Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh

Giá trị thực tiễn của đề tài Thí nghiệm nén tĩnh kiểm tra sức chịu tải của cọc được thực hiện ở hiệntrường nhằm kiểm chứng kết quả khảo sát thiết kế và chất lượng thi công cọc củacông tr

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINHTRUONG DAI HOC BACH KHOA

-

olLis -TRAN VAN NOI

PHAN TICH ĐÁNH GIA KHẢ NANG CHIU TAI

CUA COC THEO KET QUATHI NGHIEM NEN TINH

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trinh Ngầm| Mã số ngành : 60580204

TP HO CHÍ MINH, NGÀY 09 THANG 6 NĂM 2016

CÔNG TRÌNH DƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINHCán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI TRUONG SON

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành saukhi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỎNG TRƯƠNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CONG HÒA XÃ HOI CHỦ NGHIA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨHọ và tên học viên : TRAN VAN NƠI MSHV :1570122Ngày sinh : 1986 Nơisinh : Đồng ThápChuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trinh Ngam Mã số: 60580204I TÊN ĐÈ TÀI:

Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnhIl NHIEM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng hợp các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải bằng thí nghiệm kiểm tra.- Tổng hợp các phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc

- Ap dung tinh toán theo dữ liệu nén tinh cọc thực tế dé rút ra các nhận định nhằm đánh

giá chính xác giá tri tải trọng giới hạn của cọc ở địa phương.

II NGÀY GIAO NHIEM VU : 11/01/2016IV NGAY HOÀN THANH NHIỆM VỤ : 17/6/2016v CAN BO HUONG DAN : PGS.TS BÙI TRUONG SON

Tp HCM, ngày 09 thang 6 năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIEM BO MÔN KHOA QL CHUYEN NGANH

PGS.TS BULTRUONG SON PGS.TS.LÊBÁ VINH _ PGS.TS NGUYEN MINH TAM

LỜI CÁM ƠNXin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Trường Sơn, Thay đã tậntình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Xin chân thành cảm ơn quý Thay, Cô trong bộ môn Địa co Nền móng Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM đã tận tình truyền đạt cho tôinhững kiến thức quý báu trong thời gian tôi học tập tại trường để phục vụ cho luận

-văn và công việc sau này.

Xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp, lãnh dao đơn vi noi đang công tac,những người đã động viên, chia sẻ những khó khăn trong công việc, hỗ trợ và tạođiều kiện tốt cho tôi trong quá trình học tập

Xin cảm ơn Gia đình và người thân, đã cho tôi nguồn động viên tỉnh thần to lớndé hoàn thành luận văn nay

Học viên

Trần Văn Nơi

PHAN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHIU TAI CUA COC

THEO KÉT QUÁ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNHTóm tắt

Can cứ trên cơ sở dữ liệu thí nghiệm nén tinh cọc thực tế, tải trọng giới hạn đượcđánh giá theo các phương pháp khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấy tải trọng thínghiệm theo hồ sơ thiết kế chỉ đủ gây biến dạng đàn hỏi và chưa thé cho phép đánh giá

khả năng chịu tai tới hạn của cọc Các phương pháp của Chin, Mazurkiewies, Decourtvà Davisson Offset Limit cho phép đánh giá tải trọng giới han của cọc hợp lý căn cứ

kết quả nén cọc đến phá hoại Ngoài ra, các phương pháp này có thể sử dụng trongtrường hợp tải trọng thí nghiệm chưa đạt đến giá tri tới han

ANALYSING AND EVALUATING PILE CAPACITY BASED

ON STATIC LOAD TESTING

AbstractBased on the practical static loadingtest data, the pile capacity is evaluatedaccording to different methods The research results show that testing load of designdocument is enough to make elastic deformation and can not allow evaluating ultimatepile capacity The analyzing methods of Chin, Mazurkiewies, Decourt va DavissonOffset Limit allow evaluating ultimate pile capacity reasonably based on the results ofloading to fail Besides, these methods can be used even testing load still do not reachto ultimate value.

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, đượcthực 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 phâm nghiên cứu của mình.

Thành pho Hồ Chi Minh, ngày 09 thang 6 năm 2013

Học Viên

Trần Văn Nơi

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỎNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở HIỆN TRƯỜNG VÀ THÍ

NGHIỆM KIEM TRRA - - - 5 SE S121 1 121111211121 1 1111011101 111101111120 11 grre4

1.1 Các phương pháp tính toán đánh giá kha năng chịu tải 4

1.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật lIỆU ccSs S355 <eeres 41.1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nÊn -¿ ¿sex cersesesees 51.1.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền - 5

1.1.4 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nên 11

1.1.5 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu trang thái cua đất nên -. 12

1.2 Các phương pháp thí nghiệm đánh gia kha năng chịu tải 12

1.2.1 Các phương pháp thí nghiệm tĩnh - - << 5 S311 1111199 11 re 141.2.1.1 Thí nghiệm nén tinh dQc truce - (<< 1113333911111 113 99 3111k re 141.2.1.2 Thí nghiệm hộp tải trọng Osterberg - << cv re 151.2.1.3 Thí nghiệm coc có gain thiét Di cccccecccscscsesesssessssescscssssesesessssseseseseees 171.2.2 Cac phương pháp thí nghiệm động c1 11+ sex 181.2.2.1 Thí nghiệm thử động và sử dụng các công thức động 18

1.2.2.2 Thí nghiệm thử động biến dạng lớn - + + 2+2 ++*+x+£zezxerezscsee 211.2.2.3 Thi nghiệm rung trở kháng cơ hỌC << 1n Y9 1 rre 241.3 Nhận xét chương - - - - LH và26CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁPĐÁNH GIÁ SỨC CHIU TAI CUA COC TỪ THÍ NGHIỆM 27

2.1 Kiểm tra kha năng chịu tai của cọc bằng thí nghiệm nén tinh cọc 272.1.1 Thiết bị thí nghiệm 5+ 25626619 E5 E21 151151121 1151111511 1111111111111 27

2.1.2 Thí nghiệm nén tĩnh CỌC - - <1 1919910010111 9 1n re 28

2.2 Xử lý số liệu thí nghiệm CS E233 3E E1 1 11111111111 re 3]2.2.1 Khai thác kết quả thi nghi€m c.ccccccccccssesscsesessesesessesesesscsesessesssesseseesseesesen 31

2.3 Nhận xét CHUONG o0 G9999 9 9.9.9.9 0000 06080889999990999499996600666666888660696 43

CHƯƠNG 3 PHAN TÍCH DANH GIÁ KHẢ NANG CHIU TAI CUA COCTU KET QUA THÍ NGHIEM NEN TĨNH KHU VUC DONG THÁP 453.1 Giới thiệu công trình, điều kiện địa chat công trình và kết quả thi nghiệm

nén (Ĩn CỌC << << << 9 6 69999 09009.9 0006 60009000009499496000866966888999909009999999966 45

3.1.1 Giới thiệu công trình, điều kiện địa chất công trình - 5-5-2 453.1.2 Kết quả thí nghiệm nén tinh + 5-52 55+E+S£+E+E+E££E£EvE£EeEerererxrrrerree AT3.2 Phân tích đánh giá kha năng chịu tai từ kết qua thi nghiệm nén tinh theo

các phương pháp khác nhau cúa cọc Trục 9-K oooooooo o0 9111666666666666566 52

3.3 Phân tích đánh giá kha năng chịu tải từ kết qua thí nghiệm nén tinh cocđến giá trị tai trọng GiGi Ïhạn -< << << << 9 xxx SE eEeEesesessee 613.4 Ket Wann CHU 7 n6 67KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ, - 2 5° < s2 S2 s2 e2 sessssese 680 68Kiến nghị - +5: c1 22 1 1 111511 1111111 5111111 1111111111111 1111 1111.0101011 11 117011111 rru 68TÀI LIEU THAM KHẢO << < 5° < 5£ se se se se sesssesessesers70

DANH MỤC CÁC HÌNHHình 1.1 So đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào cs 7Hình 1.2 Biéu đồ xác định giá trị hệ S62 cicccccccccsscsessssssessssesessesesessesssessssesesseseeeeees 10Hình 1.3 Hệ thống đối trọng là COC NCO eeeeeeeccceeessssnceceeeesesnneeeeeeeeesnneeeeceeseenaeeeees 14Hình 1.4 Hệ thống đối trọng là dàn chất tai ccc csessesescescsessesesessseseeseseens 14

Hình 1.5 Nguyên lý hộp tải trọng Osterberg cv ng re 16

Hình 1.6 So đồ thí nghiệm coc có gain thiét Di - 2 sseseeseseeeseseeseseens 18Hình 1.7 So đồ nguyên ly thi nghiệm thử động biến dạng lớn 22Hình 1.8 Giao diện kết quả thí nghiệm phân tích trên phan mềm CAWAP 23Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm rung trở kháng cơ học . - 25Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm đo tai tinh coc (1: đối trọng; 2: hệ dầm phụ: 3: dầmchính; 4: gối đỡ; 5: kích; 6: đồng hồ; 7: tim thép đệm đầu cọc; 8: coc; 9: đồng hồ đo

LUM) 28Hình 2.2 Hiện trường thí nghiệm thử tinh COC 511113 sseseeerre 30

Hình 2.3 Bồ trí đồng hồ đo lực và chuyển vị trong thí nghiệm thử tĩnh 31

Hình 2.4 Phương pháp xác định (Ò\, - - 1113921 1 9 1 ng ng re 32Hình 2.5 Phương pháp xác định Ôi, c 111111111111 1111111881111 11c 33Hình 2.6 Phương pháp Davisson xác định QQuÌ( 551 S1 Sssseeerre 34Hình 2.7 Phương pháp Chin xác định Ôụị,, - G555 111113 S re 35Hình 2.8 Phương pháp De Beer xác định Ôi, 52-5 11+ seeseree 36

Hình 2.9 Phương pháp 90% của Brinch Hansen xác định Q)qJị - <5 36

Hình 2.10 Phương pháp 80% cua Brinch Hansen xác định Qụ - - 37

Hình 2.11 Phương pháp Mazurkiewicz xác định Qụy, - 555555 S<<<ssssssss 38Hình 2.12 Phương pháp Butler, Fuller va Hoy xác định Qị - 39

Hình 2.13 Phương pháp Vander Veen xác định Cụy, 5555555 s++<<ssssssssss 40Hình 3.1 Biéu đồ quan hệ độ lún — thời gian theo các cấp tải trọng của cọc Truc

Hình 3.2 Biểu đồ chu kỳ gia tải và chuyển vị đầu cọc của cọc Trục 16-D 50

Hình 3.3 Biéu đồ quan hệ tải trọng — độ lún cua cọc Trục 16-] - 50

Hình 3.4 Biéu đồ quan hệ tải trọng — độ lún của cọc Trục 9-K 51

Hinh 3.5 Biéu dé quan hệ tai trọng — độ lún của cọc Trục 2-K 51

Hình 3.6 Quan hệ giữa tải trọng và độ lún - 5-55 S11 eeeseree 53Hình 3.7 Quan hệ giữa độ lún thuần, độ lún và tải trọng cọc Trục 9-K 54

Hình 3.8 Biéu đồ xác định @„ theo phương pháp Davisson (1973) cọc trục 9- K¬ ăằằằ ằằằ “(diiIiiIAI_I ốắẵốĂ nh 55Hình 3.9 Biểu đồ xác định Q,, theo phương pháp Davisson Offset Limit cọc trục"` :.:ồồ 55

Hình 3.10 Biéu đồ xác định Q,, theo phương pháp Davisson Offset Limit “nộiSUY”” CUA voi) s0 0 e 56

Hình 3.11 Biểu đồ xác định Q „theo phương pháp De Beer cọc trục 9- K 57

Hình 3.12 Biểu đồ xác định Q,, theo phương pháp Chin cọc trục 9- K với Qụi =122 Tấn (=1/0,001) -.- c1 1121 11v 1110111111 11101111 TT ng nọ 57Hình 3.13 Biéu đồ xác định Q,, theo phương pháp Decourt cọc trục 9- K với Quixấp xỉ 100 TẤn ¿ :- St S1 1 1 1112112111111 211111111111 11 1111111111011 1111.110111 1 cư 58Hình 3.14 Biéu đồ xác định OultK (không xác định được) ccceccccccccccccccesseeessssnneeeeeeeecceeseseeessnaaeaaaeeeeeeeeeeeeeeeeeeenaas 58theo phuong phap 80% Brinch Hansen coc truc 9-Hình 3.15 Biéu đồ xác định OuôỞ!Ủ 59„ theo phương pháp Mazurkiewicz cọc trục 9- K vớiHình 3.16 Tổng hop tải trọng giới hạn của cọc Trục 9-K theo các phương pháp 60

Hình 3.17 Biểu đồ xác định Qu„ theo phương pháp Davisson (1972) coc AIP2 62

Hình 3.18 Biéu dé xác định Qulttheo phuong phap Davisson Offset Limit cocHình 3.19 Biểu đồ xác định Ou„ theo phương pháp De Beer cọc AIP2 63

Hình 3.20 Biểu đồ xác định QOult

(=1/0 0037) cọc AIP2 cecseccsesssessscssesssessuessessuesssessesssecsuessessuessusssessessuessessessiesstessesases 64

theo phương pháp Chin với Q,, = 270 Tan

Hình 3.21 Biéu dé xác định Oulttheo phương pháp Decourt của coc AIP2 64

Hình 3.22 Biểu đồ xác định Oult

(186 TAn) ccccccccccescssecscsceceseccccscscecsscevecaceceesevavacscecessevavscasecsavavavacacessevavacesseavacaceeeees 65

theo phương pháp 80% Brinch Hansen coc A1P2

Hình 3.23 Biéu đồ xác định Q „theo phương pháp Mazurkiewicz coc AIP2 vớiÔn 65Hình 3.24 Tổng hop tải trọng giới hạn của cọc theo các phương pháp cọc A1P2 66

DANH MỤC CAC BANG

Bảng 1.1 Gia tri Ì, - -G G0 nọ re 8Bang 2.1 Tải trong pha hoại tính theo các phương pháp khác nhau theo thi nghiệmSharma và các cộng sự ((ÍÉ3⁄4) 0 ng 42

Bang 3.1 Đặc điểm các cọc thí nghiệm nén tĩnh ở công trình Trường Mam non thịxã Hồng Ngự 0S 1 1 2121 1 1211121111 01211 112111111 111111 1101112111111 g1 ưu 47Bang 3.2 Kết qua thử tĩnh COC ¿c5 5252 SE SE E932 2 E23 EEE5E5E1 2111211112 21x xe, 52Bảng 3.3 Tải trọng giới hạn theo các phương pháp khác nhau từ kết quả thí nghiệm

nén tinh cọc Trục Ó- K_ - + +5 << <2 2991181111111 1115 1111 1 11011 nh 59

Bảng 3.4 Tải trọng giới hạn theo các phương pháp khác nhau từ kết quả thí nghiệm

9851700920022 257 - 66

-]-MỞ ĐẦUTính cấp thiết cúa dé tài

Do cau tạo địa chất có các lớp đất yếu trên bé mặt nên các công trình có tảitrọng vừa và lớn thường được thiết kế với biện pháp móng coc ở khu vực Đồngbang sông Cửu Long trong đó có Đồng Tháp Tải trọng công trình thông qua cọctruyền xuống các lớp đất tốt bên dưới qua sức chịu tải đầu mũi và ma sát bên giữacọc và đất Số liệu tính toán thiết kế móng cọc chủ yếu là các đặc trưng cơ lý đượcxác định từ thí nghiệm trong phòng hoặc các kết quả thí nghiệm hiện trường và giátrị tải trọng phần bên trên công trình truyền xuống Tuy nhiên, tính chính xác củakết quả tính toán thiết kế không chỉ phụ thuộc vào các thông số đất nền được cungcấp mà còn phụ thuộc vào công tác thi công cũng như các ứng xử phức tạp của đấtnên

Để đánh giá chính xác khả năng chịu tải của cọc, sau khi thi công, các thínghiệm hiện trường được thực hiện kiểm tra Các phương pháp này nhằm kiểm trađộ chính xác của các giá trị thiết kế và chất lượng toàn bộ quá trình thi công tại hiệntrường Hiện nay, phô biến có ba nhóm phương pháp được nghiên cứu và ứng dung,bao gom thí nghiệm tinh, thí nghiệm động và thi nghiệm tinh động

Ở Việt Nam, đặt biệt là khu vực tỉnh Đồng Tháp, trong nhóm thí nghiệmtĩnh, phương pháp nén tĩnh là giải pháp truyền thống được tin cậy sử dụng rộng rãivà là chủ yếu Đề tài “Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quảthí nghiệm nén tinh” được lựa chọn cho luận van nhằm tong hop cac co so danhgiá khả năng chịu tai từ thí nghiệm nén tinh, tính toán áp dung va phân tích nhằmlựa chọn phương pháp hợp lý cho điều kiện địa chất khu vực Đồng Tháp Ngoài ra,đây cũng là cơ sở để phân tích đánh giá mức độ chính xác giá trị sức chịu tải của hồsơ thiết kế

Giá trị thực tiễn của đề tài

Thí nghiệm nén tĩnh kiểm tra sức chịu tải của cọc được thực hiện ở hiệntrường nhằm kiểm chứng kết quả khảo sát thiết kế và chất lượng thi công cọc củacông trình được tiễn hành trước khi thi công cọc đại trà nhằm xác định các số liệu

cần thiết về cường độ, biến dạng và mỗi quan hệ tải trọng — chuyển vi của cọc làm

cơ sở cho thiết kế, chọn thiết bị và công nghệ thi công cọc phù hợp Đây là công tác

_2-trực tiếp quyết định chất lượng của móng cọc và của toàn bộ công trình xây dựng.Vì vậy, cần lựa chọn có phân tích một phương pháp đánh giá, kiểm tra hiệu quảnhất

Hiện nay, phương pháp thì nghiệm nén tĩnh được áp dụng rộng rãi ở Việt

Nam Do đó, yêu cầu cần phải phân tích chi tiết hơn về phương pháp này Việcphân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh nhăm rút ra các nhận xét để khắc phục cácnhược điểm của việc xử lý kết quả thí nghiệm, góp phần xây dựng phương phápkiểm tra sức chịu tải của cọc ở hiện trường để có độ tin cậy cao

Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Đề tài được thực hiện với các mục đích chính như sau:= Ứng dụng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải của cọctại một số công trình trong khu vực tỉnh Đồng Tháp

= Tính toán và đánh giá xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả nén tinh.= Đánh giá độ tin cậy của phương pháp thí nghiệm tĩnh với điều kiện địa chấtở địa phương theo kết quả nén tĩnh

Phương pháp nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:= Nghiên cứu tong quan các phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải

của cọc ở hiện trường.

= Nghiên cứu lý thuyết phương pháp đánh giá tải trọng giới hạn từ kết qua thí

nghiệm nén tinh.

= Tham gia công tác thí nghiệm và thu thập số liệu hiện trường xác định sứcchịu tải của cọc băng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh tại công trình trong khu vựctỉnh Đồng Tháp

= Sử dụng phần mềm Excel xử lý kết qua tính toán sức chịu tải của cọc theo

từng mô hình của phương pháp nén tĩnh.

Kết qua dự kiến của dé tai:Đánh giá độ tin cậy của phương pháp thí nghiệm nén tĩnh trong điều kiện địachất khu vực tỉnh Đồng Tháp và lân cận

Phạm vi nghiên cứu của Luan văn

_3-Tiến hành nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp thí nghiệm nén tĩnh vàviệc áp dụng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh trong điều kiện địa chất khu vực tỉnhĐông Tháp

Luận văn nghiên cứu phương pháp xác định sức chịu tải của cọc dựa trên các

kết quả thí nghiệm nén tĩnh, chưa tiễn hành phân tích các phương pháp thiết kế hợplý để đánh giá khả năng chịu tải của cọc

_4-CHUONG 1 TONG QUAN CAC PHUONG PHAP THI NGHIEM

XAC DINH SUC CHIU TAI CUA COC O HIEN TRUONG VA THI

NGHIEM KIEM TRA

1.1 Cac phương pháp tính toán đánh gia kha nang chịu tải

Sức chịu tải của cọc theo các hé sơ thiết kế được xác định chủ yếu theo

TCXD 205- 1998 và hiện nay là TCVN 10304-2014.1.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu

Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo (khi

cọc bi nhồ) va sức chịu tải của cọc theo vật liệu có thé được tính theo công thức sau:

Q = PA, RyO đây: Q,, - sức chiu tải cua coc theo vat liệu

A, - diện tích tiết diện ngang của coc

Ry - cường độ chịu nén tính toán của vật liệu lam cọc

o- hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọcCọc làm việc trong nên đất chịu tác động của áp lực nén của đất xung quanh,nên thông thường không xét đến ảnh hưởng của uốn dọc Ngoại trừ các trường hợp

đặc biệt như cọc quá mảnh hoặc do tác động của sự rung động gây ra sự triệt tiêu áp

lực xung quanh hay cọc đi qua lớp đất bùn loãng Ảnh hưởng của độ mảnh phảiđược xét đến trong sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải cực hạn của coc theo vật liệu xác địnhtheo công thức thanh chịu nén có xét đến uốn dọc Sự uốn dọc được xét như tính cột

trong tính toán bê tông.

Ø,=ø(R,.A,+R,.A)

Ở đây: Ra - sức chịu kéo hay nén cho phép của thép

Ra- sức chịu nén cho phép của bê tông.

@ - hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độ mảnh và theo thựcnghiệm lây theo [1], [7]

Ngoài ra, sức chịu tải cua cọc theo vật liệu còn xác định theo kinh nghiệm

xây dựng ở một số quốc gia:

QO =kxmx Rgn

_5-Ở đây: k= 0.7 - hệ số đồng nhất.m = I - hệ số điều kiện làm việc

Rạ - sức chịu tải giới hạn của vật liệu làm coc.

Với cọc bê tông cốt thép thì dùng công thức:Qy = kx mx (RF, + RaFt)

Khi cọc làm việc chịu nhé thì sức chịu kéo căng của cọc bề tông cốt thép

theo vật liệu:

On, VL= kxmx RaFa1.1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền

Sức chịu tải cực han của cọc Q, bao gom sức khang bên Q, va suc khang mỗiQp

Qu = Qs + Qp

hoặc Qy = Agf, + App

O day: A, - dién tich xung quanh coc tiép xúc với đất

A, - diện tích tiết diện ngang mũi cọc

f, - ma sát hông đơn v1 Gp - sức kháng mũi don vi Sức chịu tải cho phép của cọc.

- Theo thí nghiệm cọc tại hiện trường.

1.1.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu co học của đất nền

Sức khang mii cua cọc Q,

_6-Phương pháp cô điển nhất ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi va Peck dénghị sử dụng là các công thức bán thực nghiệm, được phát trién trên co sở các côngthức sức chịu tải của móng nông, với sơ đồ mặt trượt của đất dưới mũi cọc tương tựnhư sơ đồ trượt của đất dưới móng nông

Q,= TR | (1,3cN, + yD,N, + 0,6yR,N,,) cho cọc tron bán kính R,

Q, =B,(,3cN, +yD,N, +0,4yB,N,) cho cọc vuông cạnh B,

Terzaghi dé nghi su dung ngay cac hé số sức chịu tải Nụ, Ny, Nu, được thiétlập cho móng nông tiết diện tròn hoặc vuông có dạng:

nén chặt dưới đáy móng.

Sức chịu tải của nền đất dưới mũi cọc phương pháp Meyerhof sẽ lớn hơn

cách tính của Terzaghi xem như là móng nông do ảnh hưởng của độ sâu đặt móng.

Có rất nhiều tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng này và điều chỉnh các hệ số sức chịutải của nền No, Nụ, Nụ

Đối với phần đất năm dưới đáy các móng sâu và móng cọc, công thức có xétđến hình dạng và chiêu sâu chôn móng thường được diễn tả dưới dạng:

q,=q, =eN +qN,

Sức chịu tải cực hạn đất nền ở mũi cọc có thé viết dưới dạng:

Q, =A,q, =A,(cN, +qN,)

Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số N,, N,> sức chịu tải ở mỗi coc

trong đất nền, đặc biệt là cát, gia tăng theo chiều sâu cọc chôn trong lớp cát chịu tải

L,

;

và đạt cực hạn khi tỉ số —2=|—2 |

D DJ.

Bang 1.1 Giá trị I,

Loai dat I,

Cat 70 - 150Bột và Sét (không thoát nước) | 50 - 100Sét (có thoát nước) 100- 200Sức kháng bên của cọc Q,

Thành phân Q, có thể xác định băng cách tính tích phân lực ma sát đơn vigiữa lớp đất và cọc f,, cọc trên toàn bộ mặt tiếp xúc của cọc và đất, lực chồng cắtnày cho bởi biểu thức quen thuộc của Coulomb:

f =c +06, xtgd, =c +K xơ xtgd,

Ở đây:cạ - lực bám dính giữa cọc và đất

@, - góc ma sát giữa cọc và đất.on - ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên của coc, tính theo công thứcsau: 6, =K xơ =K xyz

Trong đó: K, - hệ số áp lực ngang Ngoài ra có thể kế đến các phương pháp sau:Tomlinson dé nghị thêm vào thành phan lực dính một hệ số a, trong côngthức xác định lực ma sát xung quanh giữa cọc và đất

f =œxc, +Ơ,tg), =œxc, +K xo,tgo,

Hệ số hiệu chỉnh a.Phương pháp B được Burland gợi ra từ năm 1973 trên các giả thuyết sau:- Lực dính của đất giảm đến 0, trong quá trình đóng cọc, do đất bị phá vỡ kết

_9 Ung suất hữu hiệu của đất tác động lên mặt đứng của cọc sau khi áp lựcnước lỗ rỗng thặng dư phân tán hết ít nhất phải băng ứng suất này ở trạng thái tĩnh,áp lực nước lỗ rỗng thang dư xuất hiện do thể tích cọc lần chiếm và đất xung quanhbi nén, nhưng hệ số thắm của đất bé nên cần phải có thời gian để nước thoát đi

- Ứng suất chống cat của đất xung quanh cọc trong quá trình chịu tải chỉ liênquan đến vùng đất mỏng xung quanh cọc, vùng này tùy thuộc dạng cọc và tính thoátnước của đất giữa hai thời điểm đóng và chất tải lên cọc

Công thức xác định ma sát đất và cọc có dạng:f =K xơ tgọ : đặt B=K, xtgọ : ta được f =Bxo,Vì o, là ứng suất do trọng lượng bản thân nên khi có ứng suất phụ thêm dotải ngoài đặt trên mặt dat ta có thé hiệu chỉnh f, =B(o, +ơ,)

Theo phương pháp này giá trị B dao động trong khoảng từ 0.25 đến 0.4 nếu

f, =A(o, +2c,)O day: ^ - biên đôi theo chiêu sâu đóng cọc, được suy ra từ biéu đồ sau:

-10-Xd

10 a

]|

bo

L(m)40

60

70

Hình 1.2 Biéu đô xác định giá trị hệ số Â

Năm 1981, Coyle - Castillo đưa ra một cách xác định sức chịu tải của cọc

trong nên cát, sau hàng loạt phân tích các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và đóng cọc

thử tại hiện trường.

Q, = f, Ag

f, - là lực ma sát đơn vị giữa đất và coc được tác giả thiết lập quan hệ thựcnghiệm với góc ma sát @ và tỷ số z/ B, với chiều sâu z tính đến giữa lớp cát và Blà bề rộng của cọc Lưu ý rằng, phương pháp của Coyle - Castillo không xét đếnloại vật liệu làm cọc, ảnh hưởng việc hạ cọc và điều kiện ứng suất ban đầu

Một phương pháp tong quát của Kulhawy nhằm xác định lực ma sát f, đất cát

với mặt bên của cọc được Kulhawy đưa ra có dạng sau:

Ở day: K, =(1—sinp')OCR*"?ơ, - ứng suất hữu hiệu thắng đứng tại điểm tính f,Các tỷ số o,/@ và K/K, được Kulhawy giới thiệu theo[1]

-11-1.1.4 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền

Theo TCXDVN 205 - 1998 thì sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền

được tính với công thức sau:

Qu = Q, + Q> = Af, + AppQu= ni + Apdp

c - lực dính của đất0, - ứng suất hữu hiệu trong dat theo phương thang đứng tại độ sâu mũi cocdo trọng lượng bản thân đất

Nc, Ng, N, - hệ số sức chịu tải, phụ thuộc ma sát trong của dat, hình dạng

mỗi coc và phương pháp thi công coc.

cạ - lực dính bám giữa thân cọc và đấto, -Ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọcọ,- góc ma sát giữa thân cọc và đất nên

Sức chịu tải cực han của cọc trong đất dínhDo góc ma sát của đất bằng không nên sức chịu tải sẽ có dạng

Q, =A,ac, +A,N.c,

O day:N, - hệ số sức chịu tải lay bang 9 cho cọc đóng trong sét cố kết thường vabang 6 cho cọc nhỏi

a - hệ số điều chỉnh lực bám dính giữa dat và cọc từ lực dính của thí nghiệmkhông cô kết không thoát nước, với cọc đóng chon theo [1]

Chú ý: trị số œc, có giá trị giới hạn là 100 kPaSức chịu tải cực bạn trong đất rời

Với lực dính c = Ö nên sức chịu tải của cọc có dạng

-12-Q,=Q +Q = A Ko tgụ, + A.N{Ovp

O day:K, - hệ số áp lực ngang trong dat ở trạng thái nghỉ

co, - Ứng suất hữu hiệu trong đất tại độ sâu tính toán ma sát bên tác dụng lên

CỌC

1.1.5 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền

Nham mục đích tính toán sơ bộ sức chịu tải cọc theo các kết quả thống kêcác chỉ tiêu đặc trưng vật lí của đất nền cho các dự án tiên khả thi, có thé sử dụngphương pháp rất đơn giản, ít chính xác và không cần nhiều thí nghiệm cơ học phứctạp, đó là phương pháp thống kê, còn có tên là phương pháp tính sức chịu tải cọctheo chỉ tiêu vật lí của đất nên

Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chongKhi nền đất có Eo > 50 Mpa = 500 kG/cm” được xác định theo công thức sau:Qte = MAp x qp

O đây: m - hệ số điều kiện làm việc

qp - cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc.Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát (cọc đóng có cạnh cọc từ 250mm đến

Suc chịu nho cua coc

hiện trường dựa trên chỉ sô Ny như sau:

Ny <6: Thi nghiệm được xem là thí nghiệm động.Ny > 1000: Thi nghiệm được xem là thi nghiệm tinh.Ny > (12+15): Thi nghiệm được xem là thi nghiệm tinh — động.Ny > (6+12): Thí nghiệm được xem là thí nghiệm gia tinh —

động Trường hợp này phải dùng các phương

pháp phân tích sóng ứng suất để xác định cụ thé.Dựa trên kết quả nghiên cứu của Middendorp, thí nghiệm xác định sức chịu tải

của cọc tại hiện trường được phân chia thành ba nhóm như sau:e Nhóm thí nghiệm tĩnh: Nén tĩnh, Hộp tải trọng Osterberg, Thí nghiệm coc

có gan thiết bị

e Nhóm thí nghiệm động: Thử động và sử dụng các công thức động như

Gherxevanop, Hilay , Thử động biến dạng lớn, Thử rung trở kháng cơ học

e Thí nghiệm tĩnh động Statnamic.

Thí nghiệm động là dạng chịu tải trọng động của cọc, cọc dịch chuyển trongđất nền với một gia tốc và sinh ra sóng ứng suất trong cọc, hình dạng của các sóngứng suất sẽ phản ánh ứng xử của cọc và đất nên Thí nghiệm tĩnh có đặc điểm khácbiệt: với quá trình tăng tải chậm, không phát sinh gia tốc và sóng ứng suất trongcọc, hệ cọc-đất nền ứng xử ở trạng thái cân bằng tĩnh Tuy nhiên, dé có thé đánh giátính hiệu quả của các phương pháp, cần thiết xem xét và phân tích các ưu và khuyếtđiểm cũng như nguyên lý vận hành của từng phương pháp thí nghiệm

-14-1.2.1 Các phương pháp thí nghiệm tĩnh1.2.1.1 Thí nghiệm nén tinh doc trục

Mục đích thí nghiệm nham kiểm tra gia tri sức chịu tải cua cọc theo kết quảkhảo sát thiết kế hoặc thăm dò sức chịu tải cực hạn của cọc thông qua các giá trỊ kếtquả về cường độ, biến dạng, quan hệ giữa tải trọng - chuyền vị - thời gian thu được

sau quá trình thí nghiệm.

Nguyên lý thí nghiệm là mô phỏng theo tỷ lệ 1:1 sự làm việc của cả hệ thốngcọc - đất nên và tải trọng tĩnh của công trình bên trên truyền xuống Dùng hệ thốngdàn chất tải, hệ thống cọc neo hoặc kết hợp cả hai đặt trực tiếp trên đỉnh cọc hoặcthông qua hệ thống kích thủy lực để gia tải hoặc giảm tải nén cọc sau khi đã thicông ồn định tại công trình Quan trắc chuyển vị của cọc tương ứng từng cấp tai,

thiệt lập các quan hệ giữa tải trọng, chuyên vi và thời gian làm cơ sở đê xác định

[7] [7] _— D&m chịu tai thi nghiệm | | |

sức chịu tải cua cọc.

Kích

| ee >

Tấm = thuy với

thí nghiệm ChuyếnDầm đỡ vị kế

chuyển vị kếCọc thí nghiệm

Hình 1.4 Hệ thống doi trọng là dàn chất tải

Tùy thuộc vào mục đích chính của thí nghiệm mà thí nghiệm nén tĩnh có

những phương pháp tiến hành khác nhau:

" Thử tải duy trì chậm cho cọc hoặc nhóm cọc (Thí nghiệm SM): Dùng thămdo, khảo sát sức chiu tải cua cọc đơn và nhóm coc.

_15-" Thử tải duy trì nhanh cho cọc đơn (Thí nghiệm QM): Dùng xác định sức

chịu tải tức thời của cọc đơn và chuyển vị tức thời (không thoát nước)

= Thử tải với tốc độ xuyên không đổi cho cọc đơn (Thí nghiệm CRP): Dùngxác định sức chịu tải của coc ma sát (cọc có sức chịu tải chủ yếu là ma sát bên),không dùng cho cọc chéng mà sức chịu tải chủ yếu là sức kháng mũi

" Thu tai theo chu kỳ của Thụy Điển (Thí nghiệm SC): Dùng xác định sứcchịu tải của cọc ở những công trình có tải trọng thay đổi theo chu kỳ

= Thử tải với số gia chuyển vị không đối cho cọc đơn.= Thử tải thời gian không đôi cho coc đơn

Phương pháp và trình tự tiến hành được trình bày trong nhiễu tài liệu chuyênngành và tiêu chuẩn

Thí nghiệm nén tĩnh cho kết quả đáng tin cậy vì mô phỏng được chính xácứng xử của hệ thống cọc — đất — tải tĩnh của công trình Có thể áp dụng trên mọi loạicọc và đồng thời không đòi hỏi cao ở điều kiện trình độ, thiết bị và công nghệ thi

công.

Thí nghiệm nén tĩnh sử dụng hệ đối trọng công kénh, cần mặt bằng đủ rộngđể thực hiện Đối với cọc có sức chịu tải lớn, chiều dài cọc lớn hoặc cọc xiên thìphương pháp nén tĩnh rất khó thực hiện và kết quả có thể không chính xác Kết quảsức chịu tải thí nghiệm là sức chịu tải tổng, không tách biệt được ma sát bên và sứckháng mũi của cọc Thời gian thí nghiệm kéo dài sẽ làm ảnh hưởng đến tiến độ thi

công công trình Ngoài ra, kinh phí thực hiện thí nghiệm nén tĩnh là khá cao.1.2.1.2 Thí nghiệm hộp tải trọng Osterberg

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

Hộp tải trọng Osterberg hay còn gọi là hộp O-Cell có cau tạo như một kíchthủy lực Hộp được lắp đặt đồng thời với lồng thép ở đáy hay ở thân cọc cùng hệthống các ống dẫn thủy lực và các thanh đo trước khi đồ bêtông Sau khi bêtông cọcđạt cường độ thiết kế, tiến hành gia tải thí nghiệm bang cách bơm chất lỏng dé taoáp lực Kích tạo ra hai áp lực: lực đây thân cọc hướng lên và lực ép xuống tại mũi

_16-cọc Trọng lượng thân cọc và thành phân ma sát bên giữa cọc và đất nên đóng vaitrò đối trọng cho thí nghiệm Thí nghiệm kết thúc khi đạt đến sức kháng ma sát bêngiới hạn hoặc sức kháng mũi giới hạn (cọc bị phá hoại ở thành hoặc ở mii) Từ kếtqua đo chuyển vị và lực, vẽ các biéu đồ quan hệ giữa lực tác dụng và chuyển vị mũi

và thân cọc, phân tích các biêu do dé xác định sức chịu tải của cọc.

“—>>”—— « + —ve=r——\}sa `

_ F Sirk hhh herb boro Ly ,

Hộp Ndi hông " J.y.g.nn.g hb

NOp tô: hong

Hình 1.5 Nguyén lý hộp tai trọng Osterberg

Kết quả thí nghiệm có thé tách riêng các thành phan sức kháng bên và sứckháng 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 toànvà không yêu câu về mặt bằng Thí nghiệm cho phép nghiên cứu tương đối chínhxác ung xử của cọc va đất nên, đặc biệt với khả năng chịu kéo của cọc thông quaviệc bố trí số lượng và vị trí các hộp Osterberg Chu kỳ tải trọng và thời gian duy trìcho từng cấp tải có thé thực hiện dé dang qua đó có thé 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 tựđộng thuận lợi cho việc xem xét và phân tích kết quả Có thể thực hiện ở những

- J7

-điều kiện khó khăn về địa hình, mặt băng Thí nghiệm có thể thực hiện với cọc mởrộng đáy, cọc xiên, cọc có đỉnh dưới mặt đất tự nhiên So với thí nghiệm nén fĩnh,ứng suất gây ra trong cọc thí nghiệm chỉ bằng 50%, đồng thời thí nghiệm có thểthực hiện với những tải trọng lớn (hơn 3000 tan) mà thí nghiệm nén tĩnh không thé

thực hiện

Yêu cầu phải lắp đặt hộp tải trọng Osterberg trước khi đồ bêtông cọc vàkhông thu hồi lại được hộp tải trọng Osterberg sau khi thí nghiệm Nguyên lý củathí nghiệm là cần băng các thành phân của sức chịu tải, khi đạt tới tải trọng tới hạncủa một trong hai thành phần sức chịu tải của cọc phải dừng thí nghiệm Vì vậy cầnphân tích, dự kiến các thành phan suc khang để xác định vị trí bố trí hộp tải trọnghoặc bố trí nhiều hộp tải trọng Kết qua thí nghiệm được phân tích dựa trên một sốgiả thiết gần đúng, nên kết quả thí nghiệm cần kiểm chứng và chỉ phù hợp với cọckhoan nhồi

Chất tải thử cọc, ứng với từng cấp tải trọng, các giá trị biến dạng và chuyểnvị của bêtông và cốt thép trên bộ xử lý (là chương trình tự động tích hợp trên máy vitính) Sự phân bố ma sát bên thành cọc và sức kháng mũi được xác định bangnguyén tac cân bang luc (Luc trong than coc, đầu cọc va ma sát bên hoặc sức kháng

Với: A,E - diện tích tiết diện coc va module dan hôi của cọc.

A, - chuyên vi tương ứng ở các độ sâu Li.

Yêu cầu lắp đặt các thiết bị trên thân cọc trước khi thi công nên cần nhữngbiện pháp bảo vệ các thiết bị này; cần tính toán xác định số lượng cọc làm thínghiệm trước khi tiễn hành.

1.2.2 Các phương pháp thí nghiệm động1.2.2.1 Thí nghiệm thứ động và sứ dụng các công thức động

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

_19-Nguyên lý thí nghiệm dựa trên cơ sở ứng dụng định luật Newton với giả thiếtcọc là vật cứng, lực cản của dat tập trung ở mũi cọc Sau thời gian 6n định sau khithi công, dùng thiết bị đóng cọc tác động lên đầu cọc, năng lượng đóng búa băngtong năng lượng cọc chống lực cản của đất R sinh ra độ xuyên e và tốn that năng

lượng đóng cọc:

W.H=R.+R.

Trong đó: W — Trọng lượng búa.

H - Chiều cao rơi của búa đóng cọc.Lực cản của đất, sức chịu tải cho phép của cọc đơn được xác định băng cácbiểu thức:

_WHE._—R_ WHE

R =—=

é k— k(+e)

c+e.Trong đó: c - Hệ số tốn thất năng lượng, bao gdm tiêu hao năng lượng phidan hồi của đất, tôn thất năng lượng đóng búa lệch tâm, nén dan hồi của coc và vađập bán đàn hồi giữa búa và cọc

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

e Công thức đóng cọc động lực Hiley.Xác định sức chịu tải cực han của cọc Q, (KN):

_ €W.H W+nˆW,

c+c/2 W +W,

Trong đó: W,, W,— Trọng lượng búa và trọng lượng cọc (KN)

e - Độ xuyên của cọc (cm/1 nhát búa)

¢ ,n— Hiệu suất búa và hệ số hồi phục

Các hệ số ¢ ,n xác định bang bang tra.C = Ci+Cs+Œa — Gia tri biến dạng đàn hồi của hệ thống cọc-đất

Các hệ sô c¡, Cz, cạ xác định băng bang tra.

e Công thức đóng cọc động lực Hiley cải tiến.Các tham số é,n,c khó xác định trong sử dụng thực tế, néu dùng thiết bịphân tích đóng cọc có thể đo được năng lượng xung kích lớn nhất trên đầu cọc Emaxhoặc đo được tín hiệu lực và tốc độ chuyển vị đầu cọc

Sử dụng công thức tính năng lượng xung kích có thể tránh được hệ số hiệu

quả búa đóng cọc ¢ , hệ sô hôi phục n và giá tri biên dạng đàn hôi mũ cọc c.

_ 20

-vax =[ FạVụydï

Với ty - thời điểm mà Vụy = 0

Sức chịu tải cực hạn của cọc:

6 - hệ số, xác định theo công thức :

4\ A, A, )W+W.

A, - Dién tich cua mat bén coc.

21

-No, nạ - Chuyén từ sức chống cat động sang sức chống cat tĩnh của đấtở mũi cọc nọ = 0,0025s.m/T và dat xung quanh cọc nạ = 0,25s./T.h — Chiều cao nay dau tiên của búa, bằng 0,5m cho búa diezen; bằng 0

cho búa khác.

H - Chiều cao rơi của búa, m.Đối với khu vực đã thông hiểu địa chất, cọc không dài và có độ cứng lớn thìphương pháp thử động là biện pháp đơn giản và hiệu quả nhất để kiểm tra và khôngchế tải trọng cọc

Độ chính xác của phương pháp thí nghiệm này rất thấp do thiếu biện phápxác định năng lượng của búa đóng cọc và năng lượng ton thất đệm cọc, đệm búa.Ngoài ra, đối với cọc dài hoặc độ cứng của cọc thấp, năng lượng búa đóng cọc sẽtiêu hao do biến dạng đàn hồi của cọc hoặc bật nay cua bua thi m6 hinh va dap danhồi của phương pháp hiệu quả không cao

1.2.2.2 Thí nghiệm thứ động biến dạng lớn

Thí nghiệm thử động biến dạng lớn thực hiện nhằm đánh giá sức chịu tải củacọc tại các thời điểm vừa thi công hạ cọc vào đất nền và sau khi cọc nghỉ một thờigian Xác định sức chịu tải của cọc theo những chiều dài khác nhau của cọc Xácđịnh sự phân bố sức kháng bên và sức kháng mũi cũng như các hệ số cản động(damping) và hệ SỐ ngưỡng đàn hồi của đất (quake)

Đánh giá ứng suất phát sinh trong cọc và sự toàn vẹn của cọc Dự báo ứngsuất kéo và nén phát sinh trong cọc khi đóng cọc, từ đó dự báo khả năng bị pháhỏng 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 băngbúa đóng: Xác định phần trăm năng lượng hiệu quả của búa, đánh giá sự ảnh hưởngcủa đệm búa và đệm cọc đến số nhát búa

Phương pháp thử động biến dạng lớn (Pile Dynamic Analysis) dựa trênnguyên lý truyền sóng ứng suất trong thanh một chiều Thí nghiệm gồm ba mô hìnhnghiên 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

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý thi nghiệm thử động biến dạng lớn

1 Bua 2 Cọc 3 Đầu do gia lốc 3A Máy do gia tốc4 Dau do ứng suất 4A Máy do ứng suất

5 Thiết bị phân tích (Máy vi tính và phan mém) 6 Máy in kết quaSau khi chuẩn bị thiết bị và cọc thí nghiệm, liên kết hai đầu đo gia tốc vàbiến dạng vào thân cọc đối xứng nhau qua tim cọc, thường là liên kết bulông VỊ tríliên kết cách đỉnh cọc tối thiểu hai lần đường kính cọc Kiểm tra sự làm việc toàn bộhệ 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 lớnnhất của búa, ứng suất kéo lớn nhất của cọc, hệ số độ toàn vẹn của coc và một số dirliệu khác Các số liệu này được phân tích tiếp theo bằng mô hình Case hay mô hìnhCAPWAP để xác định sức chịu tải của cọc cả về sức kháng bên và sức kháng mũi

Ngoài ra, còn có thê phân tích vê công nghệ đóng cọc và dự báo vê chat lượng coc.

© CAPWAP 2006-2-IBST/S - [P952_3.cww] SEE

E3 File Edit View Input Update Tools Analysis Window Help =| a) x

ZE# lí @}b4~>;+$X©6 IN Œ} PM f Job F2 AC AF AT RD AB AB ag co AQ HR HH He py | My P, Be OOF ov ow|sI _* || Main Input xị

F8=Interp.; Within a selected cell, F9=EDIT and PgUp/PgDn=Increase/Decrease Chung cu D1 -Khu dan cu Phu Loi; P952; Coc epBlow Et.(b/m] — Match Quality — Mult Blow

Msd [1000 AN# [2015 ASA fo + Blow No 3

}-S Modi Curr Prev Depth

JSAT $5/ST OS/QT UN/TG CS/CT PS/PL SK/BT SO/OP PI AU/Rt

0.9826 { 1.086 { 3633| 0123 1 0 ofo vị| 002[128722322| 1.313] 1.506 0| 0392] 1.78 0/0 +] Mod | 2787

s/m mm mm kN kNRed means out of suggested range Blue means change since last try.

[0242| 1313| 1508[ af ase] 1/81[ 0.0 Previousf 2767I click overall parameter input field For suggestion; F4 - AC; F5 - quick standard 4Q; F6 - quick auto RU= 1287.2; Rt= 276.70; Rs= 1010.50 kN

¬

Hình 1.8 Giao diện kết quả thí nghiệm phân tích trên phan mêm CAWAPCác 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 sátthành bên và sức kháng mũi của cọc; Ứng suất trong thân cọc; Gia tri ứng suất kéovà 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 cọcvà độ lệch giữa búa và cọc; Tổng số nhát búa và số nhát búa trong một phút Chiềucao búa rơi và độ nảy của phan va đập; Hệ số hoàn chỉnh của mặt cắt ngang thân

coc.

Thời gian thí nghiệm rất nhanh nên có thé gop phan rút ngăn 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 làchiều dài, cường độ và độ đồng nhất của bêtông cọc Dễ dàng kiểm soát được sự hồiphục hay giãn ra của đất sau khi hạ cọc và tiễn hành thí nghiệm sau đó Xác định

được sức chịu tải của cọc theo từng nhát búa, từng cao độ đặt mỗi trong quá trình

đóng cọc, qua đó có thé lựa chọn được chiều dài cọc phù hợp Thông qua thiết bịphân tích đóng cọc, có thể lựa chọn được hệ thống đóng coc hợp ly và theo dõi

những vân đề có thê xảy ra đôi với búa, cọc, đât sẽ sớm phát hiện được các sự cô đê

_24-xử lý kịp thời những vấn đề ảnh hưởng đến tiến độ thi công và giảm được chỉ phí,rủi ro Đặc biệt đôi với các công trình dưới nước như móng cảng cầu hoặc các côngtrình có mặt bang chật hep 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 lựachọn hữu hiệu.

Phương pháp thử động biến dạng lớn cần một năng lượng va chạm ở đầu cọcđủ lớn để làm dịch chuyển cọc và huy động toàn bộ sức kháng của đất nền va chạmnay có thé gây ra tiếng ồn và chan động ảnh hưởng các công trình lân cận

1.2.2.3 Thí nghiệm rung trớ 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 tri độ cứng động của cọc có được trên quan hệ giữa trở kháng cơ học

của cọc và tân số dao động

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

E

Q,=E,S,=—S,

7]

_25-Trong đó:

c - vận tốc truyền sóngL - chiều dai cocAf - độ chênh giữa hai cấp tần số

p - tỷ trọng khói lượng cọc-đất

A - diện tích mặt cắt ngang cọcP,Q - giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của tần số dao động cộng hưởngf„— tần số dao động

IV/FI,, — vận tốc dao động

E, - độ cứng tĩnh của cọc.Ep - độ cứng động cua coc.

S„ - chuyển vị cho phép của cọc.n - Hệ số so sánh độ cứng fĩnh-động

Thông qua xác định các tham số trên tiễn hành đánh giá chất lượng cọc và

xác định sức chịu tải cho phép của cọc.

Bo

phat điềnĐồng cơ diện dong

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm rung trở kháng cơ họcĐánh giá chi tiết tình trạnh chất lượng cọc, gom tinh đồng nhất và liên tụccủa bêtông cọc, vết nứt, sự thay đối tiết diện cọc, mức độ phân tầng và tính cặn langcủa bêtông cọc khoan nhôi Xác định sức chịu tải cho phép của cọc một cách đơn

giản, nhanh chóng.

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 cứngtĩnh của cọc và dùng kết quả độ lún cho phép từ kết quả thí nghiệm khác để tính

toán xác định sức chịu tải cho phép của cọc là không tin cậy.

quả thí nghiệm thường có giá tri rất bé (vài mm) và phạm vi biến dạng đàn hồi

chiếm ty lệ đáng kể Nham phân tích, đánh giá và chọn lựa khả năng chịu tải hợp lý,việc phân tích kết quả nén tĩnh cần thiết được thực hiện Kết quả phân tích có thể

cho phép rút ra kinh nghiệm hữu ích trong việc đánh giá khả năng chịu tải của cọc

cho các địa phương ở Đồng băng sông Cửu Long nói chung và Đồng Tháp nói

riêng.

_27-CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

ĐÁNH GIÁ SUC CHIU TAI CUA COC TỪ THÍ NGHIỆM

Căn cứ kết quả khảo sát địa chất công trình, thí nghiệm đất trong phòng vànghiên cứu lý thuyết để thiết kế cọc Sau đó, cọc được thi công và tiễn hành thínghiệm để khăng định khả năng chịu tải cua cọc và hoàn chỉnh lại thiết kế Trongtrường hợp này, cọc được tiễn hành thí nghiệm tới khi bị phá hoại

Trước hết dựa vào kinh nghiệm, kết quả khảo sát hiện trường, vào các thínghiệm đất trong phòng và các nghiên cứu lý thuyết để thiết kế cọc Sau đó, tiếnhành thí nghiệm sức chịu tải thiết kế của cọc Trong trường hợp này cọc được thínghiệm tới tải trọng gấp 2 lần khả năng chịu tải thiết kế

Thiết bị thí nghiệm và trình tự thí nghiệm đối với 2 trường hợp này là hoàntoàn tương tự nhau Sự khác nhau chính chỉ là mức tải cuối cùng Do đó những chỉmục về thí nghiệm trình bày dưới đây có thé áp dung cho cả hai trường hợp kể trên.Chương này trình bày chi tiết về thí nghiệm sức chịu tải của cọc chịu tải trọng nén.2.1 Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh cọc

Thí nghiệm nén tĩnh cọc là phương pháp được xem là đáng tin cậy trong việc

đánh giá khả năng chịu tải của cọc Thí nghiệm này cho phép kiểm tra lại cácphương pháp tính toán khả năng chịu tải khác cho cọc và là căn cứ để chọn giá trikhả năng chịu tải cuối cùng của cọc

2.1.1 Thiết bị thí nghiệmThiết bị thí nghiệm thử cọc gồm:Các bộ phận tạo điểm tựa như đối trọng hoặc neo vào các cọc xung quanh cọc

thử.

Bộ phận tạo lực nén như kích và các tắm cứng làm điểm tựa.Các thiết bị đo lực tác động và chuyền vị Ngoài ra cũng có thể lắp đặt (dánchặt) các đầu dò vào mặt bên xung quanh dọc thân cọc thử để biết tình trạng ứngsuất - biến dạng quanh cọc

Đề tránh ảnh hưởng lên kết quả sức chịu tải của cọc bởi hiện tượng xúc biếntrong nên đất thoát nước kém và hiện tượng ching ứng suất trong nên đất thoát

* Phương pháp thứ tai duy trì cham (QM)

Phương pháp này sử dụng trong ASTM _D1143-81 (1989) gồm các bước như

sau:

Gia tải coc thành 8 bước bang nhau đạt đến 200% tai trọng thiết kế, các bước

gia tải như sau: 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175% và 200%.