TÓM TẮT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KẾT QUẢ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG NHỎ (PIT) CHƯƠNG I: NỘI DUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG NHỎ (PIT) Khái quát chung Phương pháp thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc phương pháp biến dạng nhỏ (PIT) Phương pháp thí nghiệm biến dạng nhỏ có tên tiếng Anh Pile Integrity Test (PITthí nghiệm đánh giá độ tồn vẹn cọc) Thí nghiệm PIT đánh giá khuyết tật lớn cọc, đánh giá chiều dọc cọc.Tuy nhiên, thí nghiệm khơng dự báo sức chịu tải cọc, phù hợp cho cọc có trở kháng lớn Vì vậy, PIT khơng dùng cho cọc có trở kháng nhỏ cọc chữ H, cọc ống thép không nhồi lõi bêtông Những khuyết tật vết nứt nhỏ, chất lượng bêtông phát thí nghiệm PIT Thí nghiệm PIT sử dụng nguyên lý truyền sóng cọc, nhiên thiết bị thí nghiệm đơn giản, gọn nhẹ nhiều so với thí nghiệm PDA Ta cần gắn đầu đo gia tốc (acceleronmeter ) gần đầu cọc, dùng búa cầm tay (nặng từ 0.5 đến 4kg ) để gõ vào đầu cọc Tín hiệu sóng thu sẻ hiển thị trường qua thiết bị trường ( gọi IT – system , Interity Tester ), số liệu sóng có lưu lại để xử lý phần mềm cho máy tính cá nhân Nếu cọc có khuyết tật, trở kháng cọc thay đổi, có sóng phản hồi đồ thị sóng có thay đổi đột ngột Thiết bị PIT đại ngày thường trang bị hai đầu đo (gọi thiết bị Stereo), cho phép đo vận tốc nhiều điểm thân cọc Loại thiết bị với đầu đo gia tốc khơng có khả đo sóng vị trí cách búa q 20cm Khi thí nghiệm bề mặt cọc phải chuẩn bị phẳng (có thể dùng máy mài để tạo bề mặt), vị trí đặt đầu đo thường cách vị trí gõ búa 30cm Ta thường thực nhiều nhát búa lưu tín hiệu nhát búa Hiện nay, việc phân tích diễn giải kết đo sóng thực theo ba phương pháp sau: 1) Pulse echo method: phân tích theo thời gian (phương pháp phản hồi xung); 2) 3) Transient response method: ứng sử nhanh (hay phân tích tần số dao động); Signal matching method: phân tích tín hiệu phù hợp Phương pháp phản hồi xung – PEM Với cọc, ta gõ nhiều nhát búa sóng phản hồi xung nhát búa ghi lại đầu đo gia tốc Hộp điều khiển (display panel) hiển thị sóng trung bình nhát búa trình bày đồ thị hình Hình vẽ theo quy ước dấu Châu Âu (vận tốc dương phía ) Vì xung lực búa cầm tay nhỏ, nên không phóng đại sóng (hình 1a), khó phân tích sóng mũi cọc Vì vậy, người ta thường phóng đại đoạn sau sóng lên Ví dụ hình 1b, sóng cuối đồ thị dược phóng đại lên 20 lần; điểm đầu sóng khơng phóng đại, cịn điểm đầu điểm cuối, sóng phóng đại theo quy luật mũ Hình 1: Vận tốc phản hồi xung Hình 2: Vận tốc phản hồi xung cọc nguyên vẹn Tại mũi cọc có sóng phản hồi phía đầu cọc Với cọc ngun vẹn lớp đất khơng có thay đổi đột ngột mũi cọc Ví dụ hình 2, cọc bê tơng dài cao 30x30 cm2, dài 16.3m , phần cọc nằm mặt đất 5m Ta thấy 16.3m, sóng tăng rõ rệt Sau 5m, bắt đầu có sóng phản hồi từ đất tiếp xúc quanh cọc Từ đoạn 5m đến 16.3m, khơng có thay đổi đột ngột, cọc khơng có hư hỏng lớn Nếu trước vị trí mũi cọc, sóng có thay đổi đột ngột, với hướng thay đổi trùng với hướng xung ban đầu có nguyên nhân: Hoặc cọc có khuyết tật (trở kháng cọc giảm); Hoặc địa chất thay đổi đột ngột (từ đất tốt sang đất yếu, mặt phân lớp rõ ràng) Phương pháp ứng xử nhanh – TRM Phương pháp phân tích địi hỏi búa nghiệm phải trang bị thêm phận đo lực Kết phương pháp vẽ đồ thị tương tự hình Trong trục hồnh tần số sóng, trục tung đại lượng có tên dẫn nạp (mobility), tỷ số biên độ vận tốc với biên độ lực Hiệu số hoành độ cực trị đồ thị gọi là: →Z= ; Trong đó, cọc có khuyết tật z khoảng cách từ đầu cọc đến vị trí khuyết tật, khơng z chiều dài cọc Ví dụ hình biết cọc có chiều dài L=10.3m, vận tốc sóng c nên cọc khơng có khuyết tật 3400m/s, f => z = 10.3m Vì z = L Hình 4: Phân tích theo tần số dao động Một cách đánh giá khác dựa vào độ cứng động Ed.Ed độ dốc đoạn đầu đồ thị So sánh nhiều giá trị cho nhiều cọc có kích thước giống khu vực (được coi có chung điều kiện địa chất ), cọc nguyên vẹn giá trị tương tự Như vậy, có giá trị nhỏ cọc có khả có khuyết tật Phương pháp tín hiệu phù hợp – SMM Phương pháp phần mềm TNOWAVE hay PITWAP sử dụng Trong đó, người ta đánh giá khuyết tật cọc sau: Coi cọc khơng có khuyết tật có tiết diện khơng đổi Tiến hành thí nghiệm PIT nhiều cọc đo xung lực Xác định biểu đồ “sóng cọc đặc trưng“; Xác định thơng số mơ hình phương pháp tính lặp xung lực tính gần giống xung lực đo Nhận biết cọc có khuyết tật: cọc có sóng phản hồi khác với “sóng đặc trưng“ Dựa vào thơng số mơ hình vừa tính trên, đánh giá khuyết tật cọc: vị trí khuyết tật, mức độ khuyết tật CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC THÍ NGHIỆM THỰC TẾ Phân tích kết thí nghiệm PIT thực tế Nhóm nghiên cứu thu thập tài liệu thí nghiệm phương pháp biến dạng nhỏ số móng cọc số cơng trình như: - Cầu quay (ngày 16-5-2012) - Hóc Mơn plaza (ngày 04-8-2011) - Chung cư 28 tầng (ngày 25-12-2010) Qua thí nghiệm cho biểu đồ kết nhóm nghiên cứu so sánh với biểu đồ mẫu đưa mục để đưa vị trí dự báo mức độ khuyết tật cọc So sánh đánh giá chất lượng cọc từ kết thí nghiệm PIT với kết thí nghiệm từ phần mềm Profile - Nhận xét: Hai kết phân tích thí nghiệm phần mềm PITWAP Profile thể khuyết tật cọc - Kết phân tích phần mềm PITWAP xác định xác vị trí khuyết tật cọc trùng khớp với kết phân tích phần mềm profile - Cách phân tích biểu đồ sóng phần mềm PITWAP phức tạp, địi hỏi người kỹ sư phải có nhiều kinh nghiệm, khơng dễ bị sai lầm việc nhận khuyết tật, phần mềm Profile trực quan, dễ xác định vị trí khuyết tật CHƯƠNG III: TÌNH HÌNH ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG NHỎ (PIT) TRONG XÂY DỰNG TẠI VIỆT NAM Các phương pháp coi cọc làm việc đàn hồi, tiết diện ln phẳng Đối với cọc nhồi, tiết diện cọc lớn nên việc phân tích ba phương pháp khơng phù hợp, ta nên phân tích sóng truyền cọc theo phương pháp phân tử hữu hạn Ở nước ta Trịnh Việt Cường có phát triển phần mềm PIT–BP sử dụng phương pháp này, nhiên áp dụng cho tốn đối xứng trục (cọc trịn) Ở Việt Nam, phương pháp biến dạng nhỏ chưa nhiều kĩ sư cơng trình biết đến chưa sử dụng rộng khắp phương pháp có nhiều ưu điểm như: -Thiết bị gọn nhẹ -Chi phí thực thấp -Ít tốn nhân cơng mà hiệu đem lại cao -Kết đo xác Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng – Bộ Xây dựng biên soạn TCXDVN 9397:2012 áp dụng cho việc kiểm tra khuyết tật phương pháp biến động nhỏ móng cọc cơng trình xây dựng CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài phát triển nhằm mục đích nghiên cứu dạng biểu đồ sóng cọc khuyết tật, để từ rút biểu đồ sóng đặc trưng phù hợp với trường hợp cọc Để đạt mục đích nhóm nghiên cứu tiến hành bước khảo sát cách logic Đầu tiên, nhóm nghiên cứu thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác Tổng hợp phân loại phương pháp khác Sau đó, để làm cho nghiên cứu thuyết phục có thêm sở vững chắc, nhóm tiến hành thu thập số liệu thí nghiệm từ cơng trình thực tế, so sánh đối chiếu kết thí nghiệm để thành lập biểu đồ sóng đặc trưng Kiến nghị Nhóm nghiên cứu hi vọng đề tài giúp ích cho muốn tiếp tục nghiên cứu thí nghiệm biến dạng nhỏ kiểm tra chất lượng cọc (PIT) sinh viên Đại học giao thơng vận tải sỏ II nói riêng kĩ sư xây dựng nói chung Hi vọng biểu đồ sóng đặc trưng sở cho kĩ sư đánh giá cách xác tính tồn vẹn cọc Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU: Tổng quan tình hình nghiên cứu lĩnh vực thuộc đề tài: Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 10 Phương pháp thí nghiệm 10 CHƯƠNG I: NỘI DUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG NHỎ (PIT) 11 Khái quát chung Phương pháp thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc phương pháp biến dạng nhỏ (PIT) 11 Phương pháp phản hồi xung – PEM 12 Phương pháp ứng xử nhanh – TRM 14 Phương pháp tín hiệu phù hợp – SMM 15 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC THÍ NGHIỆM THỰC TẾ 16 Phân tích kết thí nghiệm PIT thực tế 16 So sánh đánh giá chất lượng cọc từ kết thí nghiệm PIT với kết thí nghiệm từ phần mềm Profile 25 CHƯƠNG III: TÌNH HÌNH ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG NHỎ (PIT) TRONG XÂY DỰNG TẠI VIỆT NAM 30 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ NÀY 31 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 32 Kết luận 32 1.1 Cách thành lập biểu đồ sóng đặc trưng 32 1.2 Một số biểu đồ sóng đặc trưng, so sánh với chất lượng cọc 33 Kiến nghị 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên BẢNG BIỂU Hình 1: Vận tốc phản hồi xung 12 Hình 2: Vận tốc phản hồi xung cọc nguyên vẹn 12 Hình 3: Chín biểu đồ sóng mẫu 13 Hình 4: Phân tích theo tần số dao động 15 Hình 5: Kết phân tích khuyết tật PITWAP 16 Hình 6: Biểu đồ sóng móng cọc Cầu Quay (Cọc A2) 17 Hình 7: Biểu đồ sóng móng cọc Cầu Quay (Cọc A3) 18 Hình 8: Biểu đồ sóng móng cọc Hóc Mơn Plaza (Cọc B100) 19 Hình 9: Biểu đồ sóng móng cọc chung cư 28 tầng – Quận (Cọc C20) 20 Hình 10: Biểu đồ sóng móng cọc chung cư 28 tầng – Quận (Cọc C27 & C34) 21 Hình 11: Biểu đồ sóng móng cọc chung cư 28 tầng – Quận (Cọc C34) 22 Hình 12: Biểu đồ sóng móng cọc chung cư 28 tầng – Quận (Cọc C89 & C100) 23 Hình 13: Biểu đồ sóng móng cọc chung cư 28 tầng – Quận (Cọc C110) 24 Hình 14: Kết thí nghiệm 25 Hình 15: Kết thí nghiệm 26 Hình 16: Kết thí nghiệm 27 Hình 17: Kết thí nghiệm 28 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên BẢNG BIỂU Biểu đồ 1:Vết lõm 1/6 bề rộng gần đầu cọc 33 Biểu đồ 2:Khuyết tật lồi gần đầu cọc 34 Biểu đồ 3:Khuyết tật đáy cọc 35 Biểu đồ 4:Cọc có lớp địa chất có ma sát lớn 36 Biểu đồ 5:Khuyết tật lõm cọc 37 Biểu đồ 6:Khuyết tật lõm gần đầu cọc 38 Biểu đồ 7:Khuyết tật lồi cọc 39 Biểu đồ 8:Khuyết tật lồi gần đầu cọc 40 Biểu đồ 9:Khuyết tật lồi lõm gần đầu cọc 41 Biểu đồ 10:Cọc bị khuyết diện tích lớn bề mặt 42 Biểu đồ 11:Khuyết tật lớn mũi cọc 43 Biểu đồ 12:Cọc có sức kháng đất thay đổi 44 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên BẢNG KÍ HIỆU Kí Hiệu Tiếng Việt AASHTO Hiệp hội đường vận tải Hoa Kỳ Tiếng Anh American Association of State Highway And Transportation Officials ASTM Hội Hoa Kỳ Thí nghiệm Vật liệu American Society for Testing and Materials BS Tiêu chuẩn Anh British Standard Tỷ sức kháng California California Bearing Ratio JIS Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản Japanese Industrial Standard IT Công nghệ thông tin Information Technology NF Tiêu chuẩn Pháp Normalization French PDA Thí nghiệm cọc biến dạng lớn Pile Dynamic Analysis PEM Phương pháp phản hồi xung Push Echo Method PIT Thí nghiệm cọc biến dạng nhỏ Pile Integrity test SMM Phương pháp tín hiệu phù hợp Signal Matching Method SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Standard Penetration Test TRM Phương pháp ứng xử nhanh Transient Response Method CBR Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài phát triển nhằm mục đích nghiên cứu dạng biểu đồ sóng cọc khuyết tật, để từ rút biểu đồ sóng đặc trưng phù hợp với trường hợp cọc Để đạt mục đích nhóm nghiên cứu tiến hành bước khảo sát cách logic Đầu tiên, nhóm nghiên cứu thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác Tổng hợp phân loại phương pháp khác Sau đó, để làm cho nghiên cứu thuyết phục có thêm sở vững chắc, nhóm tiến hành thu thập số liệu thí nghiệm từ cơng trình thực tế, so sánh đối chiếu kết thí nghiệm để thành lập biểu đồ sóng đặc trưng 1.1 Cách thành lập biểu đồ sóng đặc trưng Biểu đồ sóng đặc trưng xác định từ kết thí nghiệm cọc có đường kính, chiều dài, vật liệu, hạ điều kiện đất Xác định sóng đặc trưng theo trình tự sau: Quan sát tất biểu đồ sóng phản xạ cọc thí nghiệm, sơ nhận dạng đặc tính chung biểu đồ sóng Tham khảo kết khảo sát địa chất cơng trình để đánh giá ảnh hưởng điều kiện đất ứng xử cọc thí nghiệm Loại bỏ cọc có dạng sóng đột biến Lấy giá trị trung bình số liệu đo các cọc có biểu đồ sóng tương tự Biểu đồ sóng trung bình lấy làm biểu đồ đặc trưng cọc thí nghiệm 32 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 1.2 Một số biểu đồ sóng đặc trưng, so sánh với chất lượng cọc Biểu đồ 1:Vết lõm 1/6 bề rộng gần đầu cọc Vận tốc sóng phản xạ thu đầu cọc tăng dần theo mức độ khuyết tật vết lõm Khi cọc có kháng trở lớn, biên độ sóng thu mũi cọc giảm 33 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 2:Khuyết tật lồi gần đầu cọc Cọc có kháng trở nhỏ biên độ sóng mũi cọc lớn Tại ví trí có khuyết tật, biên độ sóng thay đổi dấu 34 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 3:Khuyết tật đáy cọc Khoảng cọc khơng có thay đổi biên độ sóng Tại đáy cọc có bước nhảy biên độ sóng, vị trí có chiều sâu nhỏ vị trí mũi cọc, nên kết luận cọc bị khuyết tật vị trí gần mũi cọc 35 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 4:Cọc có lớp địa chất có ma sát lớn Có vị trí có bước nhảy biên độ sóng phản xạ Tại vị trí đầu cọc mũi cọc kháng trở 0.Tại vị trí cịn lại có thay đổi kháng trở thay đổi tiết diện cọc Kháng trở tăng biên độ sóng tăng mức độ khuyết tật cọc tăng 36 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 5:Khuyết tật lõm cọc 37 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 6:Khuyết tật lõm gần đầu cọc 38 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 7:Khuyết tật lồi cọc 39 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 8:Khuyết tật lồi gần đầu cọc 40 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 9:Khuyết tật lồi lõm gần đầu cọc 41 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 10:Cọc bị khuyết diện tích lớn bề mặt 42 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 11:Khuyết tật lớn mũi cọc 43 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Biểu đồ 12:Cọc có sức kháng đất thay đổi 44 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Nhận xét: Trong trường hợp cọc, mức độ biến động kháng trở sức kháng đất tăng dần từ mức độ thấp đến mức độ cao Ảnh hưởng biến động kháng trở sức kháng đất biểu đồ vận tốc sau: Trong điều kiện đất nền, mức độ biến động kháng trở cọc cao biên độ sóng phản xạ lớn Trong điều kiện biến động kháng trở, sức kháng đất cao biên độ sóng nhỏ Kiến nghị Nhóm nghiên cứu hi vọng đề tài giúp ích cho muốn tiếp tục nghiên cứu thí nghiệm biến dạng nhỏ kiểm tra chất lượng cọc (PIT) sinh viên Đại học giao thơng vận tải sỏ II nói riêng kĩ sư xây dựng nói chung Hi vọng biểu đồ sóng đặc trưng sở cho kĩ sư đánh giá cách xác tính tồn vẹn cọc 45 Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên TÀI LIỆU THAM KHẢO F.Rausche - G.Linkins, Pile interity testing and analysis, Inc.Cleveland, Ohio, USA F.B.J Barends, Application of Stress-Wave Theory to Piles © 1992 Balkema, Rotterdam GS,TS Vũ Cơng Ngữ - ThS.Nguyễn Thái, Móng cọc- phân tích thiết kế, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội (2006) Pile interity tester (PIT) user’s manual Tiêu chuẩn TCXDVN 9397: 2012 46