Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc bằng phương pháp nội suy theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

NỘI DUNG: - Mở đầu - Chương 1: Các phương pháp thí nghiệm đánh giá, kiểm tra sức chịu tải cọc - Chương 2: Các phương pháp hàm nội suy sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh - Ch

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

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM ngày tháng 07 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm: 1

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

III NỘI DUNG:

- Mở đầu - Chương 1: Các phương pháp thí nghiệm đánh giá, kiểm tra sức chịu tải cọc - Chương 2: Các phương pháp hàm nội suy sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh

- Chương 3: Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc bằng phương pháp nội suy theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

- Kết luận và kiến nghị

VI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Tp.HCM, Ngày 19 tháng 06 năm 2017

CÁN BỘ HD CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG

PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

Lời đầu tiên là tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn ở bên tôi, chia sẻ nhưng khó khăn, động viên tinh thần và ủng hộ vật chất để tôi có thể tiếp tục con đường học tập và phát triển

Quan trọng nhất, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS Bùi Trường Sơn, người thầy đã dành nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn tận tình, truyền đạt nhiều kiến thức, động viên tôi nghiên cứu, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận văn này

Và đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô Bộ môn Địa Cơ Nền móng – Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Trường Đại học Bách Khoa vì sự thân thiện, nhiệt tình, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua

Cảm ơn những bạn bè đã cùng tôi phấn đấu, chia sẻ kiến thức, tài liệu học tập để tôi thực hiện luận văn này

Kính chúc Quý Thầy Cô thật nhiều sức khỏe Trân trọng kính chào./

TP.HCM ngày 19 tháng 06 năm 2017

Học viên

Lê Minh Nhật

suy theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc”

Trên cơ sở các phương pháp 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 nội suy đường cong 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 tất cả các phương pháp Offset Limit, Chin – Kondner, Decourt, 80% và 90% Brinch Hansen, Fuller & Hoy, Butler & Hoy đều cho ra kết quả dự đoán hợp lý Khi áp dụng với cọc chưa nén đến phá hoại: phương pháp Chin – Kondner, Decourt và 80% Brinch Hansen luôn cho kết quả dự đoán lớn hơn sovới kết quả thí nghiệm; phương pháp Offset Limit, Fuller & Hoy và Butler & Hoy không thể đưa ra dự đoán do cọc chuyển vị nhỏ hay quan hệ tải trọng – chuyển vị không thể hiện sự đột biến về độ dốc Phương pháp De Beer luôn cho kết quả dự đoán nằm dưới khả năng thực tế của cọc, không phù hợp để áp dụng với quy trình nén chậm

Kết quả nội suy của phương pháp Chin – Kondner, Decourt và 80% Brinch Hansen cho kết quả đường cong tải trọng – chuyển vị xấp xỉ với kết quả thí nghiệm Các đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị nội suy có giá trị sử dụng cho thực tế

ABSTRACT “Analysing and evaluating pile load capacity by interpolation methods

based on results of static load tests”

On basis the assessment methods pile load capacity under static load tests, analyzed and evaluated ultimate load capacity as well as internal the load - displacement curve for pile is load testing to fail and non-fail The results showed that Mazurkiewicz method is stability and good ability to evaluating ultimate load capacity with both failed and non-failed piles In case the testing load in enough to ultimate, all methods Offset Limit, Chin - Kondner, Decourt, 80% and 90% Brinch

alway results in greater than actual results; The methods of Offset Limit, Fuller & Hoy, Butler & Hoy can not make predictions because a small movement or the load - displacement curve is not express a mutation in the slope De Beer method always result to predict under the actual pile load capacity, not suitable to apply with Slow Maintained Load Test

The results of the interpolation methods of Chin-Kondner, Decourt and 80% Brinch Hansen show that load - displacement curve approximately with actual results The relationship curve load - displacement interpolation value for practical use

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Bùi Trường Sơn

Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình

Tp.HCM, ngày 19 tháng 06 năm 2017

Học Viên

Lê Minh Nhật

2.5.Phương pháp 80% Brinch Hansen 32

2.6.Phương pháp 90% Brinch Hansen 33

2.7.Phương pháp Mazurkiewicz 34

2.8.Phương pháp Fuller và Hoy 35

2.9.Phương pháp Butler và Hoy 36

2.10.Nhận xét chương 36

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng cọc neo làm hệ phản lực 5

Hình 1.2 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng dàn chất tải và đối trọng làm hệ phản lực 5

Hình 1.3 Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đổi trọng kết hợp cọc neo làm phản lực 6

Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ chuyển vị – thời gian 11

Hình 1.5 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị 12

Hình 1.6 Đường cong tải trọng – chuyển vị thu được từ thí nghiệm O-cell 12

Hình 1.7 Loại một O-cell 13

Hình 1.8 Loại nhiều O-cell (dành cho cọc có tải trọng thí nghiệm lớn) 13

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm một O-cell 14

Hình 1.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 O-cell 14

Hình 1.11 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 15

Hình 1.12 Kết quả của thí nghiệm Osterberg 16

Hình 1.13 Thí nghiệm Osterberg 17

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm thử động biến dạng lớn 21

Hình 1.15 Bước sóng thu được từ CAPWAP 22

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm rung trở kháng cơ học 25

Hình 2.1 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp Offset Limit 27

Hình 2.2 Phương pháp Offset Limit – Đường phá hoại Offset Limit không giao đường cong tải trọng – chuyển vị 28

Hình 2.3 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp Kondner 29

Chin-Hình 2.4 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp De Beer 30Hình 2.5 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp Decourt và biểu đồ kết quả thí nghiệm nén tĩnh tương ứng 31

Hình 2.6 Biểu đồ xác định sức chịu tải giới hạn Qu theo phương pháp 80%

Hình 3.1 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị cọc TP2A-2 39

Hình 3.2 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc TP2A-2 39

Hình 3.3 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc TP2A-2 40

Hình 3.4 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị cọc TP-02 42

Hình 3.5 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc TP-02 42

Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc TP-02 43

Hình 3.7 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc TP2A-2 44

Hình 3.8 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin–Kondner cọc TP2A-2 45

Hình 3.9 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc TP2A-2 45

Hình 3.10 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt cọc TP2A-2 46

Hình 3.11 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 80% Brinch Hansen cọc TP2A-2 46

Hình 3.12 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 90% Brinch Hansen cọc TP2A-2 47

Hình 3.13 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz cọc TP2A-2 47

Hình 3.14 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc TP2A-2 48

Hình 3.15 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Butler & Hoy cọc TP2A-2 48

Hình 3.16 Biểu đồ so sánh sức chịu tải giới hạn cọc TP2A-2 theo các phương pháp 49

Hình 3.17 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc TP-02 51

Hình 3.18 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin – Kondner cọc TP-02 51

Hình 3.19 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc TP-02 52

Hình 3.20 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt cọc TP-02 52

Hình 3.21 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 80% Brinch Hansen cọc TP-02 53

Hình 3.22 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 90% Brinch Hansen cọc TP-02 53

Hình 3.23 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz cọc TP-02 54

Hình 3.24 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc TP-02 54

Hình 3.25 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Butler & Hoy cọc TP-02 55

Hình 3.26 Biểu đồ so sánh sức chịu tải giới hạn cọc TP-02 theo các phương pháp 56

Hình 3.27 Biểu đồ xác định Qu và các điểm nội suy theo phương pháp Chin – Kondner cọc TP2A-2 58

Hình 3.28 Biểu đồ xác định Qu và các điểm nội suy theo phương pháp Decourt cọc TP2A-2 58

Hình 3.29 Biểu đồ xác định Qu và các điểm nội suy theo phương pháp 80% Brinch Hansen cọc TP2A-2 59

Hình 3.30 Biểu đồ nội suy tải trọng – chuyển vị cọc TP2A-2 60

Hình 3.31 Biểu đồ nội suy tải trọng – chuyển vị cọc TP-02 62

Hình 3.32 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị cọc TP2A-1 64

Hình 3.33 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc TP2A-1 64

Hình 3.34 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc TP2A-1 65

Hình 3.35 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị cọc TP-08 66

Hình 3.36 Biểu đồ quan hệ chuyển vị theo thời gian cọc TP-08 67

Hình 3.37 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị theo thời gian cọc TP-08 67

Hình 3.38 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc TP2A-1 68

Hình 3.39 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin – Kondner cọc TP2A-1 68Hình 3.40 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer cọc TP2A-1 69

Hình 3.41 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt cọc TP2A-1 69

Hình 3.42 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 80%Brinch Hansen cọc 1 70

TP2A-Hình 3.43 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz cọc TP2A-1 70

Hình 3.44 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc TP2A-1 71

Hình 3.45 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Butler & Hoy cọc TP2A-1 71

Hình 3.46 Biểu đồ so sánh sức chịu tải giới hạn cọc TP2A-1 theo các phương pháp 72

Hình 3.47 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Offset Limit cọc TP-08 73

Hình 3.48 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Chin – Kondner cọc TP-08 74

Hình 3.49 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp De Beer của TP-08 74

Hình 3.50 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Decourt của cọc TP-08 75

Hình 3.51 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp 80% Brinch Hansen cọc TP-08 75

Hình 3.52 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Mazurkiewicz cọc TP-08 76

Hình 3.53 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Fuller & Hoy cọc TP-08 76

Hình 3.54 Biểu đồ xác định Qu theo phương pháp Butler & Hoy cọc TP-08 77

Hình 3.55 Biểu đồ so sánh sức chịu tải giới hạn cọc TP-08 theo các phương pháp 78

Hình 3.56 Biểu đồ nội suy tải trọng – chuyển vị cọc TP2A-1 79

Hình 3.57 Biểu đồ nội suy tải trọng – chuyển vị cọc TP-08 80

Hình 3.58 Biểu đồ so sánh tải trọng giới hạn cọc TP2A-2 theo các phương pháp dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh được loại bỏ cấp tải trọng cuối gây phá hoại 82

Hình 3.59 Biểu đồ nội suy tải trọng – chuyển vị cọc TP2A-2 với chuyển vị giới hạn 10% D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh được loại bỏ cấp tải trọng gây phá hoại 83

Hình 3.60 Biểu đồ so sánh tải trọng giới hạn cọc TP-02 theo các phương pháp dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh được loại bỏ cấp tải trọng gây phá hoại 85

Hình 3.61 Biểu đồ nội suy tải trọng – chuyển vị cọc TP-02 với chuyển vị giới hạn 10% D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh được loại bỏ cấp tải trọng gây phá hoại 86

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép số liệu 9

Bảng 1.2 Đánh giá cọc phá hoại theo chỉ tiêu chuyển vị giới hạn 10

Bảng 3.1 Thông tin cọc thí nghiệm TP2A-2 37

Bảng 3.2 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đối với cọc TP2A-2 38

Bảng 3.3 Thông tin cọc thí nghiệm TP-02 40

Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm cọc TP-02 41

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả phân tích sức chịu tải giới hạn cọc TP-2A2 49

Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả phân tích sức chịu tải giới hạn cọc TP-02 55

Bảng 3.7 Chuyển vị nội suy từ các phương pháp tương ứng với cấp tải trọng lúc cọc TP2A-2 phá hoại 59

Bảng 3.8 Chuyển vị nội suy từ các phương pháp tương ứng với cấp tải trọng lúc cọc TP-02 phá hoại 61

Bảng 3.9 Thông tin cọc thí nghiệm TP2A-1 63

Bảng 3.10 Tổng hợp kết quả thí nghiệm cọc TP2A-1 63

Bảng 3.11 Thông tin cọc thí nghiệm TP-08 65

Bảng 3.12 Tổng hợp kết quả thí nghiệm cọc TP-08 65

Bảng 3.13Tổng hợp kết quả phân tích sức chịu tải giới hạn cọc TP2A-1 72

Bảng 3.14 Tổng hợp kết quả phân tích sức chịu tải giới hạn cọc TP-08 77

Bảng 3.15 Tổng hợp kết quả phân tích nội suy sức chịu tải giới hạn cọc TP2A-1 tương ứng với chuyển vị 10%D 79

Bảng 3.16 Tổng hợp kết quả phân tích nội suy sức chịu tải giới hạn cọc TP-08 tương ứng với chuyển vị 10%D 81

Bảng 3.17 Tổng hợp kết quả phân tích sức chịu tải giới hạn cọc TP2A-2 dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh đã được loại bỏ cấp tải trọng gây phá hoại 82

Bảng 3.18 Tổng hợp kết quả phân tích nội suy sức chịu tải giới hạn cọc TP2A-2 tương ứng với chuyển vị 10%D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh được loại bỏ cấp tải trọng gây phá hoại 83

Bảng 3.19 Tổng hợp kết quả phân tích sức chịu tải giới hạn cọc TP-02 dựa trên

kết quả thí nghiệm nén tĩnh được loại bỏ cấp tải trọng gây phá hoại 84Bảng 3.20 Tổng hợp kết quả phân tích nội suy sức chịu tải giới hạn cọc TP-02

tương ứng với chuyển vị 10%D, dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh được loại bỏ cấp tải trọng gây phá hoại 85

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Do cấu tạo địa chất có các lớp đất yếu trên bề mặt nên các công trình có tải trọng vừa và lớn thường được thiết kế với biện pháp móng cọc Tải trọng công trình thông qua cọc truyền xuống các lớp đất tốt bên dưới qua sức chịu tải đầu mũi và ma sát bên giữa cọc và đất Việc tính toán đánh giá khả năng chịu tải của cọc chủ yếu căn cứ các đặc trưng cơ lý được xác định từ thí nghiệm trong phòng hoặc các kết quả thí nghiệm hiện trường cũng như tải trọng phần bên trên công trình truyền xuống

Việc chọn lựa kích thước cọc và thi công cọc ở công trường được thực hiện căn cứ kết quả thiết kế Sau khi thi công cọc, để đánh giá chính xác khả năng chịu tải của cọc, các thí nghiệm hiện trường được thực hiện để kiểm tra Các phương pháp này nhằm kiểm tra độ chính xác của các giá trị thiết kế và chất lượng toàn bộ quá trình thi công tại hiện trường Hiện nay ở nước ta, phương pháp nén tĩnh là giải pháp truyền thống được tin cậy và sử dụng rộng rãi Trong thực tế, kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc thường cho thấy đa số các cọc còn làm việc trong phạm vi đàn hồi nên không thể cho phép rút ra các nhận định đúng đắn về giá trị tải trọng giới hạn

Đề tài “Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc bằng phương pháp nội suy theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc” được lựa chọn cho luận văn nhằm tổng

hợp các cơ sở đánh giá khả năng chịu tải từ thí nghiệm nén tĩnh, tính toán áp dụng và phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc căn cứ kết quả thí nghiệm nén tĩnh Ngoài ra, việc phân tích ngược bằng hàm nội suy cho phép so sánh biểu đồ nội suy và thí nghiệm nhằm tìm ra phương pháp phân tích hợp lý Kết quả phân tích có thể là cơ sở để đánh giá mức độ chính xác giá trị sức chịu tải của hồ sơ thiết kế nhằm kiến nghị giải pháp thiết kế hợp lý

Giá trị thực tiễn của đề tài

Hiện nay, phương pháp thì nghiệm nén tĩnh cọc được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam Tuy nhiên, trong tiêu chuẩn xây dựng chỉ kiến nghị một số phương pháp phân

tích kết quả mà không có các chỉ dẫn cụ thể nên có thể có một số phương pháp không áp dụng được Do đó, yêu cầu cần phải phân tích chi tiết hơn về các phương pháp này căn cứ dữ liệu thực tế Việc phân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh nhằm rút ra các nhận xét để khắc phục các nhược điểm của việc xử lý kết quả thí nghiệm, góp phần xây dựng phương pháp kiểm tra sức chịu tải của cọc ở hiện trường có độ tin cậy cao

Mục đích nghiên cứu của đề tài: Đề tài được thực hiện với các mục đích chính như sau:

 Tổng hợp các phương pháp đánh giá tải trọng giới hạn của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

 Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc đạt tải trọng giới hạn và chưa đạt tải trọng giới hạn

 Phân tích ngược bằng hàm nội suy đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị theo các phương pháp, nhằm làm sáng tỏ mức độ tin cậy của các phương pháp phân tích

Phương pháp nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:  Nghiên cứu tổng quan các phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải của cọc ở hiện trường

 Nghiên cứu lý thuyết phương pháp thí nghiệm tĩnh và xây dựng hàm nội suy

 Xây dựng các biểu đồ phục vụ phân tích so sánh theo từng loại hàm nội suy với kết quả thí nghiệm thực tế

Kết quả dự kiến của đề tài:

Đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp phân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc khi cọc đạt trạng thái giới hạn và khi chưa đạt

CHƯƠNG 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐÁNH

GIÁ, KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỌC

Thí nghiệm nén tĩnh cọc ở hiện trường được xem là phương pháp đáng tin cậy để đánh giá khả năng chịu tải giới hạn của cọc 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 Thí nghiệm nén tĩnh cọc đóng vài trò quan trọng là do nó cung cấp sức kháng thực của đất ở hiện trường và là cơ sở đang tin cậy đối với thiết kế

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 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 Kích thủy lực phải bảo đảm các yêu cầu sau:

nghiệm

cộng với biến dạng của hệ phản lực

đặc tính kỹ thuật và phải được vận hành trên cùng một máy bơm

 Chuyển vị cho phép của hệ phản lực bằng 25 mm khi sử dụng cọc neo và 100 mm khi sử dụng dàn chất tải và néo đất

Tấm đệm đầu cọc và đầu kích bằng thép bản có đủ cường độ và độ cứng đảm bảo phân bố tải trọng đồng đều của kích lên đầu cọc

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% Nếu không có điều kiện hiệu chỉnh đồng hồ thì có thể hiệu chỉnh riêng đồng hồ đo áp lực

Chuyển vị đầu cọc được đo bằng 2 đến 4 chuyển vị kế có độ chính xác đến 0,01 mm, có hành trình dịch chuyển ít nhất 50 mm hoặc đủ để đo được chuyển vị lớn nhất theo dự kiến

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 số liệu đo chuyển vị đầu cọc bằng máy thủy chuẩn chỉ được dùng như là số liệu kiểm tra thô

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:

Hình 1.1 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng cọc neo làm hệ phản lực

Hình 1.2 Gia tải bằng kích thủy lực, sử dụng dàn chất tải và đối trọng làm hệ phản

lực

Hình 1.3 Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đổi trọng kết hợp cọc neo

 Khoảng cách từ đầu cọc đến dầm chính phải đủ để lắp đặt kích và thiết bị đo

 Mặt đầu cọc được làm phẳng, vuông góc với trục cọc, nếu cần thiết phải gia cố thêm để không bị phá hoại cục bộ dưới tác dụng của tải trọng thí nghiệm

 Cần có biện pháp loại trừ ma sát phần cọc cao hơn cốt đáy móng nếu xét thấy có thể ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

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 truyển tải trọng dọc trục, chính tâm lên đầu cọc, đồng thời tuân thủ các quy định sau:

 Dàn chất tải được lắp đặt trên các gối kê ổn định, hạn chế tối đa chuyển vị của gối kê

 Dầm chính và hệ dầm chịu lực phải được kê lên các trụ đỡ hoặc các gối kê  Khi sử dụng nhiều dầm chính, các dầm nhất thiết phải được liên kết cứng

với nhau bằng dầm chịu lực, bảo đảm truyển tải trọng đồng đều lên đầu cọc  Việc chất tải trọng phải cân bằng, nhẹ nhàng, tránh các xung lực

 Bố trí neo (cọc neo hoặc néo đất) đối xứng qua trục dọc Khi thí nghiệm cọc xiên, phải thi công neo theo chiều và góc nghiêng của cọc thí nghiệm  Phải lắp đặt sao cho dàn chất tải làm việc đồng thời với neo khi kết hợp

chúng làm hệ phản lực  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, chân của chuyển vị kế được tựa lên dụng cụ kẹp đầu cọc hoặc tấm đệm đầu cọc (hoặc có thể lắp ngược lại)

Khoảng cách lắp dựng các thiết bị được quy định như sau:  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)  Từ cọc thí nghiệm đến điểm gần nhất của các gối kê: ≥ 3D nhưng trong mọi

trường hợp không nhỏ hơn 1,5 m  Từ cọc thí nghiệm đến các gối đỡ dầm chuẩn: ≥ 1,5 m

 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

1.1.3 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 như sau: Đối với cọc thí nghiệm thăm dò: Bằng tải trọng phá hoại hoặc bằng 250%

đến 300% tải trọng thiết kế;  Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra: Bằng 150% đến 200% tải trọng thiết kế  Quy trình gia tải tiêu chuẩn được thực hiện như sau:

+ 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 mền đến dẻo chảy) nhưng không quá 2 giờ Giữ cấp tải trọng lớn nhất cho đến khi chuyển vị đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc theo phương án thí nghiệm được duyệt

+ 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 Nếu có yêu cầu thí nghiệm chu kỳ thì thực hiện theo quy trình gia tải sau:

 Chu kì thứ nhất: gia tải đến tải trọng quy định (thông thường đến 100% tải trọng thiết kế), sau đó giảm tải về 0 Giá trị mỗi cấp gia tải, giảm tải và thời gian giữ tải như quy trình gia tải tiêu chuẩn

 Chu kì thứ hai: gia tải lại đến cấp tải cuối của chu kì thứ nhất, thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 phút, tiếp tục gia tải đến cấp tải cuối của chu kì thứ hai, sau đó giảm tải về 0 như chu kì thứ nhất

 Gia tải các chu kì tiếp theo được lặp lại như ở chu kì thứ hai đến tải trọng phá hoại hoặc tải trọng lớn nhất theo dự kiến, theo nguyên tắc cấp tải cuối của chu kì sau lớn hơn chu kì trước đó

Không phụ thuộc vào mục đích thí nghiệm, 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 Có thể đo các giá trị dịch chuyển ngang của đầu cọc, chuyển dịch của hệ phản lực hoặc của dầm chuẩn khi có yêu

cầu

Bảng 1.1 Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép 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 1 giờ 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:  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;

 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;  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

Tổng thời gian thí nghiệm, phải thường xuyên quan sát và theo dõi tình trạng cọc thí nghiệm, độ co giãn của cần neo đất hoặc của thép liên kết cọc neo với hệ dầm chịu lực, độ chuyển dịch của dàn chất tải để kịp thời có biện pháp xử lí

Cọc thí nghiệm thăm dò được xem là bị phá hoại khi:  Tổng chuyển vị đầu cọc vượt quá 10% đường kính hoặc chiều rộng tiết diện

cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của cọc khi cần thiết; hoặc vật liệu cọc bị phá hoại

Bảng 1.2 Đánh giá cọc phá hoại theo chỉ tiêu chuyển vị giới hạn

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

Brinch Hansen Thụy Điển

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

mm

Cọc khoan nhồi chống

Cọc có L/D từ 80 đến 100

Trung Quốc

Cọc thí nghiệm kiểm tra được xem là không đạt khi:  Cọc bị phá hoại;

 Tổng chuyển vị đầu cọc dưới tải trọng thí nghiệm lớn nhất và biến dạng dư của cọc vượt quá quy định nêu trong phương án thí nghiệm

Thí nghiệm được xem là kết thúc khi:  Đạt mục tiêu thí nghiệm theo phương án thí nghiệm;  Cọc thí nghiệm bị phá hoại

Thí nghiệm phải tạm dừng nếu phát hiện thấy các hiện tượng sau đây:  Các mốc chuẩn đặt sai, không ổn định hoặc bị phá hỏng;

 Kích hoặc thiết bị đo không hoạt động hoặc không chính xác;  Hệ phản lực không ổn định

Thí nghiệm bị hủy bỏ nếu phát hiện thấy:  Cọc đã bị nén trước khi gia tải;

 Các tình trạng phải dừng thí nghiệm nêu trên không thể khắc phục được

Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ chuyển vị – thời gian

Hình 1.5 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị

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 Đường cong tải trọng – chuyển vị thu được từ thí nghiệm O-cell

Hình 1.7 Loại một O-cell

Hình 1.8 Loại nhiều O-cell (dành cho cọc có tải trọng thí nghiệm lớn) 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 (cọc bị phá hoại ở thành hoặc ở mũi) 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

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm một O-cell

Hình 1.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 O-cell

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 Chu kỳ tải trọng và thời gian duy trì cho từng cấp tải có thể thực hiện dễ dàng qua đó có thể xác định các thông số từ biến Ngoài những ưu điểm trên, thí nghiệm còn có những ưu điểm vượt trội khác: 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 1.11 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 1.12 Kết quả của thí nghiệm Osterberg 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

Hình 1.13 Thí nghiệm Osterberg

1.3 Phương pháp thí nghiệm động 1.3.1 Thí nghiệm thử động và sử dụng các công thức động

Thí nghiệm thử động thường được sử dụng để xác định sức chịu tải của cọc đơn thông qua sức kháng chủ yếu ở đầu mũi

Nguyên lý thí nghiệm dựa trên cơ sở ứng dụng định luật Newton với giả thiết cọc là vật cứng, lực cản của đất tập trung ở mũi cọc Sau thời gian ổn định sau khi thi công, dùng thiết bị đóng cọc tác động lên đầu cọc, năng lượng đóng búa bằng tổng năng lượng cọc chống lực cản của đất R sinh ra độ xuyên e và tổn thất năng

Trong đó: c – Hệ số tổn thất năng lƣợng, bao gồm tiêu hao năng lƣợng phi đàn

hồi của đất, tổn thất năng lƣợng đóng búa lệch tâm, nén đàn hồi của cọc và va đập bán đàn hồi giữa búa và cọc

Hệ số tổn thất năng lƣợng rất khó dự tính chính xác, do đó đã có nhiều công thức kinh nghiệm khác nhằm xác định sức chịu tải thực tế và theo từng vùng

Các hệ số c1, c2, c3 xác định bằng bảng tra  Công thức đóng cọc động lực Hiley cải tiến

bị phân tích đóng cọc có thể đo đƣợc năng lƣợng xung kích lớn nhất trên

Sử dụng công thức tính năng lƣợng xung kích có thể tránh đƣợc hệ số

)1(;

ek

WHk

RQecWH



Pr

Pr

ru

WW

WnWce

HWQ



2/







hiệu quả búa đóng cọc , hệ số hồi phục n và giá trị biến dạng đàn hồi mũ cọc c

Sức chịu tải giới hạn của cọc:

 Công thức đóng cọc động lực Gersevanov









cdcn

fpu

WWW

WWnWekA

EnFM

Q

Trong đó :

c – độ chối đàn hồi của cọc, xác định bằng máy đo độ chối, m W – trọng lƣợng phần rơi của búa, T

0 ( )max

0





2max

ce

EQu













)2(

)(812

21

f

ffu

WW

Wc

e

ceEc

eceQ

Độ chính xác của phương pháp thí nghiệm này rất 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

1.3.2 Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA)

Thí nghiệm thử động biến dạng lớn 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 Xác định sức chịu tải của cọc theo những chiều dài khác nhau của cọc 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

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

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

)(24

1

hHgWW

WA

nAn

cs

h

P









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:

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

Thiết bị ghi, biến đổi và phân tích số liệu

Hình 1.14 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 4 Đầu đo ứng suất ;4A Máy đo ứng suất

5 Thiết bị phân tích (máy vi tính và phần mềm) 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 1.15 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

nay có thể gây ra tiếng ồn và chấn động ảnh hưởng các công trình lân cận

1.3.3 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:

Vận tốc truyền sóng và chiều dài cọc :

fL

FV

fE

/2

Tần số của dao động cơ bản:

Sức chịu tải cho phép của cọc:

aDas

Đánh giá chi tiết tình trạng chất lƣợng 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 1.16 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

1.4 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 đo 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

Việc áp dụng các phương pháp thí nghiệm để đánh giá sức chịu tải cọc phụ thuộc vào điều kiện địa chất khu vực, mặt bằng, khả năng thi công của nhà thầu và tính kính tế cũng như tầm quan trọng của dự án Ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới, việc áp dụng thí nghiệm nén tĩnh đã trở nên phổ biến và là phương pháp thông dụng nhất được áp dụng để đánh giá sức chịu tải cọc

Như vậy, để có thể rút ra các nhận định về mức độ tin cậy của kết quả thí