Nghiên cứu sự thay đổi sức chịu tải tức thời và lâu dài của cọc bê tông cốt thép bằng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng

-1-

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:
Hiện nay, khi thiết kế các phương án móng sâu nói chung và móng cọc nói
riêng, các kỹ sư chủ yếu dựa vào phương pháp truyền thống, là dùng các số liệu thí
nghiệm trong phịng để tính tốn. Tuy nhiên, phương pháp dùng số liệu thí nghiệm
trong phịng để tính tốn sức chịu tải của cọc vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế do điều
kiện lấy mẫu hiện trường và thí nghiệm trong phịng:
§ Trạng thái ứng suất của mẫu đất ở điều kiện trong phịng thí nghiệm
khơng tương ứng với điều kiện thế nằm thực tế; điều kiện áp lực khí quyển, độ ẩm,
độ chặt, nhiệt độ, các đặc trưng cơ lý có thể khác biệt so với điều kiện thực tế thể
hiện thông qua sự sai khác của trạng thái ứng suất tự nhiên, áp lực tiền cố kết và một
số các yếu tố khác.
§ Trong cơng tác khoan khảo sát: số lượng mẫu lấy cịn hạn chế (trung bình
2 m/mẫu), do vậy không miêu tả được đầy đủ và liên tục các số liệu địa chất cần
thiết. Đặc biệt, đối với các lớp cát, rất khó lấy mẫu nguyên dạng; nếu được thì mẫu
vẫn bị xáo trộn hoặc bị nén chặt, khơng đúng trạng thái tự nhiên của đất.
§ Trong cơng tác vận chuyển, bảo quản và q trình thí nghiệm: do sai sót
trong thao tác, máy móc hoặc mơ hình thí nghiệm khác nhau, số liệu địa chất có thể
khơng chính xác.
Để khắc phục những nhược điểm trên, trong xu hướng hiện nay, ta có thể
dùng các số liệu thí nghiệm hiện trường đáng tin cậy như thí nghiệm xuyên tĩnh
CPT và thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT để tính tốn sức chịu tải của cọc.
Tuy nhiên, giá trị sức chịu tải của cọc tính được bằng các số liệu thí nghiệm
hiện trường đa số là giá trị sức chịu tải tức thời. Điều này thực sự không phù hợp
với sự làm việc trong thực tế của cọc.
§ Trong giai đoạn thi công, áp lực nước lỗ rỗng dưới mũi cọc và xung
quanh cọc chưa tiêu tán, sức chịu tải của cọc trong giai đoạn này là sức chịu tải tức
thời – khơng thốt nước.
§ Khi cọc bắt đầu làm việc, dưới tác dụng của tải trọng cơng trình, áp lực

nước lỗ rỗng dưới mũi cọc và xung quanh cọc đã tiêu tán một phần hoặc hoàn toàn,
sức chịu tải của cọc trong giai đoạn này là sức chịu tải lâu dài – thoát nước.
Trong giai đoạn trước đây, khi chưa có điều kiện thí nghiệm hiện trường, giá
trị sức chịu tải lâu dài của cọc chỉ được tính bằng các số liệu thí nghiệm trong phịng,
có thể dẫn đến sự sai lệch với kết quả thực tế do các nguyên nhân vừa phân tích ở
trên. Chính nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị xuyên tĩnh CPT đã được
lắp thêm vào đó bộ phận phục vụ việc đo áp lực nước lỗ rỗng trong suốt quá trình


-2-

xuyên và ghi nhận sự tiêu tán theo thời gian. Từ đó, ta có thể biết được các kết quả
thí nghiệm CPT tức thời và lâu dài thông qua các cơng thức qui đổi. Với các kết quả
thí nghiệm nhận được, người thiết kế có thể tính tốn sức chịu tải lâu dài của cọc
bằng các số liệu đầu vào tin cậy hơn.
Chính vì lý do đó, sự thay đổi sức chịu tải tức thời và lâu dài của cọc Bê
tơng cốt thép bằng thiết bị xun tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng là vấn đề cần thiết
và cấp bách cần phải nghiên cứu sâu để phục vụ cho việc tính tốn thiết kế móng
cọc một cách hợp lý, an toàn và kinh tế, phù hợp với sự làm việc thực tế của cọc.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Đề tài “Nghiên cứu sự thay đổi sức chịu tải tức thời và lâu dài của cọc Bê
tông cốt thép bằng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng” được thực hiện
với các mục đích chính như sau:
• So sánh, phân tích và đánh giá độ chính xác, ưu và khuyết điểm của thiết
bị xuyên tĩnh CPT kiểu truyền thống – MCPT (đo bằng đồng hồ thuỷ lực)
và thiết bị xuyên tĩnh CPT kiểu hiện đại – ECPT (đo bằng điện tử) khi
tiến hành thí nghiệm xuyên tĩnh ở cùng 1 địa điểm. Số lượng hố khoan
được tiến hành tương đối nhiều, đủ để thành lập cơng thức tương quan
giữa 2 thiết bị thí nghiệm. Từ đó, giúp người làm thực nghiệm có cơ sở để
chọn thiết bị xuyên tĩnh phù hợp.

• Áp dụng các phương pháp tính sức chịu tải của cọc bằng kết quả xuyên
tĩnh CPT đã được các tác giả nước ngoài nghiên cứu khá kĩ trong thời
gian vừa qua để tính tốn sức chịu tải của 1 cọc BTCT điển hình, kết hợp
so sánh với phương pháp tính sức chịu tải của cọc bằng phương pháp
truyền thống, với số liệu địa chất được lấy ở cùng một khu vực. Từ đó, có
thể rút ra kết luận, đánh giá phương pháp phù cho việc tính tốn sức chịu
tải của cọc bằng kết quả xun tĩnh CPT.
• Với số liệu thí nghiệm CPTu, tác giả sẽ tiến hành tính tốn sức chịu tải
tức thời và lâu dài của cọc BTCT nhằm phân tích, đánh giá sự thay đổi
của sức chịu tải theo thời gian, về mặt định tính cũng như định lượng để
đưa ra các kết luận và kiến nghị về việc sử dụng số liệu thí nghiệm CPTu
để tính tốn sức chịu tải lâu dài của cọc.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: nghiên cứu lý thuyết nguyên tắc
hoạt động của các thiết bị xuyên tĩnh CPT và CPTu và các phương pháp tính tốn
sức chịu tải của cọc, đồng thời thực hiện các thí nghiệm hiện trường: khoan khảo sát


-3-

lấy mẫu để xác định các chỉ tiêu vật lý, cơ lý của đất, thí nghiệm CPT, CPTu để làm
căn cứ phân tích, so sánh, đối chiếu kết quả.
Sử dụng phần mềm Microsoft Excel và các phần mềm xử lý số liệu kết quả
xuyên tĩnh CPT và CPTu để tự động hố việc tính tốn sức chịu tải của cọc bằng kết
quả CPT và CPTu theo nhiều phương pháp khác nhau.
Vận dụng các lý thuyết về tổng hợp số liệu thí nghiệm, thống kê, tốn học kết
hợp với việc tiến hành thực nghiệm tại hiện trường…để thiết lập các mối tương
quan giữa kết quả thí nghiệm của thiết bị xuyên tĩnh MCPT và ECPT.
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài “Nghiên cứu sự thay đổi sức chịu tải tức thời và lâu dài của cọc Bê

tông cốt thép bằng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng” mang ý nghĩa
khoa học cao: sử dụng số liệu thực nghiệm, chính xác để biểu diễn sự thay đổi của
sức chịu tải của cọc theo thời gian, từ đó giúp xác định được sức chịu tải thực tế của
cọc một cách chính xác. Đề tài sẽ giúp cho người thiết kế có thêm một cơng cụ
chính xác để tính tốn sức chịu tải của cọc.
5. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Trong giai đoạn phát triển vũ bão của lĩnh vực xây dựng như hiện nay, rất
nhiều công trình dùng phương án móng sâu nói chung và móng cọc nói riêng đã và
đang được xây dựng. Điều này dẫn đến việc phải tìm ra các phương pháp tính toán
sức chịu tải của cọc một cách tối ưu và chính xác hơn.
Việc dùng các số liệu thí nghiệm hiện trường để tính tốn sức chịu tải của cọc
đã rất phổ biến trên thế giới từ thập kỉ 80 bởi tính chính xác của nó so với các
phương pháp cịn lại. Riêng tại Việt Nam, trước đây, do vấn đề chi phí và hạn chế về
thiết bị nên các thí nghiệm hiện trường như CPT và CPTu chưa được phổ biến một
cách rộng rãi. Hiện nay, với chi phí chấp nhận được, các thí nghiệm hiện trường này
đã trở nên phổ biến.
Vì vậy, đề tài nghiên cứu về các phương pháp tính tốn sức chịu tải của cọc
bằng số liệu CPT và CPTu cũng như sự thay đổi của sức chịu tải theo thời gian là
hoàn toàn phù hợp với điều kiện địa chất, tình hình phát triển về khoa học công
nghệ cũng như điều kiện áp dụng thực tế hiện nay ở Việt Nam nói chung và Thành
phố Hồ Chí Minh nói riêng.


-4-

6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Trong nội dung nghiên cứu của mình, tác giả tập trung vào các vấn đề như sau:
§ Trong q trình thực hiện, tác giả khơng tiến hành thí nghiệm nén tĩnh
cho cọc tại khu vực khảo sát để lấy số liệu làm căn cứ so sánh, phân tích,
từ đó đề nghị phương pháp tính tốn sức chịu tải của cọc tối ưu nhất.

Trong các nghiên cứu tiếp theo, tác giả dự kiến sẽ tiến hành một số thí
nghiệm nén tĩnh cọc để việc nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp tính
tốn sức chịu tải của cọc bằng số liệu xuyên tĩnh CPT.
§ Trong phạm vi nghiên cứu, tác giả chỉ tiến hành thực nghiệm với 2 loại
thiết bị xuyên tĩnh tiêu biểu: của thiết bị xuyên tĩnh CPT truyền thống
Gouda, Hà Lan – MCPT đo bằng đồng hồ thuỷ lực của Châu Âu, rất bền
và chính xác – và thiết bị xuyên tĩnh CPT hiện đại JTY-3A– ECPT, đo
bằng điện tử của Trung Quốc. Thiết bị xuyên tĩnh CPT và CPTu sử dụng
trong luận văn có tải trọng khơng lớn, nên khơng có khả năng xuyên sâu
vào trong lớp đất cát pha hoặc sét cứng. Điều này dẫn đến việc hạn chế
trong việc khảo sát, khơng thể dùng số liệu để tính tốn sức chịu tải cho
các cọc có chiều sâu nằm trong lớp đất tốt khá lớn, đặc biệt là đối với cọc
khoan nhồi.
§ Bước đầu, tác giả tập trung nghiên cứu sức chịu tải của cọc bê tông cốt
thép đúc sẵn, cọc khoan nhồi. Các loại cọc khác sẽ được tác giả quan tâm
nghiên cứu trong các đề tài tiếp theo.


-5-

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM XUN TĨNH
1.1. Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (Cone Penetration Test)
1.1.1 Khái niệm và phân loại các thiết bị xuyên tĩnh CPT
Thiết bị xuyên tĩnh hay cịn gọi là thiết bị xun cơn CPT là thí nghiệm
xun vào đất một mũi xun hình cơn. Lực làm chuỳ xuyên đi vào đất là lực tĩnh,
nên cịn gọi là thí nghiệm xun tĩnh. Trong q trình xuyên, có thể đo được sức
kháng xuyên đơn vị của đất ứng với mũi xuyên, kí hiệu là qc, và sức kháng bên đơn
vị của đất, kí hiệu là fs.
Có thể cho rằng, khảo sát đất bằng thí nghiệm xuyên có thể coi như là thí
nghiệm nén thử cọc đường kính bé. Các kết quả xuyên cho ta những số liệu khảo sát

rất có giá trị, đặc biệt là cho việc thiết kế móng sâu vì có thể cung cấp cho các kỹ sư
thiết kế mặt cắt địa chất cũng như các đánh giá về tính chất của đất một cách liên tục
và chính xác.
Bảng 1.1: Ưu và khuyết điểm của thí nghiệm xuyên tĩnh
Ưu Điểm

Khuyết Điểm

Ø Cho kết quả cấu tạo địa chất và
đặc trưng cơ lý nhanh và liên tục, có thể
vẽ mặt cắt địa chất cơng trình một cách
nhanh chóng và chính xác.

Ø Chi phí đầu tư ban đầu
khá cao.

Ø Thí nghiệm được thực hiện một
cách nhanh chóng và khá kinh tế so với
các phương pháp khảo sát khác.
Ø Kết quả thí nghiệm chính xác, thu
thập trực tiếp tại hiện trường, không bị
can thiệp hay làm sai lệch.

Ø Khơng lấy được mẫu
ngun dạng.
Ø Khơng thích hợp với
các loại đất chứa sỏi sạn hoặc
đá cuội (ngoại trừ một số loại
CPT đặc biệt).

Ø Rất thích hợp với các loại đất
mềm.
Phân loại theo sự vận hành mũi xuyên:
• Thiết bị xuyên có mũi xuyên di động: cho phép đo trị số áp lực mũi gây
ra tác dụng lên đất bằng cách cho mũi xuyên chuyển dịch trong khi cần
xuyên bất động nhờ ma sát bên giữ lại.


-6-

• Thiết bị xun có mũi xun cố định: mũi xuyên được ấn vào trong đất
cùng lúc với cần xuyên. Việc đo sức kháng mũi xuyên và ma sát bên
được tiến hành liên tục và đồng thời.
Phân loại theo kích thước đầu cone mũi xuyên:
Hiện nay trên thế giới, mũi xuyên tĩnh CPT thường có 2 loại góc mở: 60o và
90o. Theo một số nghiên cứu của các tác giả châu Âu, [14], mũi xuyên có góc mở
60o sẽ cho kết quả chính xác hơn.
Có hai loại kích thước mũi cone thơng dụng nhất, với góc mở là 60o. Đây là 2
dạng mũi xuyên thưòng được sử dụng nhất trong thực tế sản xuất.
Bảng 1.2: Kích thước tiêu chuẩn của 2 loại mũi xun thơng dụng với góc
mở là 60o [9]
Kích thước đầu cone tiêu chuẩn và dung sai

Diện tích

Đường kính
mũi cone

Chiều cao
mũi cone

Chiều cao
đế

(cm )

dc (mm)

hc (mm)

he (mm)

Thơng dụng

10

35.7 (+0.3)

31 (+0.3)

5 (±0.5)

150

Đường kính
lớn

15

43.7 (+0.3)

37.8 (+0.3)

5 ÷ 6 (±0.5)

200

Diện tích
mũi cone

Loại

2

áo ma sát
(cm2)

Hình 1.1. Kích thước tiêu chuẩn và dung sai của 2 loại đầu cone [9]
Phân loại theo cách thu nhận kết quả thí nghiệm:
• Thí nghiệm CPT đo bằng cơ học (Mechanical CPT – MCPT): cơ cấu
vận hành bằng cơ, sử dụng 1 đồng hồ đo áp lực để ghi nhận số liệu xuyên
qua các ty ở giữa cần xuyên. Cứ khoảng 20 cm thì ghi nhận số liệu 1 lần.
• Thí nghiệm CPT đo bằng điện (Electrical CPT – ECPT): sử dụng các
thiết bị cảm ứng – sensor hay strain gages đặt trong mũi xuyên để ghi


-7-

nhận số liệu xuyên và truyền qua các dây cáp luồng trong cần xuyên về bộ
phận xử lý tính hiệu. Số liệu được ghi nhận liên tục trong quá trình xun.

• Thí nghiệm CPT đo bằng sóng chấn động (Seismic CPT – SCPT): sử
dụng các sensor (strain gages) đặt trong mũi xuyên để ghi nhận số liệu
xuyên và truyền bằng sóng âm về bộ phận xử lý tính hiệu. Thiết bị này
không cần dây cáp truyền dẫn và các số liệu địa chất thu được rất thích
hợp cho việc thiết kế nền móng trong khu vực bị động đất.
1.1.2 Nguồn gốc và lịch sử phát triển của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT
1.1.2.1 Nguồn gốc của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT [2]
Ngay từ buổi đầu phát triển của ngành cơ học đất theo khuynh hướng hiện đại,
người ta đã sử dụng “mũi xun hình nón” trong phịng thí nghiệm. Thí nghiệm này
dựa trên cơ sở nghiên cứu các điều kiện ấn mũi xuyên với góc ở đỉnh 900 dưới tác
dụng của tải trọng vào mẫu đất dính lí tưởng.
Độ ngập sâu của mũi xuyên vào mẫu đất được đo theo từng cấp tải trọng tăng
dần. Vết thủng của mũi xuyên để lại trên bề mặt mẫu có thể xác định được bằng tính
tốn tùy theo độ xun của nó vào đất. Giá trị của tải trọng tác dụng lên mũi chia
cho diện tích vết thủng đo bằng bar và khơng thay đổi với các tải trọng khác nhau
được gọi là “sức kháng mũi xuyên của đất”. Rõ ràng, sức kháng mũi xuyên càng cao,
chứng tỏ độ bền đất càng lớn.
Thiết bị xuyên cầm tay của Đan Mạch hoặc của Thụy Điển đã được sử dụng có
hiệu quả trong thực tiễn nghiên cứu đất để đánh giá gần đúng trị số lực dính của đất
dính hoặc thậm chí cả trị số áp lực cho phép tác dụng lên đất.
Tổng cục Đường sắt Thụy Điển từ năm 1917 đã hợp pháp hóa phương pháp thí
nghiệm đất bằng thiết bị xuyên, mà ngày nay được ứng dụng rộng rãi. Phương pháp
này dùng cần có đường kính 19 mm ấn vào đất với cấp tải trọng 5, 15, 25, 50, 75 và
100kg. Khi với cấp tải trọng 100 kg mà cần không thể dịch được nữa, người ta quay
nó bằng tay hoặc bằng động cơ
Theo tài liệu nghiên cứu của giáo sư Terzaghi, lần đầu tiên quá trình ghi nhận
liên tục sự thay đổi sức kháng xuyên của đất cát khi ấn mũi xuyên thẳng đứng là vào
năm 1929 ở New York. Bằng cách này, giáo sư Terzaghi đã cố gắng đánh giá tính
chất của cát băng tích tạo thành lớp dày 30m phủ trên đá gốc. Ông cũng đã thiết lập
phương pháp khảo sát đất bằng máy xuyên tĩnh thủy lực mà ở phần cuối của nó có

gắn một mũi xuyên đặc biệt cho phép xói rửa đất. Mũi xuyên ấn vào đất thực tế
không bị giới hạn độ sâu. Những mũi xuyên kiểu này hiện nay phổ biến dưới tên
gọi “wash points”.
Khi sử dụng máy xuyên thủy lực, thực tế ảnh hưởng của áp lực đất xung quanh
mũi xuyên tác dụng lên máy xuyên bị loại trừ. Cũng vào thời gian đó, giáo sư


-8-

Buismann ở Viện thí nghiệm cơ học đất ở Delft (Hà Lan) đã nghiên cứu điều kiện
tiến hành xuyên tĩnh vào tầng cát mà khơng dùng bộ làm xói rửa đất.
Những thí nghiệm đầu tiên sử dụng thiết bị xuyên như hiện nay được tiến hành
trong những năm 1932 – 1937 khi Barentsen ở Bộ Giao Thông Hà Lan chế tạo
dụng cụ cấu tạo từ các bộ phận: ống – cần – mũi (Cambridge, 1938). Barentsen đã
nhận được bằng phát minh của Hà Lan số 43095 do công lao chế tạo bộ dụng cụ
xuyên xách tay.
Các thiết bị này đã được sử dụng ở trong phịng thí nghiệm cơ học đất ở Delft.
Các máy xuyên tĩnh được ấn ngập vào đất với một tốc độ không lớn và không đổi
(20-40cm/phút) nhờ các kích và được dùng để xác định độc lập trị số sức kháng
mũi xuyên và ma sát bên dọc theo cần của lớp đất đã xuyên qua. Nhờ kết quả một
loạt thí nghiệm đã tiến hành ở Bỉ và Hà Lan, việc ứng dụng phương pháp xuyên
được phổ biến rộng rãi toàn châu Âu, đặc biệt sau hội nghị lần thứ hai về cơ học đất
ở Rotterdam năm 1948
Tại Pháp, khi đó cịn lạc hậu về lĩnh vực này, theo sáng kiến của giáo sư
Keriselle – Vụ trưởng của Bộ Khơi phục cơng trình, năm 1949 đã cơng bố mở cuộc
thi về thiết bị xuyên tốt nhất để khảo sát đất.
Để chỉnh lí đúng đắn về kết quả biểu đồ thí nghiệm xuyên (các kết quả ít nhiều
khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu thiết bị) cần làm quen với những đặc điểm của thiết bị
dùng để thí nghiệm
Van Der Veen yêu cầu tiêu chuẩn hoá các thiết bị xuyên để có so sánh tốt hơn

giữa các kết quả thí nghiệm với nhau mà như ơng nói “Xun là phương pháp
ngày càng trở nên quan trọng hơn trong việc khảo sát đất tại hiện trường”.
1.1.2.2 Lịch sử phát triển của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT [2]
Thí nghiệm CPT lần đầu tiên được thực hiện tại Hà Lan, năm 1931, được gia
lực bằng cơ (truyền động bằng tay).
Năm 1946, Viện thí nghiệm Cơ học đất ở Deft và hãng “Goudsche
Machinefabriek” ở Gouda chế tạo thiết bị xuyên Hà Lan với tải trọng 2.5 tấn và
truyền động bằng tay. Mũi xuyên lúc ban đầu khơng có áo ma sát, chỉ có phần mũi
cone. Sau này, phần áo ma sát mới được thêm vào mũi xuyên để đo fs.
Đến năm 1949, với sự cải tiến của hệ thống truyền lực, tải trọng xuyên đã tăng
lên đến 10 lần.
Năm 1953, cơ cấu gia lực bằng thuỷ lực lần đầu tiên được giới thiệu ở Pháp.
Năm 1948, các công ty Hà Lan bắt đầu nghiên cứu và đưa ra loại mũi xuyên đo
bằng điện, tự động hoá ghi chép các số liệu.
Đến năm 1971, mũi xuyên cổ điển được cải tiến bằng cách thêm vào bộ phận
đo lực (load cell) và đo biến dạng (strain gage).


-9-

Ngày nay, hầu hết các thiết bị CPT hiện đại đều được đo bằng phương pháp
tự động hoá, giúp cho việc ghi nhận số liệu được liên tục trong suốt chiều dài hố
khoan, không phải theo dạng “điểm”, cách nhau 20 cm như thời kỳ đầu.
1.1.3 Một số loại thiết bị xuyên tiêu biểu trên thế giới [2], [19]
1.1.3.1 Thiết bị xuyên của Hà Lan
Hầu hết các thiết bị xuyên của Hà Lan đều do hãng “Goudsche
Machinefabriek” ở Gauda (nay đổi thành hãng GeoMil) chế tạo, sử dụng mũi xuyên
với góc mở 60o và diện tích đầu cone là 10 cm2 sau hàng loạt cải tiến.
Đầu nhọn thiết bị hướng xuống dưới và có đường kính gần bằng 36mm. Loại
xun này có bộ truyền bằng cần. Cần xuyên được chế tạo bằng thép đặc biệt. Mũi

xuyên được bảo vệ bằng áo bọc. Máy được Viện thí nghiệm cơ học đất ở Delft của
Hà Lan cấp bằng phát minh số 66301.
Số đo của áp kế thường xuyên được ghi thông thường cứ sau 20-25cm cần
xuyên ngập vào đất. Kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị trong đó thể
hiện: Độ sâu xuyên được đặt trên trục tung theo chiều tăng hướng xuống; đường
cong sức kháng tổng (sức kháng mũi và ma sát bên) và cuối cùng là đường cong
biễu diễn trị số ma sát bên bằng hiệu của hai trị số đầu.
Trong những năm 1959–1960, hãng “Goudsche Machinefabriek” hợp tác với
Viện thí nghiệm Delft đã tung ra thị trường thiết bị xuyên có tải trọng lên đầu xuyên
10 tấn truyền động bằng cơ học, còn những năm 1962-1963 lại đưa ra máy khoan
lấy được mẫu đất dính. Máy này có thể dễ dàng thích ứng để xun với sự truyền
động cơ học. Hai kiểu máy xuyên khác cũng của hãng này có thêm các bộ phận
chuyên dùng để lấy mẫu. Mẫu được lấy từ hệ tầng đất dính bằng cách ấn bộ dụng cụ
lấy mẫu vào trong đất và cắt mẫu bằng cách quay ống mẫu một cách thận trọng
(đường kính mẫu 35cm, chiều dài mẫu 25-30cm)
Các loại máy xuyên tải trọng 2,5 tấn truyền động bằng tay và loại 10 tấn truyền
động cơ học đều đơn giản trong sử dụng và có thể dễ dàng dùng chúng trong điều
kiện khó khăn nhất (trong những hố đào hẹp, khi cải tạo móng trong tầng hầm,
v.v…). Các thiết bị rất nhạy và cho phép đánh giá độ bền với độ chính xác cao của
các loại đất yếu có lực dính rất nhỏ (than bùn, bùn, đất sét trạng thái chảy) và kể cả
của đất dính lí tưởng (φ=0).
Loại xuyên tĩnh của Hà Lan được phân thành 2 loại:
• Loại xuyên truyền động bằng tay
Thiết bị xuyên được cố định nhờ các chân neo hoặc đối trọng. Hệ cần xuyên
gồm cần ngoài và bên trong lõi là cần ti để truyền áp lực lên dụng cụ đo, gồm 1
buồng thủy lực, bên trên có gắn 1 áp kế.
Trong các loại xuyên có tải trọng tác dụng lên mũi 2,5 tấn và 10 tấn, áp lực
được thực hiện bằng kích truyền lực vít hoạt động bằng tay. Hệ cần xuyên cho phép

- 10 -

hạ mũi xuyên xuống độ sâu lớn, có thể đến 30m. Lực cần thiết để ấn ngập mũi
xuyên và áo bọc của nó vào trong đất bằng lực cần thiết để thắng tổng sức kháng
mũi xuyên của đất và ma sát bên dọc theo bề mặt áo bọc.
Số liệu xuyên được ghi nhận thông qua số đọc áp kế, thông thường cứ sau
20– 25 cm cần xuyên ngập vào đất.
Hạn chế: Cần xun có đường kính 12,5mm, được cho là hơi nhỏ. Khi sử
dụng nếu thiếu cẩn thận hoặc tận dụng hết cơng suất trong đất có sức kháng lớn thì
có thể làm cần xun bị uốn cong.

Hình 1.2. Cấu tạo mũi xuyên Hà
Lan cổ điển

Hình 1.3. Xuyên Gouda Hà Lan 2,5T
– Truyền động bằng tay
• Loại xuyên thủy lực

Dàn thủy lực gồm 2 ống thủy lực dài 1m,
đường kính 1,175mm
Lực ấn/ kéo lớn nhất: 10/14 T
Tốc độ: 20 cm/s.
Hai dàn chân neo, hệ thống đường ống
thủy lực.


- 11 -

Cơ chế vận hành tương tự như loại truyền lực bằng tay.
Hình 1.4. Xuyên thủy lực Hà Lan

1.1.3.2 Thiết bị xuyên của Đức và Hãng Jango

Bonneton (Pháp)
Theo kết quả nghiên cứu do giáo sư Keriselle, người Pháp, công bố, giải nhất
về cấu tạo máy xuyên hoàn chỉnh nhất được trao cho Andina. Năm 1950, Andina và
Bauer thuộc công ty Jango Bonneton ở Lyon đã nhận được bằng phát minh loại máy
xuyên có mũi cố định (góc 900) và bộ truyền bằng cần. Để khai thác và sử dụng thiết
bị xuyên vừa sáng chế, họ đã thành lập “Công ty khảo sát đất nền” (S.E.S.F).
Máy xuyên đầu tiên do họ chế tạo có mũi xun đường kính 110 mm. Nó
được lắp trên một rơmooc tải trọng 45 tấn. Cần ty truyền lực có đường kính 15 mm
đặt trong cần xun ngồi có D = 35 mm.
Ngun tắc hoạt động tương tự như thiết bị xuyên của Hà Lan, nhưng kết
cấu và khả năng ứng dụng thì hồn tồn khác: việc hạ ống được thực hiện tự động
nhờ trục tời. Trục tời nằm ở phía trước của xe tải và khởi động bằng động cơ. Để
giảm vận tốc, dây cáp kéo được vòng qua hệ thống ròng rọc.
Bộ thiết bị đo và cách bố trí mũi xun nhờ có vịng đo lực cho phép đo liên
tục trị số tổng ứng lực tác dụng lên máy xuyên để hạ xuyên và ứng lực truyền cho
mũi xuyên.
1.1.3.3 Thiết bị xuyên De.Ge.Bo (Đức)
Thiết bị này cho phép đo liên tục áp lực do mũi gây ra tác dụng lên đất nhờ
lực kế có dây dao động, ghép với mũi và nối với dụng cụ đo bằng dây điện. Khả
năng đánh giá trị số lực ma sát bên bị loại trừ, bởi vì các cần ống được sủ dụng rất
mỏng (đường kính cần nhỏ hơn đường kính mũi) giống như máy xuyên Hà Lan tải
trọng 2,5 tấn, như vậy khả năng sử dụng chúng để thí nghiệm đất ở rất sâu.
1.1.3.4 Thiết bị xuyên kiểu kết cấu “Sol – Essais” (Pháp)
Thiết bị này do Paré chế tạo năm 1953. Nó được cấu tạo từ đầu xuyên mà
mũi xuyên nhọn của nó được nối với pittơng của kích thuỷ lực lắp ở đáy mỗi cần.
Dầu trong buồng xilanh sẽ truyền áp lực cho một loạt các áp kế đặt trên mặt
đất. Có một số kiểu thiết bị xuyên với đường kính 45, 75 và 100mm.

Thiết bị xun đường kính 110mm có thể được trang bị một ống áp lực kép
(kích thuỷ lực dạng vịng) cho phép đo ma sát bên phía trên mũi xuyên trong khoảng
chiều dài định trước.
1.1.3.5 Thiết bị xuyên của Meriss (Pháp)


- 12 -

Thiết bị được chế tạo ở Carvin (Pas-de-Calais). Nó có nhiều điểm giống thiết
bị xuyên Hà Lan, tuy nhiên đường kính lớn hơn một chút (45mm) và cho phép lấy
mẫu đất cách khoảng 25cm theo độ sâu thậm chí nhỏ hơn 25cm nếu điều đó là cần
thiết.
1.1.3.6 Thiết bị xuyên của Bỉ - kiểu G.C “Génie Civil”
Nguyên mẫu của thiết bị xuyên kết cấu G.C do Gamski nghiên cứu và chế
tạo ở phịng thí nghiệm của viện “ Génie Civil” thuộc trường Đại học Tổng hợp
Liège. Đó là thiết bị xuyên hoạt động bằng tay được trang bị đầu xuyên tiêu chuẩn
(10 cm2, 600). Đầu tiên, bằng mũi khoan thìa tiến hành thăm dị cổ điển bằng tay.
Sau khi đạt đến độ sâu cần thiết, mũi khoan được thay bằng mũi xuyên và được ấn
thêm vào tầng đất đó một độ sâu 50 cm. Lực kế dạnh vành xuyến cho phép đo trị số
lực cần thiết để hạ mũi xuyên đến độ sâu đã nêu trên.
Ý nghĩa của thiết bị khơng lớn, bởi vì phạm vi sử dụng rất bị hạn chế và các
thông tin nhận được mang đặc trưng “điểm”.
1.1.3.7 Thiết bị xuyên kiểu Franki (Bỉ)
Công ty cọc Quốc tế Franki ở Liège đã chế tạo một loại máy xuyên có kết cấu
gần giống với máy xuyên Hà Lan.
Ống bảo vệ là một cái áo có đường kính ngồi 35 mm và đường kính trong
15 mm. Các cần xuyên được ấn vào đất nhờ một hệ thống thủy lực. Lực kế thủy lực
được bố trí ở giữa kích và cần nối, và được cấu tạo từ hai hộp thủy lực nối với các
áp kế, một mặt để đo sức kháng mũi xuyên của đất, mặt khác đo đồng thời sức
kháng mũi xuyên và ma sát bên. Bộ dụng cụ với hệ tải thủy lực được lắp trên

rơmooc trọng tải 10 tấn. Tiết diện mũi bằng 9.62 cm2, chiều dài các đoạn cần là 1 m
1.1.3.8 Thiết bị xuyên của Hefel Felman (Thụy Sĩ)
Thiết bị truyền lực bằng cần, có mũi xuyên di động cùng với khớp nối phía
trên mũi. Máy xuyên kiểu này là một dụng cụ hoàn thiện mà trước đây dùng để xác
định độ chặt của lớp tuyết phủ. Nó có thể hoạt động đồng thời như xuyên tĩnh và
xuyên động.
1.1.3.9 Thiết bị xuyên điện (Hà Lan)
Trong những trường hợp đặc biệt, Viện thí nghiệm cơ học đất Delft, trong các
thí nghiệm của mình đã sử dụng máy xuyên có mũi đặc biệt, được lắp thêm cảm
biến ứng suất “Straionauges”
Thiết bị này được chế tạo trong những năm 1963-1964 và có độ chính xác cao,
thực tế khơng ứng dụng được ở các cơng trình ngồi trời, bởi vì thời tiết xấu và sự


- 13 -

rung ngẫu nhiên không thể tránh khỏi ở công trường xây dựng, sẽ làm sai lệch các
chỉ số của nó
Trên trục tung theo chiều tăng hướng xuống – biểu diễn chiều sâu xun, cịn
trên trục hồnh theo chiều tăng hướng sang phải – biểu diễn sức kháng xuyên đầu
mũi đo được ở độ sâu đã biết.
Để chỉnh lí dễ hơn các số liệu phân tán thuộc vùng ứng suất yếu Rp, người ta
kiến nghị đưa vào báo cáo dưới dạng phụ lục cho các biểu đồ có bảng các số đo ứng
suất với giá trị không vượt quá 20 bar. Trong q trình thí nghiệm các số liệu tích
lũy được về bản chất của các lớp đất xuyên qua được đưa vào một cột dưới tiêu đề
“quan sát”.
1.1.3.10 Thiết bị xuyên tự ghi kết quả (Mỹ)
Bengt, B.Broms và D.E.Brussard đã đăng tải một bài báo vào tháng 1-1965
trong tạp chí “Journal of Soil mechanic and foundation division”, ASCE, trong đó
mơ tả máy xun tĩnh kiểu mới, tự ghi kết quả theo chiều sâu hạ xuyên vào đất. Máy

xuyên cho phép đo liên tục, nhanh và với độ chính xác cao sự thay đổi giá trị sức
kháng xuyên đầu mũi, phụ thuộc vào chiều sâu và thời gian khi tải trọng không đổi.
Thiết bị này do hãng “Shell Canadian Exploration” ở Huston (Texas) sản xuất, sau
khi đã được Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển ở Stockholm tiến hành thử nghiệm cẩn
thận.
Trong loại thiết bị xuyên này, tải trọng lớn nhất là 1200 funt (544 kg) tác
dụng lên đầu xuyên có tiết diện 1,55 inch vng (10 cm2). Bộ tự ghi của thiết bị
được dự tính làm việc trong vịng ba tiếng đồng hồ. Phần giữa của thiết bị với chiều
dài 107 inch bao gồm 1 ống mẫu với đường kính ngồi 3 inch và một hệ thống
khoan xoay với đường kính 3.5 inch.
Bản thân mũi xuyên nằm dưới ống lấy mẫu 10 cm. Để ghi lại, trị số áp lực,
người ta sử dụng một hệ thủy lực chuyên dụng


- 14 -

1.2 Thiết bị xuyên tĩnh CPTu hay PCPT – Piezocone Penetration Test
1.2.1 Khái niệm thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu
Giữa thập niên 1970, một vòng đá thấm (hoặc bằng các vật liệu đặc biệt khác
như ceramics, plastic, polypropylen…) để đo áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình
xuyên lần đầu tiên được gắn thử nghiệm trên mũi xuyên, sáng chế ra thí nghiệm
xuyên tĩnh CPTu.
Cấu tạo mũi xuyên và thiết bị xuyên CPTu, về cơ bản, giống thí nghiệm CPT.
Tuy nhiên, vì phải kết hợp đo áp lực nước lỗ rỗng, cách ghi nhận số liệu sẽ phức tạp
hơn nhiều, không thể là loại thiết bị cơ học MCPT được. Số liệu CPTu phải được
ghi nhận tự động, loại ECPT hoặc SCPT.
Bảng 1.3: Ưu và khuyết điểm của thí nghiệm CPTu so với CPT
Ưu Điểm

Khuyết Điểm

Ø Có khả năng đo áp lực nước lỗ rỗng nhằm
thu được các kết quả thí nghiệm thốt nước hoặc
khơng thốt nước.

Ø Chi phí đầu tư ban đầu
cao hơn nhiều so với thí
nghiệm CPT.

Ø Có khả năng hiệu chỉnh kết quả thí
nghiệm xun do sự thay đổi áp lực nước lỗ
rỗng trong quá trình xuyên.

Ø Trước khi tiến hành thí
nghiệm phải hiệu chuẩn mũi
xuyên, đặc biệt là phải giữ
cho vịng đá thấm ln trong
điều kiện bão hịa.

Ø Có khả năng đánh giá tính thấm và đặc
tính cố kết của đất.
Ø Có khả năng xác định mực nước ngầm và
gradient thủy lực của nước.
Ø Tăng độ chính xác cho cơng việc khảo sát
địa chất và xây dựng mặt cắt địa chất cơng trình.

Ø Do việc số liệu được
ghi tự động nên đòi hỏi thao
tác vận hành máy phải chuẩn
xác.

Ø Thực hiện thí nghiệm nhanh, số liệu thu
thập được liên tục, tự động và chính xác.
1.2.2 Trình tự thí nghiệm và cấu tạo thiết bị xun tĩnh CPTu
Trình tự của thí nghiệm CPTu cũng tương tự như thí nghiệm CPT, hạ cần
xuyên bằng tay – cơ học hay bằng thủy lực. Tốc độ xuyên tiêu chuẩn vẫn là 2cm/s.
Tuy nhiên, có một số điểm khác biệt cơ bản như sau:
• Sau một thời gian sử dụng, thường là sau 1 năm, hoặc khi có bất kì sự sửa
chữa hay tác động tới mũi xuyên, mũi xuyên phải được hiệu chuẩn bằng
thiết bị load test về giá trị sức kháng mũi và sức kháng bên do ma sát. Do
việc ghi nhận số liệu thí nghiệm CPTu mang tính tự động, nên “hệ số vịng
lực” của thiết bị load cell là hết sức quan trọng. Việc hiệu chuẩn mũi xuyên


- 15 -

sẽ giúp chỉnh load cell không bị hai sai số do “hệ số vịng lực” khơng đúng
và giá trị ban đầu của vịng lực khác khơng.
• Trước khi thí nghiệm phải tiến hành hiệu chuẩn mũi xuyên và bão hịa vịng
đá thấm để thí nghiệm đo áp lực nước lỗ rỗng được chính xác.

Hình 1.5. Qui trình xun CPTu bằng thủy lực và các giá trị ghi nhận được [19]

Hình 1.6. Cấu tạo mũi xuyên tiêu chuẩn đo bằng điện [19]
(1) : Đầu cone, diện tích 10cm2
(2) : Load cell (bộ phận đo lực)
(3) : Strain gages (cảm biến, đo biến dạng)
(4) : Áo ma sát, diện tích 150 cm2
(5) : Vòng điều chỉnh
(6) : Ống bao, màng bao chống nước.

(7) : Cáp truyền dữ liệu.
(8) : Ren nối mũi xuyên với cần xuyên


- 16 -

Hình 1.7. Vị trí của ba loại thiết kế load cell điển hình trong mũi xuyên CPTu [14]
Số liệu thí nghiệm CPTu được ghi nhận thơng qua các load cell đặt trong mũi
xuyên sau đó truyền về hệ thống xử lý số liệu bằng dây điện (loại ECPT) hoặc
truyền “khơng dây”, bằng sóng âm hoặc vi sóng (loại SCPT). Thơng thường, có ba
thiết load cell tiêu biểu, được sử dụng rộng rãi.
• Mũi xuyên “trừ” được thiết kế với 2 load cell được nối kết với nhau.
Một load cell sẽ ghi nhận sức kháng mũi và một load cell ghi nhận sức
kháng tổng, bao gồm sức kháng mũi và sức kháng ma sát bên. Vì thế,
sức kháng ma sát bên được xác định bằng cách lấy sức kháng tổng trừ đi
sức kháng mũi.
• Mũi xuyên “chịu nén” và mũi xuyên “chịu kéo” được thiết kế với 2 load
cell độc lập nhau, một đo sức kháng mũi và một đo sức kháng ma sát
bên. Số liệu được ghi nhận khi mũi xuyên ở trong trạng thái chịu kéo
hoặc chịu nén
Vì sức kháng ma sát bên thơng thường sẽ bé hơn sức kháng mũi gần 10 lần, vì
thế, thiết kế mũi xuyên “chịu nén” hoặc “chịu kéo” là chính xác hơn thiết kế mũi
xuyên “trừ” vì load cell đo sức kháng ma sát bên sẽ được thiết kế với loại có độ
nhạy cao hơn, đặc biệt trong lớp đất yếu. Các Load cell trong thiết kế mũi xuyên
“trừ” chỉ được dùng ở cùng một độ nhạy nên số liệu kém chính xác hơn.
Thiết kế mũi xuyên “chịu nén” là tối ưu nhất vì có thể hạn chế được sự hư
hỏng của load cell do có bộ phận bảo vệ khi áp lực vượt quá giới hạn cho phép,
tránh trường hợp mũi xuyên bị hư hỏng do xuyên trúng đất cứng, đá...
Áp lực nước lỗ rỗng được đo bằng bộ cảm biến áp lực đặt trong mũi xuyên,
ngay sau mũi cone kết hợp với vòng đá thấm, dày khoảng 5mm.

- 17 -

Hình 1.8. Cấu tạo cảm biến áp lực và vị trí vịng đá thấm trong 2 loại mũi xuyên
CPTu [14]
1.2.3 Phân loại mũi xuyên CPTu

Hình 1.9. Cấu tạo và ba vị trí đặt vịng đá thấm trong mũi xuyên CPTu


- 18 -

Tương tự như thí nghiệm
CPT, mũi xuyên được dùng trong
thí nghiệm xun tĩnh CPTu cũng
có 2 loại kích thước chính, diện
tích mũi cone là 10cm2 và 15cm2,
có hoặc khơng có lớp áo ma sát.
Tuy nhiên, người ta phân
loại mũi xun CPTu chủ yếu
dựa vào vị trí đặt vịng đá thấm
(hoặc bằng các vật liệu khác có
hệ số thấm theo qui định khoảng
0.01cm/s) đo áp lực nước lỗ rỗng.
Với vị trí đặt vịng đá thấm khác
nhau, giá trị áp lực nước lỗ rỗng
đo được sẽ khác nhau.

Hình 1.10. Các loại mũi xun CPTu với

kích thước và vị trí vịng đá thấm khác nhau

• Loại 1: Vịng đá thấm được đặt ở giữa mũi cone để đo giá trị ut hoặc u1.
• Loại 2: Vịng đá thấm được đặt cuối mũi cone để đo giá trị ubt hoặc u2.
•

Loại 3: Một số loại mũi xun cịn có vịng đá thấm đo áp lực nước lỗ
rỗng trên áo ma sát.

Campanella et al, 1982, [19], thơng qua hàng loạt thí nghiệm với các loại mũi
xuyên CPTu khác nhau đã nhận xét rằng:
• Trong đất sét yếu, bùn sét cố kết thường, u1 lớn hơn u2 từ 10% đến 20%
và lớn hơn giá trị áp lực nước lỗ rỗng cân bằng uo khoảng 3 lần, và có
giá trị dương.
• Trong đất sét cứng quá cố kết hoặc cát chặt, u1 có khuynh hướng tăng
cịn u2 lại có khuynh hướng giảm giá trị. Vì thế, u1 ln có giá trị dương,
trong khi đó, u2 có giá trị nhỏ hơn uo và có thể mang giá trị âm.
Vị trí của vịng đá thấm sẽ được chọn sao cho có thể thu được kết quả chính
xác và vận hành thiết bị mũi xuyên được thuận tiện nhất. Trong 3 loại vị trí vịng đá
thấm vừa nêu, vị trí 2 là vị trí thuận tiện nhất cho việc bão hòa vòng đá thấm, kết
quả thu được lại đáng tin cậy. Vì thế, mũi xuyên CPTu loại 2, với vòng đá thấm ở
ngay cuối mũi cone là xem là mũi xuyên CPTu tiêu chuẩn, được sử dụng trong đại
đa số các hoạt động khảo sát thương mại.
Mũi xuyên CPTu loại 3 cho ta giá trị áp lực nước lỗ rỗng chính xác nhất, tuy
nhiên lại rất khó bão hịa vịng đá thấm, vì thế, hiện nay, thường được sử dụng trong
các hoạt động nghiên cứu. Mũi xuyên CPTu loại 1 thông thường chỉ sử dụng cho
đất sét quá cố kết, vì nó có khuynh hướng cho kết quả khơng chính xác đối với đất
cố kết thường.

- 19 -

Thông thường, mũi xuyên CPTu chuẩn, thường được sử dụng nhất là mũi
xuyên 10cm2 và là loại 2, vịng đá thấm được đặt cuối mũi cone.

Hình 1.11. Kích thước và vị trí vịng đá thấm của một số mũi xuyên CPT và
CPTu tiêu biểu
Ta có thể ghi nhận giá trị áp lực nước lỗ rỗng tại khác thời điểm khác nhau:
• Áp lực nước lỗ rỗng ở thời điểm ban đầu.
• Áp lực nước lỗ rỗng “động” – sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng trong
quá trình xun (theo độ sâu).
• Áp lực nước lỗ rỗng “tĩnh” – sau khi xuyên đến cao độ cần thiết, giữ
nguyên vị trí mũi xuyên à sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian.
Ta có thể dùng số liệu này để nghiên cứu tốc độ cố kết và hệ số thấm của
đất.
Khi ta tiến hành xuyên trong các lớp đất loại cát, áp lực nước lỗ rỗng đo được
là áp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh uo, vì đất cát có hệ số thấm cao, áp lực nước lỗ rỗng
thặng dư trong đất sẽ bị tiêu tán trong khoảng thời gian rất ngắn sau khi xuyên.
Khi ta tiến hành xuyên trong các lớp đất loại sét, các kết quả xuyên là qc và fs
là giá trị không thoát nước. Giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư thu được có thể
dương hoặc âm tuỳ theo vị trí đặt vịng đá thấm trong mũi xun.


- 20 -

Hình 1.12. Kết quả thí nghiệm xun tĩnh CPTu điển hình
1.2.4 Một số cải tiến của thí nghiệm CPTu theo thời gian
Ở thời điểm vừa phát minh, dữ liệu ghi nhận được của thí nghiệm CPTu ở
dạng nhị phân (analog), sau đó được chuyển thành dạng số để sử dụng. Dữ liệu
được truyền về bộ phận xử lý thông qua dây cáp luồng trong cần xuyên.

Hiện nay, các thiết bị xuyên CPTu hiện đại dùng sóng âm hoặc vi sóng để
truyền dữ liệu, khơng cần dùng dây cáp luồng trong cần xuyên nữa, tiết kiệm rất
nhiều thời gian.
Rất nhiều nghiên cứu để cải tiến thiết bị CPTu đã được thực hiện. Nhiều bộ
cảm biến đã được gắn thêm vào mũi xuyên để tăng độ chính xác cho thí nghiệm
CPTu và để kết hợp khảo sát địa chất công trình một cách chính xác hơn như bộ
cảm biến đo độ nghiêng của mũi xuyên (1986); điện trở (1994); bộ cảm biến đo gia
tốc (1986); tia phóng xạ (1995), pressuremeter (1995) ...


- 21 -

1.3 Nhận xét chương 1
Có thể nhận thấy rằng, phương pháp xuyên tĩnh CPT đã được nghiên cứu,
hoàn thiện và sử dụng rất nhiều trong công tác khảo sát đất. Hình dạng, kích thước
của mũi xun cũng như cơ chế truyền lực của thiết bị xuyên CPT đã được nghiên
cứu khá kĩ. Số liệu thí nghiệm rất đáng tin cậy và được sử dụng rỗng rãi. Đặc biệt,
nhờ vào khoảng cách ghi nhận số liệu nhỏ, các lớp thấu kính mỏng trong đất có thể
được phát hiện dễ dàng.
Sau nhiều lần cải tiến, thiết bị xuyên tĩnh hiện nay đã trở thành thiết bị CPTu
có thể cho phép đo sức kháng của đất (bao gồm sức kháng mũi và sức kháng bên),
mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư do tác động của việc xuyên hay tải
trọng bổ sung.
Trong luận văn, mối tương quan giữa kết quả thí nghiệm CPT và CPTu sẽ
được thiết lập đồng thời đánh giá độ chính xác của số liệu thí nghiệm, giúp cho
người sử dụng có thể cơ sở để lựa chọn thiết bị xuyên phù hợp.


- 22 -

Chương 2. TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT
QUẢ XUYÊN TĨNH CPT VÀ CPTU.
2.1 Thiết bị nghiên cứu và qui trình thực hiện thí nghiệm
2.1.1 Thiết bị xun CPT (sử dụng tại Phịng Thí Nghiệm Địa cơ Nền
móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM)
2.1.1.1 Mơ tả thiết bị thí nghiệm
Thiết bị xuyên tĩnh hiệu Gouda do Hà Lan sản xuất.
• Khả năng xuyên lớn nhất (thiết bị nén thuỷ lực): 2,5 tấn.
• Độ sâu xuyên (tùy loại đất) : 25-50 m
• Hệ thống đối trọng (>4 tấn): tải trọng máy xun và phụ tải.
• Đường kính mũi xun: 35.7 mm
• Góc mở mũi xun: 60o.
• Diện tích áo ma sát: 150 cm2.
• Đường kính cần xun: 12,5 mm.
• Chiều dài vỏ bọc và cần xuyên: 1000 mm.
• Tốc độ xuyên trung bình: 2 cm/giây

Hình 2.1. Mũi xuyên Gouda, Hà Lan

2.1.1.2 Vận hành thiết bị xuyên
Thí nghiệm CPT được tiến hành theo TCVN
112 – 1984 và ASTM D3441 – 98.
Dụng cụ thí nghiệm gồm mũi và cần xuyên
được nén vào đất bằng tay thông qua hệ thống tay
quay và sên truyền lực, kết quả ghi nhận lực nén
theo đồng hồ đo, thông qua các số đọc X, Y.
Neo và lắp máy
Xác định vị trí cần thí nghiệm xuyên tĩnh, đặt
bệ và dầm máy để xác định vị trí neo. Sau khi neo
xong, đặt tháp xuyên thẳng đứng, neo chặt bệ và

dầm máy xuống đất qua 4 vít neo. Dùng cần điều
khiển để điều khiển tháp, lắp cần, ty xuyên và mũi
xuyên vào vị trí làm việc thẳng đứng xong sẽ tiến
hành thí nghiệm.

Hình 2.2. Máy xun Gouda,
Hà Lan


- 23 -

Người ta dùng tay quay để ấn ngập cần xuyên và đầu xuyên đến độ sâu cần thí
nghiệm. Sau đó, đưa cần ty nằm trong cần xuyên vào trong vòng lực.
Ấn ty xuống một đoạn dài 4 cm, lúc này chỉ có mũi xuyên chuyển động, vỏ bọc
ma sát đứng yên, ta xác định được sức kháng mũi qc thông qua số đọc X.
Tiếp đến vỏ bọc ma sát tiến cùng mũi xuyên, xác định sức kháng ma sát thành
fs thơng qua số đọc Y.
Hành trình thí nghiệm ở từng khoảng độ sâu 20cm dừng lại đo sức kháng
xuyên dưới mũi cone (sức kháng mũi xuyên – qc) và ma sát thành đơn vị (fs) một lần,
cứ tiến hành như vậy cho đến hết độ sâu thí nghiệm.
Thường chúng ta nén khối nón một cách liên tục và nên dùng hai loại đồng hồ
đo để đo áp lực tùy theo sức kháng của đất.
Vận tốc xuyên chuẩn quy định là 2 cm/giây. Vận tốc này phải giữ ổn định
trong suốt q trình thí nghiệm.

Hình 2.3: Xun tĩnh tại hiện trường
2.1.1.3 Tính tốn số liệu thí nghiệm
Ø Sức kháng đơn vị mũi xuyên: qc =
Ø Sức kháng ma sát đơn vị: f s =
Ø Chỉ số ma sát: FR =

Qc X ⋅ Apistong
=
Ac
Ac

Qs (Y − X ) ⋅ Apistong
=
As
As

fs
.100%
qc

(2 – 1)
(2 – 2)
(2 – 3)

Với: Apistong – diện tích tiết diện ngang của pistông (trong xylanh áp lực – nén
thuỷ lực) = 20 cm2.
Ac – diện tích tiết diện ngang của mũi cone = 10cm2.
As – diện tích xung quanh áo ma sát = 150 cm2.


- 24 -

2.1.2 Thiết bị xuyên CPTu (sử dụng tại Phịng Thí Nghiệm Địa cơ Nền
Móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM)
2.1.2.1 Mô tả thiết bị thí nghiệm

Thiết bị xuyên tĩnh CPTu hiệu JTY-3A do Trung Quốc sản xuất.
• Khả năng xuyên lớn nhất: 2 tấn. Cơ chế truyền lực là thông qua hệ thống bánh
xích và tay quay
• Độ sâu xun (tùy loại đất) : 15-40 m
• Hệ thống đối trọng: 2 chân neo xoắn.
• Đường kính mũi xun: 35.7mm
• Góc mở mũi xun: 60o.
• Diện tích áo ma sát: 150 cm2.
• Đường kính cần xun: 10 mm, dài 1m
• Tốc độ xun trung bình: 2 cm/giây
Một số điểm cải tiến của máy xuyên xuyên tĩnh CPTu hiệu JTY-3A so với
máy xuyên tĩnh CPTu, Hà Lan:
Ø Trong thí nghiệm CPTu, để đo áp lực nước lỗ rỗng u, giữa phần mũi cone và áo
ma sát (ngay sau mũi cone), người ta gắn thêm vào 1 vòng thấm bằng đá rỗng.
Đấy là loại mũi có kích thước tiêu chuẩn, loại 2, có vị trí của load cell được thiết
kế theo dạng mũi xuyên “ trừ”.

Hình 2.4. Máy xuyên CPTu JTY
3A, với 2 neo xoắn, mũi xuyên và
các cần xuyên với dây cáp luồng
vào bên trong


- 25 -

Ø Máy xuyên Gouda, Hà Lan là loại máy cơ cấu gia lực bằng thủy lực, số đọc trực
tiếp từ đồng hồ nên cần xuyên được cấu tạo là ống rỗng, có ty bên trong, có thể
chuyển động độc lập với nhau để ghi nhận số liệu qc và fs. Ngược lại, thiết bị
CPTu hiệu JTY-3A là thiết bị xuyên ghi nhận số liệu tự động, không cần dùng ty
bên trong cần xuyên để đọc số. Các số liệu thí nghiệm được các sensor ghi nhận

thơng qua load cell, truyền qua dây cáp được luồng bên trong cần xuyên đến máy
xử lý tính hiệu. Bộ phận xử lý tín hiệu sẽ ghi nhận giá trị sức chịu mũi từ load
cell, sau đó chia cho diện tích ngang của mũi xuyên và ghi nhận sức kháng ma
sát bên và chia cho diện tích áo ma sát.

Hình 2.5. Các bộ phận của mũi xuyên CPTu
(1) : Mũi cone bằng inox, diện tích 10cm2.
(2) : Vịng đệm giữa mũi cone và vòng đá thấm.
(3) : Vòng đá thấm đo áp lực nước lỗ rổng.
(4) : Ống ren, nối mũi xuyên và cần xuyên.
(5) : Ống ren, gắn bên dưới load cell.
(6) : Ống ren, gắn bên trên load cell.
(7) : Phần đuôi của mũi xuyên.
(8) : Bộ cảm biến đo áp lực nước lỗ rổng.
(9) : Hệ thống load cell, gồm 2 load cell nhỏ nối với nhau.
(10): Áo ma sát - Ống inox.

Qui trình thí nghiệm CPTu và theo dõi sự phân tán áp lực nước lỗ rỗng
được tiến hành theo ASTM D5778 – 1998 (chấp thuận năm 2000)