Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT là thí nghiệm xuyên động được thực hiện trong hố khoan, được dùng làm cơ sở để phân chia các lớp đất đá, xác định độ chặt của đất loại cát, trạng thái của đất loại sét, xác định vị trí lớp đất đặt mũi cọc, tính toán khả năng chịu tải của cọc, cũng như thiết kế móng nông… Thí nghiệm này còn được dùng để xác định chiều sâu dừng khảo sát, đánh giá khả năng hoá lỏng của đất loại cát bão hoà nước.
THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN SPT - NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN (nctk.edu.vn) Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT thí nghiệm cơng tác khảo sát địa chất cơng trình, xuất hầu hết nhiệm vụ khảo sát địa chất Giới thiệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT thí nghiệm xuyên động thực hố khoan, dùng làm sở để phân chia lớp đất đá, xác định độ chặt đất loại cát, trạng thái đất loại sét, xác định vị trí lớp đất đặt mũi cọc, tính toán khả chịu tải cọc, thiết kế móng nơng… Thí nghiệm cịn dùng để xác định chiều sâu dừng khảo sát, đánh giá khả hố lỏng đất loại cát bão hồ nước Năm 1902, Cơng ty C.R Gow thí nghiệm SPT với ống mẫu đường kính inch (xấp xỉ 2,54 cm), tạ để đập SPT nặng 50 kg Đến năm 1922, thí nghiệm SPT bắt đầu thực rộng rãi Bắc Mỹ công ty Gow sát nhập vào công ty Raymond Concrete Pile Năm 1927, Terzaghi đề xuất thí nghiệm SPT chuẩn hóa ( ống lấy mẫu đường kính inch, tạ 63,5kg) Năm 1948, Terzaghi Peck mô tả chi tiết thí nghiệm SPT sách “ Cơ học đất-Lý thuyết Thực tiễn” Từ năm 1995/1996, SPT trở thành thí nghiệm phổ thông Bắc Mỹ Tuy nhiên, tất nhà khoa học Bắc Mỹ cho rằng, thí nghiệm bị nhà thầu lạm dụng (theo nghĩa, nhẽ nên kết hợp thí nghiệm CPT, DMT thí nghệm khác, quen thuộc có sẵn thiết bị, người ta lại tiến hành thí nghiệm SPT) Ngày nước Châu Âu sử dụng phương pháp này, nước Bắc Mỹ dùng rộng rãi SPT Phương pháp thí nghiệm thường áp dụng cho nhiều cơng trình khảo sát xây dựng số ưu điểm: thiết bị đơn giản, thao tác ghi chép diễn giải kết dễ dàng, dùng cho nhiều đất độ sâu khảo sát, chi phí thấp Một số định nghĩa thuật ngữ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test), SPT: phương pháp khảo sát địa chất cơng trình phục vụ xây dựng cơng trình khác Thí nghiệm tiến hành cách đóng mũi xun có hình dạng ống mẫu vào đất từ đáy lõ khoan thi cơng phù hợp cho thí nghiệm Quy cách mũi xuyên, thiết bị lượng đóng quy định Số búa cần thiết để đóng mũi xuyên vào đất khoảng độ sâu xác định ghi lại chỉnh lý Đất chứa ống mẫu quan sát, mô tả, bảo quản thí nghiệm mẫu đất xáo động Sức kháng xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration resistance), Nspt: Số búa cần thiết để đóng mũi xuyên vào đất nguyên trạng 30 cm với quy cách thiết bị phương pháp nghiệm quy định Nội dung thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) 3.1 Mục đích Thí nghiệm dùng để đánh giá: - Sức chịu tải đất - Độ chặt tương đối đất cát - Trạng thái đất loại sét - Độ bền nén trục (qu) đất sét - Kết hợp lấy mẫu để phân loại đất 3.2 Nguyên lý thí nghiệm Thí nghiệm sử dụng ống mẫu thành mỏng với đường kính ngồi 51 mm, đường kính 35 mm, chiều dài 650 mm Ống mẫu đưa đến đáy lỗ khoan sau dùng búa trượt có khối lượng 63,5 kg cho rơi tự từ khoảng cách 760 mm Việc đóng ống mẫu chia làm ba nhịp, nhịp đóng sâu 150 mm tổng cộng 450 mm, người ta tính số búa nhịp ghi nhận tổng số búa hai nhịp cuối hay gọi số "giá trị N" Trong trường hợp sau 50 búa đầu mà ống mẫu chưa cắm hết 150 mm người ta ghi nhận 50 giá trị Số búa phản ảnh độ chặt đất dùng để tính tốn địa kỹ thuật 3.3 Dụng cụ thí nghiệm - Ống mẫu: đường kính ngồi 50,8mm, đường kính 34,9mm, chiều dài ống chẻ: 609mm, chiều dài mũi đóng 57,1mm - Tạ có trọng lượng 63,5kg, rơi tự đế nện - Đế nện - Cần trượt định hướng 3.4 Trình tự thí nghiệm - Bước 1: Khoan tạo lỗ đến độ sâu dự định thí nghiệm, vét đáy, hạ ống mẫu SPT lắp đặt đế nện, cần, tạ… - Bước 2: vạch lên cần đóng khoảng, khoảng 15cm (tổng chiều sâu đóng 45cm) - Bước 3: Cho tạ rơi tự độ cao 76cm, đếm ghi số tạ đóng cho khoảng 15cm - Bước 4: lấy số tạ đóng 30cm cuối làm số SPT Khoảng cách thí nghiệm SPT thông thường từ – 3m, tùy theo độ đồng đất 3.5 Hiệu chỉnh số đọc: Sức kháng xuyên (N) phụ thuộc vào lượng hữu ích búa chiều sâu điểm thí nghiệm, sau thí nghiệm xong cần phải hiệu chỉnh số đọc thí nghiệm Năng lượng tồn phần búa rơi là: E=63,5*0,76 ≈ 48.3 kg.m Tuy nhiên, lượng E khơng hồn tồn truyền tới ống lẫy mẫu, mà cịn mát lượng xảy phần sau: - Mất mát lượng ma sát búa rơi trục hướng dẫn, ma sát dây kéo với ròng rọc - Mất mát lượng người thí nghiệm (loại búa kéo dây qua ròng rọc): Khi thả dây để búa rơi, người thí nghiệm khơng thả tự mà níu dây lại (sợ văng dây, gây nguy hiểm…) - Mất mát lượng ma sát đất lỗ khoan với cần xuyên Ở nước phát triển, thiết bị SPT phổ biến loại nhẫn (donut), sử dụng dây kéo ròng rọc Với loại nước tiên tiến, lượng hiệu 45%-65% Tại Việt Nam, chưa có thống kê, để an tồn, tạm lấy lượng hữu ích từ 30% đến 55% Năng lượng hiệu (%) số thiết bị SPT Loại nhẫn (donut) Loại an tồn (safety) Loại SPT Dây + Rịng rọc Tự động Dây + Ròng rọc Tự động Bắc Mỹ 45 70-80 80-100 Nhật 67 78 60 Anh 50 Ngoài ra, loại đất, N 60=10 chiều sâu 1m, chiều sâu 30m có thể, N60=20 Đó 30m, áp lực ngang lớn nhiều so với 1m, cần phải đập nhiều nhát đập hơnDo đó, phải chuẩn hóa N giá trị có lượng hiệu Ở nước tiên tiến, người ta coi 60% lượng hữu ích trung bình Vì thường quy đổi N N60 (60% lượng hữu ích) Như vậy, ta cần hiệu chỉnh theo hệ số chuẩn hóa đây: N’60 = N60*CN = N*CE*CN Trong đó: CE = EH/60; với CE hệ số hiệu EH lượng hiệu có thực thiết bị 60 – Năng lượng hiệu tiêu chuẩn (60%) Ở nước ta, lấy CE = 0,5÷0,9 CN – Hệ số độ sâu Hệ số nhiều tác giả kiến nghị sau: Liao Whitman (1986): CN = (0,9576/ σ’vo)0,5 Peck (1974): CN = 0,77*log(20/1,05/ σ’vo) Skempton (1986): CN = 2/(1+ σ’vo) ’ Ở đây, σ vo ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng (bar) Tương quan tiêu lý đất kết SPT 4.1 Đánh giá số tiêu lý đất dựa vào kết SPT - Đánh giá độ chặt tương đối đất rời dựa kết SPT: Terzaghi Peck (1967) đưa tương quan D r – N ( với Dr độ chặt tương đối N số đọc SPT thô, chưa hiệu chỉnh) N Dr (%) Trạng thái 0÷4 0÷15 Rât rời 4÷10 15÷35 Rời 10÷30 35÷65 Chặt vừa 30÷50 65÷85 Chặt >50 85÷100 Rất chặt - Đánh giá trạng thái đất dính dựa kết SPT Szechy Varga ( 1978) đưa tương quna độ sệt (B) số N 60, nhiên độ tin cậy bảng khơng cao lắm, đất có độ nhạy cảm khác có tương quan khác N60 30 B >0÷0,5 0,25÷0,5 0÷0,25 -0,5÷0 50 Theo Peck cộng < 28 28÷30 30÷36 34÷41 >41 Theo Mayerhof < 30 30÷35 35÷40 40÷45 >45 Độ chặt tương đối Rất rời Rời Chặt vừa Chặt Rất chặt + Đánh giá sức kháng cắt đất sét dựa kết SPT Các quan hệ sức chống cắt khơng nước S u thí nghiệm SPT thường có độ tin cậy thấp Trong đó, hai quan hệ phổ biến là: Terzaghi Peck (1976): Su= 0,06*N60 (bar) Hara (1974): Su = 0,29*N600,72 (bar) Nên lưu ý rằng, tương quan N S u phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, ví dụ tính nhạy cảm đất sét + Đánh giá khả biến loãng đất dựa kết SPT Dựa vào số liệu thu thập thống kê, Seed De Alba thiết lập nên mối tương quan N’60 với khả biến loãng đất rời Kết đưa đồ thị liên quan đại lượng là: N ’60 tỷ số τ1/ σ’vo ; ta thấy với giá trị N ’60, đất tốt ( có khả kháng chấn cao hơn) đất có hàm lượng hạt mịn nhiều cấp phối cát 4.2 Đánh giá số tiêu lý đất dựa vào kết SPT theo tiêu chuẩn hành Việt Nam (TCVN (9351-2012) - Quan hệ sức kháng xuyên tiêu chuẩn NSPT sức kháng xuyên tĩnh đầu mũi qc Thứ tự Loại đất Tỷ số qc/NSPT Sét 2 Sét pha 3 Cát hạt mịn 4 Cát hạt trung, thơ 5÷6 Cát hạt trung lẫn sạn sỏi >8 Từ mối quan hệ trên, ta thành lập biểu đồ mối tương quan tỷ số q c/NSPT thành phần hạt mẫu đất - Đánh giá số tiêu lý đất theo kết SPT + Đối với đất rời: Trạng thái Dr (%) NSPT φ ( ͦ ) Xốp 50 40,00÷45,00 Quan hệ góc ma sát sức kháng xuyên tiêu chuẩn, sau: φ = (12+NSPT)0,5 + a Mô đun biến dạng E (MPa): E = [a +c (NSPT +6)]/10 Trong đó: a hệ số, lấy 40 N SPT> 15; lấy bằn NSPT