quá thì nền trượt, đất trồi hai bên chân taluy. Vì vậy nền được đắp theo giai đoạn: đắp một lớp, chờ nước thoát bớt để đất mạnh lên, kiểm tra số liệu quan trắc, rồi mới đắp lớp tiếp theo. Chiều cao và thời gian chờ mỗi giai đoạn do người thiết kế tính từ sức kháng cắt của đất và được điều chỉnh theo số đọc quan trắc thực tế.
Ở những nơi không có đủ đất đắp hoặc không thể đắp cao, người ta dùng cố kết chân không: phủ màng kín lên mặt nền rồi hút chân không qua hệ thống bấc, dùng áp suất khí quyển làm tải. Cách này không gây nguy cơ trượt như đắp cao nhưng đòi hỏi giữ màng kín và thiết bị chạy liên tục; nó thường được kết hợp với một phần đất đắp. Đây là lựa chọn của người thiết kế, phụ thuộc vào địa chất và mặt bằng cụ thể.
Quan trắc lún: đọc số liệu để biết khi nào được dỡ tải
Bàn đo lún. Một tấm thép đặt trên mặt đất tự nhiên trước khi đắp, có cần nối dài lên theo chiều cao nền. Đo cao độ đầu cần định kỳ cho biết đất dưới đáy nền đã lún bao nhiêu. Đường lún theo thời gian là tài liệu quan trọng nhất của cả đoạn nền.
Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng. Đặt trong lớp sét yếu, cho biết áp lực nước dư đã tiêu tán tới đâu. Áp lực tăng vọt sau khi đắp một lớp mà không giảm là dấu hiệu đắp quá nhanh, phải dừng chờ.
Ống đo chuyển vị ngang. Đặt ở chân taluy, phát hiện đất bị đẩy ngang. Chuyển vị ngang tăng nhanh trong khi lún chậm lại là tín hiệu cảnh báo trượt, quan trọng hơn mọi con số khác.
Mốc quan sát mặt đất hai bên. Cọc mốc ngoài chân taluy cho biết mặt ruộng có bị đẩy trồi lên không. Đơn giản, rẻ, nhưng rất có giá trị khi đắp qua vùng có nhà dân.
Dự báo độ lún cuối cùng. Từ chuỗi số đọc bàn đo lún, kỹ sư dùng các phương pháp ngoại suy như phương pháp Asaoka để ước tính độ lún cuối cùng và tính ra độ cố kết đã đạt. Khi độ cố kết đạt mức hồ sơ thiết kế yêu cầu và tốc độ lún giảm dưới ngưỡng cho phép trong nhiều kỳ đo liên tiếp, mới xem xét dỡ tải.
Ai đọc, ai quyết. Số liệu phải được ghi chép đều, vẽ biểu đồ ngay, gửi cho tư vấn thiết kế và giám sát. Quyết định đắp tiếp hay dỡ tải là quyết định kỹ thuật có chữ ký, không phải chuyện đội thi công tự ước lượng vì sốt ruột tiến độ.
Những lỗi khiến cắm bấc rồi mà nền vẫn lún dài
Bấc thấm là biện pháp đã được dùng rộng rãi và hiệu quả khi làm đúng. Các trường hợp thất bại thường đến từ những chỗ sau:
- Đệm cát bẩn hoặc quá mỏng: nước lên tới đầu bấc nhưng không thoát ra ngoài được, bấc thành ống cụt.
- Không đủ thời gian chờ: dỡ tải sớm để kịp tiến độ, độ cố kết chưa đạt, phần lún còn lại chuyển sang thời gian khai thác.
- Bấc không đủ sâu: dừng cắm ở độ sâu cố định trong khi lớp yếu thực tế sâu hơn ở một số đoạn; phần đất dưới mũi bấc vẫn cố kết chậm.
- Bấc bị đứt, xoắn hoặc tụt khi rút ống, không được kiểm tra chiều dài thực cắm.
- Tải không đủ: gia tải thấp hơn thiết kế vì thiếu đất đắp, nước có đường đi nhưng không có lực đẩy.
- Đất có nhiều hữu cơ hoặc than bùn: bấc giải quyết lún cố kết sơ cấp, còn lún từ biến của đất hữu cơ vẫn tiếp diễn; trường hợp này cần dự tính bù lún hoặc phương án khác.
- Quan trắc làm cho có: đo không đều, mất mốc, không vẽ biểu đồ, nên không ai biết nền thực sự đang ở đâu.
Với chủ đầu tư, câu hỏi đáng giá nhất là xin xem biểu đồ quan trắc lún của chính đoạn nền mình trả tiền trước khi đồng ý cho làm mặt đường. Một biểu đồ đều đặn, có dự báo độ lún cuối cùng và độ cố kết đạt được, nói nhiều hơn mọi biên bản.
Câu hỏi thường gặp
Bấc thấm có làm đất cứng lên ngay không?
Không. Bấc không gia cố đất mà chỉ giúp nước thoát nhanh. Đất cứng lên dần nhờ cố kết dưới tải trọng. Nếu cắm bấc mà không gia tải thì nước không có lực đẩy, đất gần như không thay đổi, vì vậy bấc luôn đi cùng đắp nền và gia tải.
Bấc thấm và giếng cát khác nhau thế nào?
Cả hai đều là đường thoát nước thẳng đứng. Giếng cát đường kính lớn hơn, thi công chậm và tốn cát, dễ bị đứt đoạn khi đất ép ngang. Bấc thấm là sản phẩm công nghiệp, cắm nhanh, kiểm soát chiều dài tốt hơn, nên trên các công trình đường gần đây được dùng phổ biến hơn.
Cắm bấc sâu được bao nhiêu mét?
Tuỳ năng lực máy và chiều dày lớp đất yếu; nhiều công trình cắm tới vài chục mét. Độ sâu đúng là độ sâu thiết kế tính từ địa chất, thường xuyên hết lớp yếu cần xử lý. Cắm quá chiều sâu cần thiết chỉ tốn tiền, cắm thiếu thì phần dưới vẫn lún chậm.
Sau bao lâu thì dỡ được tải?
Không có con số chung. Thời gian chờ phụ thuộc chiều dày đất yếu, khoảng cách bấc, tải trọng và đặc tính thấm của đất, thường từ vài tháng tới hơn một năm. Quyết định dỡ tải dựa trên số liệu quan trắc đạt điều kiện trong hồ sơ thiết kế, không dựa trên lịch định sẵn.
Đường nhỏ vào kho có nên dùng bấc thấm không?
Với đường ngắn, nền đắp thấp, thường có phương án rẻ hơn như đào thay lớp yếu mỏng, đắp chờ lún hay dùng vải địa gia cường. Bấc thấm hợp lý khi đất yếu dày và có thời gian chờ gia tải. Nên hỏi tư vấn so sánh vài phương án theo tổng chi phí và thời gian.
Có cần rút bấc lên sau khi xong không?
Không. Bấc nằm lại vĩnh viễn trong đất. Sau khi cố kết xong, nhiệm vụ của nó coi như hoàn thành; bấc không gây hại cho nền. Phần đầu bấc chừa trong lớp đệm cát cũng được giữ nguyên dưới kết cấu mặt đường.