Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích ảnh hưởng kích thước trong tính toán khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm xuyên tĩnh

Dựa trên kết quả từ thí nghiệm thử tải động PDA và kết quả tính toán sức chịu tải củacọc từ thí nghiệm xuyên tĩnh dé phân tích hiệu ứng kích thước của cọc tới sứckháng ma sát thành và sứ

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

NGUYEN VAN VUONG

PHAN TICH ANH HUONG KICH THUOC

TRONG TINH TOAN KHA NANG CHIU TAI CUA COC

TU THI NGHIEM XUYEN TINHChuyén nganh : DIA KY THUAT XAY DUNG

Mã sé ngành : 60.58.60

TP HO CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINHCán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS BÙI TRƯỜNG SON

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS TRAN XUAN TH cccecceeceeeeeeesseesseeeeeeeesCan bộ cham nhận xét 2: TS DO THANH HẢI 2-2 S222 3e S2E+E£E£eE+Esszsz2

Luan văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCM

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 .GS TSKH LE BA LƯƠNG - 2 SE SE SE E1 1211211111111.2 PGS TS CHAU NGỌC ẨN LH H1 E11 111111111111 11 111kg3 TS BÙI TRUONG SƠN - - c2 121 1 121 1101111121110101 0121101 do4 TS TRAN XUAN TT HỌO tt E11 HT 1E gEgggggryg5 TS DO THANH HAL 5-2 5-5252 E5EEEE E5 E13 1151511211511 111k.Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngànhsau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

Chú tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

TRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA CỘNG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2011

—-0Q0 -NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYÊN VĂN VƯƠNG Phái: NAMNgày, tháng, năm sinh: 10-03-1986 Nơi sinh: THÁI BÌNHChuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã ngành: 60.58.60MSHV: 10090347

1 TÊN DE TÀI: PHAN TICH ANH HUONG KÍCH THƯỚC TRONG TÍNHTOAN KHA NANG CHIU TAI CUA COC TU THI NGHIEM XUYEN TINH2 NHIEM VU LUAN VAN:

Tông quan về các két quả nghiên cứu vệ anh hưởng cua kích thước coc tới sứckháng bên và sức kháng mũi tính từ kết quả thí nghiệm CPTu.

— Xác định khả năng chịu tai của các loại cọc có đường kính khác nhau thông quakết quả từ thí nghiệm CPTu.

— So sánh sức kháng mũi đơn vị được tính từ thí nghiệm CPTu và từ kết quả thínghiệm PDA.

— So sánh sức kháng ma sát bên đơn vị được tính từ thí nghiệm CPTu va từ kết quảthí nghiệm PDA.

Kết luận, kiến nghị và hướng nghiên cứu.3 NGÀY GIAO NHIEM VU : 03-06-20114 NGAY HOAN THANH NHIEM VU : 30-11-20115 HO VA TEN CAN BO HƯỚNG DAN: TS BÙI TRUONG SƠN.Nội dung và dé cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.CÁN BO HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘMÔN ~~ KHOA QL CHUYEN NGANH

(Họ tên và chữ ký) QUAN LÝ CHUYỂN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS Bùi Trường Sơn PGS.TS Võ Phán

LỜI CÁM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Phân tích ảnh hưởng kích thước trong

tính toán kha năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm xuyên tinh ” được thực hiện

dựa trên những kiến thức và hiểu biết được thu thập trong quá trình học tập cũngnhư thông qua các số liệu thực tế Dựa trên những số liệu thu thập, quan trắc ngoài

hiện trường có hạn cùng với vốn kiến thức ít oi và khoảng thời gian không được

nhiều, tuy nhiên, được sự giúp đỡ của các Thay, các ban ma luận van đã được hoàn

thành đúng hạn.

Em xin gửi lời tri ân sâu sắc nhất đến Thầy Bùi Trường Sơn, người đã nhiệttình hướng dẫn, truyền thụ những kiến thức quý báu cũng như động viên vàkhuyên khích em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Xin gửi lời cảm ơn đến quý Thay Cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng, những ngườitruyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình

học tập tại trường.Em cũng không quên gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sac đên các bạn bèđông nghiệp và công ty NewCC cũng như các bạn bè khác, băng cách này haycách khác, dù ít dù nhiêu, đã tạo điêu kiện giúp đỡ em về thời gian, vê công việc,vê các sô liệu quan trac thực tê đê em có thê hoàn thành được luận van này.

Dau luôn biết rang biên học là mênh mông, với von kiến thức có hạn, bé nhỏ

của mình, cùng với khoảng thời gian ngăn, vi vậy, chắc chắn luận văn không thé

tránh khỏi các sai sót cũng như chưa nghiên cứu hết các khía cạnh của vấn đề.Nhưng thông qua luận văn này, em được rèn luyện về cách tư duy, cách đặt vẫn

đề, đánh giá và giải quyết các van dé kỹ thuật gặp phải trong thực tế sản xuất Em

hi vọng, những kiến thức thu góp được trong quá trình học cùng với việc khôngngừng hoc hỏi, tìm tòi thêm sẽ là hành trang quý giá trong nghé nghiệp của ban

thân sau này.

Trân trọng!Học viên

Nguyễn Văn Vương

TÓM TẮT

PHAN TÍCH ANH HUONG KÍCH THƯỚC TRONG TINH TOÁN KHẢ

NANG CHIU TAI CUA COC TỪ THÍ NGHIEM XUYEN TĨNHKhi dong, ép coc lam cho dat xung quanh coc bi chiém ché, mét phan thé tichcủa đất bi nén chặt lại do đó phan lực ngang tác dụng lên cọc tăng lên góp phanlàm tăng sức kháng bên của cọc Kích thước cọc càng lớn thì thê tích đất bị chiếmchỗ càng nhiều và đất càng bị nén chặt Vì vậy, sức chịu tải thực tế của cọc sau khiđóng, ép thì có sự khác biệt với kết quả tính trực tiếp từ thí nghiệm CPTu Dựa

trên kết quả từ thí nghiệm thử tải động PDA và kết quả tính toán sức chịu tải củacọc từ thí nghiệm xuyên tĩnh dé phân tích hiệu ứng kích thước của cọc tới sứckháng ma sát thành và sức kháng mũi Kết quả nghiên cứu, tính toán giúp các kỹ

sư có thê đánh giá đúng đắn hơn khi ước lượng sức chịu tải của cọc đóng, ép từ kết

quả thí nghiệm xuyên tĩnh CP Tu.

ABSTRACTANALYZE THE GEOMETRY EFFECT IN PREDICTING THE PILEBEARING CAPACITY BY ELECTRIC CONE PENETRATION TEST

When install the pile in the ground making the soil around the pile be takenthe place and make the soil compacted partly, thus, soil’s horizontal pressureacting along the pile surface increasing, therefore sleeve friction force of pileincrease The bigger dimension of pile, the more compacted soil and the moreincrease sleeve friction force Therefore, having a difference between the pilebearing capacity predicted by electric cone penetration test and PDA results Thedifference called geometry effect Geometry effect analysised base on PDA resultand pile bearing capacity by CPTu Thesis’s aim give a geometry effect to sleevefriction and toe base in oder to helping geotechnical engineer when predict the pilebearing capacity.

MỤC LỤC

9617.103535 1

CHUONG 1 ANH HUONG CUA VIEC HA COC VA HIEU UNG KICH0:09 4

1.1 ANH HUGNG CUA VIỆC DONG (EP) COC DOI VỚI ĐẤT NẺN 4

1.2 ANH HUGNG CUA VIỆC DONG (EP) COC VÀO TRONG DAT DINH 5

1.3 ANH HUGNG CUA VIỆC DONG (EP) COC VÀO TRONG DAT RỜI 10

1.4 CAC HIEU UNG KÍCH THƯỚC TRONG QUA TRINH XUYEN TĨNH VÀANH HUONG CUA CHUNG LÊN DAC TRUNG SUC KHANG XUYEN 12

1.4.1 Hiệu ứng của độ sâu xuyên và đường kính cone Az/D ‹- - 12

1.4.2 Hiệu ứng của đường kính mũi xuyên và kích thước hạt D/dao 131.4.3 Hiệu ứng kích thước gitta mỗi Xuyên Va CỌC ca 151.4.4 Đánh giá hiệu ứng kích thước từ sức kháng TũI - 5555 s< s3 181.4.5 Đánh giá hiệu ứng kích thước từ sức kháng ma sắt 55+ 5+ 19

1.5 NHẬN XÉT CHƯNG 2-5-5222 1222212 12212157111211121111111 1T 20CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NANG CHIU TAI

TAI TỪ KET QUA THÍ NGHIEM CPT, TP TUu < 5-5 << «<< <es 21

2.1 SƠ LƯỢC VE LICH SỬ PHÁT TRIEN CUA PHƯƠNG PHAP THÍNGHIỆM XUYEN TĨNH - 52-52 S22 SEEEE12E5 12712171115 11E1111121 111.11 cxe 212.2 CAC THONG SỐ THÍ NGHIEM XUYEN CO CPT VÀ XUYEN ĐIỆN

2.4 THÍ NGHIỆM THU ĐỘNG BIEN DANG LỚN PDA 2-c2cccccce2 35

2.4.1 Mục đích thí nghiệm - - - E22 111131 2111111118811 111 1g vn ven 35

-

11-2.4.2 Nguyên lý của thí nghiỆm - 2c c2 222131111551 1E EEEEEsEreevke 36

2.4.3 Ưu điểm và khuyết điỂm - - 5s SE TT TT Ty 38

2.4.4 Nguyên lý truyền sóng ứng suất trong hệ cọc có sức kháng bên và sức

KHAN MU 0017 ccccessecceceeescecececesececeeseeseeeeceseseeeeeceesseececeseaeeeseeeeesseseeeneaas 38

2.5 MO HINH CAPWAP (CASE PILE WAVE ANALYSIS PROGRAM) 39

2.5.1 Mô hình COC - - 2c SH TT net 40

2.5.2 Mô hình đất nên -5scc2tt tr tre 4

2.5.3 Giải thuật tính toán mô hình CAPWAPP Q TL nghe 42

1.6 KET LUAN CHUONG c 44CHUONG 3 DANH GIA HIEU UNG KICH THUOC TRONG TINHTOÁN KHẢ NANG CHIU TAI CUA COC TU THÍ NGHIEM XUYEN

TĨNH CPTu VÀ KET QUA THU ĐỘNG PDA 5- <5 5 se 5s Sscsesscses 45

3.1 TONG QUAN VỀ SỐ LIEU THU THẬP PHUC VỤ ĐÁNH GIÁ PHAN

TICH HIEU UNG KICH THUGC TRONG TINH TOAN KHA NANG CHIU

TAI CUA COC viccececsccsscsscsscscssesssssescsscsvcsessssvsscssessesesssavsssssesvssesseassesssesssssseavsseenseesee 45

3.2 DANH GIÁ HIEU UNG KÍCH THƯỚC CHO COC ONG D400, D800THEO KET QUA THI NGHIEM XUYEN TINH CPTu KHU VUC CANG

0000109510192 463.2.1 Giới thiệu về công trình và điều kiện địa chất công trình cảng Hiệp

11 463.2.2 Tính toán ap dung cho cọc D400, D§00 c Scnsssserre 513.2.2.1 Tính toán khả năng chịu tải CỦa CỌC - 2c cSSSsSccrsssey 51

3.2.2.2 Kết qua thử tải động PDA của COC eeeececcecseesssssesesceesessvseseeavevevens 58

3.2.2.3 Kết quả thử tải tinh cla CỌC - 5+ EekeEEEEEeErkrkrkerered 60

3.2.3 Tông hợp kết quả và phân tích hiệu ứng kích thước của cọc tới sức

kháng mũi và sức kháng ma Sắt c2 c0 22220 11311111 11 111 1v vn vàn 62

3.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU ỨNG KÍCH THƯỚC CHO CỌC ÔNG D400, CỌC

VUÔNG 500x500 THEO KET QUA THÍ NGHIỆM XUYEN TĨNH CPTu KHU

VỤC NHÀ MAY KHÍ - ĐIỆN — DAM CA MAU - -+cvscrrrrrirrrrrree 74

3.3.1 Giới thiệu về công trình và điều kiện địa chất công trình cụm nhà máy

Khí — Điện — Dam Cà Mau - - 2< 2 2 2+ 2 2 x11 1 xxx ve rerer 74

il

-3.3.2 Tinh toán ap dung cho cọc D400, S00K500 cece cccscccceceeseseeeeeeeennees 793.3.2.1 Tinh toán khả năng chịu tải CỦa CỌC - 2-5 cày 79

3.3.2.2 Kết quả thử tải động PDA của CỌC SG snccxeererrkekerred 83

3.3.2.3 Kết quả thử tải tinh cla CỌC 5+ kề ExkekeEEEEEkeEerkrkrkrered 88

3.3.3 Tổng hợp kết quả, phân tích hiệu ứng kích thước của cọc tới sức

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tàiMóng cọc là loại móng phổ biến được sử dụng từ lâu trong xây dung các

công trình Biện pháp móng cọc cho công trình có tải trọng lớn, đặc biệt với

những khu vực có cau tạo địa chất phức tap hay có lớp đất yêu trên bề mặt như

khu vực thành phô Hồ Chí Minh và khu vực lân cận.

Việc tính toán khả năng chịu tải cho cọc dựa trên các thí nghiệm hiện trường

thường cho kết quả đáng tin cậy Trong đó, việc sử dụng các thông số của kếtqua thí nghiệm xuyên CPT, CPTu dé đánh giá khả năng chịu tải của coc phản

ánh gần đúng bản chất của việc hạ cọc trong đất, giúp cho kết quả tính toán thiếtkế khả năng chịu tải của cọc tương đối gần với kết quả thử tải thực tế.

Dữ liệu thu thập được từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh được thé hiện dưới

dạng biểu đồ sức kháng mũi xuyên đơn vị và ma sát hông đơn vi theo độ sâu.Các biểu đồ này cho phép phân chia các đơn nguyên địa chất công trình (các lớp

đất ) khá chính xác Ngoài ra, giá trị sức kháng xuyên kết hop với các đữ liệukhảo sát còn cho phép phân loại đất cũng như đánh giá cường độ của đất theo độ

sâu và giúp phát hiện các lớp thấu kính rất mỏng mà thí nghiệm khoan lấy mẫu

thường không phát hiện được.

Cho đến nay, thiết bị thí nghiệm xuyên tĩnh đã được cải tiễn nhiều lần nên

cho phép thu nhận được các kết quả sức kháng xuyên đáng tin cậy Nếu thí

nghiệm xuyên tĩnh CPT là thì nghiệm đơn giản, tiến hành nhanh chóng, kinh tếthi sau khi cải tiễn có thé đo được đồng thời sức kháng mũi, ma sát bên và áp lực

nước lỗ rỗng vì vậy đã làm tăng độ chính xác trong phân chia địa tầng, đánh giáđặc trưng về cường độ và biến dạng của đất.

Tổng hợp với các kết quả thực nghiệm khác, sau khi thu thập và phân tích sốlượng lớn các kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh, nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng

kết quả này như là các thông số phục vụ tính toán thiết kế nền móng công trình.Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy trong quá trình đóng, ép thì đất xung

quanh cọc bị nén chặt lại, vùng ảnh hướng xung quanh cọc trong quá trình đóng,ép là 1,5 D — 2D, của vùng dưới mỗi cọc là 5D — 8D, với D là đường kính cọc.

Cọc có kích thước càng lớn thì vùng ảnh hưởng và xáo trộn xung quanh và dưới

mũi cọc càng rộng, do đó, làm thay đôi các đặc trưng cơ lý và ảnh hưởng khảnăng chịu tải của đất xung quanh và dudi mũi coc ảnh hưởng đến sức chịu tải

cua coc

Có thé sử dung kết qua thí nghiệm xuyên tĩnh dé đánh giá khả năng chịu taicủa cọc có xét đến hiệu ứng kích thước Thực vậy, sự khác biệt đáng kê giữakích thước cọc và kích thước mũi xuyên và vỏ xuyên có thể ảnh hưởng lên giá trị

sức kháng don vi khi cọc chịu luc dọc trục.

Nhằm tính toán các thông số đất dựa trên kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh mộtcách hợp lý cho môi trường địa chất của khu vực và xem xét ảnh hưởng của kíchthước cọc lên sức kháng ma sát của đất xung quanh cọc, chúng tôi lựa chọn đề

tai: “Phân tích ảnh hưởng kích thước trong tính toán kha năng chịu tải củacọc từ thí nghiệm xuyên tinh” cho luận văn.

Ý nghĩa khoa học của đề tàiViệc sử dụng kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh ngày càng được sử dụng rộng rãitrong thiết kế nền móng công trình, do đó đòi hỏi phải đánh giá lại một cách can

thận các tương quan giữa sức kháng ma sát của thiết bị xuyên và sức chịu ma sátcủa cọc khi mà các cọc có đường kính khác nhau được đóng, ép vào trong đất.

Việc phân tích kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh theo điều kiện địa chất cụ thể và

kết quả thử cọc PDA (cho phép đánh giá ma sát thành và sức kháng mũi) với loạicọc có kích thước khác nhau giúp làm rõ thêm mối tương quan và khả năng chịutải của cọc Từ đó, cho phép xác định ảnh hưởng của kích thước cọc lên kết quả

tính toán thiết kế.Mục tiêu nghiên cứu của đề tàiSử dụng trực tiếp kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh trong công tác thiết kế nềnmóng dé tính toán sức kháng ma sát va sức kháng mũi của coc cho các cọc cóđường kính khác nhau, sau đó so sánh với kết quả thử tải tĩnh thực tế của các cọc

từ đó tìm ra hệ số tương quan do ảnh hưởng của hiệu ứng kích thước lên sức chịu

ma sát cũng như sức kháng mỗi của cọc.

-3-Cơ sở và phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp phân tích trên cơ sở lý thuyết về khả năng nén chặt của đất xungquanh cọc trong quá trình thi công: sự thay đổi trạng thái ứng suất — biến dang

của đất xung quanh cọc cũng như mũi cọc sau khi thi công.

So sánh, đánh giá sự ảnh hưởng của kích thước cọc lên khả năng chịu tải cua

CỌC.Cơ sở dữ liệu phục vụ đề tài được thu thập từ số lượng lớn kết quả thí nghiệm

xuyên tĩnh CPT và CPTu, kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh cọc cũng như kết quảxác định khả năng chịu tải từ thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA - Pile

dynamic analysis).

-4-CHƯƠNG 1 ANH HUONG CUA VIỆC HA COC VÀ HIỆU UNG

KICH THUOC

1.1 Ảnh hưởng của việc đóng (ép) cọc đối với dat nền

Khi đóng (ép) cọc vào trong đất sẽ gây cho đất xung quanh cọc bị xáo trộn vàlèn ép bởi vì thê tích đất bị cọc chiếm chỗ Việc đất bị lèn ép này sẽ làm cho đất

xung quanh cọc bị thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng, đồng thời làm cho áplực nước lỗ rỗng thặng dư xung quanh cọc tăng nhanh, sau đó áp lực nước này

thoát dan đi làm tăng khả năng chịu tải của cọc Coc càng có đường kính lớn thi

thê tích xung đất bị chiếm chỗ càng nhiều do đó mức độ lèn ép của đất càng tăng

vì vậy mà ảnh hưởng của kích thước cọc tới đất càng nhiều Cọc chèn ép đấtcàng nhiều thì đất cũng càng bó chặt vào cọc và càng làm tăng khả năng chịu tải

của cọc.

Hình 1.2 Đá xưng quanh cọc bị xáo trộn và nén ép một phan sau khi ép (đóng)

Chiều dài của cọc khác nhau, do đó mà cọc có thê xuyên qua các lớp đất khác

nhau thì mức độ ảnh hưởng của việc lèn ép xung quanh đất với các loại đất khác

nhau cũng khác nhau Khi cọc đóng (ép) vào đất cát, do hệ số thâm của đất cátkhá lớn do đó mà áp lực nước lỗ rỗng thặng dư sẽ tiêu tán nhanh, đất sẽ mauchóng phục hồi và làm tăng sức chiu tải của cọc một cách nhanh chóng Đối với

cọc đi qua khu vực đất mềm yếu, đất sét nhạy, thi khi đóng ép vào đất làm cho

đất bị chiếm chỗ, nhanh chóng giãn ra xung quanh sau đó phục hồi và lèn ép vào

cọc làm tăng khả năng chịu tải của cọc Việc phục hồi này phụ thuộc vào loại

đất, mức độ xáo trộn cũng như tốc độ hạ cọc vào trong đất.1.2 Anh hưởng của việc đóng (ép) cọc vào trong đất dính [14]

Khi đóng (ép) cọc vào trong đất dính bão hòa nước, do thé tích chiếm chỗ củacọc mà đất xung quanh cọc bị lèn ép và dịch chuyển ra xa tim cọc, thể tích của

cọc cảng lớn thì khối đất này dịch chuyền càng nhiều và các phan tử đất này càng

dịch chuyên ra xa thân cọc Nhưng khi áp lực nước lỗ rỗng này thoát đi thì khốiđất xung quanh cọc bắt đầu phục hồi và làm cho áp lực ép ngang vào coc tăng

lên đáng kê vi cọc được hạ vào trong dat yêu hau hét là cọc ma sat do đó việc

-6-phục héi của đất xung quanh cọc có ý nghĩa đáng kể khi làm tăng khả năng masát của cọc Kích thước cọc khác nhau thì vùng ảnh hưởng của đất xung quanhcọc khác nhau vì thế mà mức độ tăng áp lực ngang của đất đối với thân cọc cũng

khác nhau làm cho ma sát ảnh hưởng đến cọc cũng khác nhau.

Xét một cây cọc khi đóng vào tầng đất yếu bão hòa nước Hình (1.3) mô tảảnh hưởng của cọc tới đất xung quanh.

Hình 1.3 Dat xung quanh cọc bị lèn ép và chuyển dich ra xa tim cocBan đầu đất ở vị trí BCDE sau đó bị chuyển dich sang vi trí B’C’D’E’ hoặc

từ FGHJ sang F’G’H’J’ Dat càng ở xa tim cọc thì càng bị đây ra xa do đó cọc cókích thước càng lớn thì vùng đất xung quanh càng bị ảnh hưởng do xáo trộnnhiều thì sức kháng ma sát giữa đất và cọc càng tăng lên.

Khi đóng ép cọc vào trong đất bão hòa nước với tốc độ khá nhanh do đó làmcho đất xung quanh cọc bi dich chuyên ra xung quanh mà không bị nén lại hoặc

thể tích đất chỉ bị nén lại rất ít.

Sau khi đóng ép cọc xong đất xung quanh cọc bắt đầu phục hồi và làm tăngkhả năng chịu tải của cọc Đất sét càng có độ nhạy lớn càng có khả năng phục

hồi càng nhanh thì sức kháng ma sát càng mau chóng đạt được giá trị lớn Hình

(1.4) mô phỏng sự thay đổi độ bên cắt của đất xung quanh cọc theo thời gian khi

mà cọc được hạ vào trong đât.

wy O's©

© G

= I Lm

© L—i© sĩ

Q , `

|| e ›

||

hòa nước Sự thay đôi của độ bên cắt của dọc theo chiều dai cọc va khoảng cách

theo phương ngang cọc được thê hiện như hình obcd, trong đó o là gốc tạo độ.Đường A thé hiện độ bên cắt trước khi đóng cọc và cũng là thê hiện độ bên

của đất sét khi còn nguyên dạng chưa bị xáo trộn Độ bèn tại điểm b nào đó cách

o một khoảng là đường be.

Ngay sau khi đóng cọc, độ bên cắt biéu thị bằng đường B, sức khang cắt giảmdan tir phía gần cọc ra xa tim cọc Trước khi đóng cọc đất ở điểm a, thì sau khiđóng cọc đất dịch chuyển đến điểm o, còn điểm o thi dich chuyển đến điểm f,ban dau sức khang cắt của đất nguyên dang là đoạn od thì lúc mới đóng cọc xongsức kháng cắt chỉ còn là oe, giảm đi một lượng đáng kê.

Sức kháng cắt của đất bị giảm đáng kể, cộng với ngoại lực bên ngoài do épcọc đã chuyên thành thành áp lực nước lỗ rỗng thang dư, vì vậy mà trong vùngđất bao xung quanh cọc áp lực nước lỗ rộng thặng dư khá cao Khi nước lỗ rỗngthing du này thoát đi sẽ làm cho đất xung quanh cọc được cô kết và trở nên chặt

-§-hơn, đất nở ra và nén chặt vào thân cọc làm cho ma sát bên dọc thân cọc tăng lên

khá nhanh Đoạn oh và oJ thé hiện độ tăng sức kháng ma sát của cọc theo thời

gian Đường C và D thê hiện sự thay đổi sức kháng ma sát theo phương bán kínhcủa cọc, trong vùng xáo trộn càng ra xa cọc sức kháng cắt của cọc bị giảm do khinước thoát đọc theo thân cọc làm cho vùng đất này bị nở ra.

Biéu đồ áp lực nước theo độ sâu

trong thời gian khoảng 9 tháng thì độ bền không thoát nước hoàn toàn có thé trởlại giá trị ban đầu (Orrje & Broms (1967)).

Yang 190' Burton Quay

70Ì- Yang 220'

Phan trăm tai trọng lớn nhất100 | |05 | 10 100 1000

Thời gian (h)

Hình 1.6 Sw gia tang sức chịu tải cua cọc theo thoi gian (theo Soderberg 1962)

Thêm vào đó, su phân tán áp lực nước lỗ rỗng đồng nghĩa với độ tăng cườngđộ của đất sau khi đóng cọc phụ thuộc vào mức độ phục hồi của đất Trên hình1.6, Soderberg cho thấy sự gia tăng sức chịu tải cực hạn theo thời gian, đồng

nghĩa với sự gia tăng sức chống cắt của đất.Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tăng rất nhanh sau khi đóng cọc, trong nhiềutrường hợp ở lân cận của cọc giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư còn lớn hơn cả

ứng suất hữu hiệu của đất Trên hình (1.7) có một số giá trị áp lực nước lỗ rỗng

thang du băng 1+ 2 lần ứng suất hữu hiệu (Lambe & Horn 1965, Orrije & Broms

1967, Polous & David 1979, D’Appolonia & Lambe 1971) Thậm chí ở vùng

mũi cọc, giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư gấp 3 + 4 lần giá trị của ứng suấthữu hiệu Tuy nhiên giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư này giảm nhanh chóng

theo khoảng cách tính theo phương bán kính của cọc Vùng ảnh hưởng của áp

lực nước lỗ rỗng phụ thuộc vào loại đất, đất sét càng có độ nhạy lớn thì khoảngcách ảnh hưởng càng lớn Tuy nhiên, vùng ảnh hưởng lớn nhất tính từ tim cọc

bang khoảng 30 lần bán kính của cọc.

ma: Ậ D e — Đường cong trung bình cho sét biển nhạy

Cọc được hạ trong đất cát thường dùng biện pháp đóng vì vậy làm cho đất cát

trở nên chặt hơn và tăng ứng suất ngang xung quanh cọc.

Khi cọc được đóng vào trong đất cát làm cho cát trở nên chặt đáng kể vớikhoảng cách của vùng ảnh hưởng tinh từ tim coc là 8 lần đường kính tinh từ timcọc Kết quả của việc làm tăng độ chặt là góc ma sát cũng tăng từ đó dẫn tới lựckháng ma sát dọc theo thân cọc cũng tăng lên Đất bị chuyển vị ngang nén ép lẫnnhau và làm tăng ứng suất ngang tác dung vào trong cọc Horn (1966) đã tông

kết một số kết quả nghiên cứu về sự tăng ứng suất ngang hiệu quả (G›) tác dụnglên cọc trong đất cát như bảng sau.

(b) o', =0.8Ø', (b) Thử cọc

Henry (1956) o',=K,o', =3.0', Ly thuyét

Irelan (1957) o',=Ko', =(1.75+3)o', Ly thuyét

o', = 0.80", ; cat rời Phân tích số liệu

Meyerhof (1951)

o', =0.80',; cat chặt ngoài hiện trường

Masur & Kaufman| o',=Ko', Phan tích số liệu(1958) K = 0.3 (kéo), K = 0.6 (nén) ngoài hiện trường

Giá trị trong bảng trên thé hiện sự biến động lớn của giá trị ứng suất ngang

tác dụng lên cọc sau khi cọc đóng vào trong cát, tuy nhiên theo Lambe &Whitman (1969) thi giá trị hợp ly của K là từ I> 2.

Quá trình đóng cọc làm cho đất xung quanh cọc và đưới mũi cọc bị xáo trộn

lớn, làm cho áp lực nước lỗ rỗng thang dư tăng lên đáng kê Ngoài ra đất xung

quanh cọc bị chèn ép khi hạ cọc vào trong đất sau một thời gian đất có xu hướng

phục hỏi lại trang thái như ban dau Đối với những đất sét nhạy thì độ phục hồi

càng lớn, việc phục héi của đất có ảnh hưởng đáng kê tới khả năng chịu tải của

cọc, làm tăng sức kháng cắt không thoát nước của đất.Trong hình (1.8) thể hiện sự gia tăng của cường độ kháng cắt không thoát

nước theo hệ số hỏi phục với nhân tô thời gian Thời gian càng lâu sau khi đóngcọc thì hệ số hồi phục của đất càng lớn và cường độ sức kháng cắt của đất càng

táng.

—oO- 9399 ngay

0 100 200 300 400 500 600 700 800 —e— 11600 ngay

Cường độ sức khang cắt không thoát nước (kPa)

Hình 1.8 Cường độ sức kháng cắt không thoát nước và hệ số hồi phục theo thời

gian1.4 Các hiệu ứng kích thước trong quá trình xuyên tĩnh và ảnh hưởng của

chúng lên đặc trưng sức kháng xuyên [7|1.4.1 Hiệu ứng của độ sâu xuyên và đường kính cone Az/D

Kết quả thực nghiệm cho thay răng biéu đồ sức kháng mũi khi xuyên vào lớpđất thực tế không giống trong trường hợp lý tưởng Trên hình (1.9) thé hiện hai

đường sức kháng xuyên, một đường xuyên lý tưởng và một đường xuyên thực tế.Sau một đoạn trùng nhau, tiếp theo đường quan sát bắt đầu tách dần khỏi đường

lý tưởng trước khi mũi xuyên xuyên vào lớp đất cứng bởi vì dường như mũi

xuyên dò thấy biên lớp đất cứng trước vài khoảng cách vài lần đường kính củamũi xuyên Khi xuyên vào trong lớp đất cứng thi sức kháng xuyên lại phát triểnday đủ giống như đường xuyên lý tưởng Sau đó, trước khi mũi xuyên qua lớpđất yêu thì đường sức kháng xuyên thực tế lại tách xa đường xuyên lý tưởng

(M.W.Gui va M.D.Bolton, 1998).

Một phân tích gan đúng khác dựa trên lời giải của Boussinesq’ (Vreugdenhil

và đông nghiệp, 1994) cũng thé hiện được hiệu ứng như ở trên Điều này ảnhhưởng đáng kẻ tới độ chính xác đặc biệt là những lớp đất mỏng trong tính toán

-13-thiệt kê Do đó, cân nghiên cứu ảnh hưởng của chiêu sâu xuyên (Az) yêu câu đê

phát triển sức kháng xuyên trong lớp đất mới.

TEKét qua quan sat Dat yêu

Dat cứngDat yêu

Hình 1.9 Hiệu ứng của mũi xuyên khi xuyên qua các lớp đất

1.4.2 Hiệu ứng của đường kính mũi xuyên và kích thước hạt D/dso

Hiệu ứng của tỷ số đường kính cone và kích thước trung bình của hạt D/dsođược nghiên cứu bởi Lee (1990) Đối với đất cát mịn có độ chặt tương đôi, sức

kháng mũi danh nghĩa Q theo độ sâu Z theo các đường kính khác nhau của mũi

xuyên được thé hiện như hình (1.10) Trên đồ thị đường kính của mũi xuyên

càng lớn thì sức kháng xuyên càng lớn Với các loại đường kính khác nhau giá trị

sức kháng xuyên này đạt giá trị lớn nhất ở cùng một độ sâu nhất định và đạt giátrị ôn định cũng ở một độ sâu đó Trên bảng 1.2 thể hiện ảnh hưởng của đườngkính mũi xuyên tới sức kháng Giá trị của ty số diện tích (D?/D” và (Q„ax/Qnna)

gần bằng nhau, với D’ = D+dsọ Trong đó, Qmax là giá trị sức kháng đỉnh danhnghĩa ở mỗi cọc và Qéna là giá tri sức kháng mũi cudi cùng trước khi xảy ra hiệuứng biên của nền ảnh hưởng tới mũi xuyên trong giai đoạn các hạt bị nghiền nátgây biến đổi cau trúc của đất nguyên thủy.

-14-500 _

450 - ita

© vy "9% oyE 400 = v gx x y : v % OfinalE: 350 - x I Oy ‘= š Xót Wiggly ' ax 7

r= 300 - " 4 Be vs | v & °, oR Be Qiserte: §= 250 d F ie ” 39

2h 200 x j[ Test | Bum) [Grade] © | đạo | Bidso

Bảng 2.2 Anh hưởng có hiệu của đường kính cone

Sô thứ D d50 | D’=D+d50 | Qmax | Qñnal 2] Onntự | (mm) | (mm) | (mm) B) | inaT40 10.0 0.9 10.9 395 320 1.19 | 1.20T41 6.35 0.9 7.25 434 324 1.30 | 1.34T49 6.35 0.4 7.25 304 278 1.13 | 1.09

Có nhiều yếu tô ảnh hưởng tới sức kháng xuyên của mũi xuyên, chang hannhư mức độ góc cạnh va độ gé ghé của các hạt đất (biến thiên rất nhiều đặc biệtđối với các hạt cát) cũng là những thông số ảnh hưởng đáng kể trong việc làm

tăng độ chặt tương đối Tuy nhiên kích cỡ hạt cũng không ảnh hưởng rõ ràng.Hình (1.11) mô tả điều kiện thực tế vé ảnh hưởng của đường kính cone D' tăng

lên do các hat dat bám vào cọc.

-15-Đường kínhhiệu quả B'giảm khimức độ ứng

suất có the

gây nát cáchạt

1.4.3 Hiệu ứng kích thước giữa mũi xuyên và cọc

Ứng dụng kết quả của thí nghiệm xuyên tĩnh vào trong thực tế rất phô biến.Meyerhof (1976) đề nghị rằng khi mũi cọc căm vào lớp đất tốt với chiều sâu tớihạn, thì sức kháng mũi đơn vị của cọc ngắn pile SẼ giảm so với sức kháng mũitới hạn q.„ và được thê hiện qua tỷ số (z/D)p¡; trong cùng một lớp đất.

(1.13) cho thấy rằng với một giá trị ứng suất cụ thể thì cọc nào có đường kính

nhỏ hon sẽ cho sức kháng mũi cao hơn Vi vậy, kết qua tinh từ xuyên cone

không thé cho ty lệ 1-1 so với sức kháng mũi của cọc.

Jamiolkowski và đồng nghiệp (1985) làm các thí nghiệm trong buông hiệuchỉnh va cho thay rang giá trị q, tỷ lệ với (o,)”” Tuy nhiên điều này phù hop

hơn với cọc có chiêu sâu lớn hơn chiêu sâu tới hạn Đê minh họa cho môi tương

-16-r7 K

DzZ)— FC Deoe

40-D=800mm(n=80g)

Sức kháng n

Dung trọng khô = 1630 kg/m3

0 10 200 300 40

Ứng suat đứng Ø, (kPa)Hình 1.13 %c kháng mũi cọc và ứng suất đứng

quan giữa q., (G,)*” và tỷ số (z/B) cho tất cả các chiều sâu, kết quả từ thí nghiệm

ly tâm được Kokturk (1993) thé hiện trong hình (1.14) Các đường kính khácnhau được thê hiện trong hình (1.14) là 452, 791, 800, 1400 và 1412mm Tất cả

các kết quả với các đường kính khác nhau dường như hội tụ thành một đường với

độ phân tán rất nhỏ.

Chiều sâu danh ae

Hình 1.14 Lý ưởng hoa tương quan Ton theo độ sâu z

oO Vv

Trong trường hợp (Z/B)eoc > (Z/B)¿¡ nạn, xem hình (1.16) thì gia thiết hợp lý cho

sức kháng mũi của cọc là:

đua‹ — q, q 2)Trong trường hợp (Z/B)coc < (Z/B)téi nạn, Xem hình (1.16) sức kháng mũi của cọcđược cho bởi công thức sau:

-18-q.(9% ¬

®—— coc ngan J = coc đài hoặc cone

va

wesc ®) |

TƯ,

t I1 |

Độ sau danh nghĩa

QV coc

| oO M

Phụ thuộc vào độ chặt tương đối, tỷ số (z/B)¡ hạn năm trong khoảng từ 5~ 20.

Hình 1.15 Tương quan theo độ sâu Z

So với cát chat, cát rời sẽ có giá trị nhỏ hơn với cùng một giá tri (Z/B)isi hạn VÌ

vậy mà phương trình đề nghị bởi Meyerhof (1976) đã đánh giá thấp sức kháng

mũi của cọc trong đất cát rời Ngược lại, phương trình này lại đánh giá quá caosức kháng mũi của cọc trong đất cát chặt.

1.4.4 Đánh giá hiệu ứng kích thước từ sức kháng mũi

Kích thước cọc khác nhau thì phạm vi vùng ảnh hưởng của đất trong phạm vi

trên mũi cọc và dưới mỗi cọc khác nhau do đó mà sức khang mũi của cọc có kíchthước khác nhau sẽ khác nhau Theo White & Bolton (2005), thì giữa sức kháng

mũi của cọc qụ và sức kháng mũi của cone q, có sự giảm với tỷ số qu/q, = 0.9.Tuy nhiên, theo Jackson, 2007; Jackson và đồng nghiệp (2008), khi tiến hành épcọc vào đất cát và đất bụi thì tỷ số này có thé thấp hơn qu/q, = 0.35 cho cát và0.45 cho đất bụi Các có đường kính khác nhau khi đóng (ép) vào trong đất thì

gây ra các xáo trộn khác nhau làm cho vùng ảnh hưởng trên mũi cọc và dưới mũi

cọc khác nhau So sánh sức kháng mũi đơn vị của cọc tính từ kết quả xuyên

CPTu với sức kháng mỗi đơn vi đo được từ thí nghiệm thử tải động PDA cho các

_ 97 d _ 9

= 77 = 72í e+ | k - — sĩ 6

= 5+ = 5

bad : È == 3, Fẹ = 3 $= 25

> 4 ~

= ; = 2

3s * ¬r =

& 17 s 1= 0 @. f -— g 05 + S7 |Jlt24 £ +

-2* rr Tố 6 CỔ 6 TT CÔ Ð | 2 _ ' Li Lj T t Ld rerTeT TT

0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4

Khoảng cách don vị theo đường kính cọc d

Hình 1.16 Anh hưởng của mãi cọc khi đóng (ép) trong đất

Sức kháng mũi đơn vị của cọc tính từ kết quả thí nghiệm CPTu là qr(cpru) (kPa)

Ñ7(cp1„) — C, Ig (1.6)Sức khang mũi don vị từ kết qua thử tải dong PDA là qrippa) (KPa)

Q,

Ñ7ppa) — A (1.7)

Hệ số tương quan kích thước mũi được đặt là 7 với

d7(ppA)= (1.8)

Ñ7(cp1u)1.5 Nhận xét chương

- Khi đóng (ép) cọc vào trong đất làm cho khối đất xung quanh cọc bị lèn ép,

góp phần làm tăng sức kháng ma sát của cọc Cọc càng có kích thước lớn thì

khối đất xung quanh càng bị chèn ép nhiều.

5

-20 Hiệu ứng kích thước ảnh hưởng tới mũi cọc là đáng kế do phạm vi vùng ảnh

hưởng trên mũi cọc và dưới mũi cọc, cọc càng có kích thước lớn thì vùng ảnh

hưởng này càng nhiều.

- Hiệu ứng kích thước do ma sát trong đất sét, đất bùn sét và đất rời thì khácnhau Trong đất sét ảnh hưởng nhiều do mức độ phục hồi của đất, còn trong

đất cát thì liên quan tới độ chặt tương đối của đất.

- Càng xuống sâu thì đất càng chặt, vì vậy mà vùng ảnh hưởng của đất xungquanh cọc càng có ảnh hưởng nhiều tới sức kháng ma sát của cọc, do đó mà

hiệu ứng kích thước theo độ sâu có ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của cọc.- Sức chịu tải của cọc tăng theo thời gian, đặc biệt tăng nhanh trong thời gian

đầu sau khi hạ cọc, nguyên nhân do sự thoát nước của áp lực nước lỗ rỗng

thặng dư.

-21-CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNGCHIU TAI TU KET QUA THÍ NGHIEM XUYEN CPT, CPTu.

2.1 So lược về lich sử phat triển của phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh

Thí nghiệm xuyên tĩnh đã xuất hiện khá lâu trên thế giới Qua nhiều lần cảitiễn, khắc phục những nhược điểm về mặt kĩ thuật mà thí nghiệm xuyên tinh đã

được sử dụng rộng rãi trên khắp châu Âu, đặc biệt sau hội nghị lần thứ hai về cơhọc đất ở Rotterdam (Hà Lan) năm 1948.

Thiết bị thí nghiệm xuyên tĩnh ban đầu là thí nghiệm xuyên cơ chỉ đo được

sức kháng ma sat và sức kháng mũi Cau tạo của thiết bị xuyên tĩnh cơ ban đầukhá đơn giản gồm mũi xuyên hình côn có góc vát ở đỉnh là 60°, diện tích mũixuyên là 10 cm’, vỏ xuyên có diện tích 150 cm” để đo ma sát thành, ty xuyên

năm trong vỏ xuyên dùng để ấn mũi xuyên đi xuống trong quá trình xuyên đất.

Sức kháng mũi xuyên đo được gồm sức kháng mũi xuyên và sức kháng ma sát

thành, dựa trên sức kháng mũi và sức kháng thành ta có thể ước lượng được khả

năng chịu tải của cọc Các kết quả từ thí nghiệm xuyên tĩnh cơ này cho phép ướclượng sức kháng mũi của cọc khá tốt (Boonstra, 1936) Tuy nhiên, ma sát thànhcủa cọc tính toán cho thấy lớn hơn rất nhiều so với tỷ lệ ma sát thành của cần

xuyên (Huizinga, 1951) Trong một số trường hợp, ma sát thành của mũi xuyên

của một số lớp đất không thé xác định được (Begemann, 1953 và 1956) Điều

này đã khiến cho Begemann tiến hành cải tiễn cho thiết bị xuyên là thiết kế ra

“áo ma sát” cho mũi xuyên vào đầu năm 1950 (Begemann, 1963) Áo ma sát códiện tích xung quanh 150 cm’ được thiết kế ở vị trí giữa cần xuyên và mũi xuyên

như trên hình 2.2.

Thiết bị xuyên điện được cải tiễn từ thiết bị xuyên cơ, việc ra đời của thiết bịxuyên điện có một ý nghĩa lớn góp phan giúp việc thu thập số liệu trong quátrình xuyên được chính xác hơn Năm 1970, công ty Fugro B.V đã sản xuất đượcthiết bị xuyên điện thương mại có thé đo được sức kháng mũi và ma sát thành

một cách liên tục trong quá trình xuyên ( De Ruiter, 1971) Hình dáng và kích

thước mũi xuyên được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ASTM 1977 và ISSMFE 1977

và thé hiện như sơ đồ hình 2.3.

Khe chặn đất —————] Tx 50

Ao ma sat có

đường kính bằngđường kính mũicộng 0.35mm

' x 5 1337

Diện tích xung quanh là

150cm?+2%Khe chặn đất -Ƒ «so

Mũi côn 60° _ eee

Kích thước bằng mm 3576360 |

Hình 2.3 Kích thước tiêu chuẩn của mũi xuyên điện

Càng ngày thiết bị xuyên càng được cải tiến hiện đại hơn với kha năng có théđo được độ nghiêng so với phương thắng đứng ( De Ruiter, 1971), cảm biến

nhiệt có thể đo được nhiệt độ trong đất (Marr, 1981), địa chân ký để xác định

module cắt (Campanella, 1985) và các thiết bị phóng xạ dé đo dung trọng của đất( Nieuwenhuis và Smits, 1982) Cảm biến quan trọng và có ý nghĩa nhất đó làcảm biến đo áp lực nước lỗ rỗng được gắn vào mũi xuyên Các mũi xuyên có khảnăng đo áp lực nước lỗ rỗng gọi là piezocone, có thể đo được áp lực nước lỗ rỗng

trong và sau khi xuyên.

-23-Việc sử dụng các thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất sét

rất hiệu quả khi đánh giá cường độ kháng cắt không thoát nước và hệ số có kết

ngang C; (Battaglio và cộng sự, 1981).

2.2 Các thông số của thí nghiệm xuyên co CPT và xuyên điện CPTu [4], [5],[6]

Thí nghiệm xuyên tinh cho kết quả: Sức kháng mũi xuyên q, (kG/cm’) và ma

sát thành đơn vị f, (kG/cm”) của loại đất sét và đất cát.Tốc độ xuyên là 2cm/s, hành trình của thí nghiệm ở từng khoảng độ sâu 20cm

dừng lại để đo sức kháng xuyên ở mũi và ma sát thành đơn vị Kết quả được

trình bày đưới dạng biểu đồ và bảng số liệu.Ở Việt Nam thường dùng thiết bị xuyên tĩnh hình côn Gouda do Hà Lan sản

xuất chạy bằng động cơ (xuyên máy) hay xuyên tay (xuyên thủ công).

Đặc tính kỹ thuật của mỗi xuyên hiệu Gouda:

Như vậy kết quả tinh toán lại được như sau:

Sức kháng đơn vi mũi xuyên:

-24-_Ø,q = A (2.1)

Suc khang ma sat don vi:

_Q,⁄,= 4 (2.2)

Chỉ số ma sát:

Frade (2.3)

Thí nghiệm xuyên tĩnh điện CPTu là thiết bị xuyên tĩnh cải tiến để đo đượcáp lực nước lỗ rỗng trong quá trình xuyên, và có gắn các đầu đo điện tử dé ghinhận kết quả một cách tự động.

Cấu tạo mỗi xuyên và thiết bị xuyên CPTu về cơ bản giống thí nghiệm CPT.

Tuy nhiên, vì phải kết hợp đo nước lỗ rỗng, cách ghi nhân số liệu sẽ phức tạphơn nhiều nên phải được phi nhận một cách tự động.

Áp lực nước lỗ rỗng được đo bằng bộ cảm biến áp lực đặt trong mũi xuyên,ngay sau mũi cone kết hợp với vòng đá thắm, day khoảng 5mm.

Tương tự như thí nghiệm xuyên CPT, mỗi xuyên được dùng trong thí nghiệm

xuyên tĩnh CPTu có hai loại kích thước chính, diện tích mũi xuyên cone là 10cm”và 15cm’, có hoặc không có lớp áo ma sát.

Tuy nhiên, phân loại mũi xuyên CPTu chủ yếu dựa vào vị trí đặt vòng đá

thấm dé do áp lực nước lỗ rỗng Vi trí đặt vòng đá thắm khác nhau, giá trị áp lựcnước lỗ rỗng đo được có thể sẽ khác nhau.

Thông thường mũi xuyên CPTu chuẩn, thường được sử dụng nhất là mũi

xuyên 10cm và có vòng đá thấm đặt ngay sau mũi cone.

Số liệu thí nghiệm CPTu được ghi nhận thông qua các load cell đặt trong mỗi

xuyên sau đó truyền về hệ thống xử lý băng dây điện (loại ECPT) hoặc truyền“không dây”, băng sóng âm hoặc vi sóng (loại SCPT).

Trong quá trình xuyên có thể ghi nhận giá trị áp lực nước lỗ rỗng tại các thờiđiểm khác nhau:

- Ap lực nước lỗ rỗng tại thời điểm ban dau.

15em-khong do ap lucnước lo rong

Thiet bị xuyên điện co do ap lực nước lỗrong với vong thâm o các vi iri khác nhau

Hình 2.4 Cau tạo mãi xuyên thông dung- Áp lực nước lỗ rỗng “động” — sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng trong qua

trình xuyên (theo độ sâu).

- Áp lực nước lỗ rỗng “tĩnh” — sau khi xuyên đến cao độ cân thiết, giữ nguyênvị trí mũi xuyên và ghi nhận sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian Sốliệu này phục vụ nghiên cứu tốc độ cô kết và hệ số thâm của đất cũng như chophép đánh giá mực nước ngầm.

Khi xuyên trong các lớp đất loại cát, áp lực nước lỗ rỗng đo được là áp lực

nước lỗ rỗng thủy tĩnh up do đất cát có hệ số thắm cao, áp lực nước lỗ rỗng thangdư sẽ tiêu tán trong khoảng thời gian rất ngắn sau khi xuyên.

Khi xuyên trong các lớp đất sét, các kết quả xuyên là q, và f, là giá trị khôngthoát nước Giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư thu được có thể dương hoặc âmtùy theo vị trí đặt vòng đá thâm trong mũi xuyên.

Trong quá trình xuyên, áp lực nước sẽ tác dụng lên phần mũi cone và phan áoma sát Khi đó, giá trị sức kháng mũi q, và sức kháng bên f, thu được sẽ bao gồm

có áp lực nước vi thé giá trị sức kháng của đất không thé hiện chính xác Do vậy,

-26-phải tiễn hành hiệu chỉnh gia tri sức kháng mũi q, đo được dé thu được giá tri sứckháng mũi chính xác của đất.

Dưới đây là công thức hiệu chỉnh sức kháng mũi trong trường hợp vòng đá

thâm được đặt ngay trên cổ cone.Goi giá tri áp lực thực tac dụng lên mỗi cone là qr Điều kiện cân bằng áp lực:

d-Á, =4,-Áy +y-Á, (2.4)Trong đó: qr — sức kháng mỗi sau khi hiệu chỉnh.

Ar — tiết diện mũi cone (bằng 10cm’) = 2D7/4.

Ay — Tiết diện ngang mũi cone phía trong vòng đá thấm = nd7/4.Ag — điện tích ngang vòng đá thấm; Ag, = Ar - Ay.

a có giá tri thay đối trong khoảng từ 0,6 đến 0,9.

ur ( là u hoặc uy) — áp lực nước lỗ rỗng đo tại vị trí vòng đá thấm phía sau côcone

Nếu vòng đá thấm không ở sau cổ cone mà ở mũi cone hoặc giữa mũi cone;

áp lực nước lỗ rỗng tai vòng đá thấm này là u¡ thi uy được quy đôi như sau:

Uy, =Uy +k(uy +) (2.6)

Ở đây up là áp lực nước thủy tinh; k = 0 + 0.9, tùy thuộc vào loại đất và vi tricủa vòng đá thấm.

Mục đích của việc hiệu chỉnh số liệu thí nghiệm xuyên cho phép ghi nhận sức

kháng xuyên một cách chân thật hơn, đặc biệt trong những trường hợp xuyên qua

các lớp đất sét yêu vốn có giá trị áp lực nước lỗ rỗng khá lớn trong khi sức kháng

mũi lại nhỏ Trong một số trường hợp, kết quả thu được giá trị q.< u.Việc hiệu chỉnh số lượng sức kháng bên không đóng vai trò quan trọng vì sai

sô không đáng kê do diện tích tiêp xúc của áp lực nước lên áo ma sát khá nhỏ.

-27-Ngoài việc hiệu chỉnh sức kháng mũi g, =a, +z„.(1—a) đối với CPTu ( với

CPT thường thì gr = q.), để diễn dịch kết quả CPT, cần thiết thực hiện một số

chuẩn hóa sau đây:

dư sẽ tiêu tán dân cho đến khi bằng 0 Khi đó, áp lực nước lỗ rỗng có giá trị băng

với ap lực thủy tĩnh up.

Thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng được thực hiện cùng với thí nghiệmCPTu tại một số hồ xuyên xác định trước và với các cao độ xác định trước.

Khi xuyên tới độ sâu cần thiết, cố định cần xuyên, chọn chế độ đo áp lựcnước lỗ rỗng trong bộ điều khiển và theo đõi sự thay đôi của giá trị áp lực nướclỗ rỗng theo thời gian cho đến khi giá trị này giảm xuống băng áp lực nước lỗ

Số đo |600 - -H= = Mực nước tinh |

Ỷ

1 10 100 1000 10000

Thời gian (s)

Hình 2.7 Thi nghiệm phân tản áp lực nước lỗ rông theo thời gian

2.3 Các phương pháp tính toán khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệmxuyên tinh [8], [9] [10] [12]

2.3.1 Cơ sở tính toán kha năng chịu tải của cọc

Sức chiu tải cực hạn của cọc (Q,) bao gồm hai thành phần là sức kháng mũi

cực hạn (Q,) và sức kháng ma sát cực hạn (Q;).

O0,=0,+0,=4,9,+u> fil, (2.10)Trong đó: — A¡,diện tích cua tiết điện mũi cọc.

Q;: sức kháng mũi don vi.u: chu vi của cọc

f¡: lực ma sat đơn vi ở giữa đoạn cọc thứ 1.l;: chiêu dai của đoạn cọc thứ 1.

-30-Sức chịu tải cho phép bằng sức chịu tải cực hạn chia cho hệ số an toàn FS,hoặc bang tổng của từng thành phan sau khi chia cho hệ số an toàn mũi FS, và

ma sát FS 2.3.2 Phương pháp của Schmertmann và Nottingham

Nottingham (1975) và Schmertmann (1978) đã tiến hành thí nghiệm nhiềuloại cọc có chiều dài và đường kính khác nhau Các giá trị sức kháng mũi và sứckháng bên của cọc lần lượt được tính toán như sau:

Sức khang mũi đơn vi

Trong đó:

q.¡ — giá trị nhỏ nhất trong các giá trị qc, với dcx là giá trị trung bình của q, trong

đoạn từ (0.7 + 4D) dưới mỗi cọc theo đường giá tri thực (đoạn a-b-c-d) và từ (0.7

+ 4)D trên mũi cọc theo giá trị q, nhỏ nhất.

q.2 — gia tri trung binh của q, trong đoạn 8D bên trên mũi coc theo đường giá tri

nhỏ nhất ( đoạn e-f-g-h-i).

Sức kháng mii q_ NI Cọc đường kinh D

lư

Do sau

(m)

D-»IAIe-Đườngbao

v

Hình 2.8 Xác đinh sức khang mũi cọc theo Schmertmann.Trong mọi trường hợp, gia tri sức kháng mũi don vi qp phải nhỏ hon giá trịsức khang mũi giới hạn qp, như sau:

-31 dp = 15000 kPa đối với đất rời chặt, rất chặt.- Ip = 10000 kPa đối với các loại đất khác.

Sức kháng ma sat đơn viSức kháng bên đơn vi được xác định như sau:

Trong đó:

Đối với đất cát:- a, - hệ số hiệu chỉnh trong đất cát, phụ thuộc vào tỷ SỐ giữa chiều dài cọc

và đường kính coc L/D, tra theo biéu đồ hình 1.8.

L/D

Hình 2.9 Hé số xác định sức kháng mii cọc trong đất cát theo Schmertmann.

Đối với đất sét:- a, - hệ số hiệu chỉnh biến thiên từ 0.2 + 1.25 phụ thuộc vào giá trị ma sát

bên đơn vi và vật liệu làm cọc, được tra trong biéu đồ hình 2.9.

- #„ - ma sát bên đơn vi từ thí nghiệm xuyên tinh CPT, CPTu.

Ma sat bên đơn vị (kg/cm2)Hinh 2.10 Hé s6 xdc dinh strc kháng muti coc trong dat sét theo Schmertmann.

2.3.3 Phương pháp của De Ruiter va BeringenSức khang mũi don vị

Trong đất cát: cách tính tương tự như phương pháp của Schmertmann và

Nottingham.

Trong đất sét: sức kháng mũi đơn vị được tính theo công thức sau đây:

q„=N.S, (2.13)Với

5u — Sức khang cắt không thoát nước, được xác định từ thí nghiệm cắt cánh.Hệ số N, theo Skempton có thé chọn băng 9.

Theo dé nghị của De Ruiter và Beringen thì giá trị giới hạn của sức kháng mũi

đơn vi tính toán là 15 Mpa.Sức khang ma sat đơn vị

Trong đất cát: sức kháng bên đơn vị f, lay giá trị nhỏ nhất trong 3 giá tri sau:

hah (2.14)

f, =120(kPa) (2.15)