GIỚI THIỆU VỀ THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN SPT 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
GIỚI THIỆU VỀ THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN SPT
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.
ƯU ĐIỂM CỦA THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN SPT
Phương pháp thí nghiệm này thường được áp dụng cho nhiều công trình khảo sát xây dựng vì một số ưu điểm: thiết bị đơn giản, thao tác và ghi chép diễn giải kết quả khá dễ dàng, dùng cho nhiều nền đất và độ sâu khảo sát, chi phí thấp
Hình 0-1: Tổng quan thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT
NỘI DUNG THÍ NGHIỆM SPT
MỤC ĐÍCH
Thí nghiệm dùng để đánh giá:
- Sức chịu tải của đất nền
- Độ chặt tương đối của nền đất cát
- Trạng thái của đất loại sét
- Độ bền nén một trục (qu) của đất sét
- Kết hợp lấy mẫu để phân loại đất
NGUYÊN LÍ THÍ NGHIỆM
Thí nghiệm sử dụng một ống mẫu thành mỏng với đường kính ngoài 51 mm, đường kính trong 35 mm, và chiều dài 650 mm Ống mẫu này được đưa đến đáy lỗ khoan sau đó dùng búa trượt có khối lượng 63,5 kg cho rơi tự do từ khoảng cách 760 mm Việc đóng ống mẫu được chia làm ba nhịp, mỗi nhịp đóng sâu 150 mm tổng cộng 450 mm, người ta sẽ tính số búa trong mỗi nhịp và chỉ ghi nhận tổng số búa trong hai nhịp cuối và hay gọi số này là "giá trị N"
Trong trường hợp sau 50 búa đầu mà ống mẫu chưa cắm hết 150 mm thì người ta chỉ ghi nhận 50 giá trị này Số búa phản ảnh độ chặt của nền đất và được dùng để tính toán trong địa kỹ thuật
DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
Ống mẫu: đường kính ngoài 50,8mm, đường kính trong 34,9mm, chiều dài ống chẻ: 609mm, chiều dài mũi đóng là 57,1mm
Tạ có trọng lượng 63,5kg, rơi tự do trên đế nện Đế nện
Hình 1-1: Dụng cụ thí nghiệm
TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
Bước 1: Khoan tạo lỗ đến độ sâu dự định thí nghiệm, vét sạch đáy, hạ ống mẫu SPT và lắp đặt đế nện, cần, tạ…
Bước 2: Vạch lên cần đóng 3 khoảng, mỗi khoảng 15cm (tổng chiều sâu đóng 45cm) Bước 3: Cho tạ rơi tự do ở độ cao 76cm, đếm và ghi số tạ đóng cho từng khoảng 15cm
Bước 4: lấy chỉ số tạ đóng của 30cm cuối cùng làm chỉ số SPT
Khoảng cách thí nghiệm SPT thông thường từ 1 – 3m, tùy theo độ đồng nhất của đất nền
Hình 1-2: Trình tự thi công
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
HIỆU CHỈNH SỐ ĐỌC
Sức kháng xuyên (N) phụ thuộc vào năng lượng hữu ích của búa và chiều sâu của điểm thí nghiệm, do đó sau khi thí nghiệm xong cần phải hiệu chỉnh số đọc khi thí nghiệm
Năng lượng toàn phần do búa rơi là:
Ec,5*0,76 ≈ 48.3 kg.m Tuy nhiên, năng lượng E này không hoàn toàn truyền tới ống lẫy mẫu, mà nó còn mất mát năng lượng xảy ra ở các phần sau:
- Mất mát năng lượng do ma sát giữa búa rơi và trục hướng dẫn, ma sát giữa dây kéo với ròng rọc
- Mất mát năng lượng do người thí nghiệm (loại búa kéo dây qua ròng rọc): Khi thả dây để búa rơi, người thí nghiệm không thả tự do mà vẫn hơi níu dây lại (sợ văng dây, gây nguy hiểm…)
- Mất mát năng lượng do ma sát giữa đất lỗ khoan với cần xuyên Ở các nước đang phát triển, thiết bị SPT phổ biến vẫn là loại nhẫn (donut), sử dụng dây kéo trên ròng rọc Với loại này ở các nước tiên tiến, năng lượng hiệu quả là 45%-65% Tại Việt Nam, chúng ta chưa có thống kê, nhưng để an toàn, có thể tạm lấy năng lượng hữu ích từ 30% đến 55%
Năng lượng hiệu quả (%) của một số thiết bị SPT
Bảng 2.1: Năng lượng hiệu quả của một số thiết bị SPT
Loại SPT Loại nhẫn (donut) Loại an toàn (safety)
Dây + Ròng rọc Tự động Dây + Ròng rọc Tự động
Ngoài ra, cùng một loại đất, nếu N60 tại chiều sâu 1m, thì tại chiều sâu 30m có thể, N60 Đó là do tại 30m, áp lực ngang lớn hơn rất nhiều so với 1m, cho nên cần phải đập nhiều nhát đập hơn Do đó, phải chuẩn hóa N về một giá trị có cùng năng lượng hiệu quả Ở các nước tiên tiến, người ta coi 60% là năng lượng hữu ích trung bình Vì vậy thường quy đổi N về N60 (60% năng lượng hữu ích)
Như vậy, ta cần hiệu chỉnh theo 2 hệ số chuẩn hóa dưới đây:
N’60 = N60.CN = N.CE.CN Trong đó:
CE = EH/60; với CE là hệ số hiệu quả và EH là năng lượng hiệu quả có thực của thiết bị
60 – Năng lượng hiệu quả tiêu chuẩn (60%) Ở nước ta, có thể lấy CE = 0,5÷0,9
CN – Hệ số độ sâu Hệ số này được nhiều tác giả kiến nghị như sau:
Liao và Whitman (1986): CN = (0,9576/ σ’vo)0,5
Skempton (1986): CN = 2/(1+ σ’vo) Ở đây, σ’vo là ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng (bar)
TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÍ ĐẤT VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SPT
2.2.1.Đánh giá một số chỉ tiêu cơ lí của đất dựa vào kết quả thí nghiệm SPT Đánh giá độ chặt tương đối của đất rời dựa trên kết quả SPT: Terzaghi và Peck
(1967) đầu tiên đưa ra tương quan Dr – N (Với Dr là độ chặt tương đối và N là số đọc SPT thô, chưa hiệu chỉnh)
Bảng 2.2: Độ chặt tương đối và số đọc SPT
Đánh giá trạng thái của đất dính dựa trên kết quả SPT:
Szechy và Varga (1978) đưa ra tương quan giữa độ sệt (B) và chỉ số N60, tuy nhiên độ tin cậy của bảng này không cao lắm, vì các đất có độ nhạy cảm khác nhau sẽ có tương quan khác đi
Trạng thái Rât rời Rời Chặt vừa Chặt Rất chặt
Bảng 2.3: Chỉ số SPT với độ sệt
B >0÷0,5 0,25÷0,5 0÷0,25 -0,5÷0 50 Theo Peck và cộng sự < 28 28÷30 30÷36 34÷41 >41 Theo Mayerhof < 30 30÷35 35÷40 40÷45 >45 Độ chặt t ương đối Rất rời Rời Chặt vừa Chặt Rất chặt Đánh giá sức kháng cắt của đất sét dựa trên kết quả SPT
Các quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước Su và thí nghiệm SPT thường có độ tin cậy thấp Trong đó, hai quan hệ phổ biến là:
Su = 0,29*N60 0,72 (bar) Nên lưu ý rằng, tương quan N và Su phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác, ví dụ như tính nhạy cảm của đất sét Đánh giá khả năng biến loãng của đất dựa trên kết quả SPT
Dựa vào các số liệu thu thập và thống kê, Seed và De Alba đã thiết lập nên mối tương quan giữa N’60 với khả năng biến loãng của đất rời Kết quả đưa ra được đồ thị liên quan giữa 2 đại lượng là: N’60 và tỷ số của τ1/ σ’vo ; ta thấy cùng với giá trị N’60, đất tốt hơn ( có khả năng kháng chấn cao hơn) là đất có hàm lượng hạt mịn nhiều hơn trong cấp phối của cát
2.2.2 Đánh giá chỉ tiêu cơ lí của đất dựa vào kết quả SPT theo tiêu chuẩn hiện hành tại Việt Nam TCVN (9351-2012)
Quan hệ giữa sức kháng xuyên tiêu chuẩn NSPT và sức kháng xuyên tĩnh đầu mũi qc Bảng 2.5: Quan hệ giữa sức kháng xuyên tiêu chuẩn và sức kháng xuyên tĩnh
Thứ tự Loại đất Tỷ số qc/NSPT
5 Cát hạt trung lẫn sạn sỏi >8
Từ mối quan hệ trên, ta có thể thành lập biểu đồ mối tương quan giữa tỷ số qc/NSPT và thành phần hạt của mẫu đất Đánh giá một số chỉ tiêu cơ lý của đất theo kết quả SPT Đối với đất rời:
Bảng 2.6: Chỉ tiêu cơ lý của đất theo kết quả SPT
Quan hệ giữa góc ma sát trong và sức kháng xuyên tiêu chuẩn, có thể như sau φ = (12+NSPT) 0,5 + a
Mô đun biến dạng E (MPa)
E = [a +c (NSPT +6)]/10 Trong đó: a là hệ số, được lấy bằng 40 khi NSPT> 15; lấy bằn 0 khi NSPT