ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG LỚN METHOD STATEMENT FOR PILE TEST BY HIGHSTAIN DYNAMIC TESTING Phương pháp biến dạng lớn dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất một chiều trong thanh đàn hồi. Sóng ứng suất gây ra bởi tác động của búa đóng truyền từ đầu cọc đến mũi cọc. Cường độ và vận tốc của sóng ứng suất phụ thuộc vào năng lương búa và đặc tính cơ học của vật liệu cọc. Quá trình truyền sóng ảnh hưởng bởi cường độ đất xung quanh cọc và đặc tính của vật liệu cọc. Bằng cách đo và phân tích quá trình này, phân bố cường độ đất tại các độ sâu được xác định cũng như các khuyết tật của cọc được phát hiện.
Đề cương thí nghiệm PDA / Method statement for PDA test A ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG LỚN METHOD STATEMENT FOR PILE TEST BY HIGH-STAIN DYNAMIC TESTING A1 CƠ SỞ THÀNH LẬP Yêu cầu thí nghiệm Chủ đầu tư; Yêu cầu kỹ thuật, hồ sơ vẽ Chủ đầu tư cung cấp; ASTM D 4945-08: Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles; Proposal of Employer for testing; Technical requirements, documents and drawings provided by the Employer; ASTM D 4945-08 “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles” A2 ĐẶC ĐIỂM CỌC THÍ NGHIỆM Cọc thí nghiệm cọc bê tơng cốt thép 300x300mm Số lượng, vị trí cọc tải trọng thí nghiệm Thiết kế, Tư vấn Chủ đầu tư định Chi tiết cọc thí nghiệm trình bày Bảng A.1 The test piles are Reinforced concrete piles 300x300mm Quantity,locations of test piles and test load are decided by the Designer, Consultant or Employer The details of test piles are shown in Table A1 Bảng A1 - Chi tiết cọc thí nghiệm STT No Loại cọc Pile type Kích thước Dimension mm Cọc bê tong cốt thép Reinforced concrete Pile 300x300 Tải trọng thiết kế Tải trọng thí nghiệm Design Load Load Test Tấn/ Tons Tấn/ Tons 30 60 A3 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Thí nghiệm thực nhằm xác định sức chịu tải khuyết tật (nếu có) cọc The test is carried out determine bearing capacity and defects (if any) of piles A4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Phương pháp biến dạng lớn dựa lý thuyết truyền sóng ứng suất chiều đàn hồi Sóng ứng suất gây tác động búa đóng truyền từ đầu cọc đến mũi cọc Cường độ vận tốc sóng ứng suất phụ thuộc vào lương búa đặc tính học vật liệu cọc Q trình truyền sóng ảnh hưởng cường độ đất xung Dự án/ Project : Cải tạo xây khu nhà đại sứ quán Hàn Quốc Renovations and new construction housing Korean Embassy Đề cương thí nghiệm PDA / Method statement for PDA test quanh cọc đặc tính vật liệu cọc Bằng cách đo phân tích q trình này, phân bố cường độ đất độ sâu xác định khuyết tật cọc phát Khi tác dụng lực đỉnh cọc, sóng ứng suất truyền xuống theo thân cọc với vận tốc sóng (C) khơng đổi, hàm modul đàn hồi cọc E tỷ trọng , (C2= E/) Thời gian cần thiết cho sóng ứng suất truyền tới mũi cọc phản hồi trở lại đỉnh cọc tỉ lệ với khoảng cách tới nguồn gây sóng phản hồi t = 2L/C (Hình 1) Khi sóng ứng suất (Wi) gặp thay đổi kháng trở học từ Z1 = 1.A1.C tới Z2=2.A2.C, phần sóng phản hồi lên (Wu) phần lại truyền xuống (Wd) để hai điều kiện tương thích cân sau thoả mãn: Wd = Wi[ Z2 / (Z2 + Z1)] Wu = Wi[ ( Z2 - Z1) / (Z2 + Z1)] Tại đầu mũi tự (Z2 = 0), sóng nén phản hồi tồn ngược dấu, cọc đồng (Z1 = Z2) sóng nén lan truyền với biên độ không đổi Tương tự với thành phần lực kháng (bao gồm lực kháng bên lực kháng mũi) Khi thành phần lực kháng R bắt đầu tác dụng dọc thân cọc hình thành hai sóng: Sóng nén có biên độ R/2 phản xạ quay lai đỉnh cọc với tốc độ C Sóng kéo có biên độ R/2 tiếp tục xuống phản xạ mũi cọc sau quay lại đỉnh cọc với tốc độ C Trong trường hợp lực kháng tác động mũi cọc sinh sóng nén lên đỉnh cọc với tốc độ C Bằng cách bố trí thiết bị đo xác định giá trị vận tốc lực đầu cọc thời điểm khác (bao gồm đầu đo gia tốc đầu đo biến dạng) cho phán đốn tình trạng khuyết tật phân bố sức kháng đất dọc theo thân cọc (sức chịu tải cọc) Thí nghiệm biến dạng lớn thực theo tiêu chuẩn ASTM D 4945 - 00: Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles This method is based on the principle of transferring stress wave in elastic environment Stress wave caused by driving hammer moves down from the top to the toe of the pile Its strength and velocity depend on hammer energy and mechanical characteristics of made-pile materials The transferring process is affected by the soil resistance around the pile and also characteristics of made-pile material By measuring and analyzing this process, distribution of the soil resistance can be found at different levels, and defects can be discovered as well When applying an impaction at the pile top, a stress wave will be generated and propagated along the pile shaft at a wave speed C, which is function of the material elastic modulus E and mass density , (C2 = E/) The necessary time for stress wave transmitting to pile toe and reflecting to pile top is proportional with the distance to the source of reflection t = 2L/C (see Figure 1) Dự án/ Project : Cải tạo xây khu nhà đại sứ quán Hàn Quốc Renovations and new construction housing Korean Embassy Đề cương thí nghiệm PDA / Method statement for PDA test When the stress wave (Wi) meets the impedance change from Z1 = 1A1C to Z2 = 2A2C, one part of the wave will reflect upward (Wu) and the other part will propagate downward (Wd) such that both continuity and equilibrium are satisfied: Wd = Wi [2Z2/(Z2 + Z1)] Wu = Wi [(Z2 – Z1)/(Z2 + Z1)] At the free pile toe (Z2 = 0), the impact will be completely reflected, but with an opposite sign and for a uniform pile (Z1=Z2) the impact wave will transmit with constant amplitude Like as components of resistance force (shaft and point resistance) By attaching the accelerations and displacement transducers to the pile top and measured for different times, the data of the defect and resistance distribution of soil axially pile shaft, maybe estimated Điểm tác động Point impact t1+2x/c t1+2L/c T1 Rd Chiều dài cọc Pile length x Ru Rx Hình A1 – Biểu đồ phản hồi sóng ứng suất dọc thân cọc Fig - Diagram of propagation of stress wave at depth A5 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Máy phân tích đóng cọc (PDA), kiểu PAX hãng Pile Dynamics, Mỹ sử dụng để thí nghiệm cọc phận sau: The Pile Driving Analyzer (PDA), Model PAX, from Pile Dynamics, Ins., USA, is used for testing contains the following parts: đầu đo biến dạng (strain sensors); Dự án/ Project : Cải tạo xây khu nhà đại sứ quán Hàn Quốc Renovations and new construction housing Korean Embassy Đề cương thí nghiệm PDA / Method statement for PDA test đầu đo gia tốc (accelerators); máy chủ (monitor); búa : trọng lượng (1 hammer : hammer wieght tons) trục dẫn hướng (1 pilot shaft) Chức máy chủ nhận lưu giữ số liệu thí nghiệm (các tín hiệu đo) chi tiết cọc thí nghiệm mơ hình làm việc chung Quả búa làm thép đúc để tác động lực xung lên đầu cọc The main function of the monitor is to receive and storage test data (measure signals) as well as details of test piles and general working modes The hammer made by cast steel is used for applying an impaction at the pile top Cơng thức xác định lượng va đập (Trích dẫn trang 42 sách MĨNG CỌC PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ tác giả GS.TS Vũ Công Ngữ): The formular to calculate the energy ia below (Reffered from page Pile Foundation – Analysis and design of Pr.Dr Vu Cong Ngu) r.E = 3Pu(e+2.54) Pu: Tải trọng thí nghiệm / Load test e: Độ chối/ Reboumd of pile (e ~1mm) r: Hệ số hiệu suất/ Coefficient of performance (r ~ 0.5 ÷0.7) E:Năng Lượng búa/ Hammer energy E = Q.H Q: Trọng lượng búa (4 tấn)/ Hammer weight (4 tons) H: Chiều cao rơi búa/ Height of hammer drop ; A6 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM A6.1 Cơng tác chuẩn bị Trước thí nghiệm cần thực cơng việc sau: Lắp đầu đo biến dạng vận tốc đối xứng đôi vào thân cọc (xem Hình 2); Vận chuyển búa thí nghiệm đến trường Lắp đặt ống thép chụp đầu cọc Sau liên kết ống chụp đầu cọc với trục dẫn hướng búa dây buộc Sau tiến hành lắp đặt búa lên đầu cọc thí nghiệm Before testing, the following works should be carried out: Fixing the strain sensors and accelerators in pairs to the pile body (see Fig 2); Mobilisation of test hammer to the site Installation of steel pipe pile shooting Then take that with hammers steering column by cordage Then carry out installation the hammer on the top of test pile Dự án/ Project : Cải tạo xây khu nhà đại sứ quán Hàn Quốc Renovations and new construction housing Korean Embassy Đề cương thí nghiệm PDA / Method statement for PDA test Đầu đo biến dạng Strain sensor D Đầu đo gia tốc Accelerator 1.5DD Đầu đo gia tốc Accelerator Đầu đo biến dạng Strain sensor Đầu đo gia tốc Aceelerator Đầu đo biến dạng Strain sensor Thân cọc 76mm 2mm 64mm 12mm Hình – Sơ đồ lắp đặt đầu đo biến dạng gia tốc Fig.2 – Schematic installation strain sensors and accelerators A6.2 Công tác thí nghiệm trường Thí nghiệm trường để đo sóng ứng suất Thí nghiệm thực sau thời gian “nghỉ” cọc (khoảng đến ngày) đảm bảo cường độ đất xung quanh cọc khơi phục hồn tồn Việc đo sóng ứng suất thực sau: Nối đầu đo với thiết bị PDA; Nhập thông tin chi tiết cọc thí nghiệm, búa đóng, điều kiện đất …; Cho búa rơi từ đến nhát Nhát cho búa rơi từ độ cao 0.3m để kiểm tra tín hiệu đầu đo Sau nhấc búa lên độ cao tính tốn (tùy thuộc vào tải trọng thí nghiệm) cho rơi tự (Tránh cho búa rơi nhiều lần làm ảnh hưởng đến bê tông Dự án/ Project : Cải tạo xây khu nhà đại sứ quán Hàn Quốc Renovations and new construction housing Korean Embassy Đề cương thí nghiệm PDA / Method statement for PDA test đầu cọc) Sử dụng máy thuỷ bình ghi nhận lại độ lún cọc theo loạt búa thử Tại nhát búa thử, máy PDA ghi lại toàn liệu trình thử Testing on site is to measure stress waves The test will be implemented after the “rest” period of pile (about to days) satisfied for the soil resistance around the piles could be completely recovered The measuring stress waves will be conducted as follows: Connecting the strain sensors and accelerators with PDA equipment; Inputting all information as details of test piles, driving hammer and soil conditions…; The first blow, the hammer drop from about 0.3m hammer to test the sensor signal Then elevate the hammer to height calculation (depending on load testing) and the freefall (Avoid the hammer falls many times will affect the concrete on in the pile top) Using gradienter to check the rebound of each blow At each test blow, the PDA machine will record the data testing process A6.3 Chỉnh lý phân tích số liệu Các số liệu thu trường truyền vào máy tính để phân tích, xử lý phương pháp CASE phần mềm CAPWAP Bằng phương pháp CASE, kết nhanh chóng xác định sau kết thúc thí nghiệm; Bằng phần mềm CAPWAP, cọc thí nghiệm đất mơ hình hóa để phân tích Đối với mơ hình, sóng vận tốc đo (Pm) sử dụng để tính sóng biến dạng (Pc) sức chịu tải xác định dựa mơ hình thỏa mãn điều kiện u cầu The received data from site measurement is transferred to a computer to be further analyzed by CASE method and CAPWAP software By CASE method, the results can be quickly determined soon after ending the test; By CAPWAP software, the tested pile and the soil would be modelled for analyzing For each model, the measured velocity wave (Pm) is used to calculate the strain wave (Pc) and the load bearing capacity is based on the model satisfied A7 BÁO CÁO KỸ THUẬT A7.1 Phần thuyết minh Báo cáo kết lập sau đến ngày tính từ ngày kết thúc thí nghiệm trường Phần thuyết minh gồm nội dung sau: Giới thiệu; Cơ sở thành lập đề cương; Chi tiết cọc thí nghiệm; Mục đích thí nghiệm ; Nguyên lý thí nghiệm ; Dự án/ Project : Cải tạo xây khu nhà đại sứ quán Hàn Quốc Renovations and new construction housing Korean Embassy Đề cương thí nghiệm PDA / Method statement for PDA test Thiết bị thí nghiệm ; Quy trình thí nghiệm ; Kết thí nghiệm ; Kết luận kiến nghị; Report of test results will be made after to days from complete the testing at site The text part contains the following contents Introduction; Basic of preparation; Details of test piles; Test purpose; Test principle; Test equipment; Test procedures; Conclusions and recommendations A7.2 Phần phụ lục Phần phụ lục gồm nội dung sau: Biểu đồ Tải trọng - Độ lún; Biểu đồ sóng ứng lực; Chứng thiết bị thí nghiệm The appendix part contains the following contents: Load - Settlement chart; Force wave chart; Certificates of test equipment Dự án/ Project : Cải tạo xây khu nhà đại sứ quán Hàn Quốc Renovations and new construction housing Korean Embassy