Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Ngoại suy quan hệ tải trọng - Độ lún đầu cọc theo kết quả nén tĩnh cọc theo phương pháp hàm số xấp xỉ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 26/03/1993 Nơi sinh: Bình Định

TÊN ĐỀ TÀI: NGOẠI SUY QUAN HỆ TẢI TRỌNG – ĐỘ LÚN ĐẦU CỌC THEO KẾT QUẢ NÉN TĨNH CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM SỐ XẤP XỈ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

Trên cơ sở số liệu nén tĩnh cọc thực tế, sử dụng các phương pháp hàm xấp xỉ đánh giá ngoại suy quan hệ tải trọng – độ lún đầu cọc

Phân tích so sánh kết quả ngoại suy với các phương pháp khác đã có trên cơ sở dữ liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc thực tế

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/02/2019 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/06/2019

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Bùi Trường Sơn

TP HCM, ngày 02 tháng 06 năm 2019

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS Bùi Trường Sơn

CÁN BỘ QUẢN LÝ ĐÀO TẠO

PGS.TS Lê Bá Vinh TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS Lê Anh Tuấn

Trước tiên, tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS

Bùi Trường Sơn người đã giúp tác giả xây dựng ý tưởng của đề tài, mở ra những

hướng đi trên con đường tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học Thầy đã hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học

Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tác giả từ khi tác giả học Đại học và trong suốt quá trình Cao học

Cuối cùng tác giả xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, anh chị em, bạn bè đã đồng hành cùng tác giả trong suốt thời gian qua

Hi vọng đề tài luận văn của tác giả sẽ là tài liệu tham khảo hữu dụng cho quá trình tính toán, nghiên cứu trong thực tiễn Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và bạn bè để tiếp tục hoàn thiện đề tài này

TP HCM, ngày 02 tháng 06 năm 2019

Tác giả luận văn

Trà Hữu Thời

Trên cơ sở các phương pháp đã được nghiên cứu áp dụng đánh giá sức chịu tải giới hạn của cọc theo thí nghiệm nén tĩnh, tiến hành phân tích và đánh giá tải trọng giới hạn cũng như ngoại suy đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị đối với cọc được thí nghiệm đến tải trọng phá hoại và chưa phá hoại Mazurkiewicz là phương pháp ổn định và có khả năng đánh giá tốt sức chịu giới hạn cả với cọc phá hoại và cọc không phá hoại Khi cọc được nén đến phá hoại thì các phương pháp Offset Limit, De Beer, tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen, Fuller & Hoy, Butler & Hoy cho kết quả dự đoán sức chịu tải giới hạn hợp lý Khi áp dụng với cọc chưa nén đến phá hoại, phương pháp Vander Veen cho đánh giá khả năng chịu tải của cọc phù hợp với thực tế, cácphương pháp Chin – Kondner, Decourt và tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen thường cho giá trị tải trọng giới hạn dự tính lớn hơn so với kết quả thí nghiệm nhưng quan hệ tải trọng – độ lún ngoại suy theo các hàm xấp xỉ này phù hợp với kết quả thí nghiệm thực tế

Bên cạnh đó, việc áp dụng các hàm số toán học trong ngoại suy đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thí nghiệm nén tĩnh bằng phương pháp bình phương cực tiểu nhằm rút ra các nhận xét về khả năng áp dụng của các hàm toán học và bổ

sung thêm các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc Hàm số 1/Q = a + b/S

cho phép ngoại suy đường cong quan hệ tải trọng – độ lún tiệm cận tốt với đường

cong thí nghiệm kể cả cọc phá hoại hay chưa phá hoại Ngoại suy theo 2 hàm số Q =

aeb/S và Q = a + b/S cho kết quả xấp xỉ tốt với số liệu thí nghiệm ở các cấp tải gần

cuối (áp dụng cọc phá hoại và chưa phá hoại), đồng thời có khả năng dự đoán tốt khả năng chịu tải của cọc

The studied methods are used to assess ultimate pile capacity under static load tests, analysis and evaluation of ultimate load capacity are carried out for extrapolating relationship of load and settlement of pile testing to fail and non-fail The results show that Mazurkiewicz method is a suitable and capable method to evaluate ultimate pile capacity with both failed pile or tested pile In case of the testing load to ultimate, the methods Offset Limit, De Beer, 90% Brinch Hansen criteria, Fuller & Hoy, Butler & Hoy are reasonably predicted When the testing load is not enough to ultimate: Vander Veen method evaluated the pile capacity in accordance with test result, methods of Chin – Kondner, Decourt and 80% Brinch Hansen criteria give the more predicting value of pile capacity in comparison with ultimate loading value but extrapolating load – settlement behavior based on these approximate functions are suitable for the actual testing results

Beside, applying mathematical functions in extrapolating relationship of load and settlement in static load test by least squares method This purpose is to propose

new approach methods and evaluate reliable applicability of those ones Function 1/Q

= a + b/S could be used to extrapolate relationship of load – settlement from field

data, which describes approximate with Q – S relationship monitoring test well The results of those analyses show good agreement between predicted pile capacity and

monitored data at various ending load test by using both mathematical functions Q =

pile In addition, it is also good approach methods to estimate ultilimate pile capacity

Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn và phê duyệt của PGS.TS Bùi Trường

Trà Hữu Thời

Tính cấp thiết của đề tài 1

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

Ý nghĩa khoa học của đề tài 1

Phương pháp nghiên cứu 1

Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH THEO TCVN 3

1.1Các phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải của cọc 3

1.2Các phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn của cọc từ kết quả nén tĩnh cọc theo TCVN 16

1.3Nhận xét chương 19

CHƯƠNG 2:CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC 20

2.1Các phương pháp cũ đã được nghiên cứu 20

2.2Các phương pháp mới được đề xuất dựa trên việc ngoại suy các hàm số toán học bằng phương pháp bình phương cực tiểu 29

2.3Nhận xét chương 41

CHƯƠNG 3:NGOẠI SUY QUAN HỆ TẢI TRỌNG – ĐỘ LÚN ĐẦU CỌC THEO KẾT QUẢ NÉN TĨNH CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM SỐ XẤP XỈ 43

3.1Giới thiệu các dữ liệu sử dụng phân tích 43

3.2Đánh giá khả năng chịu tải và ngoại suy quan hệ tải trọng – độ lún đầu cọc theo các hàm xấp xỉ từ thông số nén tĩnh theo các phương pháp đã có 61

3.3Ngoại suy quan hệ tải trọng – độ lún đầu cọc và đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo các phương pháp hàm số toán học 106

Hình 1.2 Trường hợp sử dụng dàn chất tải và đối trọng làm hệ phản lực 4

Hình 1.3 Trường hợp sử dụng dàn chất tải và đối trọng kết hợp cọc neo làm hệ phản lực 5

Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị 7

Hình 1.5 Biểu đồ quan hệ chuyển vị – thời gian 8

Hình 1.6 Mô hình thí nghiệm theo phương pháp Osterberg 8

Hình 1.7 Loại một O-cell 9

Hình 1.8 Loại nhiều O-cell 9

Hình 1.9 a) Biểu đồ phân bố tải trọng theo độ sâu bố trí của O-cell, b) Biểu đồ tải trọng – chuyển vị đo được từ thí nghiệm 10

Hình 1.10 Biểu đồ kết quả thí nghiệm 10

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm thử động biến dạng lớn 12

Hình 1.12 Bước sóng thu được từ CAPWAP 13

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm rung trở kháng cơ học 15

Hình 1.14 Phương pháp xác định Qu theo TCXD 205 : 1998 17

Hình 1.15 Xác định Qu theo phương pháp của Canadian Foundation Engineering Manual 18

Hình 2.1 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp Offset Limit 20

Hình 2.2 Đường phá hoại Offset Limit không giao đường cong tải trọng – chuyển vị 21 Hình 2.3 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp Chin-Kondner22 Hình 2.4 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp De Beer 23

Hình 2.5 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu và đường cong hàm xấp xỉ theo phương pháp Decourt 23

Hình 2.6 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen24 Hình 2.7 Biểu đồ xác tải trọng giới hạn Qu theo tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen 25

Hình 2.8 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Mazurkiewicz 26

Hình 2.9 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Fuller & Hoy và Butler & Hoy 28

Hình 2.10 Biểu đồ xác định tải trọng giới hạn Qu theo phương pháp Vander Veen 29

Hình 3.1 Mặt bằng bố trí hố khoan dự án Vietcombank Tower 43

Hình 3.2 Mặt cắt địa chất đi qua hố khoan BH1 - BH2 - BH3 44

Hình 3.3 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc TPB2 46

Hình 3.4 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc TPB2 47

Hình 3.5 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc TPB2 47

Hình 3.6 Mặt bằng bố trí hố khoan dự án Metro Star 48

Hình 3.7 Mặt cắt địa chất đi qua 3 hố khoan H01 - H03 - H02 48

Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc TP01 51

Hình 3.11 Mặt bằng bố trí hố khoan dự án Lakeside Towers 52

Hình 3.12 Mặt cắt địa chất đi qua HK2 - HK3 52

Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc TP1 54

Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc TP1 54

Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc TP1 55

Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc TP2 55

Hình 3.17 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc TP2 56

Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc TP2 56

Hình 3.19 Mặt cắt địa chất đi qua hố khoan HK1 - HK3 57

Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc P1 59

Hình 3.21 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc P1 59

Hình 3.22 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc P1 59

Hình 3.23 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc P2 60

Hình 3.24 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc P2 60

Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc P2 61

Hình 3.26 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc TPB2 62

Hình 3.27 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin-Kondner cọc TBP2 63

Hình 3.28 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc TPB2 63

Hình 3.29 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt cọc TPB2 63

Hình 3.30 Biểu đồ xác định Qu theo tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen cọc TPB2 64

Hình 3.31 Biểu đồ xác định Qu theo tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen cọc TPB2 64

Hình 3.32 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz cọc TPB2 64

Hình 3.33 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc TPB2 65

Hình 3.34 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Bultler & Hoy cọc TPB2 66

Hình 3.35 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Vander Veen cọc TPB2 66

Hình 3.36 Biểu đồ tổng hợp giá trị Qu cọc TPB2 theo các phương pháp 67

Hình 3.37 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc TP01 68

Hình 3.38 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin-Kondner cọc TP01 69

Hình 3.39 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc TP01 69

Hình 3.40 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt cọc TP01 69

Hình 3.41 Biểu đồ xác định Qu theo tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen cọc TP01 70

Hình 3.42 Biểu đồ xác định Qu theo tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen cọc TP01 70

Hình 3.43 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz cọc TP01 70

Hình 3.44 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc TP01 71

Hình 3.45 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Bultler & Hoy cọc TP01 72

Hình 3.48 Biểu đồ ngoại suy tải trọng – độ lún cọc TPB2 theo các phương pháp hàm

Hình 3.58 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc TP1 86

Hình 3.59 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin-Kondner cọc TP1 86

Hình 3.60 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc TP1 87

Hình 3.61 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt cọc TP1 87

Hình 3.62 Biểu đồ xác định Qu theo tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen cọc TP1 87

Hình 3.63 Biểu đồ xác định Qu theo tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen cọc TP1 88

Hình 3.64 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz cọc TP1 88

Hình 3.65 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc TP1 89

Hình 3.66 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Bulter & Hoy cọc TP1 89

Hình 3.67 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Vander Veen cọc TP1 90

Hình 3.68 Biểu đồ tổng hợp giá trị Qu của cọc TP1 theo các phương pháp 91

Hình 3.69 Biểu đồ tổng hợp giá trị Qu của cọc TP2 theo các phương pháp 92

Hình 3.70 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc P1 93

Hình 3.71 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin-Kondner cọc P1 93

Hình 3.72 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc P1 94

Hình 3.73 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt cọc P1 94

Hình 3.74 Biểu đồ xác định Qu theo tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen cọc P1 94

Hình 3.77 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc P1 96

Hình 3.78 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Bulter & Hoy cọc P1 96

Hình 3.79 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Vander Veen cọc P1 97

Hình 3.80 Biểu đồ tổng hợp giá trị Qu của cọc P1 theo các phương pháp 98

Hình 3.81 Biểu đồ tổng hợp giá trị Qu của cọc P2 theo các phương pháp 99

Hình 3.82 Biểu đồ ngoại suy tải trọng – độ lún cọc TP1 theo các hàm xấp xỉ 101

Hình 3.83 Biểu đồ ngoại suy tải trọng – độ lún cọc TP2 theo các hàm xấp xỉ 102

Hình 3.84 Biểu đồ ngoại suy quan hệ tải trọng – độ lún cọc P1 theo các hàm xấp xỉ104 Hình 3.85 Biểu đồ ngoại suy quan hệ tải trọng – độ lún cọc P2 theo các hàm xấp xỉ105 Hình 3.86 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1 cọc TBP2 106

Hình 3.87 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP2 cọc TBP2 107

Hình 3.88 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP3 cọc TBP2 107

Hình 3.89 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4 cọc TBP2 107

Hình 3.90 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP5 cọc TBP2 108

Hình 3.91 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP6 cọc TBP2 108

Hình 3.92 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1, PP2, PP3 cọc TPB2 108

Hình 3.93 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4, PP5, PP6 cọc TPB2 109

Hình 3.94 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1 cọc TP01 110

Hình 3.95 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP2 cọc TP01 110

Hình 3.96 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP3 cọc TP01 110

Hình 3.97 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4 cọc TP01 111

Hình 3.98 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP5 cọc TP01 111

Hình 3.99 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP6 cọc TP01 111

Hình 3.100 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1, PP2, PP3 cọc TP01 112

Hình 3.101 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4, PP5, PP6 cọc TP01 112

Hình 3.102 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1, PP2, PP3 không xét cấp tải trọng cuối cọc TPB2 114

Hình 3.103 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4, PP5, PP6 không xét cấp tải trọng cuối cọc TPB2 114

Hình 3.104 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1, PP2, PP3 bỏ đi cấp tải cuối cọc TP01 116

Hình 3.105 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4, PP5, PP6 bỏ đi cấp tải cuối cọc TP1 116

Hình 3.108 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP3 cọc TP1 118

Hình 3.109 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4 cọc TP1 119

Hình 3.110 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP5 cọc TP1 119

Hình 3.111 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP6 cọc TP1 119

Hình 3.112 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1, PP2, PP3 cọc TP1 120

Hình 3.113 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4, PP5, PP6 cọc TP1 121

Hình 3.114 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1, PP2, PP3 cọc TP2 122

Hình 3.115 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4, PP5, PP6 cọc TP2 123

Hình 3.116 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1 cọc P1 124

Hình 3.117 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP2 cọc P1 124

Hình 3.118 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP3 cọc P1 124

Hình 3.119 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4 cọc P1 125

Hình 3.120 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP5 cọc P1 125

Hình 3.121 Biểu đồ ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP6 cọc P1 125

Hình 3.122 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1, PP2, PP3 cọc P1 126

Hình 3.123 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4, PP5, PP6 cọc P1 127

Hình 3.124 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP1, PP2, PP3 cọc P2 128

Hình 3.125 Biểu đồ tổng hợp ngoại suy đường cong quan hệ Q - S theo PP4, PP5, PP6 cọc P2 129

Bảng 1.2 Giá trị sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn theo các đề nghị

khác nhau 16

Bảng 2.1 Một số dạng đường cong thường gặp 30

Bảng 3.1 Thông tin cọc thí nghiệm TPB2 46

Bảng 3.2 Thông tin cọc thí nghiệm TP01 50

Bảng 3 3 Thông tin cọc thí nghiệm TP1 54

Bảng 3.4 Thông tin cọc thí nghiệm TP2 55

Bảng 3.5 Thông tin cọc thí nghiệm P1 58

Bảng 3.6 Thông tin cọc thí nghiệm P2 60

Bảng 3.7 Xác định sức chịu tải giới hạn theo phương pháp Mazurkiewicz thông qua phương pháp bình phương cực tiểu 65

Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả phân tích giá trị Qu của cọc TPB2 theo các phương pháp 66

Bảng 3.9 Xác định sức chịu tải giới hạn theo phương pháp Mazurkiewicz thông qua phương pháp bình phương cực tiểu 71

Bảng 3.10 Tổng hợp kết quả phân tích giá trị Qu của cọc TP01 theo các phương pháp 72

Bảng 3.11 Chuyển vị ngoại suy từ các phương pháp hàm xấp xỉ ứng với cấp tải trọng gây phá hoại của cọc TPB2 75

Bảng 3.12 Chuyển vị ngoại suy từ các phương pháp hàm xấp xỉ ứng với cấp tải trọng gây phá hoại của cọc TP01 77

Bảng 3.13 Tổng hợp kết quả phân tích giá trị Qu của cọc TPB2 theo các phương pháp trên cơ sở loại bỏ cấp tải trọng cuối gây phá hoại 78

Bảng 3.14 Tổng hợp kết quả phân tích giá trị Qu của cọc TP01 theo các phương pháp trên cơ sở loại bỏ cấp tải trọng cuối gây phá hoại 79

Bảng 3.15 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn cọc TPB2 tương ứng với độ lún giới hạn 10%D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc không xét cấp tải trọng gây phá hoại 83

Bảng 3.16 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn cọc TP01 tương ứng với độ lún giới hạn 10%D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc không xét cấp tải trọng gây phá hoại 84

Bảng 3.17 Xác định sức chịu tải giới hạn cọc TP1 theo phương pháp Mazurkiewicz thông qua phương pháp bình phương cực tiểu 88

Bảng 3.18 Tổng hợp kết quả phân tích giá trị Qu của cọc TP1 theo các phương pháp 90 Bảng 3.19 Tổng hợp kết quả phân tích giá trị Qu của cọc TP2 theo các phương pháp 91 Bảng 3.20 Xác định sức chịu tải giới hạn cọc P1 theo phương pháp Mazurkiewicz thông qua phương pháp bình phương cực tiểu 95

Bảng 3.21 Tổng hợp kết quả phân tích giá trị Qu của cọc P1 theo các phương pháp 97

Bảng 3.22 Tổng hợp kết quả phân tích giá trị Qu của cọc P2 theo các phương pháp 99

Bảng 3.24 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn cọc TP2 tương ứng với độ lún giới hạn 10%D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 102 Bảng 3.25 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn cọc P1 tương ứng với độ lún giới hạn 10%D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 103 Bảng 3.26 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn cọc P2 tương ứng với độ lún giới hạn 10%D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 105 Bảng 3.27 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn của cọc TPB2 theo các hàm toán học dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc không xét cấp tải cuối 113 Bảng 3.28 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn của cọc TP01 theo các hàm toán học dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc không xét cấp tải cuối 115 Bảng 3.29 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn của cọc TP1 theo các hàm số toán học dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 120 Bảng 3.30 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn của cọc TP2 theo các hàm số toán học dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 122 Bảng 3.31 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn của cọc P1 theo các hàm số toán học dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 126 Bảng 3.32 Tổng hợp kết quả phân tích ngoại suy sức chịu tải giới hạn của cọc P2 theo các hàm số toán học dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 128 Bảng 3.33 So sánh sức chịu tải giới hạn của cọc chênh lệch so với thực tế (trường hợp cọc phá hoại) và dự tính thiết kế (trường hợp cọc chưa phá hoại) xác định trực tiếp theo các phương pháp đã có 130 Bảng 3.34 So sánh sức chịu tải giới hạn theo các phương pháp ngoại suy chênh lệch so với thực tế (trường hợp cọc phá hoại) và dự tính thiết kế (trường hợp cọc chưa xảy ra phá hoại) 131 Bảng 3.35 So sánh sức chịu tải giới hạn ngoại suy theo các phương pháp hàm số toán học chênh lệch so với thực tế (trường hợp cọc phá hoại) và dự tính thiết kế (trường hợp cọc chưa xảy ra phá hoại) 133

MỞ ĐẦU

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Thí nghiệm nén tĩnh cọc xác định sức chịu tải của cọc thông qua biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún đầu cọc Từ kết quả thí nghiệm, có thể phân tích đánh giá giá trị tải trọng giới hạn của cọc trực tiếp hay gián tiếp bằng các phương pháp đồ thị Trong nhiều trường hợp khi kết quả thí nghiệm không cho phép xác định giá trị tải trọng giới hạn thì các phương pháp đồ thị là lựa chọn được ưu tiên

Đề tài được lựa chọn nhằm phân tích sâu sắc hơn các phương pháp hàm số xấp xỉ đã có để có thể rút ra các nhận xét xác thực hơn về đặc điểm của phương pháp Điều này có thể thực hiện do các công cụ tính toán và phân tích hiện nay đầy đủ hơn Do đó kết quả nghiên cứu phân tích giúp các kỹ sư có nhận xét chính xác hơn về khả năng chịu tải của cọc nên đề tài có ý nghĩa sử dụng và thực tiễn Ngoài ra, luận văn chủ yếu phân tích xây dựng một số hàm xấp xỉ phục vụ phân tích quan hệ Q – S và ngoại suy quan hệ này Kết quả nghiên cứu giúp bổ sung các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc, đặc biệt trong trường hợp thí nghiệm với tải trọng chưa đạt phá hoại

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu đánh giá sức chịu tải của cọc thông qua kết quả của thí nghiệm nén tĩnh cọc phá hoại và không phá hoại, bằng cách kết hợp các phương pháp bán thực nghiệm được sử dụng phố biến trên thế giới

Ngoại suy đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị đầu cọc theo các phương pháp hàm số xấp xỉ, qua đó làm sáng tỏ mức độ tin cậy của các phương pháp

Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Luận văn có thể là tài liệu tham khảo để đánh giá sức chịu tải giới hạn của cọc dựa vào ngoại suy biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún thông qua thí nghiệm nén tĩnh cọc

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thu thập các dữ liệu các kết quả nén tĩnh cọc tại một số công trình cụ thể

Phương pháp nghiên cứu sử dụng thống kê toán học để xây dựng các hàm xấp xỉ

Áp dụng các phương pháp hàm số xấp xỉ để dự đoán khả năng chịu tải của cọc và phân tích, so sánh các kết quả

PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Việc nghiên cứu, phân tích từ số liệu thí nghiệm cọc nén tĩnh áp dụng điều kiện địa chất tại một số công trình thuộc khu vực TPHCM

Chưa đề cập đến việc đánh giá, đưa ra phương pháp cụ thể đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo hàm số hay theo tiêu chí kỹ thuật

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH THEO TCVN

1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

1.1.1 Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh

Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ phản lực và giàn chất tải, hệ cọc neo hoặc kết hợp dàn chất tải và hệ cọc neo tùy tình hình địa chất khu vực Các số liệu về tải trọng, chuyển vị và biến dạng có được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích, đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc trong đất nền

1.1.1.1 Thiết bị thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm bao gồm hệ gia tải phản lực và hệ đo đạc quan trắc

Hệ gia tải gồm kích, bơm và hệ thống thủy lực phải bảo đảm không bị rò rỉ, hoạt động an toàn dưới áp lực không nhỏ hơn 150% áp lực làm việc

Hệ đo đạc quan trắc bao gồm thiết bị, dụng cụ đo tải trọng tác dụng lên đầu cọc, đo chuyển vị của cọc, máy thủy chuẩn, dầm chuẩn và dụng cụ kẹp đầu cọc

Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được đo bằng đồng hồ đo áp lực lắp sẵn trong hệ thống thủy lực Đồng hồ áp lực nên được hiệu chỉnh đồng bộ cùng với kích và hệ thống thủy lực với độ chính xác đến 5%

Chuyển vị đầu cọc được đo bằng 2 đến 4 chuyển vị kế có độ chính xác đến 0,01 mm

Máy thủy chuẩn dùng để đo kiểm tra dịch chuyển, chuyển vị của gối kê, dàn chất tải, hệ thống neo, dầm chuẩn gá lắp chuyển vị kế, độ vồng của dầm chính và chuyển vị đầu cọc

Các bộ phận dùng để gá lắp thiết bị đo chuyển vị gồm dầm chuẩn bằng gỗ hoặc bằng thép và dụng cụ kẹp đầu cọc bằng thép bản phải đảm bảo ít bị biến dạng do thời tiết

Hệ phản lực được thiết kế để chịu được phản lực không nhỏ hơn 120% tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến Tùy thuộc điều kiện thí nghiệm, có thể chọn một trong ba dạng kết cấu sau đây để làm bệ phản lực: dầm chính kết hợp với dàn chất tải, dầm chính kết hợp với hệ dầm chịu lực liên kết với hệ cọc neo, hoặc phối hợp cả 2 dạng trên

Hình 1.1 Trường hợp sử dụng cọc neo làm hệ phản lực

Hình 1.2 Trường hợp sử dụng dàn chất tải và đối trọng làm hệ phản lực

Hình 1.3 Trường hợp sử dụng dàn chất tải và đối trọng kết hợp cọc neo làm hệ phản lực

Kích phải đặt trực tiếp trên tấm đệm đầu cọc, chính tâm so với tim cọc Khi dùng nhiều kích thì phải bố trí các kích sao cho tải trọng được truyền dọc trục, chính tâm lên đầu cọc

Hệ phản lực phải lắp đặt theo nguyên tắc cân bằng, đối xứng qua trục dọc, bảo đảm truyền tải trọng dọc trục, chính tâm lên đầu cọc Khi lắp dựng xong, đầu cọc không bị nén trước khi thí nghiệm

Dụng cụ kẹp đầu cọc được bắt chặt vào thân cọc, cách đầu cọc khoảng 0,5 lần đường kính hoặc chiều rộng của tiết diện cọc

Các dầm chuẩn được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ dầm chuẩn được chôn chặt xuống đất Chuyển vị kế được lắp đối xứng hai bên đầu cọc và được gắn ổn định lên các dầm chuẩn

Khoảng cách lắp dựng các thiết bị được quy định như sau:

o Từ tâm cọc thí nghiệm đến tâm cọc neo hoặc neo đất: ≥ 3D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 2 m (D – đường kính cọc)

o Từ cọc thí nghiệm đến điểm gần nhất của các gối kê: ≥ 3D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 1,5 m

o Từ cọc thí nghiệm đến các gối đỡ dầm chuẩn: ≥ 1,5 m

o Từ mốc chuẩn đến cọc thí nghiệm, neo và gối kê dàn chất tải: ≥ 5D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 2,5 m

1.1.1.3 Quy trình gia tải

Trước khi thí nghiệm chính thức, tiến hành gia tải trước nhằm kiểm tra hoạt động của thiết bị thí nghiệm và tạo tiếp xúc tốt giữa thiết bị và đầu cọc Gia tải trước được tiến hành bằng cách tác dụng lên đầu cọc khoảng 5% tải trọng thiết kế sau đó giảm tải về 0, theo dõi hoạt động của thiết bị thí nghiệm Thời gian gia tải và thời gian giữ tải ở cấp 0 khoảng 10 phút

Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp, tính bằng phần trăm (%) của tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng hoặc giảm khi chuyển vị hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định

Tải trọng thí nghiệm lớn nhất do thiết kế quy định, thường được lấy bằng 250% đến 300% tải trọng thiết kế đối với cọc thăm dò và bằng 150% đến 200% tải trọng thiết kế đối với cọc thí nghiệm kiểm tra.

Quy trình gia tải tiêu chuẩn được thực hiện như sau:

o Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến, mỗi cấp gia tải không lớn hơn 25% tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng khi tốc chuyển vị đầu cọc đạt ổn định (không quá 0,25 mm/giờ đối với cọc chống vào đất hòn lớn, đất cát, đất sét từ dẻo đến cứng; không quá 0,1 mm/giờ đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mềm đến dẻo chảy) nhưng không quá 2 giờ o Sau khi kết thúc gia tải, nếu cọc không bị phá hoại thì tiến hành giảm tải về 0,

mỗi cấp giảm tải bằng hai lần cấp gia tải và thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 phút, riêng cấp tải 0 có thể lâu hơn nhưng không quá 6 giờ

Các giá trị thời gian, tải trọng và chuyển vị đầu cọc cần phải đo đạc và ghi chép ngay sau khi tăng hoặc giảm tải và theo khoảng thời gian như quy định ở Bảng 1.1

Bảng 1.1 Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép số liệu

Cấp tải trọng Thời gian theo dõi và đọc số liệu

Cấp gia tải

Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu; Không quá 15 phút cho một lần 30 phút sau đó; Không quá 1 giờ một lần cho 10 giờ tiếp theo; Không quá 2 giờ một lần cho các giờ tiếp theo

Cấp gia tải lại và cấp giảm tải

Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu; Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó; Không quá 1 giờ một lần cho các giờ tiếp theo

Theo dõi và xử lý một số trường hợp có thể xảy ra trong quá trình gia tải: o Trị số cấp gia tải có thể được gia tăng ở các cấp đầu nếu xét thấy cọc chuyển

vị không đáng kể hoặc được giảm khi gia tải gần đến tải trọng phá hoại để xác định chính xác tải trọng phá hoại

o Trường hợp cọc có dấu hiệu bị phá hoại dưới cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến thì có thể giảm về cấp tải trọng trước đó và giữ tải như quy định

o Trường hợp ở cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến mà cọc chưa bị phá hoại, nếu thiết kế yêu cầu xác định tải trọng phá hoại và điều kiện gia tải cho phép thì có thể tiếp tục gia tải, mỗi cấp tải nên lấy bằng 10% tải trọng thiết kế và thời gian gia tải giữa các cấp là 5 phút để xác định tải trọng phá hoại

Tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị và chuyển vị – thời gian của từng cấp tải để theo dõi diễn biến quá trình thí nghiệm

Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị

Hình 1.5 Biểu đồ quan hệ chuyển vị – thời gian

1.1.2 Phương pháp thí nghiệm Osterberg

Thí nghiệm hộp tải trọng Osterberg thường được sử dụng để kiểm tra sức chịu tải của cọc căn cứ theo kết quả thiết kế ban đầu thông qua các giá trị kết quả về cường độ, biến dạng, quan hệ giữa tải trọng - chuyển vị (gồm chuyển vị lên và chuyển vị xuống) thu được sau quá trình thí nghiệm

Hình 1.6 Mô hình thí nghiệm theo phương pháp Osterberg

Hình 1.7 Loại một O-cell Hình 1.8 Loại nhiều O-cell

Hộp tải trọng Osterberg hay còn gọi là hộp O-Cell có cấu tạo như một kích thủy lực Hộp được lắp đặt đồng thời với lồng thép ở đáy hay ở thân cọc cùng hệ thống các ống dẫn thủy lực và các thanh đo trước khi đổ bêtông Sau khi bêtông cọc đạt cường độ thiết kế, tiến hành gia tải thí nghiệm bằng cách bơm chất lỏng để tạo áp lực Kích tạo ra hai áp lực: lực đẩy thân cọc hướng lên và lực ép xuống tại mũi cọc Trọng lượng thân cọc và thành phần ma sát bên giữa cọc và đất nền đóng vai trò đối trọng cho thí nghiệm Thí nghiệm kết thúc khi sức kháng ma sát bên đạt đến giới hạn hoặc sức kháng mũi giới hạn Từ kết quả đo chuyển vị và lực, vẽ các biểu đồ quan hệ giữa lực tác dụng và chuyển vị mũi và thân cọc, phân tích các biểu đồ để xác định sức chịu tải của cọc

Kết quả thí nghiệm có thể tách riêng các thành phần sức kháng bên và sức kháng mũi giúp xác định được sự ảnh hưởng của công nghệ thi công cọc đến sức chịu tải của cọc, dự báo và đánh giá sự xáo động ở đáy cọc Năng lượng cho thí nghiệm được chôn sâu và không có đối trọng từ bên ngoài nên thí nghiệm an toàn và không yêu cầu về mặt bằng Thí nghiệm cho phép nghiên cứu tương đối chính xác ứng xử của cọc và đất nền, đặc biệt với khả năng chịu kéo của cọc thông qua việc bố trí số lượng và vị trí các hộp Osterberg Quá trình thí nghiệm đơn giản, nhanh chóng Số liệu thí nghiệm được ghi nhận tự động thuận lợi cho việc xem xét và phân tích kết quả Có thể thực hiện ở những điều kiện khó khăn về địa hình, mặt bằng Thí nghiệm có thể thực hiện với cọc mở rộng đáy, cọc xiên, cọc có đỉnh dưới mặt đất tự nhiên So với thí nghiệm nén tĩnh, ứng suất gây ra trong cọc thí nghiệm chỉ bằng 50%, đồng thời thí nghiệm có thể thực hiện với những tải trọng lớn mà thí nghiệm nén tĩnh không thể thực hiện

Hình 1.9 a) Biểu đồ phân bố tải trọng theo độ sâu bố trí của O-cell, b) Biểu đồ tải trọng – chuyển vị đo được từ thí nghiệm

Hình 1.10 Biểu đồ kết quả thí nghiệm

Yêu cầu phải lắp đặt hộp tải trọng Osterberg trước khi đổ bê tông cọc và không thu hồi lại được hộp tải trọng Osterberg sau khi thí nghiệm Nguyên lý của thí nghiệm là cân bằng các thành phần của sức chịu tải, khi đạt tới tải trọng tới hạn của một trong hai thành phần sức chịu tải của cọc phải dừng thí nghiệm Vì vậy cần phân tích, dự kiến các thành phần sức kháng để xác định vị trí bố trí hộp tải trọng hoặc bố trí nhiều hộp tải trọng Kết quả thí nghiệm được phân tích dựa trên một số giả thiết gần đúng, nên kết quả thí nghiệm cần kiểm chứng và chỉ phù hợp với cọc khoan nhồi

1.1.3 Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA

Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA - Pile Dynamic Analysis) thực hiện nhằm đánh giá sức chịu tải của cọc tại các thời điểm vừa thi công hạ cọc vào đất nền và sau khi cọc nghỉ một thời gian Các kết quả nhận được từ thí nghiệm :

o Xác định sự phân bố sức kháng bên và sức kháng mũi cũng như các hệ số cản động và hệ số ngưỡng đàn hồi của đất

o Đánh giá ứng suất phát sinh trong cọc và sự toàn vẹn của cọc Dự báo ứng suất kéo và nén phát sinh trong cọc khi đóng cọc, từ đó dự báo khả năng bị phá hỏng của cọc Xác định các khuyết tật của cọc sau khi thi công nhằm có biện pháp xử lý chính xác

o Đánh giá sự làm việc của búa đóng cọc đối với cọc được hạ vào đất nền bằng búa đóng: xác định phần trăm năng lượng hiệu quả của búa, đánh giá sự ảnh hưởng của đệm búa và đệm cọc đến số nhát búa

Phương pháp thử động biến dạng lớn (Pile Dynamic Analysis) dựa trên nguyên lý truyền sóng ứng suất trong thanh một chiều Thí nghiệm gồm ba mô hình nghiên cứu kế thừa nhau: mô hình Smith, mô hình Case và mô hình CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program) Hiện nay phương pháp thử động biến dạng lớn được sử dụng dựa trên nhóm thiết bị PDA (Pile Driving Analyser) và phần mềm phân tích CAPWAP Các thiết bị cụ thể của phương pháp PDA như sau:

o Thiết bị tạo lực va chạm: thường là quả búa nặng có thể gây chuyển dịch cọc o Thiết bị đo: lực, gia tốc, chuyển vị

o Thiết bị ghi, biến đổi và phân tích số liệu

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm thử động biến dạng lớn

1 Búa; 2 Cọc; 3 Đầu đo gia tốc; 3A Máy đo gia tốc

6 Máy in kết quả

Sau khi chuẩn bị thiết bị và cọc thí nghiệm, liên kết hai đầu đo gia tốc và biến dạng vào thân cọc đối xứng nhau qua tim cọc, thường là liên kết bulông Vị trí liên kết cách đỉnh cọc tối thiểu hai lần đường kính cọc Kiểm tra sự làm việc toàn bộ hệ thống thiết bị Cho búa đóng lên cọc 5 nhát, kiểm tra tín hiệu của từng nhát búa, nếu tín hiệu không tốt thì cho đóng lại

Các thông số thu được ghi nhận trên máy vi tính bao gồm năng lượng lớn nhất của búa, ứng suất kéo lớn nhất của cọc, hệ số độ toàn vẹn của cọc và một số dữ liệu khác Các số liệu này được phân tích tiếp theo bằng mô hình Case hay mô hình CAPWAP để xác định sức chịu tải của cọc cả về sức kháng bên và sức kháng mũi Ngoài ra, còn có thể phân tích về công nghệ đóng cọc và dự báo về chất lượng cọc

Hình 1.12 Bước sóng thu được từ CAPWAP

Các kết quả thu nhận được từ phần mềm như sau: sức chịu tải của cọc đơn; sức chịu tải của cọc theo từng nhát búa ứng với mỗi độ ngập đất của cọc; ma sát thành bên và sức kháng mũi của cọc; ứng suất trong thân cọc; giá trị ứng suất kéo và ứng suất nén lớn nhất; ứng suất nén tại mũi cọc; sự làm việc của búa đóng cọc; năng lượng lớn nhất của búa truyền lên đầu cọc; lực tác dụng lớn nhất lên đầu cọc và độ lệch giữa búa và cọc; tổng số nhát búa và số nhát búa trong một phút; chiều cao búa rơi và độ nảy của phần va đập; hệ số hoàn chỉnh β của mặt cắt ngang thân cọc

Thời gian thí nghiệm rất nhanh nên có thể góp phần rút ngắn tiến độ thi công công trình Phương pháp này không những cho phép xác định được sức chịu tải của cọc mà còn kiểm tra được chất lượng cọc trong suốt quá trình thi công cọc, nhất là chiều dài, cường độ và độ đồng nhất của bêtông cọc Dễ dàng kiểm soát được sự hồi phục hay giãn ra của đất sau khi hạ cọc và tiến hành thí nghiệm sau đó Xác định được sức chịu tải của cọc theo từng nhát búa, từng cao độ đặt mũi trong quá trình đóng cọc, qua đó có thể lựa chọn được chiều dài cọc phù hợp Thông qua thiết bị phân tích đóng cọc, có thể lựa chọn được hệ thống đóng cọc hợp lý và theo dõi những vấn đề có thể xảy ra đối với búa, cọc, đất sẽ sớm phát hiện được các sự cố để xử lý kịp thời những vấn đề ảnh hưởng đến tiến độ thi công và giảm được chi phí, rủi ro Đặc biệt đối với các công trình dưới nước như móng cảng, cầu hoặc các công trình có mặt bằng chật hẹp mà việc thử tĩnh gặp khó khăn với điều kiện thi công, thời gian chờ đợi làm tăng chi phí thử tải cọc thì thí nghiệm PDA là giải pháp lựa chọn hữu hiệu

Phương pháp thử động biến dạng lớn cần một năng lượng va chạm ở đầu cọc đủ lớn để làm dịch chuyển cọc và huy động toàn bộ sức kháng của đất nền, va chạm này có thể gây ra tiếng ồn và chấn động ảnh hưởng các công trình lân cận Độ chính xác của phương pháp thí nghiệm này thấp do thiếu biện pháp xác định năng lượng của búa đóng cọc và năng lượng tổn thất đệm cọc, đệm búa Ngoài ra, đối với cọc dài hoặc độ cứng của cọc thấp, năng lượng búa đóng cọc sẽ tiêu hao do biến dạng đàn hồi của cọc hoặc bật nẩy của búa thì mô hình va đập đàn hồi của phương pháp hiệu quả không

cao

1.1.4 Thí nghiệm rung trở kháng cơ học

Xác định vị trí, mức độ khuyết tật trong thân cọc dựa trên quan hệ giữa trở kháng cơ học của cọc và tần số dao động Xác định sức chịu tải cho phép của cọc thông qua giá trị độ cứng động của cọc có được trên quan hệ giữa trở kháng cơ học của cọc và tần số dao động

Lắp đầu đo gia tốc và động cơ điện gây dao động vào đầu cọc, tất cả được liên kết với bộ xử lý tự động Vận hành thiết bị ta thu được quan hệ giữa trở kháng cơ học của cọc và tần số dao động Các biểu thức liên hệ của kết quả thí nghiệm như sau:

trong đó:

c - vận tốc truyền sóng L - chiều dài cọc

Δf - độ chênh giữa hai cấp tần số ρ – tỷ trọng khối lượng cọc - đất A – diện tích mặt cắt ngang cọc

P,Q – giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của tần số dao động cộng hưởng fm – tần số dao động

|V/F|m – vận tốc dao động Es - độ cứng tĩnh của cọc ED - độ cứng động của cọc Sa - chuyển vị cho phép của cọc η - Hệ số so sánh độ cứng tĩnh – động

Thông qua xác định các tham số trên tiến hành đánh giá chất lượng cọc và xác định sức chịu tải cho phép của cọc Đánh giá chi tiết tình trạng chất lượng cọc, gồm tính đồng nhất và liên tục của bê tông cọc, vết nứt, sự thay đổi tiết diện cọc, mức độ phân tầng và tính cặn lắng của bêtông cọc khoan nhồi Xác định sức chịu tải cho phép của cọc một cách đơn giản, nhanh chóng

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm rung trở kháng cơ học

Kết quả thí nghiệm phụ thuộc vào trình độ hiểu biết về sóng ứng suất của người thực hiện thí nghiệm Với quan điểm dùng độ cứng động để xác định độ cứng

tĩnh của cọc và dùng kết quả chuyển vị cho phép từ kết quả thí nghiệm khác để tính toán xác định sức chịu tải cho phép của cọc là không tin cậy

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ NÉN TĨNH CỌC THEO TCVN

1.2.1 Sức chịu tải giới hạn từ kết quả thí nghệm nén tĩnh xác định theo TCVN 9393 : 2012

TCVN 9393 : 2012 cho phép xác định sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn theo các đề nghị khác nhau, thể hiện ở Bảng 1.2

Bảng 1.2 Giá trị sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn theo các đề nghị khác nhau

Tiêu chuẩn Pháp DTU 13 - 2 Tiêu chuẩn Anh BS 8004 : 1986 Tiêu chuẩn Nhật JSF 1811 - 1993

Qu ứng với 1/2 SuSmax ứng với 0,9Q

Brinch Hansen Thụy Điển

(3% đến 6%)D 40 mm đến 60 mm 60 mm đến 80 mm hoặc (2PL/3EA) + 20

Sgh - Trị số lún giới hạn trung bình cho trong tiêu chuẩn thiết kế nền móng xác định theo nhiệm vụ thiết kế hoặc lấy theo tiêu chuẩn đối với nhà và công trình

ξ - Hệ số chuyển từ độ lún lúc thử đến độ lún lâu dài của cọc, thông thường lấy ξ = 0,1 Khi có cơ sở thí nghiệm và quan trắc lún đầy đủ, có thể lấy ξ = 0,2

Phương pháp của Canadian Foundation Engineering Manual (1985)

Sức chịu đựng giới hạn của cọc là tải trọng xác định từ giao điểm của biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị với đường thẳng như hình 1.15

Hình 1.15 Xác định Qu theo phương pháp của Canadian Foundation Engineering Manual

Q – Tải trọng tác dụng lên cọc, T Lp – Chiều dài cọc, m

A – Diện tích tiết diện cọc, m2

Ep – Module đàn hồi của vật liệu cọc, T/m2

Khi Lp/d > 100: Sf = 60÷80 mm

1.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG

Để kiểm tra sức chịu tải của cọc có nhiều phương pháp được áp dụng Ở đây có hai phương pháp cơ bản là tĩnh và động Phương pháp tĩnh dựa chủ yếu trên nguyên lý tải trọng và phản lực cân bằng nhau và do đó tải trọng áp dụng thí nghiệm phải cân bằng với tải trọng giới hạn cọc gánh chịu được, qua đó ghi nhận được sức chịu tải cọc Phương pháp động dựa trên nguyên lý truyền sóng trong vật liệu cọc để đo được sức

kháng của đất khi có lực động tác động lên cọc

Thí nghiệm nén tĩnh cọc là phương pháp truyền thống được tin cậy để kiểm tra khả năng chịu tải của cọc trong thi công Thực tế, thí nghiệm nén tĩnh thường được yêu cầu thực hiện và giá trị tải trọng giới hạn từ thí nghiệm được xem là tiêu chuẩn để đánh giá trong thi công và cho cả quá trình thiết kế

Sức chịu tải giới hạn xác định theo các tiêu chuẩn Việt Nam chủ yếu dựa trên kinh nghiệm đúc kết từ các tác giả, các kết quả thu được không phản ánh được mức độ tiếp cận số liệu thí nghiệm khi cọc chưa nén đến phá hoại Do đó, việc ngoại suy đường cong quan hệ tải trọng – độ lún từ số liệu thí nghiệm theo các hàm xấp xỉ là cần thiết để có cơ sở đánh giá sức chịu tải giới hạn tốt hơn

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC

Từ thí nghiệm nén tĩnh cọc, các kết quả thu được sẽ được biểu diễn thông qua biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún đầu cọc Trong thực tế, nhiều thí nghiệm nén tĩnh cọc cho kết quả độ lún đầu cọc chưa đạt đến giá trị tới hạn (cọc chưa phá hoại), gây khó khăn cho việc đánh giá khả năng chịu tải của cọc khi dựa vào biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún Việc phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả nén tĩnh được nhiều tác giả nghiên cứu bằng các phương pháp tiếp cận khác nhau về áp dụng các hàm số toán học cũng như bản chất vật lý về khả năng chịu tải của cọc Ngoài ra, tác giả còn đề xuất thêm một số phương pháp mới sử dụng các hàm toán học để ngoại suy biểu diễn quan hệ tải trọng – chuyển vị đầu cọc thông qua phương pháp bình phương cực tiểu Nội dung chương này chủ yếu trình bày nội dung của các phương pháp

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP CŨ ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN CỨU 2.1.1 Phương pháp Offset Limit

Trong quá trình thí nghiệm nén tĩnh cọc, dưới tác dụng của tải trọng nén dọc trục cọc bị co ngắn đàn hồi Nhận thấy ảnh hưởng của sự co ngắn đàn hồi và chuyển vị giới hạn của cọc, Davisson đã đề xuất phương pháp Offset Limit (hay còn gọi là phương pháp Davisson) để xác định sức chịu tải giới hạn của cọc thí nghiệm

Để xác định sức chịu tải giới hạn của cọc từ kết quả thí nghiệm bằng cách sử dụng phương pháp Offset Limit, thực hiện các bước sau:

Tính toán độ nén đàn hồi của cọc xem như là cột tự do: Δ = Q L AE

Trong đó: Q – tải trọng tác dụng L – chiều dài cọc

A – diện tích mặt cắt ngang của cọc E – module đàn hồi của vật liệu làm cọc Vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị đầu cọc

Dựa trên phương trình chuyển vị đàn hồi, vẽ đường thẳng qua gốc tọa độ với

độ dốc 

Vẽ đường thẳng song song với đường qua gốc tọa độ (có độ dốc ) cách một đoạn bằng x = 4 + D/120 (D là đường kính cọc tròn hay cạnh của cọc vuông tính bằng mm) Đường này chính là đường phá hoại

Giao điểm của đường phá hoại với đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị là giá trị tải trọng giới hạn Qu

Hình 2.2 Đường phá hoại Offset Limit không giao đường cong tải trọng – chuyển vị

Trong trường hợp cọc chưa nén đến phá hoại, đường cong tải trọng – chuyển vị sẽ không giao với đường phá hoại Offset Limit (Hình 2.2), khi đó không dự đoán

được tải trọng giới hạn

2.1.2 Phương pháp Chin-Kondner

Phương pháp Chin – Kondner dựa trên các kết quả thực nghiệm nghiên cứu và từ các thí nghiệm được thực hiện với các mô hình cọc cả ngoài hiện trường và trong phòng thí nghiệm Phương pháp Chin – Kondner là phương pháp phức tạp trong tiếp cận và xác định khả năng chịu tải cọc Roscoe, Dic, Mice (1984) và Vesic đã ghi nhận rằng ma sát thành cọc được huy động khi chuyển vị nhỏ (6 – 10 mm) và sức kháng mũi khi đó không được huy động toàn bộ cho đến khi chuyển vị đầu cọc lớn và đạt đến 30% đường kính cọc Theo đó, Chin đã đi đến phương pháp tách thành phần ma sát thành và sức kháng mũi ra từ số liệu thí nghiệm Phương pháp của Chin giả thiết rằng mối tương quan giữa tải trọng tác dụng (Q) và độ lún (S) có dạng hyperbol (Roscoe, 1984) Do đó, độ lún do tải trọng tác dụng có thể được biểu diễn theo trục ngang và trục đứng là tỷ số giữa độ lún và tải trọng Hình 2.3 thể hiện các điểm cho phép xác định các đường thẳng được chia ra bởi hai phần riêng biệt: phần đầu có quan hệ với ma sát bề mặt và phần thứ hai là quan hệ sức chịu tải giới hạn Nghịch đảo của độ dốc phần thứ hai cho phép xác định sức chịu tải giới hạn của cọc Quan hệ (S/Q) - S thừa nhận đường tải trọng – độ lún gần đúng có dạng hyperbol

2.1.3 Phương pháp De Beer

Phương pháp De Beer được đề cập đầu tiên vào năm 1971, với các kết quả chuyển vị và tải trọng tương ứng được biểu diễn theo logarit trên đồ thị quan hệ Log(S) – Log (Q) dưới dạng đường thẳng tuyến tính

Hình 2.4 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp De Beer

2.1.4 Phương pháp Decourt

Decourt (1999) đề xuất phương pháp được xây dựng tương tự như phương pháp Chin – Kondner và Hansen Để sử dụng phương pháp này, bằng cách chia mỗi tải trọng với chuyển vị tương ứng và biểu diễn kết quả cùng với tải trọng trên hệ trục tọa độ Dùng những điểm phía cuối biểu đồ để xác định đường thẳng tuyến tính

phương pháp Decourt

Decourt ngoại suy tải trọng giới hạn bằng tỉ số giao điểm theo phương trục tung và độ dốc của đường thẳng Tải trong giới hạn được xác định theo biểu thức:

2

với:

= −

trong đó: Qu - khả năng chịu tải giới hạn; Q - tải trọng tác dụng; S - độ lún đầu cọc (chuyển vị đứng); C1 - độ dốc của đường thẳng; C2 - giao điểm của đường thẳng với trục tung

2.1.5 Tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen

Hansen (1963) đề xuất khả năng chịu tải của cọc là tải trọng mà tại đó độ lún của đầu cọc gấp 4 lần độ lún đầu cọc khi tải trọng đạt 80% khả năng chịu tải Tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen cho phép xác định Qu trực tiếp từ đường cong tải trọng – độ lún của thí nghiệm được thực hiện đến phá hoại nhưng chính xác hơn khi xác định trên biểu đồ căn bậc hai của độ lún chia cho tải trọng S Q và độ lún S Biểu đồ thu được như Hình 2.6 có nhiều điểm được thực hiện thí nghiệm theo phương pháp tốc độ xuyên không đổi

Tiêu chuẩn 80% Brinch Hansen gồm các bước: vẽ đường quan hệ S Qvà S; tải trọng giới hạn Qu và độ lún giới hạn Su được xác định như sau:

2.1.6 Tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen

Tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen định nghĩa tải trọng giới hạn là tải trọng mà tại đó có độ lún gấp 2 lần độ lún đầu cọc khi tải trọng đạt 90% khả năng chịu tải Phương pháp này chỉ áp dụng được trong trường hợp cọc thí nghiệm xảy ra phá hoại

2.1.7 Phương pháp Mazurkiewicz

Phương pháp này thừa nhận đường tải trọng – chuyển vị gần đúng là đường parabol Chi tiết xác định chủ yếu căn cứ biện pháp hình học được tiến hành theo các bước sau:

Vẽ đường quan hệ tải trọng - chuyển vị