Nghiên cứu lựa chọn hệ số hiệu chỉnh tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh và biến dạng lớn (pda) tại một số công trình ở thành phố hồ chí minh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (20.21 MB, 189 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
HOÀNG MINH PHƯƠNG
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỆ SỐ HIỆU CHỈNH TÍNH TỐN SỨC
CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH VÀ BIẾN DẠNG LỚN (PDA) TẠI MỘT SỐ
CƠNG TRÌNH Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
HOÀNG MINH PHƯƠNG
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỆ SỐ HIỆU CHỈNH TÍNH TỐN SỨC
CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH VÀ BIẾN DẠNG LỚN (PDA) TẠI MỘT SỐ
CƠNG TRÌNH Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Ngành:
Kỹ thuật địa chất
Mã số:
8520501
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS Tô Xuân Vu
HÀ NỘI, 2018
MỤC LỤC
Trang bìa
Mục lục
Danh sách bảng biểu
Mở đầu
................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Khái quát về cọc khoan nhồi
............................... 6
........................................................................... 6
1.2 Tổng quan các phương pháp thí nghiệm hiện trường xác định sức chịu tải cọc 7
1.2.1 Thí nghiệm nén tĩnh
1.2.1.1 Giới thiệu chung
...................................................................................... 7
........................................................................................ 7
1.2.1.2 Nguyên lý thí nghiệm
1.2.1.3 Thiết bị thí nghiệm
.............................................................................. 10
.................................................................................. 10
1.2.1.4 Quy trình thí nghiệm
............................................................................... 12
1.2.2 Phương pháp thí nghiệm động biến dạng lớn
1.2.2.1 Giới thiệu chung
............................................. 16
...................................................................................... 16
1.2.2.2 Nguyên lý thí phương pháp
1.2.2.3 Phương trình truyền sóng
1.2.2.4 Phương pháp Case
1.2.2.5 Phần mềm CAPWAP
..................................................................... 19
........................................................................ 19
................................................................................... 21
............................................................................... 23
1.2.2.6 Thiết bị và quy trình thí nghiệm
.............................................................. 24
1.2.2.7 CAPWAP và kết quả thí nghiệm PDA
.................................................... 27
1.3 Vai trị của thí nghiệm nén tĩnh và biến dạng lớn PDA
................................. 28
1.3.1 Phương pháp thử tải tĩnh
............................................................................ 28
1.3.2 Phương pháp biến dạng lớn PDA
............................................................... 29
1.4 Tình hình sử dụng thí nghiệm nén tĩnh và biến dạng lớn PDA ở Việt Nam
CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT KHU XÂY DỰNG.
2.1 Khu xây dựng Metropolis Thảo Điền – Quận 2
2.1.1 Đặc điểm tự nhiên
...................... 32
............................................ 32
....................................................................................... 32
2.1.2 Các thông số địa kỹ thuật
........................................................................... 36
2.1.2.1 Mặt cắt địa chất cơng trình điển hình khu xây dựng
2.1.2.2 Địa tầng khu xây dựng
2.1.2.3 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất
............................... 36
............................................................................. 37
......................................................................... 38
2.2 Khu xây dựng Cao ốc Hưng Phát 6 – Quận 7
2.2.1 Đặc điểm tự nhiên
.. 30
............................................... 40
....................................................................................... 40
2.2.2 Các thông số địa kỹ thuật
........................................................................... 42
2.2.2.1 Mặt cắt địa chất cơng trình điển hình khu xây dựng ................................ 42
2.2.2.2 Địa tầng khu xây dựng
2.2.2.3 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất
............................................................................. 44
......................................................................... 45
2.3 Khu xây dựng Trung tâm thương mại Đông Dương – Quận 10
2.2.1 Đặc điểm tự nhiên
.................... 46
....................................................................................... 46
2.2.2 Các thông số địa kỹ thuật
........................................................................... 49
2.2.2.1 Mặt cắt địa chất công trình điển hình khu xây dựng ................................ 49
2.2.2.2 Địa tầng khu xây dựng
............................................................................. 50
2.2.2.3 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất ......................................................................... 51
2.4. Khu xây dựng cơng trình Cầu Nam Lý - Quận 9 ............................................. 54
2.4.1. Đặc điểm tự nhiên ......................................................................................... 54
2.4.2. Các thông số địa kỹ thuật .............................................................................. 56
2.4.2.1. Mặt cắt địa chất công trình điển hình khu xây dựng .................................. 56
2.4.2.2. Địa tầng khu xây dựng ............................................................................... 58
2.4.2.3. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất............................................................................ 58
CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN HỆ SỐ Jc TRONG TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH VÀ PDA
................................................................................................................................. 6
1
3.1 Kết quả thí nghiệm ............................................................................................ 61
3.1.1 Cơng trình Metropolis Thảo Điền .................................................................. 61
3.1.1.1 Thí nghiệm nén tĩnh .................................................................................... 61
3.1.1.2 Thí nghiệm PDA ......................................................................................... 65
3.1.2 Cơng trình Cao ốc Hưng Phát 6 ..................................................................... 68
3.1.2.1 Thí nghiệm nén tĩnh .................................................................................... 68
3.1.2.2 Thí nghiệm PDA ......................................................................................... 72
3.1.3 Cơng trình Trung tâm thương mại Đơng Dương ........................................... 75
3.1.3.1 Thí nghiệm nén tĩnh .................................................................................... 75
3.1.3.2 Thí nghiệm PDA ......................................................................................... 79
3.1.4 Cơng trình cầu Nam Lý .................................................................................. 82
3.1.4.1. Thí nghiệm nén tĩnh ................................................................................... 82
3.1.4.2. Thí nghiệm PDA ........................................................................................ 85
3.2 Lựa chọn hệ số Jc ............................................................................................... 87
3.2.1 Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén tĩnh và PDA .............................................. 87
3.2.2 Phân tích chọn hệ số hiệu chỉnh Jc ............................................................. 88
KẾT LUẬN
......................................................................................................... 91
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Đề mục
Trang
Bảng 1.1 Giá trị hệ số sức cản động ........................................................................ 23
Bảng 1.2 So sánh thí nghiệm PDA và nén tĩnh ....................................................... 30
Bảng 1.3 Thống kê một số cơng trình sử dụng PDA và nén tĩnh ............................ 31
Bảng 2.1 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất 2, 3, 4 ............................................. 38
Bảng 2.2 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất 4A, 5 .............................................. 39
Bảng 2.3 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất ........................................................ 45
Bảng 2.4 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất ........................................................ 51
Bảng 2.5 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất (tiếp) ......................................................... 52
Bảng 2.6 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất (tiếp) ......................................................... 53
Bảng 2.7 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất .......................................... 59
Bảng 3.1 Sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm PDA và nén tĩnh ............................... 87
Bảng 3.2 Bảng đề xuất hệ số Jc ............................................................................... 89
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các công trình
xây dựng quy mơ lớn, móng cọc khoan nhồi ngày càng trở thành một hình
thức móng sâu được dùng nhiều cho các cơng trình xây dựng giao thơng, thuỷ
lợi, cơng nghiệp, nhà cao tầng. Để đảm bảo ổn định công trình, trong các tiêu
chuẩn xây dựng, đã quy định bắt buộc phải tiến hành thí nghiệm xác định sức
chịu tải thực tế của cọc.
Hiện nay có nhiều phương pháp xác định sức chịu tải của hệ cọc - đất
nền như thí nghiệm nén tĩnh, thí nghiệm động biến dạng lớn, thí nghiệm tĩnh
động, tính tốn theo thí nghiệm hiện trường xun tĩnh, xun tiêu chuẩn
hoặc tính tốn theo lý thuyết. Trong đó, thí nghiệm nén tĩnh là phương pháp
truyền thống được tin cậy và sử dụng rộng rãi nhất, cho phép xác định chính
xác sức chịu tải của cọc. Kết quả nén tĩnh cọc hiện trường cho phép đánh giá
khả năng chịu tải của cọc đơn theo quan hệ giữa tải trọng tác dụng và chuyển
vị của cọc mà thực chất là chuyển vị đo được ở đầu cọc.
Thí nghiệm động biến dạng lớn cho phép đánh giá khả năng chịu tải
của cọc với độ tin cậy cần thiết trong thời gian ngắn, có thể được sử dụng để
kiểm tra đối chứng hay thay thế phương pháp nén tĩnh. Ngoài ra, trong một số
trường hợp, thí nghiệm động biến dạng lớn có thể được thực hiện nhằm hạn
chế, khắc phục những bất lợi của thí nghiệm nén tĩnh như điều kiện mặt bằng
chật hẹp, tải trọng thí nghiệm quá lớn hay kết quả thử tĩnh không đạt đến giá
trị tới hạn.
Ở Việt Nam, đặc biệt tại các thành phố lớn như Thành phố Hồ Chí
Minh hiện nay, thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm động biến dạng lớn là 2
phương pháp kiểm tra sức chịu tải của hệ cọc - đất nền được áp dụng rộng rãi
2
đối với các cơng trình thiết kế giải pháp móng cọc khoan nhồi
Trên cơ sở kết quả thực tế thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm động biến
dạng lớn cho cọc khoan nhồi của một số cơng trình tại Thành phố Hồ Chí
Minh mà học viên là người thực hiện và thu thập được, rất cần thiết phải
nghiên cứu có hệ thống 2 phương pháp thí nghiệm này, cũng như đánh giá
mức độ tin cậy của các số liệu thu được trong điều kiện địa chất khu vực TP.
Hồ Chí Minh, từ đó có các nhận xét, đưa ra hệ số hiệu chỉnh và hướng nghiên
cứu tiếp theo. Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn hệ số hiệu chỉnh tính tốn
sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh và biến dạng
lớn (PDA) tại một số cơng trình ở Thành phố Hồ Chí Minh” có tính thực tiễn
cao.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định hệ số điều chỉnh phù hợp với điều kiện địa chất cơng trình
trong tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm động biến
dạng lớn và thí nghiệm nén tĩnh cọc tại một số cơng trình ở Thành phố Hồ
Chí Minh.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các phương pháp tính tốn và thí nghiệm xác
định sức chịu tải của cọc khoan nhồi bằng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh
và thí nghiệm động biến dạng lớn. (PDA)
- Phạm vi nghiên cứu: Vị trí thí nghiệm cọc tại một số dự án xây dựng
ở Thành phố Hồ Chí Minh: Metropolis Thảo Điền (Quận 2); Cao ốc Hưng
Phát 6 (Quận 7); Trung tâm thương mại Đơng Dương (Quận 10); Cơng trình
cầu Nam Lý (Quận 9).
4. Nội dung nghiên cứu
3
Để thực hiện được mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài đặt ra, nội dung
nghiên cứu của luận văn bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về phương pháp thí nghiệm nén tĩnh và thí
nghiệm động biến dạng lớn
- Cơ sở lý thuyết phương pháp thí nghiệm nén tĩnh và biến dạng lớn
- Nghiên cứu điều kiện địa chất cơng trình tại một số cơng trình ở
Thành phố Hồ Chí Minh;
- Nghiên cứu kết quả phương pháp thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm
động biến dạng lớn tại một số cơng trình ở Thành phố Hồ Chí Minh;
- Xác lập mối liên hệ giữa thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm động biến
dạng lớn
- Lựa chọn các hệ số hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện địa chất cơng
trình khu vực để tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo phương pháp
thí nghiệm động biến dạng lớn.
5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu đã đề ra, trong luận văn đã sử
dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu: Tổng hợp và phân tích các
tài liệu về địa chất, địa chất cơng trình, … tại một số cơng trình khu vực
Thành phố Hồ Chí Minh;
- Phương pháp thí nghiệm hiện trường: Thí nghiệm kiểm tra sức chịu
tải cọc khoan nhồi bằng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm động
biến dạng lớn
- Phương pháp thống kê: Xử lý kết quả thí nghiệm;
4
- Phương pháp tính tốn bằng các phần mềm chun dụng : Sử dụng
các mơ hình tốn và phần mềm CAPWAP để phân tích số liệu thí nghiệm.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học của đề tài: Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học
bước đầu cho phép chính xác hóa trong việc tính tốn sức chịu tải cọc khoan
nhồi từ thí nghiệm động biến dạng lớn, nhằm thay thế phương pháp thí nghiệm
nén tĩnh cọc của các cơng trình xây dựng tại Thành phố Hồ Chí Minh;
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể
tham khảo hoặc sử dụng để tính tốn, xác định sức chịu tải của cọc khoan
nhồi khi sử dụng thí nghiệm động biến dạng lớn cho các cơng trình tại các
khu vực khác có điều kiện địa chất cơng trình tương tự.
7. Cơ sở tài liệu của luận văn
- Tài liệu khảo sát địa chất, bản đồ địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí
Minh và một số cơng trình nghiên cứu khác;
- Các tài liệu, kết quả thí nghiệm xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi
bằng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm động biến dạng lớn tại
các cơng trình trong khu vực Thành phố Hồ Chí Minh;
- Các tiêu chuẩn, qui định và qui phạm của Việt Nam và nước ngoài,
các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nước đã được cơng bố.
8. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm 3 chương tổng cộng có 94 trang, bao gồm hình vẽ và
biểu bảng.
Luận văn được hồn thành tại Bộ mơn Địa chất cơng trình, Trường Đại
học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Tô Xuân Vu.
5
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Bộ mơn Địa chất cơng
trình, Phịng Sau đại học thuộc Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ và
tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp, bạn bè, người thân đã
động viên, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp tơi hồn thành luận
văn theo thời gian quy định.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Tô Xuân Vu, đã tận tâm
hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề
cương cho đến khi hồn thành luận văn.
Trong q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn, tôi luôn nhận được
sự quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi của người hướng dẫn, các nhà
khoa học, các bạn bè đồng nghiệp, các cơ quan liên quan đến đề tài. Tác giả
xin chân thành cảm ơn trước sự giúp đỡ quý báu đó.
6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát về cọc khoan nhồi
Cọc khoan nhồi là phần quan trọng nhất của móng sâu, được thi cơng
bằng cách đổ bê tơng tươi vào một hố khoan có cốt thép trước đó. So với các
loại cọc khác, cọc khoan nhồi có lịch sử tồn tại và phát triển tương đối mới.
Năm 1908-1920, các lỗ khoan cọc nhồi cỡ nhỏ (D=0.3m, dài 6-12m) được thi
công bằng máy khoan lỗ chạy bằng hơi nước, thậm chí bằng ngựa. Cuối thập
kỷ 40, đầu thập kỷ 50 cho đến nay, công nghệ khoan cọc nhồi khá phát triển.
Mặc dù công nghệ thi công cọc khoan nhồi đã phát triển nhưng lý thuyết phân
tích thiết kế (dự báo sức chịu tải và độ lún) lại chậm hơn. Mãi đến thập kỷ 60
- 70, những chương trình thí nghiệm nén tĩnh quy mơ lớn mới giúp hiểu rõ
hơn sự làm việc của cọc khoan nhồi.
Ở Việt Nam, đầu những năm 90, lần đầu tiên ngành xây dựng đã ứng
dụng cơng nghệ cọc khoan nhồi đường kính 1.4m, sâu 30m khi thi cơng cầu
Việt Trì. Từ đó đến nay, công nghệ thi công cọc khoan nhồi được phát triển
rất nhanh. Chúng ta đã làm chủ công nghệ thi cơng cọc đường kính 2 - 2.5m,
hạ sâu trong đất từ 40 - 60m, thậm chí sâu đến 80 - 100m.
Cọc khoan nhồi hiện nay có thể nói là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ
thuật móng sâu, trong các điều kiện địa chất đất yếu hoặc địa chất phức tạp,
đặc biệt là trong vùng hang động castơ. Trong những năm gần đây, cùng với
sự phát triển của các cơng trình xây dựng quy mơ lớn, móng cọc khoan nhồi
ngày càng trở thành một hình thức móng sâu được dùng nhiều cho các cơng
trình xây dựng. Việc sử dụng cọc khoan nhồi trong xây dựng ở nước ta phát
triển mạnh chủ yếu vì cọc khoan nhồi có các ưu điểm cơ bản như: Sức chịu
7
tải lớn, khi thi công không gây chấn động mạnh và tiếng ồn lớn, thiết bị đơn
giản, thi công dễ dàng, đặc biệt là biến các công việc thi công dưới nước trở
thành thi công trên mặt nước, phù hợp với thực tế nhiều sơng suối của Việt
Nam nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng.
Hiện nay, cọc khoan nhồi được sử dụng đặc biệt phổ biến ở nước ta với
các dạng khác nhau: từ cọc khoan nhồi, khoan nhồi rửa, khoan nhồi mở đáy
đến cọc barrette, ....
Hình 1.1 Thi công cọc khoan nhồi
1.2. Tổng quan các phương pháp thí nghiệm hiện trường xác định sức
chịu tải cọc
Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp thí nghiệm kiểm tra sức chịu
tải của cọc khoan nhồi, mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm
riêng. Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này chỉ đề cập đến hai phương
pháp là thử động biến dạng lớn (PDA) và nén tĩnh.
1.2.1 Thí nghiệm nén tĩnh
1.2.2.1. Giới thiệu chung
8
Phương pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống là phương pháp trực tiếp xác
định sức chịu tải của cọc. Thực chất là xem xét ứng xử của cọc (độ lún) trong
điều kiện cọc làm việc như thực tế dưới tải trọng cơng trình. Phương pháp này
sử dụng hệ thống cọc neo hoặc dùng các vật nặng chất phía trên đỉnh cọc là
đối trọng để gia tải nén cọc.
Thí nghiệm nén tĩnh cọc có thể thực hiện ở giai đoạn: thiết kế bản vẽ thi
công hay kiểm tra chất lượng công trình:
- Thí nghiệm thăm dị sức chịu tải của cọc (cọc chuẩn) ở giai đoạn thiết
kế bản vẽ thi công được thực hiện trước khi thi cơng móng cọc hàng loạt (đại
trà) nhằm xác định số liệu cần thiết về cường độ, biến dạng và mối quan hệ tải
trọng - chuyển vị của cọc làm cơ sở cho thiết kế hoặc điều chỉnh đồ án thiết
kế, chọn thiết bị và cơng nghệ thi cơng phù hợp. Cọc thí nhiệm thăm dị được
thi cơng riêng biệt ngồi phạm vi móng cơng trình. Tuy nhiên, có thể chọn
cọc của móng cơng trình làm cọc thí nghiệm thăm dị với điều kiện phải có
thừa cường độ để chịu được tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến và phải
dự báo trước chuyển vị của cọc để không gây ảnh hường xấu đến kết cấu bên
trên của cơng trình sau này. Cọc thí nghiệm thăm dị phải có cấu tạo, vật liệu,
kích thước và phương pháp thi công giống như cọc chịu lực của móng cơng
trình. Nếu biết rõ điều kiện đất nền và có kinh nghiệm thiết kế cọc khu vực
lân cận thì khơng cần thiết phải tiến hành thí nghiệm thăm dị.
- Thí nghiệm nén tĩnh cọc ở giai đoạn kiểm tra chất lượng cơng trình
được tiến hành trong thời gian thi công hoặc sau khi thi công xong cọc nhằm
kiểm tra sức chịu tải của cọc theo thiết kế và chất lượng thi cơng cọc. Cọc thí
nghiệm kiểm tra được chọn trong các cọc của móng cơng trình.
Vị trí cọc thí nghiệm do thiết kế chỉ định, thường tại những điểm có điều
kiện đất nền tiêu biểu. Trong trường hợp địa chất phức tạp hoặc ở khu vực tập
9
trung tải trọng lớn thì nên chọn cọc thí nghiệm tại vị trí bất lợi nhất. Khi chọn
cọc thí nghiệm để kiểm tra thì cần chú ý đến chất lượng thi cơng cọc thưc tế.
Số lượng cọc thí nghiệm do thiết kế quy định tùỵ theo mức độ quan trọng
của cơng trình, mức độ phức tạp của điều kiện đất nền, kinh nghiệm thiết kế,
chủng loại cọc sử dụng và chất lượng thi cơng cọc.Thơng thường, cọc thí
nghiệm được lấy bằng 1% tổng số cọc của cơng trình nhưng trong mọi trường
hợp khơng ít hơn 2 cọc.
Cơng tác khảo sát địa kỹ thuật cần được tiến hành trước khi thí nghiệm
nén tĩnh cọc. Các hố khoan khảo sát và các điểm thí nghiệm hiện trường cần
được bố trí gần cọc thí nghiệm, thường nhỏ hơn 5m tính từ vị trí cọc dự kiến
thí nghiệm.
Cho đến nay thì phương pháp này vẫn được coi là phương pháp có độ tin
cậy cao, đã trở nên quen thuộc và được sử dụng khá phổ biến.
10
Hình 1.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm thử tải tĩnh
1.2.2.2 Nguyên lý thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc
trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền. Tải
trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ phản lực
là dàn chất tải, hệ cọc neo hoặc kết hợp dàn chất tải. Các số liệu về tải trọng,
chuyển vị và biến dạng..... thu được trong q trình thí nghiệm là cơ sở để
phân tích, đánh giá sức chịu tải thực tế của cọc và mối quan hệ giữa tải trọng
với chuyển vị của cọc trong đất nền.
1.2.2.3 Thiết bị thí nghiệm:
Thiết bị thí nghiệm bao gồm hệ gia tải, hệ phản lực và hệ đo đạc.
Hệ gia tải:
- Hệ gia tải gồm kích, bơm và hệ thống thủy lực được nối với nhau đảm
bảo khơng bị rị rỉ, hoạt động an tồn dưới áp lực khơng nhỏ hơn 150% áp lực
làm việc. Kích thuỷ lực đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có sức nâng đáp ứng tải trọng lớn nhất theo dự kiến;
- Có khả năng gia tải, giảm tải với cấp tải trọng phù hợp với yêu cầu thí
nghiệm;
11
- Có khả năng giữ tải ổn định khơng ít hơn 24 giờ;
- Có hành trình đủ để đáp ứng chuyển vị đầu cọc lớn nhất theo dự kiến
cộng với biến dạng của hệ phản lực;
- Khi sử dụng nhiều kích, các kích nhất thiết phải cùng chủng loại, cùng
đặc tính kỹ thuật và phải được vận hành trên cùng một máy bơm.
Hệ đo đạc quan trắc:
- Hệ đo đạc quan trắc bao gồm thiết bị, dụng cụ đo tải trọng tác dụng lên
đầu cọc, đo chuyển vị của cọc, và dầm chuẩn ;
- Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được đo bằng đồng hồ áp lực lắp đặt sẵn
trong hệ thống thủy lực. Đồng hồ áp lực có độ chính xác đến 5%;
- Chuyển vị của cọc được đo bằng 4 đồng hồ đo chuyển vị với hành trình
dịch chuyển là 50-100mm, độ chính xác 0.01 mm, được lắp cố định trên dầm
chuẩn đặt đối xứng qua hai bên cọc với khoảng cách đến cọc là bằng nhau;
- Các thiết bị đo tải trọng và chuyển vị được kiểm định và hiệu chỉnh
định kỳ. Các chứng chỉ kiểm định thiết bị phải trong thời gian hiệu lực.
- Các bộ phận dùng để gá lắp thiết bị đo chuyển vị gồm dầm chuẩn phải
đảm bảo ít bị biến dạng do thời thiết.
Hệ phản lực:
- Hệ phản lực được thiết kế để chịu được phản lực không nhỏ hơn 120%
tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến. Hệ phản lực bao gồm dầm chính
(dầm chịu tải) kết hợp với dàn chất tải.
- Dầm chính được lắp đặt trực tiếp dưới dàn chất tải làm điểm tựa trực
tiếp cho kích thuỷ lực, cùng với dàn chất tải và hệ đối trọng làm thành hệ
phản lực khi gia tải lên đầu cọc.
12
- Dàn chất tải gồm các viên đối trọng, hệ thống các dầm phụ bằng thép
được đặt trên dầm chính. Đối trọng được xếp trên mặt phẳng tạo thành từ hệ
thống các dầm phụ, số lượng đối trọng phụ thuộc vào tải trọng thí nghiệm.
- Tổng trọng lượng đối trọng kể cả dàn chất tải, dầm chính...vv khơng
nhỏ hơn 120% tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến.
Dàn chất tải được kê lên các gối kê. Các gối kê phải có diện tích đáy đủ
lớn để chịu được áp lực do đối trọng và trọng lượng bản thân dàn chất tải gây
ra, đảm bảo luôn ổn định, không bị lún nghiêng ảnh hưởng tới kết quả thí
nghiệm, đồng thời bảo đản an tồn tuyệt đối trong suốt q trình thí nghiệm
Hình 1.3 Sơ đồ gia tải thí nghiệm thử tải tĩnh
1.2.2.4 Quy trình thí nghiệm:
Cơng tác chuẩn bị:
Những cọc sẽ tiến hành thí nghiệm cần được kiểm tra chất lượng theo các
tiêu chuẩn hiện hành về thi công và nghiệm thu cọc.
13
Đầu cọc được gia công để đảm bảo các yêu cầu sau:
- Khoảng cách từ đầu cọc đến dầm chính phải đủ để lắp đặt kích gia tải
và các thiết bị đo;
- Mặt đầu cọc được bằng làm phẳng đảm bảo mặt phẳng đầu cọc vng
góc với trục cọc. Phải đảm bảo bê tơng đầu cọc chất luợng tốt, có cuờng độ
như thiết kế quy định, khi cần thiết phải gia cường đầu cọc để không bị phá
hoại cục bộ dưới tác dụng của tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến.
Hệ kích phải đặt trực tiếp trên tấm đệm trên đầu cọc, chính tâm so với
tim cọc.
Hệ phản lực được lắp đặt theo nguyên tắc cân bằng, đối xứng qua trục
cọc, bảo đảm truyền tải trọng dọc trục, chính tâm lên đầu cọc, đồng thời tuân
thủ các quy định sau:
- Dàn chất tải được lắp đặt trên các gối kê ổn định;
- Khi lắp dựng xong, đầu cọc khơng bị nén trước khi thí nghiệm.
Các dầm chuẩn được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ
dầm được chôn chặt xuống đất. Chuyển vị kế được lắp đối xứng hai bên đầu
cọc và được gắn ổn định lên các dầm chuẩn, chân của chuyển vị kế tựa lên
dụng cụ kẹp đầu cọc hoặc tấm đệm đầu cọc (hoặc có thể lắp ngược lại).
Quy trình gia tải
Trước khi thí nghiệm chính thức, tiến hành gia tải trước nhằm kiểm tra
hoạt động của thiết bị thí nghiệm và tạo tiếp xúc tốt giữa thiết bị và đầu cọc.
Gia tải trước bằng cách tác dụng lên đầu cọc khoảng 5% tải trọng thiết kế, giữ
10 phút sau đó giảm về 0, theo dõi hoạt động của thiết bị thí nghiệm.
Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải từng cấp
14
Khơng phụ thuộc vào mục đích thí nghiệm, các giá trị thời gian, tải trọng
và chuyển vị đầu cọc phải đo đạc và ghi chép ngay sau khi tăng hoặc giảm tải
theo bảng thờỉ gian:
Cấp tải trọng
Thời gian theo dõi và đọc số liệu
Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu
Cấp gia tải
Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó
Khơng q 1 giờ một lần cho 10 giờ tiếp theo
Khổng quá 2 giờ một lần cho các giờ tiếp theo
Cấp gia tải lại
và cấp giảm tải
Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu
Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó
Khổng quá 1 giờ một lần cho các giờ tiếp theo
Khi tốc độ đầu cọc đạt một trong những giá trị sau đây thì được xem là
đạt độ lún ổn định qui ước:
- Không quá 0.25mn/h đối với cọc chổng vào lớp dất hòn lớn, đất cát, đất
sét từ dẻo dến cứng;
- Không quá 0.1mm /h đối với cọc ma sát trong đẩt sét dẻo mềm dến dẻo
chảy;
Tải trọng thi nghiệm lớn nhất theo quy định của thiết kế, thường được lấy
như sau:
- Đối với cọc thí nghiệm thăm dị sức chịu tải: bằng tải trọng phá hoại
hoặc bằng 250 - 300% tải trọng thiết kế
- Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra: 150 - 200% tải trọng thiết kế.
Quy định về tạm dừng thí nghiệm: Thí nghiệm phải tạm dừng nếu phát
15
hiện thấy các hiện tượng sau đây:
- Các mốc chuẩn đặt sai, khơng ổn định hoặc bị phá hỏng;
- Kích hoặc thiết bị đo khơng hoạt động hoặc khơng chính xác;
- Hệ phản lực không ổn định;
- Đầu cọc bị nứt vỡ;
- Các số đọc ban đầu khơng chính xác.
Quy định về huỷ bỏ kết quả thí nghiệm: Thí nghiệm bị huỷ bỏ nếu phát
hiện thấy:
- Cọc đã bị nén trước khi gia tải (cọc bị nén do các ngoại lực tác động có
ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả thí nghiệm trước khi tiến hành quy
trình gia tải);
- Các tình trạng trong mục ‘’Quy định về tạm dừng thí nghiệm’’ khơng
thể khắc phục được.
Quy định về cọc bị phá hoại: Cọc được xem là phá hoại khi xảy ra một
trong các trường hợp sau:
- Vật liệu cọc bị phá hoại;
- Tổng độ lún cọc vượt quá 10% đường kính cọc;
Quy định về kết thúc thí nghiệm: Thí nghiệm được xem là kết thúc khi:
- Đạt mục tiêu thí nghiệm theo đề cương được duyệt;
- Cọc thí nghiệm bị phá hoại khi tổng chuyển vị đầu cọc vượt quá 10%
chiều rộng tiết diện cọc hoặc vật liệu cọc bị phá hủy.
Các biểu đồ quan hệ giữa tải trọng - độ lún, biểu đồ lún thời gian, biểu đồ
quan hệ tải trọng - thời gian - độ lún, biểu đồ quan hệ tải trọng - thời gian.
16
Hình 1.4. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh
1.2.2 Phương pháp thí nghiệm động biến dạng lớn (PDA)
1.2.2.1. Giới thiệu chung
17
Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) được nghiên cứu đầu tiên vào
năm 1958 bởi Eiber tại Viện công nghệ CASE (được gọi là phương pháp
CASE). Năm 1964 phương pháp CASE được phát triển trong một dự án quy
mô. Năm 1972, cùng với sự ra đời của phần mềm phân tích CAPWAP, thí
nghiệm PDA bắt đầu sử dụng vào mục đích thương mại. Trong thí nghiệm
PDA, người ta gắn các đầu đo gia tốc và biến dạng ở đầu cọc. Tại mỗi nhát
búa đóng cọc, gia tốc truyền sóng xung động và biến dạng trong cọc được ghi
lại, xử lý bằng thiết bị PDA (Pile Driving Analyser) và phần mềm phân tích
CAPWAP.
Phương pháp thí nghiệm động biến dạng lớn là phương pháp thử tải trọng
động xác định sức chịu tải của cọc dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất
trong thanh đàn hồi. Năng lượng tạo xung phải đủ lớn để gây dịch chuyển của
cọc dưới mỗi nhát búa khơng nhỏ hơn 3 mm, đủ để huy động tồn bộ sức
kháng của đất nền.
Hình 1.5. Mơ tả thí nghiệm PDA
18
Hình 1.6. Biểu diễn vật lý của cơng thức động cơ bản
Trước đây, để xác định sức chịu tải thực tế của hệ cọc - đất, ngoài
phương pháp thử tải tĩnh, người ta còn sử dụng phương pháp thử động đơn
giản và cho biết ngay kết quả tại hiện trường. Mơ hình chung cho tất cả các
cơng thức động đơn giản được mơ tả như trên hình 1.6 và theo phương trình
cân bằng:
Wh
Trong đó :
R s hay R
Wh / s ;
W - trọng lượng quả búa;
H - chiều dài cọc;
s - độ lún của cọc;
R - sức kháng không đổi của đất.
Để khắc phục sự đơn giản hoá này, đã có nhiềư cơng thức khác nhau
được xây dựng bằng cách đưa thêm vào các hệ số thực nghiệm nhằm kể đến
các điều kiện búa, đệm, vật liệu cọc và đất nền khác nhau để cố gắng cho
được các kết quả phù hợp với thực tế (đúng hơn là phù hợp với kết quá thử
