Các thí nghiệm đất tại hiện trường

mục đích - yêu cầu: Công trình: Nhà máy nhiệt điện 2x600MW Hải Dương - Việt Nam Để kiểm tra chất lượng của cọc khoan nhồi trong công trình, theo đề nghị của Chủ đầu tư, Cơ quan tư vấn t

PHẦN II THÍ NGHIỆM ĐẤT NGOÀI HIỆN TRƯỜNG

1 Căn cứ kiểm tra và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng:

- Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công của công trình

- Chỉ dẫn kỹ thuật

- Các Tiêu chuẩn kỹ thuật :

+.TCXD 205 : 1998 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế;

+ TCXDVN 9395:2012 Cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu; + ASTM C597:83 : Phương pháp kiểm tra tiêu chuẩn của vận tốc siêu âm truyền

qua bê tông;

+ BS 1881.Part 203-1986: Các đề nghị về việc đo vận tốc siêu âm trong bê tông;

+ TCXDVN 9393:2012: Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục

+ TCXDVN 9396: 2012 Cọc khoan nhồi- phương pháp xung siêu âm xác định tính nhất đồng nhất của bêtông

+ TCXDVN 9397:2012 - Cọc - Kiểm tra khuyết tật bằng phương phỏp động biến dạng nhỏ

+ Tiêu chuẩn áp dụng TCVN3118- 1993 Bê tông nặng, phương pháp thử cường

độ nén

+ Tiêu chuẩn áp dụng TCVN239- 2005 Bê tông nặng, chỉ dẫn đánh giá cường

độ bê tông trên kết cấu công trình

+ TCXDVN 371:2006 Nghiệm thu chất lượng công trình

- Các tiêu chuẩn hiện hành

2 mục đích - yêu cầu:

Công trình: Nhà máy nhiệt điện 2x600MW Hải Dương - Việt Nam

Để kiểm tra chất lượng của cọc khoan nhồi trong công trình, theo đề nghị của Chủ đầu tư, Cơ quan tư vấn thiết kế sử dụng phương pháp kiểm tra bằng các phương pháp:

+ Thí nghiệm nén thử tải trọng tĩnh cọc khoan nhồi trong công trình nhằm xác

định khả năng chịu tải thực tế của cọc, qua đó đánh giá khả năng làm việc lâu dài của cọc trong công trình

+ Thí nghiệm nén ngang

+ Thí nghiệm xung siêu âm (SONIC) xác định tính đồng nhất của bê tông, + Thí nghiệm kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp động biến dạng nhỏ PIT + Thí nghiệm cọc bằng phương pháp động biến dạng lớn PDA

+ Thí nghiệm khoan lõi cọc

b Yêu cầu

- Thiết bị phải đảm bảo độ chính xác cần thiết

- Phương pháp tiến hành phải tuân thủ đúng theo các quy định của các tiêu chuẩn hiện hành, đảm bảo tính khách quan của kết quả kiểm tra

(CPT-b Thành phần của thiết bị xuyên:

- Các bộ phận chủ yếu của máy xuyên là đầu xuyên, măng xông, cần xuyên, thiết

bị đo độ nghiêng, cơ cấu gia lực và đo lực, giá đỡ, hệ neo

- Đầu xuyên hình nón góc ở đỉnh 600, đầu làm bằng vật liệu cứng, có tiết diện ngang từ 5 ữ 20 cm2

Loại phổ biến thường dùng có đường kính đáy là 35,7mm (diện tích đáy là 10cm2) phần trên hình trụ dài 5mm

- Măng xông (đặt phía trên mũi dùng để đo sức kháng bên) là một ống hình trụ

độc lập có đường kính là ds và phải thỏa mãn dc < ds < dc + 0,35mm, măng xông có chiều dài là 132,6mm và có diện tích xung quanh là AF = 150 ± 0,03 cm2

- Các thiết bị để đo sức kháng đầu mũi và sức kháng bên sẽ được lắp đặt sao cho

độ lệch tâm có thể có của thiết bị này không ảnh hưởng đến việc đo giữa sức kháng mũi và sức kháng bên

- Bộ đo áp lực nước lỗ rỗng có thể đo được áp lực nước lỗ rỗng ở trên mũi côn và măng xông Thiết bị có thể đo được áp lực nước lỗ rỗng với độ chính xác là ±5% cho tới cột nước ± 0,2 m và được bảo vệ tránh các hạt đất chui vào bởi một lưới thấm bằng vật liệu chống bào mòn

- Cần xuyên là các ống thép rỗng từng đoạn dài 1m ữ 1,5m nối với nhau bằng ren Đường kính ngoài của cần xuyên phải có kích thước sao cho chúng không ảnh hưởng tới việc đo tại mũi xuyên, thông thường đường kính ngoài là 36±1mm, đường kính rỗng của cần xuyên là 16mm Đối với xuyên côn bằng cơ học thì trong lòng cần ngoài còn có “cần trong” Còn đối với xuyên côn bằng điện thì trong lòng cần ngoài là lõi cáp để truyền kết quả bằng điện Với xuyên côn bằng điện thì sức kháng mũi (qc)

và sức kháng bên (fs) được đo bằng điện và truyền vào máy tính

- Cơ cấu gia lực thường dùng là máy nén, máy nén phải được thiết kế sao cho: phản lực tạo ra không được ảnh hưởng đến sức kháng xuyên, máy phải có khả năng nén liên tục được một đoạn ít nhất là 1 mét, tốc độ khi xuyên được khống chế ở 20± mm/ giây và sau đó giữ tốc độ không đổi trong suốt quá trình xuyên

c Trình tự tiến hành xuyên:

- Nguyên tắc chính cần tuân thủ ở đây là thí nghiệm phải liên tục và việc đo sức kháng xuyên phải được tiến hành trong khi các bộ phận của mũi xuyên cùng đồng thời chuyển động xuống với tốc độ xuyên tiêu chuẩn Đối với thí nghiệm xuyên cơ học (MCPT), cứ 20cm thì ta đọc kết quả một lần Mũi xuyên và măng xông được đẩy

độc lập với nhau, cho phép tách biệt lực đo trên mũi và lực đo trên măng xông Còn trong thí nghiệm xuyên côn đo điện (ECPT), khoảng cách giữa các số đọc tùy thuộc vào sự yêu cầu của người thực hiện, (thông thường là 5cm) Sức kháng mũi qc sức kháng bên fs và áp lực nước lỗ rỗng (u) được đo riêng biệt qua những transducer (bộ chuyển tín hiệu) riêng biệt

- Trước mỗi lần thí nghiệm cần phải kiểm tra thiết bị lại để thay thế ngay các chi tiết hỏng, trước mỗi lần thí nghiệm phải đảm bảo rằng bộ lọc và các khoảng trống khác của hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng đã bão hòa nước

- Trong quá trình thí nghiệm cần đảm bảo cần truyền lực luôn luôn xuyên thẳng

đứng trong suốt quá trình thí nghiệm Muốn vậy cần phải kiểm tra đầu cần truyền lực ngay sau khi nối thêm cần mới Nừu độ nghiêng vượt quá 2% thì phải ngừng ngay thí nghiệm và phải làm lại thí nghiệm cách hố vừa bỏ ít nhất là 1m

- Phải thực hiện thí nghiệm trọn vẹn liên tục cho tới hết độ sâu yêu cầu

d Tính toán và biểu diễn kết quả:

* Tính toán kết quả thí nghiệm:

- Đối với thiết bị xuyên côn cơ học (MCPT), sức kháng xuyên của đất được tính như sau:

- Sức kháng đầu mũi xuyên là:

∆G - Chênh lệch áp lực đo được trên đồng hồ đo giữa sức kháng ma sát

và sức kháng đầu mũi xuyên (KPA);

* Hiệu chỉnh kết quả và biểu diễn kết quả thí nghiệm:

- Hiệu chỉnh kết quả sức kháng mũi khi có đo áp lực nước lỗ rỗng (CPT) áp lực

mà transducer đo được ở mũi là qc, trong CPTU đây không phải áp lực thực tác dụng lên mũi côn là qT có liên hệ sau:

- QT AT = qc AT + UT Asb

- Hay qT = qc + = qc + UT (1-a)

- Trong đó:

qT – sức kháng mũi hiệu chỉnh

AT – Tiết diện ngang mũi côn

Asb – Tiết diện ngang vòng đá thấm Asb = AT - AN

AN – Tiết diện ngang mũi côn phía trong vòng đá thấm

A = AN/AT thông thường a = 0,8 ữ 0,82

UT – là áp lực nước lỗ rỗng đo tại vòng đá thấm ngay phía sau cổ côn

Từ kết quả hiệu chỉnh số đo ta có thể biểu diễn kết quả đo thông qua các chỉ tiêu sau:

- Tỷ số sức kháng Rf = 100%

- Sức kháng mũi chuẩn hóa qcn = (qc, ′ đo bằng bar)

− được viết là Cq gọi là hệ số hiệu chỉnh độ sâu

- Sức kháng mũi chuẩn hóa ( mới – Robertson 1990)

QT =

- áp lực nước lỗ rỗng chuẩn hóa:

Bq =

Các kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh được trình bày trên đồ thị thể hiện sức kháng mũi

qc, sức kháng bên fs, tỷ số sức kháng Rf (đã được chuẩn hóa) biến đổi theo chiều sâu

e Đánh giá trạng thái của đất dựa vào kết quả CPT

Quan hệ đưa ra sớm nhất giữa qc và độ chặt tương đối của đất cát (D) theo Meyerhof

Sức kháng cắt của đất sét dựa vào kết quả CPT:

Sức kháng cắt của đất sét (Su) thường được ước tính bằng thí nghiệm CPT qua biểu thức:

Khác với xuyên tĩnh đối với xuyên động cần xuyên và mũi xuyên được đóng xuống

đất Kích thước xuyên động được tiêu chuẩn hóa như sau:

- Mũi xuyên góc nhọn 60o, đường kính đáy 43,7mm, diện tích 15cm2

- Đường kính cần xuyên 32mm

- Quả tạ nặng 50Kg Chiều cao rơi 50cm

Khi xuyên động cần phải xác định những chỉ số sau

- Chỉ số xuyên động N

- Độ sâu hạ xuyên do một số lần đóng nhất định

- Sức kháng xuyên động quy ước của đất Rđ(KG/cm2, KN/cm2) Chỉ số xuyên động N

là số nhát búa đóng cần thiết để dụng cụ xuyên xuống độ sâu nhất định, thường được quy định là 10cm có thể xác định theo biểu thức:

>125

Xốp Chặt vừa Chặt Hạt nhỏ ít ẩm <30

30-110

>110

Xốp Chặt vừa Chặt Hạt nhỏ ít ẩm và hạt nhỏ <20 Xốp

bão hòa nước 20-85

>85

Chặt vừa Chặt Cát mới đắp dưới nước

- Hạt nhỏ và hạt vừa ít ẩm

- Hạt nhỏ và hạt vừa bão

hòa nước

<35 35-110

>110

<20 20-85

>85

Xốp Chặt vừa Chặt Xốp Chặt vừa Chặt

3.3 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

+ Thí nghiệm hiện trường - thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT : được xác định theo điều kiện kỹ thuật và tiêu chuẩn TCVN 9351:2012 có ý nghĩa rất lớn trong quá trình khảo sát Nó mang lại rất nhiều thông tin quí giá cho việc đánh giá các chỉ tiêu cơ học của đất đá, khả năng chịu tải trọng của lớp đất phục vụ cho công tác thiết kế + Tương tự như việc lấy mẫu nguyên dạng, tại vị trí thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, đáy hố khoan cũng phải được thổi rửa sạch sẽ

+ Thả bộ dụng cụ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn xuống đáy hố khoan

+ Đánh dấu các vị trí quan trắc lên cần khoan: 15 cm một vị trí - tổng cộng 3 vị trí quan trắc

+ Dùng tạ tiêu chuẩn đóng cho mũi xuyên xuyên vào đất, quan trắc tốc độ xuyên của dụng cụ vào đất trong từng 15 cm một

+ Ghi lại kết quả đã quan sát được

+ Sau khi kết thúc một lần thí nghiệm SPT, tiếp tục khoan các hiệp tiếp theo Việc thi công được tiến hành lặp đi lặp lại cho đến khi đạt yêu cầu và đủ chiều dài dừng khoan theo qui định Kết quả thí nghịêm SPT được ghi chép theo mẫu:

Biểu ghi chép tại hiện trường

Ngày kết thúc: Tọa độ (X: ; Y ); Cao độ :

Ghi chú

3.3 Thí nghiệm bàn nén hiện trường

Trong nghiên cứu làm việc của móng nông, xuất hiện ý tưởng là cần tiến hành thí nghiệm nén tại hiện trường trên 1 bàn nén tương tự như 1 móng nhưng có kích thước nhỏ hơn Qua đó có thể quan sát được trạng thái làm việc của bàn nén làm cơ sở suy diễn cho móng nông có kích thước thực Đó chính là cơ sở xuất hiện loại thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh (Plate Bearing Test) sử dụng cho kiểm tra và thiết kế móng nông cũng như cho thiết kế tầng phủ mặt đường giao thông Không chỉ trong đất mà trong đá người ta cũng áp dụng các loại thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh nhằm xác

định module đàn hồi và sức kháng cắt khối đá

Phương pháp thí nghiệm bàn nén tải trọng tĩnh thông thường được tiến hành theo tiêu chuẩn: TCXD 80: 2002 - Đất Xây Dựng Phương pháp xác định module biến dạng tại hiện trường bằng tấm nén phẳng ( Soils In situ test methods of determination of deformation module by plate loading)

1 Muc đích thí nghiệm , phạm vi áp dung:

Mục đích là kiểm tra sức chiu tải cho phép của móng nông và qua đó có thể

đánh giá tính bền và tính biến dạng của đất nền dưới móng

Thí nghiệm xác định module biến dạng của đất nền trong phạm vi chiều dày bằng hai đến ba lần đường kính tấm nén nhằm tính toán độ lún của công trình

áp dụng cho các loại đất sét, đất cát và đất hòn lớn trong điều kiện hiện trường ở thế nằm và độ ẩm tự nhiên hoặc sau khi san lấp và đầm nén đến độ chặt yêu cầu Không áp dụng cho đất trương nở và đất nhiễm mặn khi thí nghiệm chúng trong

điều kiện thấm ướt

2 Các thuât ngữ:

Mođun biến dạng của đất : là đặc trưng biểu thị khả năng chịu nén của đất ; là hệ

số tỷ lệ giữa gia số của áp lực tác dụng lên tấm nén với gia số tương ứng của độ lún tấm nén, được qui ước lấy trong đoạn tuyến tính

Độ lún ổn định qui ước: gia số độ lún tấm nén sau một khoảng thời gian, chứng

tỏ sự tắt dần biến dạng của đất nền trên thực tế

áp lực tự nhiên của đất: áp lực thẳng đứng trong khối đất tại một độ sâu do trọng lượng bản thân của các lớp nằm trên

Phụ tải: Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đất thông qua diện tích phụ them quanh tấm nén

Cấp gia tải: Lượng tải trọng tác dụng lên tấm nén khi thí nghiệm từng đợt

3 Các qui đinh chung:

Thí nghiệm đất bằng bàn nén được tiến hành trong hố đào, hố móng, giếng đào hoặc lổ khoan được bố trí cách điểm thăm dò kỹ thuật từ 1.5 m # 2.0 m

Thí nghiệm (TN) trong hố đào và hố móng được tiến hành cho những lớp đất nằm cao hơn mực nước dưới đất, TN trong lổ khoan cho đất ở độ sâu 6.0 m # 15.0 m (kể cả trong trường hợp nằm thấp hơn mực nước dưới đất )

Diện tích tiết diện ngang của hố đào không nhỏ hơn 1.5mx1.5m, đường kính hố tạo ra bằng phương tiện cơ giới không nhỏ hơn 900mm, đường kính lổ khoan thí nghiệm không nhỏ hơn 325mm

Lớp đất TN phải có chiều dày không nhỏ hơn 2d hoặc cạnh bàn nén

Kếtquả TN chỉ có ý nghĩa đối với lớp đất dày 2d # 3d

Kèm theo kết quả xác định mođun hiện trường phải có các tài liệu và số liệu về

vị trí TN, mô tả đất và các đặc trưng cơ lý chủ yếu : thành phần hạt, độ ẩm, khối lượng riêng, khối lượng thể tích, hệ số rỗng, các giới hạn dẻo và sệt, hệ số nén lún, góc ma sát trong và lực dính

Module biến dạng E của đất được xác định theo biểu đồ liên hệ giữa độ lún của tấm nén với áp lực tác dụng lên tấm nén

Khi xử lý kết quả thí nghiệm tiến hành tính toán module tổng biến dạng E với độ chính xác như sau: đến 1MPa đối với E>10MPa, đến 0.5MPa đối với E từ 2MPa đến 1MPa, và đến 0.1 MPa đối với E<2MPa

4 Phương pháp tiến hành thí nghiệm:

4.1 Dụng cụ và thiết bị TN:

Dụng cụ TN : tấm ( bàn) nén, các thiết bị chất tải, neo giữ do biến dạng

Kết cấu thiết bị phải đảm bảo khả năng chất tải lên tấm nén thành từng cấp 0.01#1MPa; truyền tải đúng tâm lên bàn nén; giữ được từng cấp áp lực không đổi trong thời gian yêu cầu

Bàn nén phải đủ cứng, có dạng tròn hoặc vuông, đáy phẳng với kích thước như sau:

+ Kiểu I : diện tích 2500 cm và 5000 cm

+ Kiểu II : diện tích 1000 cm có phụ tải hình vành khăn bổ sung thêm đến

5000 cm

+ Kiểu III : diện tích 600 cm

Bàn nén chuẩn có đường kính B = 30cm(1ft), là bàn nén được Terzaghi sử dụng cho các công trình nghiên cứu so sánh

Tuy nhiên để có kết quả phản ánh sát với thực tế bàn nén cần có kích thước càng lớn càng tốt nếu khả năng đối tải cho phép

Kích thước bàn nén theo quy định của các quốc gia :

Bảng 1 : Kiểu và diện tích tâm nén được quy định :

Tên đất

Ví trí tấm nén so với mực nước

Độ sâu thí nghiệm (m)

Ví trí tiến hành thí nghiệm

loại sét-sét, sét pha có độ sệt

IL#0.25, cát pha IL#0

Ngang mực nước dưới

đất và cao hơn

# 6

Trong hố móng, hố

đào, giếng

Đất cát-cát xốp, đất loại sét-

sét và sét pha có độ sệt IL>

0.25, cát pha IL>0;

bùn, đất hữu cơ

Ngang mực nước dưới

đất và cao hơn

# 6

Trong hố móng, hố

đào, giếng

sét pha có độ sệt IL#0.5,

cát pha I #0

Ngang mực nước dưới

đất và cao hơn

# 6

Tại đáy

Đất cát , đất loại sét-sét, sét

pha và cát pha với mọi trị độ

Việc chất tải thực hiện bằng kích Kích phải được hiệu chỉnh trước Tải trọng

được đo với sai số không quá 5% so với cấp áp lực tác dụng

Các võng kế để đo độ lún của tấm nén được gắn chặt vào hệ mốc chuẩn Tấm nén được nối với võng kế bằng sợi dây thép đường kính 0.3mm-0.5mm Hệ đo phải

đảm bảo được độ lún với sai số không lớn hơn 0.1mm Khi cần đạt độ chính xác tới 0.01mm phải dùng thiên phân kế

Độ lún của tấm nén là trị số trung bình của hai (hoặc nhiều hơn ) thiết bị đo ở hai phía đối diện

Chú ý : khi TN đất trong lỗ khoan và đo độ lún tấm nén theo chuyển vị của đầu trên cột ống dùng để truyền tải trọng, phải xét tới biến dạng nén của các ống đó và có biện pháp loại trừ sự uốn dọc của chúng

Hệ mốc chuẩn để gắn võng kế phải gồm 4 cọc được đóng hoặc xoắn xuống đất từng đôi một, đối diện nhau so với hố đào, cách mép hố đào từ 1.0 # 1.5m

4.2 Chuẩn bi thí nghiệm:

Khi TN trong hố móng, hố đào và giếng đào tấm nén được đặt ở công trình khai

đào Để đáy tấm nén thật khít với đất phải xoay tấm nén không ít hơn hai vòng theo các hướng quanh trục thẳng đứng Sau khi đặt phải kiểm tra mức độ nằm ngang của tấm nén

Trong đất sét có IL >0.75 phải đặt tấm nén trong một hố tại đáy công trình khai

đào Hố có độ sâu từ 40cm # 60cm và kích thước ngang lớn hơn đường kính hoặc cạnh tấm nén không quá 10cm Khi cần phải gia cố vách hố này