PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỌC THEO KẾT QUẢ NÉN TĨNH VÀ THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN PDA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI MINH TRƯƠNG

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỌC THEO KẾT
QUẢ NÉN TĨNH VÀ THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN PDA
“ANALYSING AND EVALUATING ULTIMATE CAPCITY USING STATIC
LOAD
AND PDA RESULT ”

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2018


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hưởng dẫn khoa học: PGS TS. Bùi Trường Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 1

Cán bộ chấm nhận xét 2

Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐÒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ........ tháng ........ năm ........

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ vàtên học viên: BÙI MINH TRƯƠNG

MSHV: 1670594

Ngày, tháng, năm sinh: 15/02/1986

Nơi sinh: TRÀ VINH

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã ngành: 60 58 02 11
1. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỌC THEO KẾT
QUẢ NÉN TĨNH VÀ THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỞN PDA.
(Anlysing and evaluating ultimate capcity using static load PDA results)
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
■ ứng dụng phương pháp thí nghiệm thử động biến dạng lớn và phương pháp nén
tĩnh xác định sức chịu tải giới hạn của cọc.
■ Phân tích đánh giá khả năng chịu tải cọc theo các phương pháp khác nhau từ kết
quả thí nghiệm nén tĩnh.
■ Phân tích so sánh kết quả từ thí nghiệm nén tĩnh với kết quả thí nghiệm động biến
dạng lớn nhằm rút ra các nhận định về mức độ tin cậy của thí nghiệm.
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: .................
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ..................

5. HỌ VÀ TÊN CÁN Bộ HƯỞNG DẪN: PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
CÁN Bộ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Bùi Trường Sơn

Tp. HCM, ngày tháng 12 năm 2018
CHỦ NHIỆM Bộ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DựNG
(Họ tên và chữ ký)


m

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, xin cảm chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Địa cơ Nền móng đã
nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp đõ học viên hoàn thành Luận văn tốt nghiệp.
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Bùi Trường Sơn, người
đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh thần trong thời gian học viên
thực hiện Luận văn. Thầy đã truyền đạt cho học viên hiểu được phương thức tiếp cận và
giải quyết một vấn đề khoa học, đây là hành trang quí giá mà học viên sẽ gìn giữ cho quá
trình học tập và làm việc tiếp theo của mình.
Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đĩnh, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp đỡ
học viên trong thời gian học tập và thực hiện Luận văn.

Học viên

Bùi Minh Trương


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn
của PGS. TS. Bùi Trường Son.
Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố
dưới bất kỳ hình thức nào trước đây.

Tác giả

Bùi Minh Trương


TÓM TẮT
PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN cọc THEO KẾT QUẢ
NÉN TĨNH VÀ THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN PDA
Kiểm tra sức chịu tải giới hạn của cọc tại hiện trường là công tác quan trọng và cần
thiết sau khi thi công cọc nhằm xác định chính xác sức chịu tải giới hạn của cọc theo điều
kiện thực tế xây dựng công trình. Thí nghiệm thử động biến dạng lớn cho kết quả sức chịu
tải giới hạn của cọc có độ tin cậy cao so với kết quả nén tĩnh và có thể rút ngắn tiến độ thi
công, tiết kiệm chi phí. Ngoài ra, thí nghiệm thử động biến dạng lớn có thể thực hiện được
trong những trường họp thí nghiệm nén tĩnh gặp khó khăn về địa hình xây dựng công trình,
tải trọng thí nghiệm quá lớn. Nội dung chính của luận văn là phân tích đánh giá kết quả tải
trọng giới hạn của cọc theo kết quả nén tĩnh và thử động biến dạng lớn PDA.
Ket quả cho thấy thí nghiệm PDA chỉ phù họp trong trường họp khả năng chịu tải
nhỏ và không phù họp trong trường họp tải trọng giới hạn lớn hơn 1100 tấn. Thí nghiệm

nén tĩnh tới giá trị tải trọng gây biến dạng dư đủ lớn mới có thể sử dụng các phương pháp
khác nhau tính giá trị tải trọng giới hạn.


SUMMARY
ANLYSING AND EVALUATING ULTIMATE CAPACITY USING
STATIC LOAD AND PDA RESULTS

Testing the load capacity of piles in the field is important and necessary task after
pile construction in order to determine exactly bearing capacity of piles under actual
geological conditions of construction site. The PDA gives the highly reliable result in load
capacity of piles in comparison with result of the static load test and can reduce the
construction schedule, also save cost. In addition, the PDA can be able to carry out in cases
that the load test has difficulty in terrain of construction, or testing load is oversize. The
main content of the thesis is analysing and evaluating ultimate capacity of using static load
and PDA results.
The results show that PDA are only suitable in case of small and unsuitable in cases
of ultimate capacity over 1100 tons. Static load test to the load value that cause large
enough residual deformation can use different methods that measure the value of ultimate
capacity.


1

MUC LUC
••

MỤC LỤC .....................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... ii
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................iv

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 1
2. Giá trị thực tiễn của đề tài ..................................................................................... 1
3. Mục đích nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 2
5. Kết quả dự kiến của đề tài ....................................................................................... 2
CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍNGHIỆM ĐÁNH GIÁ, KIÊM TRA

sức

CHỊU TẢI GIỚI HẠN cọc ......................................................................................... 3
1.1. Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh ............................................................... 3
1.1.1.

Thiết bị thí nghiệm ............................................................................... 3

1.1.2.

Chuẩn bị thí nghiệm ............................................................................. 6

1.1.3.

Quy trình gia tải .................................................................................... 7

1.2. Phương pháp thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) ......................... 11
1.3. Nhận xét chương ....................................................................................... 14
CHƯƠNG 2. Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM THỪ
ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN VÀ ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN TỪ KẾT QUẢ
NÉN TĨNH .................................................................................................................. 15
2.1. Mô hình CAPWAPdanh giá khả năng chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm

PDA ............................................................................................................. 15
2.1.1.

Cơ sở lý thuyết mô hình CAPWAP .................................................... 15

2.1.2.

Mô hình cọc ........................................................................................ 15

2.1.3.

Môhĩnhđấtnền ..................................................................................... 16

2.1.4.

Giải thuật tính toán mô hình CAPWAP ............................................. 22

2.1.5.

Xử lý tín hiệu sóng ............................................................................. 24

2.2. Các phương pháp đánh giá tải trọng giớihạn từ kết quả thí nghiệm nén
tĩnh............................................................................................................... 25


11

2.2.1.

Phương pháp Offset Limit ................................................................. 25

2.2.2.

Phương pháp Chin-Kondner .............................................................. 26

2.2.3.

Phương pháp De Beer ........................................................................ 27

2.2.4.

Phương pháp Decourt ........................................................................ 28

2.2.5.

Phương pháp 80% Brinch Hansen ..................................................... 29

2.2.6.

Phương pháp 90% Brinch Hansen ..................................................... 31

2.2.7.

Phương pháp Mazurkiewicz .............................................................. 31

2.2.8.

Phương pháp Fuller và Hoy ............................................................... 32

2.2.9.

Phương pháp Butler và Hoy .............................................................. 33

2.3. Nhận xét chương ........................................................................................ 33
CHƯƠNG 3. NGHIÊN cứu PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA cọc THEO
KẾT QUẢTHÍ NGHIỆM NÉN TĨNH VÀ THỪ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN

35

3.1 Chọn lựa dữ liệu phục vụ nghiên cứu phân tích ................................................. 35
3.2 Phân tích đánh giá tải trọng giới hạn các cọc khi kết quả thí nghiệm nén tĩnh
chưa đạt phá hoại ........................................................................................................ 43
3.3 Phân tích đánh giá tải trọng giới hạn các cọc khi kết quả thí nghiệm nén tĩnh đạt
phá hoại

48

3.4 Kết luận chương ................................................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 55

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng cọc neo làm hệ phản lực ....................... 5
Hình 1.2 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng dàn chất tải và đối trọng làm hệ phản
lực ................................................................................................................................. 5
Hình 1.3 Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đổi trọng kết hợp cọc neo
làm phản lực ................................................................................................................. 6
Hình 1.4 Biếu đồ quan hệ chuyến vị - thời gian ......................................................... 11
Hình 1.5 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị.......................................................... 11
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm thử động biến dạng lớn .................................. 12
Hình 1.7 Bước sóng thu được từ CAPWAP ............................................................... 13

Ill

Hình 2.1 Mô hình cọc của Smith và mô hình cọc CAPWAP ............................... 16
Hình 2.2 Mô hìnhsức kháng của đất theo Smith ........................................................ 16
Hình 2.3 Sức kháng tĩnh thân cọc ..............................................................................19
Hình 2.4 Sức kháng tĩnh ở mũi cọc ............................................................................20
Hình 2.5 Mô hìnhsức kháng đất thành bên và mũi Smith mở rộng ........................... 22
Hình 2.6 Phân tích tín hiệu sóng phù hợp ............................................................... 24
Hình 2.7 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp
Offset Limit ................................................................................................................ 25
Hình 2.8 Phương pháp Offset Limit - Đường phá hoại Offset Limit không giao
đường cong tải trọng - chuyển vị................................................................................ 26
Hình 2.9 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp ChinKondner ...................................................................................................................... 27
Hình 2.10 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp De Beer... 28
Hình 2.11 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp Decourt và
biểu đồ kết quả thí nghiệm nén tĩnh tương ứng ..........................................................29
Hình 2.12 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp 80% Brinch
Hansen ........................................................................................................................ 30
Hình 2.13 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp 90% Brinch
Hansen ........................................................................................................................ 31
Hình 2.14 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp
Mazurkiewicz ............................................................................................................. 32
Hình 2.15 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp Fuller &
Hoy và Butler & Hoy ................................................................................................. 33

Hình 3.1 Ket quả sức chịu tải của cọc P908 từ thí nghiệm PDA ............................... 36
Hình 3.2 Quan hệ Q-S từ thí nghiệm nén tĩnh (cọc P03) và PDA (cọc P908) .......... 37
Hình 3.3 Kết quả sức chịu tải của cọc P925 từ thí nghiệm PDA ............................... 37

Hình 3.4 Quan hệ Q-S từ thí nghiệm nén tĩnh (cọc P03) và PDA (cọc P925) .......... 38
Hình 3.5 Ket quả sức chịu tải của cọc P25 từ thí nghiệm PDA ................................. 39
Hình 3.6 Quan hệ Q-S từ thí nghiệm nén tĩnh (cọc N022) và PDA (cọc P25) .......... 39
Hình 3.7 Ket quả sức chịu tải của cọc G282 từ thí nghiệm PDA ............................... 40


iv

Hình 3.8 Quan hệ Q-S từ thí nghiệm nén tĩnh (cọc G6) và PDA (cọc G282) ............40
Hình 3.9 Kết quả sức chịu tải của cọc TN01 từ thí nghiệm PDA .............................. 41
Hình 3.10 Quan hệ Q-S từ thí nghiệm nén tĩnh (cọc 05) và PDA (cọc TN01) .......... 42
Hình 3.11 Kết quả sức chịu tải của cọc TN02 từ thí nghiệm PDA ............................ 42
Hình 3.12 Quan hệ Q-S từ thí nghiệm nén tĩnh (cọc 05) và PDA (cọc TN02) .......... 42
Hình 3.13 Kết quả sức chịu tải của cọc P3 từ thí nghiệm PDA ................................. 43
Hình 3.14 Quan hệ Q-S từ thí nghiệm nén tĩnh (cọc 05) và PDA (cọc P3) ............... 43
Hình 3.15 Biểu đồ kết quả tải trọng giới hạn của cọc P03 từ các phương pháp ........45
Hình 3.16 Kết quả tải trọng giới hạn của cọc N022 từ các phương pháp .................. 46
Hình 3.17 Biểu đồ kết quả Qu của cọc G6 theo các phương pháp ............................. 47
Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ Q-S cọc 05 ...................................................................... 49
Hình 3.19 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc 05 ................. 49
Hình 3.20 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin-Kondner cọc 05 .............. 49
Hình 3.21 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc 05 ........................ 50
Hình 3.22 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt cọc 05 ........................ 50
Hình 3.23 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 80% Brinch Hansen cọc 05 ..... 50
Hình 3.24 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 90% Brinch Hansen cọc 05 ..... 51
Hình 3.25 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz cọc 05 .............. 51
Hình 3.26 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc 05................ 51
Hình 3.27 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Butler & Hoy cọc 05 ............... 52
Hình 3.28 Biểu đồ kết quả Qu của cọc 05 theo các phương pháp..............................52

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép số liệu .......................................9
Bảng 1.2 Đánh giá cọc phá hoại theo chỉ tiêu chuyến vị giói hạn ............................. 10
Bảng 2.1 Các thông so đầu vào trong mô hình CAPWAP ......................................... 23
Bảng 3.1 Đặc trưng cơ lý của đất nền công trình .......................................................36
Bảng 3.2 Ket quả các phương pháp xác định tải trọng giới hạn cọc P03 ...................44
Bảng 3.3 Ket quả tải trọng giới hạn của cọc N022 từ các phương pháp ....................45


V

Bảng 3.4 Kết quả tải trọng giới hạn của cọc G6 từ các phương pháp ....................... 46
Bảng 3.5 Tỷ lệ chênh lệch kết quả sức chịu tải của cọc BTCT đúc sẵn theo thí
nghiệm PDA và thí nghiệm nén tĩnh ......................................................................... 47
Bảng 3. 7 Tỷ lệ chênh lệch kết quả sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo thí nghiệm PDA
và thí nghiệm nén tĩnh ................................................................................................ 53


-1-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Do cấu tạo địa chất có các lớp đất yếu trên bề mặt nên các công trình có tải trọng
vừa và lớn thường được thiết kế với biện pháp móng cọc. Tải trọng công trình thông qua
cọc truyền xuống các lóp đất tốt bên dưới qua sức chịu tải đầu mũi và ma sát bên giữa cọc
và đất. Việc tính toán đánh giá khả năng chịu tải của cọc chủ yếu căn cứ các đặc trưng cơ
lý được xác định từ thí nghiệm trong phòng hoặc các kết quả thí nghiệm hiện trường cũng
như tải trọng phần bên trên công trình truyền xuống.
Việc chọn lựa kích thước cọc và thi công cọc ở công trường được thực hiện căn cứ
kết quả thiết kế. Sau khi thi công cọc, để đánh giá chính xác khả năng chịu tải của cọc, các

thí nghiệm hiện trường được thực hiện để kiểm tra. Các phương pháp này nhằm kiểm tra
độ chính xác của các giá trị thiết kế và chất lượng toàn bộ quá trình thi công tại hiện trường.
Hiện nay ở nước ta, phương pháp nén tĩnh là giải pháp truyền thống được tin cậy và sử
dụng rộng rãi. Trong thực tế, kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc thường cho thấy đa số các
cọc còn làm việc trong phạm vi đàn hồi nên khó có thể cho phép rút ra các nhận định đúng
đắn về giá trị tải trọng giới hạn.
Đề tài “Phân tích đánh giá tải trọng giới hạn cọc theo kết quả nén tình và thử
động biến dạng lớn PDA ” được lựa chọn cho luận văn nhằm phân tích đánh giá tải trọng
giới hạn của cọc từ thí nghiệm nén tĩnh và thử động biến dạng lớn. Từ đó, phân tích so
sánh kết quả của hai phương pháp thí nghiệm.
2. Giá trị thực tiễn của đề tài
Hiện nay, phương pháp thì nghiệm nén tĩnh cọc được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam.
Tuy nhiên, trong tiêu chuẩn xây dựng chỉ kiến nghị một số phương pháp phân tích kết quả
mà không có các chỉ dẫn cụ thể nên có thể có một số phương pháp không áp dụng được.
Do đó, yêu cầu cần phải phân tích chi tiết hơn về các phương pháp này căn cứ dữ liệu thực
tế. Việc phân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh nhằm rút ra các nhận xét để khắc phục các
nhược điểm của việc xử lý kết quả thí nghiệm, góp phần xây dựng phương pháp kiểm tra
sức chịu tải của cọc ở hiện trường có độ tin cậy cao. Ngoài ra, phương pháp thử động biến
dạng lớn là phương pháp có thời gian thí nghiệm ngắn nhưng có thế cho phép đánh giá
hợp lý tải trọng giới hạn.


-2-

3. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Đe tài được thực hiện với các mục đích chỉnh như sau:
■ ứng dụng phương pháp thí nghiệm thử động biến dạng lớn và phương pháp nén tĩnh
xác định sức chịu tải giới hạn của cọc.
■ Tính toán và đánh giá kết quả xác định sức chịu tải của phương pháp thí nghiệm thử
động biến dạng lớn trên cơ sở so sánh với kết quả xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả

nén tĩnh theo các phương pháp khác nhau.
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
■ Nghiên cứu tổng quan các phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải giới hạn của
cọc ở hiện trường.
■ Nghiên cứu lý thuyết phương pháp thử động biến dạng lớn, bao gồm nguyên lý truyền
sóng trong thanh một chiều, các mô hĩnh, chương trình tính toán tự động Pile Driving
Analyser và CAPWAP.
■ Thu thập số liệu hiện trường xác định sức chịu tải của cọc bằng hai phương pháp thử
động biến dạng lớn và nén tĩnh ở công trình thực tế.
■ Tính toán, phân tích kết quả thí nghiệm và phân tích so sánh.
5. Kết quả dự kiến của đề tài
■ Đánh giá tải trọng giới hạn của cọc theo phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc và
phương pháp thử động biến dạng lớn.
■ Phân tích so sánh và nhận xét về tính phù hợp của phương pháp thí nghiệm cọc trong
đánh giá tải trọng giới hạn.
■ Phân tích đánh giá giá trị tải trọng giới hạn hợp lý từ kết quả thí nghiệm kiếm tra.


-3-

CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ,
KIỂM TRA SỨC CHIU TẢI GIỚI HAN coc
•••

Thí nghiệm nén tĩnh cọc ở hiện trường được xem là phương pháp đáng tin cậy để
đánh giá khả năng chịu tải giới hạn của cọc. Thực tế, thí nghiệm nén tĩnh thường được yêu
cầu thực hiện và giá trị tải trọng giói hạn từ thí nghiệm được xem là tiêu chuẩn để đánh
giá trong thi công và cho cả quá trình thiết kế. Thí nghiệm nén tĩnh cọc đóng vài trò quan
trọng là do nó cung cấp sức kháng thực của đất ở hiện trường và là cơ sở đáng tin cậy đối

với thiết kế.
1.1. Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh
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 vói hệ phản lực và giàn chất tải, hệ cọc neo hoặc
kết hợp dàn chất tải và hệ cọc neo tùy tĩnh hĩnh địa chất khu vực. Các số liệu về tải trọng,
chuyển vị và biến dạng có được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích, đánh giá
sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng - chuyển vị của cọc trong đất nền.
1.1.1. Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm bao gồm hệ gia tải phản lực và hệ đo đạc quan trắc.
Hệ gia tải gồm kích, bơm và hệ thống thủy lực phải bảo đảm không bị rò rỉ, hoạt
động an toàn dưới áp lực không nhỏ hơn 150% áp lực làm việc. Kích thủy lực phải bảo
đảm 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 họp với đề cương thí nghiệm.
+ Có khả năng giữ tải on định không ít hơn 24h.
+ Có hành trĩnh 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.
+ Chuyển vị cho phép của hệ phản lực bằng 25mm khi sử dụng cọc neo và 100mm
khi sử dụng dàn chất tải và néo đất.


-4-

Tấm đệm đầu cọc và đầu kích bằng thép bản có đủ cường độ và độ cứng đảm bảo
phân bố tải trọng đồng đều của kích lên đầu cọc.
Hệ đo đạc quan trắc bao gồm thiết bị, dụng cụ đo tải trọng tác dụng lên đầu cọc, đo
chuyển vị của cọc,máy thủy chuẩn, dầm chuẩn và dụng cụ kẹp đầu cọc.

Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được đo bằng đồng hồ đo áp lực lắp sẵn trong hệ
thống thủy lực. Đồng hồ áp lực nên được hiệu chỉnh đồng bộ cùng với kích và hệ thống
thủy lực với độ chính xác đến 5%. Neu không có điều kiện hiệu chỉnh đồng hồ thì có thể
hiệu chỉnh riêng đồng hồ đo áp lực.
Chuyển vị đầu cọc được đo bằng 2 đến 4 chuyển vị kế có độ chính xác đến 0,0lmm,
có hành trình dịch chuyển ít nhất 50mm hoặc đủ để đo được chuyển vị lớn nhất theo dự
kiến.
Máy thủy chuẩn dùng để đo kiểm tra dịch chuyển, chuyển vị của gối kê, dàn chất
tải, hệ thống neo, dầm chuẩn gá lắp chuyển vị kế, độ vồng của dầm chínhvà chuyển vị đầu
cọc. Các số liệu đo chuyển vị đầu cọc bằng máy thủy chuẩn chỉ được dùng như là số liệu
kiểm tra thô.
Các bộ phận dùng để gá lắp thiết bị đo chuyển vị gồm dầm chuẩn bằng gỗ hoặc bằng
thép và dụng cụ kẹp đầu cọc bằng thép bản phải đảm bảo ít bị biến dạng do thòi tiết.
Hệ phản lực được thiết kế để chịu được phản lực không nhỏ horn 120% tải trọng thí
nghiệm lớn nhất theo dự kiến. Tùy thuộc điều kiện thí nghiệm, có thể chọn một trong ba
dạng kết cấu sau đây để làm bệ phản lực:
+ Dầm chính kết hợp với dàn chất tải;
+ Dầm chính kết hợp với hệ dầm chịu lực liên kết với hệ cọc neo;
+ Phối hợp cả hai dạng trên;


-5-

(ft ft

JHL-IRL
DAM CHỈNH CHIU TÀI THỈ NGHIỄM

TẤM THÉP

nr
KÍCH THỦY LỰC ^TẨM

THÍ NGHIỆM

CHUYỂN VỊ KẼ

_ DẦM ĐỞ
CHUYỂN VỊ KỂ

CỌC THÍ NGHIỆM

5

*
NEO

CỌC

&

Hình 1.1 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng cọc neo làm hệ phản lực

Hình 1.2 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng dàn chất tải và đối trọng làm hệ phản lực


-6-

Hình 1.3 Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đổi trọng kết hợp cọc neo
làm phản lực

1.1.2. Chuẩn bị thí nghiệm
Thời gian nghỉ từ khi kết thúc thi công đến khỉ thực hiện thí nghiệm được quy định
như sau:
■ Tối thiểu 21 ngày vói cọc khoan nhồi.
■ Tối thiểu 7 ngày vód các cọc đỏng hoặc ép.
■ Đầu cọc thí nghỉệm cố thể được cắt bớt hoặc nối thêm nhưng phải được gia công để
đảm bảo các yêu cầu sau:
■ Khoảng cách từ đầu cọc đến dầm chính phải đủ để lắp đặt kích và thiết bị đo.
■ Mặt đầu cọc được làm phẳng, vuông góc với trục cọc, nếu cần thiết phải gia cố thêm
để không bị phá hoại cục bộ dưới tác dụng của tải trọng thí nghiệm.
■ Cần cố biện pháp loại trừ ma sát phần cọc cao hơn cốt đáy móng nếu xét thấy có thể
ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
■ Kích phải đặt trực tiếp trên tấm đệm đầu cọc, chính tâm so với tỉm cọc. Khi dùng nhiều
kích thì phải bố trí các kích sao cho tải trọng được truyền dọc trục, chính tâm lên đầu cọc.


-7-

Hệ phản lực phải lắp đặt theo nguyên tắc cân bằng, đối xứng qua trục dọc, 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, hạn chế tối đa chuyển vị của gối kê.
■ Dầm chính và hệ dầm chịu lực phải được kê lên các trụ đỡ hoặc các gối kê.
■ Khi sử dụng nhiều dầm chính, các dầm nhất thiết phải được liên kết cứng với nhau bằng
dầm chịu lực, bảo đảm truyền tải trọng đồng đều lên đầu cọc.
■ Việc chất tải trọng phải cân bằng, nhẹ nhàng, tránh các xung lực.
■ Bố trí neo (cọc neo hoặc néo đất) đối xứng qua trục dọc. Khi thí nghiệm cọc xiên, phải
thi công neo theo chiều và góc nghiêng của cọc thí nghiệm.
■ Phải lắp đặt sao cho dàn chất tải làm việc đồng thòi với neo khi kết hợp chúng làm hệ
phản lực.
■ Khi lắp dựng xong, đầu cọc không bị nén trước khi thí nghiệm.

Dụng cụ kẹp đầu cọc được bắt chặt vào thân cọc, cách đầu cọc khoảng 0.5 lần đường
kính hoặc chiều rộng của tiết diện cọc.
Các dầm chuẩn được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ dầm chuẩn
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 được tựa lên dụng cụ kẹp đầu cọc hoặc
tấm đệm đầu cọc (hoặc có thể lắp ngược lại).
Khoảng cách lắp dựng các thiết bị được quy định như sau:
■ Từ tâm cọc thí nghiệm đến tâm cọc neo hoặc neo đất: > 3D nhưng trong mọi trường
hợp không nhỏ hon 2 m. (D - đường kính cọc)
■ Từ cọc thí nghiệm đến điểm gần nhất của các gối kê: > 3D nhưng trong mọi trường hợp
không nhỏ hon 1,5 m.
■ Từ cọc thí nghiệm đến các gối đỡ dầm chuẩn: > 1,5 m.
■ Từ mốc chuẩn đến cọc thí nghiệm, neo và gối kê dàn chất tải: > 5D nhung trong mọi
trường hợp không nhỏ hon 2,5 m.
1.1.3. Quy trình gia tải
Trước khi thí nghiệm chính thức, tiến hành gia tải trước nhằm kiếm tra hoạt động
của thiết bị thí nghiệm và tạo tiếp xúc tốt giữa thiết bị và đầu cọc. Gia tải trước được


-8-

tiến hành bằng cách tác dụng lên đầu cọc khoảng 5% tải trọng thiết kế sau đó giảm tải về
0, theo dõi hoạt động của thiết bị thí nghiệm. Thòi gian gia tải và thời gian giữ tải ở cấp 0
khoảng 10 phút.
Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp, tính bằng
phần trăm (%) của tải trọng thiết kế. cấp tải mới chỉ được tăng hoặc giảm khi chuyển vị
hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định.
Tải trọng thí nghiệm lớn nhất do thiết kế quy định, thường được lấy như sau:
■ Đối vói cọc thí nghiệm thăm dò: Bằng tải trọng phá hoại hoặc bằng 250% đến 300%
tải trọng thiết kế;

■ Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra: Bằng 150% đến 200% tải trọng thiết kế.
■ Quy trình gia tải tiêu chuẩn được thực hiện như sau:
+ Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến, mỗi cấp gia tải
không lớn hcm 25% tải trọng thiết kế. cấp tải mới chỉ được tăng khi tốc chuyển vị đầu cọc
đạt ổn định (không quá 0,25 mm/giờ đối vói cọc chống vào đất hòn lớn, đất cát, đất sét từ
dẻo đến cứng; không quá 0,1 mm/giờ đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mền đến dẻo
chảy) nhưng không quá 2 giờ. Giữ cấp tải trọng lớn nhất cho đến khi chuyển vị đầu cọc
đạt ổn định quy ước hoặc theo phưcmg án thí nghiệm được duyệt.
+ Sau khi kết thúc gia tải, nếu cọc không bị phá hoại thì tiến hành giảm tải về 0, mỗi
cấp giảm tải bằng hai lần cấp gia tải và thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 phút, riêng cấp tải
0 có thể lâu horn nhưng không quá 6 giờ.
Neu có yêu cầu thí nghiệm chu kỳ thì thực hiện theo quy trình gia tải sau:
■ Chu kì thứ nhất: gia tải đến tải trọng quy định (thông thường đến 100% tải trọng thiết
kế), sau đó giảm tải về 0. Giá trị mỗi cấp gia tải, giảm tải và thời gian giữ tải như quy trình
gia tải tiêu chuẩn.
■ Chu kì thứ hai: gia tải lại đến cấp tải cuối của chu kì thứ nhất, thời gian giữ tải mỗi cấp
là 30 phút, tiếp tục gia tải đến cấp tải cuối của chu kì thứ hai, sau đó giảm tải về 0 như chu
kì thứ nhất.
■ Gia tải các chu kì tiếp theo được lặp lại như ở chu kì thứ hai đến tải trọng phá hoại hoặc
tải trọng lớn nhất theo dự kiến, theo nguyên tắc cấp tải cuối của chu kì sau lớn horn chu
kĩ trước đó.
Không phụ thuộc vào mục đích thí nghiệm, các giá trị thời gian, tải trọng và


-9-

chuyển vị đầu cọc cần phải đo đạc và ghi chép ngay sau khi tăng hoặc giảm tải và theo
khoảng thời gian như quy định ở Bảng 1.1. Có thể đo các giá trị dịch chuyển ngang của
đầu cọc, chuyển dịch của hệ phản lực hoặc của dầm chuẩn khi có yêu cầu.
Bảng 1.1 Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép số liệu

Cấp tải trọng

Thời gian theo dõi và đọc số liệu
Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu; Không quá 15

Cấp gia tải

phút cho một lần 30 phút sau đó; Không quá 1 giờ một lần
cho 10 giờ tiếp theo; Không quá 2 giờ một lần cho các giờ
tiếp theo;

Cấp gia tải lại và cấp
giảm tải

Không quá 1 giờ phút một lần cho 30 phút đầu; Không quá
15 phút một lần cho 30 phút sau đó; Không quá 1 giờ một lần
cho các giờ tiếp theo;

Theo dõi và xử lý một số trường hợp có thể xảy ra trong quá trình gia tải:
■ Trị số cấp gia tải có thể được gia tăng ở các cấp đầu nếu xét thấy cọc chuyển vị không
đáng kể hoặc được giảm khi gia tải gần đến tải trọng phá hoại để xác định chính xác tải
trọng phá hoại;
■ Trường hợp cọc có dấu hiệu bị phá hoại dưới cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến thì có
thể giảm về cấp tải trọng trước đó và giữ tải như quy định;
■ Trường họp ở cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến mà cọc chưa bị phá hoại, nếu thiết kế
yêu cầu xác định tải trọng phá hoại và điều kiện gia tải cho phép thì có thể tiếp tục gia tải,
mỗi cấp tải nên lấy bằng 10% tải trọng thiết kế và thời gian gia tải giữa các cấp là 5 phút
để xác định tải trọng phá hoại.
Tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị và chuyển vị - thời gian của từng
cấp tải để theo dõi diễn biến quá trình thí nghiệm.

Tổng thời gian thí nghiệm, phải thường xuyên quan sát và theo dõi tình trạng cọc thí
nghiệm, độ co giãn của cần neo đất hoặc của thép liên kết cọc neo với hệ dầm chịu lực, độ
chuyển dịch của dàn chất tải để kịp thời có biện pháp xử lí.
Cọc thí nghiệm thăm dò được xem là bị phá hoại khi:
■ Tổng chuyển vị đầu cọc vượt quá 10% đường kính hoặc chiều rộng tiết diện cọc có kế
đến biến dạng đàn hồi của cọc khi cần thiết; hoặc vật liệu cọc bị phá hoại.


-10-

Bảng 1.2 Đánh giá cọc phá hoại theo chỉ tiêu chuyển vị giới hạn
Chuyển vị giới hạn

Điều kiện áp dụng

Phương pháp đề nghị
Tiêu chuẩn Pháp DTU 13-2 Tiêu

Các loại cọc

10%D

chuẩn Anh BS 8004: 1986 Tiêu
chuẩn Nhật JSF 1811 - 1993

^ưraax

Qu ứng với 1/2 su Smax ứng

Brinch Hansen Thụy Điển

2,5 %D

với 0,9Q
Cọc khoan nhồi

De Beer

(3% đến 6%)D 40 mm đến
60 mm 60 mm đến 80 mm Cọc khoan nhồi chống Cọc
hoặc (2PL/3EA) + 20 mm

Trung Quốc

có L/D từ 80 đến 100
Cọc thí nghiệm kiểm tra được xem là không đạt khi:
■ Cọc bị phá hoại;
■ Tổng chuyển vị đầu cọc dưới tải trọng thí nghiệm lớn nhất và biến dạng dư của cọc vượt
quá quy định nêu trong phương án thí nghiệm.
Thí nghiệm được xem là kết thúc khi:
■ Đạt mục tiêu thí nghiệm theo phương án thí nghiệm;
■ Cọc thí nghiệm bị phá hoại.
Thí nghiệm phải tạm dừng nếu phát hiện thấy các hiện tượng sau đây:
■ Các mốc chuẩn đặt sai, không ổn định hoặc bị phá hỏng;
■ Kích hoặc thiết bị đo không hoạt động hoặc không chính xác;
■ Hệ phản lực không on định.
Thí nghiệm bị hủy bỏ nếu phát hiện thấy:
■ Cọc đã bị nén trước khi gia tải;
■ Các tình trạng phải dừng thí nghiệm nêu trên không thể khắc phục được.

-11-

Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ chuyển vị - thời gian
Tải trọng (Tản)

1.2. Phương pháp thí nghiệm thử động biến dạng lổn (PDA)
Thí nghiệm thử động biến dạng lán thực hiện nhằm đánh giá sức chịu tải của cọc tại
các thời điểm vừa thi công hạ cọc vào đát nền và sau khi cọc nghỉ một thời gian. Xác định
sức chịu tải của cọc theo những chiều dài khác nhau của cọc. Xác định sự phân bố sức
kháng bên và sức khảng mũi cũng như các hệ số cản động và hệ số ngưỡng đản hồi của
đất.
Đánh giá ứng suất phát sinh trong cọc và sự toàn vẹn của cọc. Dự báo ứng suất kéo
và nén phát sinh trong cọc khi đóng cọc, từ đó dự báo khả năng bị phá hỏng của cọc. Xác
định các khuyết tật của cọc sau khỉ thỉ công nhằm cố biện pháp xử lý chính xác.
Đánh giá sự làm việc của búa đóng cọc đối với cọc được hạ vào đất nền bằng búa
đóng: xác định phần ừăm năng lượng hiệu quả của búa, đảnh giá sự ảnh hưởng của đệm
búa và đệm cọc đến số nhát búa.


-12-

Phương pháp thử động biến dạng lớn (Pile Dynamic Analysis) dựa trên nguyên lý
truyền sóng ứng suất trong thanh một chiều. Thí nghiệm gồm ba mô hình nghiên cứu kế
thừa nhau: mô hình Smith, mô hình Case và mô hình CAPWAP (Case Pile Wave Analysis
Program). Hiện nay phưcmg pháp thử động biến dạng lớn được sử dụng dựa trên nhóm
thiết bị PDA (Pile Driving Analyser) và phần mềm phân tích CAPWAP. Các thiết bị cụ
thể của phương pháp PDA như sau:
Thiết bị tạo lực va chạm: thường là quả búa nặng có thể gây chuyển dịch cọc.
Thiết bị đo: lực, gia tốc, chuyển vị.

Thiết bị ghi, biến đổi và phân tích số liệu.

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm thử động biến dạng lớn
1. Búa;2. Cọc;3. Đầu đo gia tốc ; 3A. Máy đo gia tốc
4. Đầu đo ứng suất ;4A. Máy đo ứng suất
5. Thiết bị phân tích (máy vi tính và phần mềm)
6. Máy in kết quả
Sau khi chuẩn bị thiết bị và cọc thí nghiệm, liên kết hai đầu đo gia tốc và biến dạng
vào thân cọc đối xứng nhau qua tim cọc, thường là liên kết bulông. Vị trí liên kết cách
đỉnh cọc tối thiếu hai lần đường kính cọc. Kiếm tra sự làm việc toàn bộ hệ thống thiết bị.
Cho búa đóng lên cọc 5 nhát, kiếm tra tín hiệu của từng nhát búa, nếu tín hiệu không tốt
thì cho đóng lại.
Các thông số thu được ghi nhận trên máy vi tính bao gồm năng lượng lớn nhất của
búa, ứng suất kéo lớn nhất của cọc, hệ số độ toàn vẹn của cọc và một số dữ liệu


-13-

khác. Các số liệu này được phân tích tiếp theo bằng mô hình Case hay mô hình CAPWAP
để xác định sức chịu tải của cọc cả về sức kháng bên và sức kháng mũi. Ngoài ra, còn có
thể phân tích về công nghệ đóng cọc và dự báo về chất lượng cọc.

Hình 1.7 Bước sóng thu được từ CAPWAP
Các kết quả thu nhận được từ phần mềm như sau: sức chịu tải của cọc đơn, Sức chịu
tải của cọc theo từng nhát búa, ứng với mỗi độ ngập đất của cọc; Ma sát thành bên và sức
kháng mũi của cọc; ứng suất trong thân cọc; Giá trị ứng suất kéo và ứng suất nén lớn nhất;
ứng suất nén tại mũi cọc; Sự làm việc của búa đóng cọc. Năng lượng lớn nhất của búa
truyền lên đầu cọc; Lực tác dụng lớn nhất lên đầu cọc và độ lệch giữa búa và cọc; Tổng
số nhát búa và số nhát búa trong một phút. Chiều cao búa rơi và độ nảy của phần va đập;
Hệ số hoàn chỉnh p của mặt cắt ngang thân cọc.

Thời gian thí nghiệm rất nhanh nên có thế góp phần rút ngắn tiến độ thi công công
trĩnh. Phương pháp này không những cho phép xác định được sức chịu tải của cọc mà còn
kiếm tra được chất lượng cọc trong suốt quá trĩnh thi công cọc, nhất là chiều dài, cường
độ và độ đồng nhất của bêtông cọc. Dễ dàng kiểm soát được sự hồi phục hay giãn ra của
đất sau khi hạ cọc và tiến hành thí nghiệm sau đó. Xác định được sức chịu tải của cọc theo
từng nhát búa, từng cao độ đặt mũi trong quá trình đóng cọc, qua đó có thể lựa chọn được
chiều dài cọc phù họp. Thông qua thiết bị phân tích đóng cọc, có thể lựa chọn được hệ
thống đóng cọc họp lý và theo dõi những vấn đề có thể xảy ra đối với búa, cọc, đất sẽ sớm
phát hiện được các sự cố để xử lý kịp thời những vấn đề ảnh hưởng đến tiến độ thi công
và giảm được chi phí, rủi ro. Đặc biệt đối với