Thí nghiệm nén tĩnh cọc được xem là thí nghiệm đánh giá chính xác nhất khả năng chịu tải của cọc và được dùng để kiểm chứng giá trị sức chịu tải của cọc xác định bằng các phương pháp khác. Tuy vậy không phải lúc nào cọc thí nghiệm cũng được nén đến tải trọng phá hoại.
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA ƢỚC LƢỢNG SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP NGOẠI SUY ĐƢỜNG CONG NÉN TĨNH METHOD TO DETERMINE PILE CAPACITY BY ESTIMATING ULTIMATE LOAD FROM STATIC LOAD TEST ThS NGUYỄN XUÂN TRƢỜNG1, TS PHẠM VIỆT ANH2, TS LÊ HỒNG HẠNH Viện KHCN Xây dựng Trường Đại học Xây dựng Hà Nội 2, Email: truong12geo.ibst@gmail.com, +84 936 585 522 Tóm tắt: Thí nghiệm nén tĩnh cọc xem thí nghiệm đánh giá xác khả chịu Keywords: static loading test, pile capacity, extrapolation, load-settlement curve tải cọc dùng để kiểm chứng giá trị sức chịu tải cọc xác định phương pháp Đặt vấn đề khác Tuy lúc cọc thí nghiệm Thí nghiệm nén tĩnh cọc xem thí nghiệm nén đến tải trọng phá hoại Trong trường đánh giá xác khả chịu tải cọc hợp đó, việc ước lượng xác sức chịu tải theo đất dùng để kiểm chứng giá trị giới hạn cọc làm cho thiết kế tiết kiệm mà sức chịu tải cọc xác định phương đảm bảo an toàn Một số phương pháp thơng pháp khác [1] Kết thí nghiệm cho phép xây dụng bao gồm phương pháp Davisson, phương dựng đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị, pháp Decourt, phương pháp 90% Brinch Hassen,… sở để xác định sức chịu tải giới hạn (SCT) Bài báo đề xuất cách ước lượng sức chịu tải cọc Theo [2], SCT cọc đơn tải trọng cách sử dụng kết hợp phương pháp Các tương ứng với điểm đường cong quan hệ tải trọng – tính tốn sau so sánh với kết đo sức chuyển vị biến đổi độ dốc đột ngột Tuy không chịu tải giới hạn từ vài thí nghiệm nén tĩnh cọc phải đường cong thí nghiệm nén tĩnh có thực tế, từ đánh giá khả ứng dụng điểm uốn rõ ràng, cọc chưa nén đến tải phương pháp đề xuất trọng phá hoại lý kinh tế Trong trường hợp Từ khóa: thí nghiệm nén tĩnh cọc, sức chịu tải giới hạn, ngoại suy, đường cong P-S Abstract: The static loading test is considered to đó, việc ước lượng xác SCT cọc yêu cầu thiết yếu để đảm bảo cho việc thiết kế tiết kiệm mà an toàn be the most accurate method to evaluate the pile Có đến khoảng chục phương pháp ngoại capacity It is used to verify the pile capacity suy khác để xác định SCT cọc, determined by other methods However, in many phương pháp Vander Veen [3], phương pháp 80% cases, the test pile was not loaded until failure In phương pháp 90% Brinch Hassen [4], phương these cases, an accurate estimate of the ultimate pháp De Beer [5], phương pháp Fuller & Hoy [6], load will ensure an economical design while phương pháp Chin-Kondner [7][8], phương pháp maintaining safety requirements Some common Davisson [9], phương pháp Mazurkiewicz [10], methods that are used to determine the pile capacity phương pháp Butler & Hoy [11] phương pháp are the Davisson’s offset limit method, the Decourt Decourt [12] Tuy nhiên đến kết luận extrapolation, the Brinch Hassen 90% criterion,… phương pháp xác phương pháp This paper proposes an alternate method of TCVN 9393-2012 dừng lại việc đề xuất estimating the ultimate load by combining these phương pháp sử dụng mà khơng định methods above Then the estimated pile capacity is riêng phương pháp Trong compared with the measured pile capacity from the trường hợp cụ thể, tùy theo điều kiện địa chất tùy static load test, and the promise of the proposed theo kinh nghiệm thân mà kỹ sư thiết kế method is discussed định chọn sử dụng phương pháp thích hợp 50 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2021 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Giữa kết nghiên cứu công bố đường Davisson với đường cong Decourt; quan khơng có kết luận thống Từ kết điểm 90% Brinch Hassen đường cong Chin- tính tốn cho 64 cọc CFA theo phương pháp khác Kondner quan điểm 90% Brinch Hassen đường cong Decourt (Davisson, Hassen, Chin, De Beer, Mazurkiewicz Decourt), Abdelrahman cộng [13] cho phương pháp Chin, Mazurkiewicz Decourt cho kết xác Giao điểm đƣờng Davisson với đƣờng cong Chin-Kondner phương pháp Davisson cho kết Phương pháp ngoại suy Chin-Kondner thường xác Trái lại, Hasnat cộng [14], dựa cho kết lớn phương pháp Davisson 20- kết tính tốn thí nghiệm 17 cọc 40% [15], [16] Do trước tiên dùng đóng cọc khoan nhồi lại kết luận phương phương pháp Chin-Kondner để ngoại suy đường pháp Davisson có sai số so với phương pháp cong P-S, tiếp kết hợp với cách xác định SCT Decourt phương pháp 80% Hassen Nguyên Davisson để xác định giá trị SCT đáng tin nhân đường cong ngoại suy diễn dịch gần kết thí nghiệm Kết xác định SCT theo phương pháp gần với kết cậy Theo phương pháp Chin-Kondner, đồ thị (S/P; S) kết thí nghiệm có dạng đường thẳng, có thực mà khơng phải kết xác Mặc dù phương pháp ngoại suy lựa hệ số góc C1 cắt trục S/P C2: S C1 S C2 P chọn xấp xỉ quan hệ tải trọng – chuyển vị đầu cọc đường cong khác nhau: parabol (Brinch Hassen, Mazurkiewicz) hyperbol (Chin- Kondner, Decourt), kết tính toán theo Đường cong tải trọng – chuyển vị theo phương pháp Chin-Kondner có dạng: (2) phương pháp khác không lệch xa chứng tỏ vị trí SCT giới hạn đường cong gần trùng gần với đường cong thực Trong nghiên cứu này, tác giả phát triển phương pháp ước lượng sức chịu tải giới hạn cọc, cách kết hợp đồng thời phương pháp ngoại suy khác nhau, nhằm cho kết ước lượng SCT cọc xác Phương pháp này, sử với C1, C2 số Theo Davisson SCT giới hạn cọc xác định tải trọng tương ứng với chuyển vị cọc biến dạng đàn hồi chịu nén cọc (PL/EA) cộng với 0.15 inch (3.8 mm) cộng với D/120, với D đường kính cọc: dụng quan niệm cách xác định SCT Davisson Hassen sở đường cong ngoại suy Chin-Kondner Decourt Các tác giả đưa 04 phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn cọc gồm giao điểm đường Davisson với đường cong Chin-Kondner; giao điểm (3) đó: E - modun biến dạng cọc, A - diện tích tiết diện cọc Giao điểm (1) (2) ta có, SCT giới hạn cọc Pgh nghiệm phương trình: D L D C1 L AE Pgh C1 3.8 120 C2 AE Pgh 3.8 120 Giao điểm đƣờng Davisson với đƣờng cong Decourt Theo Decourt, biểu diễn mối quan hệ P/S P đồ thị có dạng đường thẳng gần có hệ số góc C3 cắt trục P/S C4: (5) ( ) [ ( Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2021 ) (1) (4) Tải trọng giới hạn Pgh xác định từ giao điểm đường thẳng Davisson (3) với đường cong Decourt, xác định từ phương trình: (6) nghiệm phương trình: ] ( ) (7) 51 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Áp dụng quan điểm 90% Brinch Hassen đƣờng cong Chin-Kondner Theo quan điểm 90% Brinch Hassen, điểm (0.9Pgh, 0.5Sgh) thuộc đường cong tải trọng – độ lún Thay điểm vào đường cong ngoại suy Chinkdner (1), ta có: S gh 0.9 Pgh C1 S gh C2 S gh SCT thu nhỏ so với SCT tính theo phương pháp Decourt: (14) So sánh SCT xác định theo phƣơng pháp kết Ta xác định độ lún giới hạn Sgh SCT giới hạn Pgh sau: hợp 90% Hassen với đƣờng cong ChinKondner, với đƣờng cong Decourt SCT thực 8C2 Pgh 9C1 C1 (10) SCT thu nhỏ so với SCT tính theo phương pháp Chin-Kondner: Pgh Pgh sau: (9) C1 S gh C2 S gh Giải hệ phương trình ta thu SCT giới hạn (13) (8) Kết hợp với phương trình: Pgh (12) Trong nghiên cứu này, để kiểm nghiệm lại mơ hình xác định sức chịu tải đề xuất, tác giả so sánh kết sức chịu tải xác định theo phương pháp với sức chịu tải xác định từ điểm uốn thí nghiệm nén tĩnh đến phá hoại cọc (sau C1 (11) gọi tắt SCT thực) Kết thí nghiệm Áp dụng quan điểm 90% Brinch Hassen đƣờng cong Decourt sử dụng gồm 01 cọc thí nghiệm nén tĩnh đến Tương tự, áp dụng quan điểm 90% Brinch Hassen với đường cong ngoại suy Decourt, độ lún giới hạn Sgh SCT giới hạn Pgh nghiệm hệ phương trình sau: Harcourt, Nigeria theo [17], khơng có nhiều thí phá hoại – cọc HG2 Việt Nam, 04 cọc nghiệm nén tĩnh cọc đến phá hoại Việt Nam, tài liệu đưa kết SCT cọc, có tài liệu có đường cong thí nghiệm nén tĩnh ng Sức chịu tải giới hạn cọc xác định theo phương pháp Kích thước Độ dài mm m Cọc thép đóng Loại cọc SCT thực Davisson Chin-Kondner Hassen 80% Decourt Mazurkiewicz 90%Hassen -Chin 90%Hassen - Decourt Cọc số D508 28 T T T T T T T T 195.0 68.0 256.4 233.1 261.7 205.0 227.9 232.6 Harcourt, Nigeria [17] Cọc số Cọc số D400 D400 28 28 Cọc rỗng dư Cọc rỗng dư ứng lực ứng lực đóng đóng 105.0 112.0 75.0 85.0 121.9 120.5 111.5 117.7 120.3 113.2 110.0 120.0 108.3 107.1 106.9 100.6 Cọc số D400 28 Việt Nam Cọc HG2 250x250 20.6 Cọc rỗng dư ứng lực đóng Cọc ép BTCT 73.0 72.0 74.6 81.7 88.5 76.0 66.3 78.6 50.75 95.2 84.8 84.6 75.4 Bảng tổng hợp số liệu xác định SCT giới hạn định so sánh với SCT giới hạn cọc cọc, xác định theo phương pháp đề xuất, Birid tính tốn theo phương pháp khác phương pháp kết hợp 90% Hassen với đường cong (Davisson, 80% Hassen, Chin-Kondner, Decourt, Chin-Kondner với đường cong Decourt, Mazurkiewicz) so sánh với SCT thực từ thí đường cong ngoại suy từ kết thí nghiệm nén tĩnh cọc (SCT thực sức chịu tải giới nghiệm, với số liệu đầu vào cặp (Pi,Si) trước hạn xác định tải trọng tương ứng với điểm đường cong xuất điểm uốn Kết xác đường cong bắt đầu biến đổi độ dốc, điểm uốn) 52 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2021 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Kết thí nghiệm 05 cọc so sánh với phương pháp đề xuất kết hợp Davisson với đường cong Chin-Kondner, với đường cong Decourt, ngoại suy từ cặp (Pi, Si) tương tự mục Dưới thể kết tính tốn với 02 cọc điển hình, cọc số 02 Niregia cọc HG2 Vietnam Trong trường hợp cọc số Niregia [17], đường cong ngoại suy Decourt ChinKondner gần với đường cong thực nên giao điểm đường Davisson với đường cong ngoại suy trùng với giao điểm đường Davisson đường cong P-S thực (hình hình 2) Kết tính tốn cho thấy, giá trị SCT cọc xác định theo phương pháp áp dụng quan điểm 90% đường cong ngoại suy Chin-Kondner đường cong Decourt tương ứng 8/9 giá trị SCT xác định theo phương pháp Chin-Kondner phương pháp Decourt, giá trị SCT tương đối sát so với SCT thực xác định từ thí nghiệm nén tĩnh phá hoại cọc So sánh SCT xác định theo phƣơng pháp kết hợp Davisson với đƣờng cong ChinKondner, với đƣờng cong Decourt SCT thực Tải trọng P (T) 20 40 60 80 100 120 18 16 10 14 15 12 20 25 30 P-S 10 Decourt Davisson 35 40 P/S-P 45 Linear (P/S-P) P/S Chuyển vị S (mm) y = -0.1692x + 20.95 50 H nh Giao đường Davisson với đường Decourt đường cong P-S (từ kết thí nghiệm nén tĩnh), cọc số Harcourt, Niregia [17] 120 0.5 0.4 y = 0.0086x + 0.0417 80 0.3 Davisson 60 S/P Tải trọng P (T) 100 Chin-Kondner 40 P-S 20 S/P-S 0.2 0.1 Linear (S/P-S) 0 10 20 30 40 50 Chuyển vị S (mm) H nh Giao đường Davisson với đường Chin-Kondner đường cong P-S (từ kết thí nghiệm nén tĩnh), cọc số Harcourt, Niregia [17] Với cọc HG2, đường Davisson giao với đồ thị xác định theo cách gần SCT thực so với ngoại suy Decourt điểm P=58T S=13mm phương pháp kết hợp 90% Hassen với (hình 3) giao với đồ thị ngoại suy Chin- đường ngoại suy Chin-Kondner với đường Kondner điểm P=59T (hình 4) Giá trị SCT ngoại suy Decourt Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2021 53 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Tải trọng P(T) 10 20 30 40 50 60 70 12 10 10 P-S Decourt 15 y = -0.13x + 11.976 Davisson P/S Chuyển vị S(mm) P/S-P 20 Linear (P/S-P) 25 H nh Đường cong nén tĩnh cọc HG2 đường cong P-S, đường ngoại suy kết nén tĩnh theo Decourt đường Davisson 70 0.2 0.18 60 y = 0.0105x + 0.085 0.16 0.14 40 0.12 P-S 0.1 Chin-Kondner 30 0.08 Davisson 20 0.06 S/P-S 0.04 Linear (S/P-S) 10 S/P Tải trọng P(T) 50 0.02 0 10 15 20 25 Chuyển vị S(mm) H nh Đường cong nén tĩnh cọc HG2 đường cong P-S, đường ngoại suy kết nén tĩnh theo Chin-Kondner đường Davisson Kết luận kiểm nghiệm lớn để có kết tin cậy Nghiên cứu đề xuất 04 phương pháp để TÀI LIỆU THAM KHẢO ước lượng sức chịu tải giới hạn cọc dựa kết thí nghiệm nén tĩnh, trường hợp Bộ Khoa học Cơng nghệ, Việt Nam thí nghiệm chưa phá hoại, đường cong tải trọng – độ lún chưa xuất điểm uốn rõ ràng, nhằm ước TCVN 10304:2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 9393:2012 Cọc – Phương pháp thử nghiệm lượng tốt sức chịu tải giới hạn cọc Mô trường tải trọng tĩnh ép dọc trục Bộ Khoa hình đề xuất kiểm nghiệm với 05 kết học Cơng nghệ, Việt Nam thí nghiệm nén tĩnh cọc, kết tính tốn từ mơ hình (phương pháp đề xuất) tương đối gần với kết SCT thực Tuy nhiên, số lượng kết thí nghiệm kiểm nghiệm cịn hạn chế, số lượng ít, cần phát triển kiểm nghiệm với tập hợp mẫu 54 Vander Veen, C (1953) The bearing capacity of a pile Proc of the 3rd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Zurich, 2:84-90 Hansen, J B (1963) Discussion on Hyperbolic Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2021 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Stress-Strain Response Cohesive Soils Journal for Soil Mechanics and Foundation Engineering, American Society of Civil Engineers, 89(4):241-242 De Beer, E E (1968) Proefondervindlijke bijdrage tot de studie van het grensdraag vermogen van zand onder funderingen op staal Tijdshift der Openbar Verken van Belgie quick-load test method, conventional methods, and interpretations 49th Annual Meeting of the Highway Research Board, Highway Research Board, 333 :78-86 Kondner, R American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Foz DoIguassu, Brazil, 4:453 - 488 13 Abdelrahman, G.E., Shaarawi, E.M and Abouzaid, for continuous flight auger piles Emerging Technologies in Structural Engineering Proceeding of the 9th Arab Structural Engineering Conference, Abu Dhabi, UAE, 791-801 14 Hasnat, A., Farid Uddin, A R M., Haque, E., Saha, P., (1963) Hyperbolic Stress-Strain Response: Cohesive Soils Journal of the Soil Mechanics working load conditions Proceedings of the 11th Pan- K.S (2003) Interpretation of axial pile load test results Fuller, F M., Hoy, H E (1970) Pile load tests including 12 Decourt, L (1999) Behavior of foundations under and Foundations Division, American Rahman, M.W (2012) Ultimate load capacity of axially loaded vertical piles from full scale load test results interpretations-applied to 20 case histories Proceedings of the 1st International Conference on Society of Civil Engineers, 89(1):115-144 Civil Chin, F.K (1970) Estimation of the Ultimate Load of Engineering for Sustainable Development (ICCESD-2012), Kuet, Khulna, Bangladesh, 1-9 Piles from Tests Not Carried to Failure Proceedings of Second Southeast Asian Conference on Soil 15 Fellenius, B H (1980) The analysis of results from routine Engineering, Singapore City, 81-92 pile loading tests Ground Engineering, 13(6):19-31 Davisson, M T (1972) High capacity piles Proceedings of Lecture Series on Innovations in 16 Fellenius, B H (2001) What Capacity Value to Choose Foundation Construction, American Society of Civil from the Results a Static Loading Test The Newsletter Engineers, Illinois Section, Chicago, 81-112 of the Deep Foundations Institute, Fulcrum, 19-22 10.Mazurkiewicz, B.K (1972) Load Testing of Piles 17 Birid, K.C (2017) Evaluation of Ultimate Pile According to the Polish Regulations Royal Swedish Compression Capacity from Static Pile Load Test Academy of Engineering Sciences, Commission on Results Pile Research, Stockholm, Report No 35 International Congress and Exhibition, Egypt, 1-14 11 Butler, H D., Hoy, H E (1976) User's manual for The Texas quick-load method for foundation load testing Department of Transportation, Federal Highway Administration, Office of Development Washington D.C Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2021 Proceedings of the 1st GeoMEast Ngày nhận bài: 17/12/2021 Ngày nhận sửa: 24/12/2021 Ngày chấp nhận đăng: 24/12/2021 55 ... này, tác giả phát triển phương pháp ước lượng sức chịu tải giới hạn cọc, cách kết hợp đồng thời phương pháp ngoại suy khác nhau, nhằm cho kết ước lượng SCT cọc xác Phương pháp này, sử với C1, C2... cọc HG2 Việt Nam, 04 cọc nghiệm nén tĩnh cọc đến phá hoại Việt Nam, tài liệu đưa kết SCT cọc, có tài liệu có đường cong thí nghiệm nén tĩnh ng Sức chịu tải giới hạn cọc xác định theo phương pháp. .. SCT Davisson Hassen sở đường cong ngoại suy Chin-Kondner Decourt Các tác giả đưa 04 phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn cọc gồm giao điểm đường Davisson với đường cong Chin-Kondner; giao