Chương 4 một số PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM cọc

Chương MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 4.1.1 Khái niệm thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc Trong xây dựng cơng trình cơng tác thi công cọc để đảm bảo độ nguyên vẹn kết cấu sức kháng cọc vấn đề khó khăn phức tạp Vì cơng tác kiểm tra, đánh giá chất lượng cọc quan trọng, từ có điều chỉnh thiết kế, tổ chức thi công cho phù hợp, đảm bảo yêu cầu kĩ thuật kinh tế Thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc đơn gồm hai nội dung là:  Sức chịu tải cọc đơn;  Độ nguyên vẹn kết cấu 4.1.1.1 Sức kháng cọc đơn Đây thông số quan trọng cọc đơn sau thi công xong Nếu yếu tố độ đồng đảm bảo cho cọc làm việc kết cấu nguyên vẹn để truyền lực từ cơng trình xuống đất đảm bảo tuổi thọ cọc môi trường đất- nước- nước ngầm, sức chịu tải mức truyền tải mà cọc đảm bảo Các thí nghiệm thường dùng thí nghiệm nén tĩnh cọc, thí nghiệm PDA, thí nghiệm hộp tải trọng Osterberg 4.1.1.2 Độ nguyên vẹn kết cấu Độ nguyên vẹn kết cấu yêu cầu để cọc đảm bảo khả làm việc phận kết cấu theo yêu cầu thiết kế Cụ thể cọc đủ tiết diện, vật liêu làm thân cọc có độ bền theo thiết kế, khơng đứt gãy hay có khuyết tật ảnh hưởng đến làm việc bình thường cọc Để định lượng yêu cầu trên, thực tế thường dùng khái niệm sau: độ đồng cọc bê tông cốt thép, trở kháng học với cọc loại vật liệu khác bê tông, thép… Những thơng số ta tìm hiểu cụ thể thí nghiệm Các thí nghiệm thường dùng thí nghiệm siêu âm, thí nghiệm biến dạng nhỏ PIT 4.1.2 Khái niệm chung sóng âm Song âm lan chuyền dao động âm môi trường rắn, lỏng khí Tai người cảm nhận (nghe được) âm có tần số từ 16Hz đến 20000Hz, song âm có tần số nhỏ 16Hz gọi hạ âm, sóng âm có tần số lớn 20000Hz gọi sóng siêu âm Tốc độ truyền âm giảm môi trường theo thứ tự; rắn, lỏng, khí Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính chất mơi trường, nhiệt độ mơi trường khối lượng riêng môi trường Khi nhiệt độ tăng tốc độ truyền âm tăng 1.2 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 1.2.1 Thí nghiệm nén tĩnh cọc 4.1.1.1 Nguyên lý, phạm vi áp dụng, ưu nhược điểm thí nghiệm a) Nguyên lý Thí nghiệm nén tĩnh cọc nhằm xác định, kiểm tra, đánh giá sức chịu tải cọc cách gia tải lên đầu cọc cách cấp Với cấp tải trọng thực chu trình tăng tải trong, sau giảm tải xác định tải trọng, thời gian, độ lún tương ứng Từ biều đồ quan hệ tải - độ lún (biểu đồ P - S) xác định sức chịu tải cọc hình Hình 4.1 Kết thí nghiệm nén tĩnh Thí nghiệm nén tĩnh thực giai đoạn thăm dò thiết kế kiểm tra chất lượng cơng trình Thí nghiệm giai đoạn thăm dò thiết kế tiến hành trước thi công cọc đại trà nhằm xác định số liệu cần thiết cường độ, biến dạng mối quan hệ tải trọng – chuyển vị cọc làm xơ sở cho thiết kế điều chỉnh đồ án thiết kế, chọn thiết bị thi cơng cho phù hợp Cọc thí nghiệm thăm dò thường thi cơng riêng biệt ngồi phạm vi móng cơng trình Thí nghiệm nén tĩnh giai đoạn kiểm tra chất lượng cơng trình, tiến hành thời gian thi công sau thi công xong cọc nhằm kiểm tra sức chịu tải cọc theo thiết kế chất lượng thi công cọc Cọc thí nghiệm kiểm tra chọn số cọc móng cơng trình Số lượng cọc thí nghiệm thiết kế quy định tùy theo mức độ quan trọng cơng trình, mức độ phức tạp điều kiện địa chất đất nền, kinh nghiệm thiết kế, chủng loại cọc sử dụng chất lượng thi công cọc trường thông thường lấy 1% tổng số lượng cọc cơng trình trường hợp khơng cọc Trong thực tế nhiều cơng trình người ta tiến hành thử tĩnh cọc, cọc lại thí nghiệm phương pháp thử động biến dạng lớn PDA b Phạm vi áp dụng thí nghiệm Thí nghiệm nén tĩnh tiến hành theo tiêu chuẩn TCXDVN 269 - 2002 Thí nghiệm nén tĩnh áp dụng cho cọc đơn thẳng đứng, cọc đơn xiên, khơng phụ thuộc vào kích thước phương pháp thi cơng (đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn, khoan nhồi…) cơng trình xây dựng Khơng áp dụng thí nghiệm nén tĩnh cho cọc tre, cọc cát trụ vật liệu rời c) Ưu nhược điểm thí nghiệm nén tĩnh Thí nghiệm phản ánh tương đối xác làm việc cọc Kết đáng tin cậy Thời gian chuẩn bị thời gian tiến hành thí nghiệm kéo dài, thiết bị thí nghiệm cồng kềnh, tốn Đồng thời SCT xác định tổng SCT cọc mà phân biệt phần ma sát thành bên, phần sức chống mũi cọc Do chi phí lớn, đặc biệt vị trí cọc sơng khó tiến hành thí nghiệm, nên thí nghiệm số cọc, cọc thí nghiệm phần chưa phản ánh cách tổng quan cho cọc móng cho địa chất khu vực xây dựng cơng trình 4.2.1.2 Thiết bị thí nghiệm: Thiết bị thí nghiệm bao gồm phận sau (hình 2):  Hệ gia tải ( kích, bơm hệ thống thủy lực): Đây phận dùng để gia tải trực tiếp lên đầu cọc, phải đảm bảo thiết bị khơng bị rò rỉ, hoạt động an tồn áp lực khơng nhỏ 150% áp lực làm việc Sử dụng kích thủy lực (số 4, hình 2, hình 3) để gia tải vào đầu cọc Kích thủy lực phải đảm bảo yêu cầu sau: Có sức nâng đáp ứng tải trọng lớn theo dự kiến; có khả gia tải, giảm tải với cấp tải trọng phù hợp với đề cương thí nghiệm; có khả giữ tải ổn định khơng 24 giờ; có hành trình đủ để đáp ứng chuyển vị đầu cọc lớn theo dự kiến cộng với biến dạng hệ phản lực; sử dụng nhiều kích, kích thiết phải chủng loại, đặc tính kỹ thuật phải vận hành máy bơm Ở Việt Nam, thường tăng lực vào kích qua bơm dầu (số 2) Để làm đối trọng cho kích thủy lực, ta có cách sau: Sử dụng cọc neo, thường 4, cọc (hình 2).Như vậy, ta thí nghiệm nén cọc, cọc neo chịu nhổ, vậy, ta phải kiểm tra xem sức chịu tải kéo cọc có thỏa mãn khơng Theo ASTM, khoảng cách cọc thí nghiệm cọc neo phải lớn 5d (d đường kính cọc); điều kiện đặt nhằm giảm ảnh hưởng tương tác cọc; Sử dụng nhiều khối vật liệu (thường cục bêtông lớn, cục từ đến vài tấn) Vì khối vật liệu đồ sộ, nên việc di chuyển tốn nguy hiểm (hình 5)  Hệ phản lực (bao gồm hệ thống dầm đỡ tải bao gồm dầm dầm phụ): Đóng vai trò đối trọng cho hệ gia tải Hệ phản lực phải thiết kế để chịu lực không nhỏ 120% tải trọng thí nghiệm lớn theo dự kiến  Hệ quan trắc (bằng đồng hồ đo có độ xác đến 0,01mm, có hành trình dịch chuyển 50 mm đủ để đo chuyển vị lớn theo dự kiến, máy thủy chuẩn, dầm chuẩn dụng cụ kẹp đầu cọc): đồng hồ đo chuyển vị đầu cọc nhằm xác định xác chuyển vị đầu cọc so với đất nền, từ xác định chuyển vị cọc Máy thủy chuẩn dùng để đo kiểm tra dịch chuyển, chuyển vị gối kê dàn chất tải, hệ thống neo, dầm chuẩn gá lắp chuyển vị kế, độ vồng dầm chính… chuyển vị đầu cọc Quy trình nén tĩnh cọc trình bày chi tiết nhiều giáo trình tiêu chuẩn Việt Nam Do chúng tơi trình bày vắn tắt Hình 4.2- 1- Cọc thí nghiệm; 2- Bơm dầu; 3Đồng hồ đo biến dạng; 4- Kích thủy lực; 5Dầm thép; 6- Cọc neo Hình 4.3 Hình ảnh chụp q trình thí nghiệm nén tĩnh cọc cách sử dụng cọc neo Thí nghiệm nén tĩnh sử dụng cọc neo Hình 4.4 1- Cọc thí nghiệm; 2- Bơm dầu; 3-Đồng hồ đo biến dạng; 4- Kích thủy lực; 5- Dầm thép; 6- Gối đỡ Hình 4.5 Hình ảnh chụp q trình thí nghiệm nén tĩnh cọc cách sử dụng khối vật liệu lớn Thí nghiệm nén tĩnh sử dụng khối vật liệu lớn 4.2.1.3 Các bước tiến hành thí nghiệm Đối với cọc đúc sẵn hạ cọc đến cao độ thiết kế, cho cọc nghỉ – ngày đất cát, 10 – 30 ngày đất sét Đối với cọc khoan nhồi thời gian nghỉ từ kết thúc thi cơng đến thí nghiệm tối thiểu 21 ngày Theo quy phạm Việt Nam (269-2000), quy trình tăng tải trọng sau:  Dự tính tải nén tối đa P max , tải trọng mà cọc lún khoảng 40 mm Có thể thấy P max sức chịu tải cực hạn Pmax dự báo theo phương pháp khác (ví dụ thống kê, xuyên tĩnh – Schmertmann hay LCPC,…) Cũng thấy Pmax = 1,5÷2,0[P] với [P] tải trọng dự báo mà cọc làm việc giai đoạn sử dụng sử dụng cơng trình;  Mỗi cấp tải (1/15 ÷1/10) Pmax (như có 10 15 cấp tải) Ghi lại độ lún tai thời điểm 0’, 15’, 30’, 45’,1h,1, 5h, 2h, 3h, 4h…;  Chỉ tăng tải đến cấp độ lún cọc ổn định (độ lún cọc nhỏ 0.1 mm vòng 30 phút với cát, 60 phút với sét);  Kết tải trọng - độ lún (ở cuối cấp) vẽ lên đồ thị đường liền nét hình Bảng 4.1: Bảng quy định thời gian theo dõi lún ghi chép số liệu Cấp tải trọng Thời gian theo dõi đọc số liệu Cấp gia tải Không 10 phút lần cho 30 phút Không 15 phút lần cho 30 phút sau Khơng q lần cho 10 Không lần cho > 12 sau Cấp gia tải lại cấp giảm tải Không 10 phút lần cho 30 phút đầu Không 15 phút lần cho 30 phút sau Khơng q lần cho thời gian > Sau kết thúc gia tải, cọc không bị phá hoại tiến hành giảm 0, cấp giảm tải hai lần cấp gia tải thời gian giữ tải cấp 30 phút, riêng cấp tải giữ lâu khơng q 4.2.1.4 Kết thí nghiệm Kết thu thí nghiệm nén tĩnh bao gồm biểu đồ sau đây: Hình 4.6 Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị lún cọc Hình 4.7 Biểu đồ quan hệ thời gian chuyển vị lún cọc Hình 4.8 Biểu đồ quan hệ thời gian chuyển vị lún, tải trọng cọc Từ biểu đồ tải trọng – độ lún (tại số đọc cuối cùng) thí nghiệm nén tĩnh cọc, có nhiều phương pháp diễn dịch kết khác để dự báo sức chịu tải giới hạn cọc Theo TCXDVN 269 – 2002 *Theo chuyển vị giới hạn quy ước Từ đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị, sức chịu tải giới hạn P gh tải trọng quy ước ứng với chuyển vị giới hạn quy ước Sgh =10%D với D đường kính cọc chiều rộng tiết diện cọc * Theo phương pháp đồ thị Sức chịu tải giới hạn dựa hình dạng đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị S = f(P), tùy thuộc vào hình dạng đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị, sức chịu tải giới hạn xác định theo hai trường hợp sau: - Đường cong có điểm uốn rõ ràng: sức chịu tải xác định trực tiếp đường cong, tải trọng ứng với điểm đường cong bắt đầu thay đổi độ dốc đột ngột đường cong gần song song với trục chuyển vị - Đường cong thay đổi chậm, khó khơng thể xác định xác điểm uốn, sức chịu tải giới hạn xác định theo phương pháp sau: + Phương pháp De Beer Hình minh họa phương pháp De Beer: Ta vẽ kết nén tĩnh đồ thị log(S)– log(P) Nếu đồ thị có hai đoạn gần thẳng rõ ràng hình vẽ, giao hai đoạn tương đương với sức chịu tải huy động Phđ Trong ví dụ hình 10 Phđ = 190 tấn, Δ ≈ 8.5mm Phương pháp De Beer có nhược điểm là: khơng phải ta có có hai đoạn thẳng rõ ràng hình 10 , khó xác định P Hình 4.9 Phương pháp De Beer + Phương pháp Davisson Các bước xác định Phđ sau:  Vẽ kết nén tĩnh đồ thị thường;  Đường “đàn hồi” đường có phương trình sau: P =(EA/L)Δ; đó: Ac : tiết diện cọc E : mô đun đàn hồi cọc L, Δ : chiều dài cọc chuyển vị cọc (cùng đơn vị) hđ Hình 4.10 Phương pháp Davisson  Đường Davisson đường song song với đường “đàn hồi”, khoảng cách hai đường là:  3,8 + B/120 (mm) đường kính cọc B ≤ 600; B/30(mm) B>600 (Kyfor cộng kiến nghị bổ sung) Giao điểm đường Davisson với đường kết nén tĩnh sức chịu tải huy động Phđ Trên hình 10 có Phđ ≈ 23 mm Phương pháp Davisson dễ dùng Phù hợp với quy trình nén tĩnh nhanh chậm Một hạn chế nhỏ phương pháp khơng phù hợp với cọc chống (cọc có ma sát bên nhỏ) Trong hai phương pháp trên, sức chịu tải cho phép là: [P] = 0.5 Phđ (4.1) Sức chịu tải cho phép thường xác định sức chịu tải giới hạn tải trọng phá hoại chia cho hệ số an tồn Thơng thường hệ số an toàn F s =2 Việc áp dụng hệ số an toàn cao hay thấp thiết kế định tùy thuộc vào mức độ quan trọng công trình, điều kiện đất đặc điểm cọc phương pháp thí nghiệm cọc Hệ số an tồn F s > áp dụng cho trường hợp sau: xác định Pgh từ đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị phát triển chậm, khó xác định điểm uốn; cọc ma sát đất dính từ dẻo mềm đến dẻo chảy; cọc xiên mà sức chịu tải xác định theo kết thí nghiệm cọc thẳng đứng; số lượng cọc thí nghiệm hạn chế điều kiện đất phức tạp, địa tầng thay đổi mạnh; cơng trình quan trọng đòi hỏi yêu cầu cao độ lún F s  áp dụng trường hợp sau: Khi P gh xác định từ điểm uốn rõ ràng đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị; đối cới cọc kiểm tra điều kiện thuận lợi phù hợp với điều kiện thiết kế; cọc thí nghiệm có kết gần phù hợp với phương pháp khác; trường có điều kiện đất đồng nhất, kết thí nghiệm cọc sai lệch khơng đáng kể; có kết đo xác chuyển vị mũi cọc thân cọc 1.2.2 Phương pháp thử động biến dạng lớn PDA (Pile driving analyser) 4.1.1.2 Nguyên lý, phạm vi áp dụng ưu nhược điểm thí nghiệm PDA Hình 4.11 Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) a) Nguyên lý phương pháp PDA Nguyên lý phương pháp thử động biến dạng lớn PDA dựa nguyên lý truyền sóng ứng suất tốn va chạm cọc, với đầu vào số liệu đo gia tốc biến dạng thân cọc tác dụng búa Các đặc trưng động theo Smith đo sóng lực sóng vận tốc (tích phân gia tốc) tiến hành phân tích thời gian thực hình sống (bằng phép tính lặp) dựa lý thuyết truyền sóng ứng suất cứng liên tục va chạm dọc trục đầu cọc gây Phương pháp thử động biến dạng lớn có ứng dụng sau: * Đánh giá sức chịu tải cọc Đánh giá sức chịu tải cọc thời điểm thí nghiệm PDA Nếu làm thí nghiệm PDA lúc cọc vừa hạ xong sau thời gian cọc nghỉ, ta đánh giá tăng hay giảm sức chịu tải theo thời gian Hình 4.32 Ảnh hưởng loại vật liệu làm cốt liệu thô cho bê tông quan hệ cường độ chịu nén khối lập phương vận tốc truyền xung (theo J.H Bungey S.G.Millard, 1996) Bằng thí nghiệm thực phòng, điều kiện khác so với thực tế, J.C.Tijou (1984) xây dựng mối quan hệ vận tốc âm sau: Bảng 4.7 Quan hệ tốc độ xung chất lượng bê tông Tốc độ xung (m/s) Đánh giá chất lượng Trên 4570 Rất tốt 3660 – 4570 Tốt 3050 – 3660 Nghi ngờ 2135 – 3050 Kém Dưới 2135 Rất Theo tổng kết từ kinh nghiệm thực tiễn, tiêu chuẩn Trung quóc đua bảng đánh giá chất lượng bê tông thân cọc theo vân tộc truyền âm sau: Bảng 4.8 Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc theo vận tốc âm truyền qua Vận tố âm (m/s) 4000 Chất lượng Rất Kém Trung bình Tốt Rất tốt bê tông Cấp chất lượng cọc V IV III II I Trong trường hợp cẫn xác định cường độ bê tông thân cọc khoan nhồi từ số liệu đo vận tốc siêu âm truyền qua thu phải tiến hành bước sau: Xây dựng tương quan cường độ vận tốc siêu âm truyên qua cho cọc cọc độ sâu đổ bê tông sở đo đạc mẫu thí nghiêm lấy đổ bê tông thân cọc theo tuổi bê tông Tiên hành đo siêu âm thông qua lỗ đặt sẵn suy cường độ của bê tông thân cọc Nếu không làm trước mẫu thí nghiệm nói trên, tiến hành khoan lấy lõi, gia công thành mẫu nèn để xác định cường độ vận tốc siêu âm truyền qua bê tông thay đổi theo độ sâu để xâu dựng tương quan nói 4.3.1.3 Một số nguyên nhân làm cọc hư hỏng Dưới làm ví dụ khuyết tật cọc, nguyên nhân rút ống đổ bê tông lên cao gây thấu kính bùn cọc Hình 4.33 Cọc hư hỏng thối thân cọc  Do rút casing tạo thu hẹp tiết diện cọc;  Bê tông giảm chất lượng lẫn đất sạt lở từ thành cọc;  Mũi cọc thổi rửa đáy hố khoan không đạt yêu cầu sạt vách;  Do ống đổ bê tông rút cao mặt bê tông tạo thấu kính bùn\đất\bentonite lòng cọc;  Các khoảng rỗng cọc tạo dùng bê tơng có độ sụt q lớn;  Bê tơng bị rỗ xi măng;  Hình thành vùng bê tông bị lẫn bùn bentonite bơm bê tông nhanh Cọc khoan nhồi sử dụng rộng rãi nhiều cơng trình dân dụng, cơng nghiệp giao thơng Việt Nam Loại cọc có khả áp dụng thích hợp cho cơng trình có tải trọng lớn, khu đô thị đông đúc Một yếu tố xuất trình thi cơng ảnh hưởng lớn đến khả làm việc cọc việc hình thành khuyết tật ảnh hưởng tới tính nguyên dạng cọc Để đánh giá tính ngun vẹn chất lượng bê tơng cọc, phổ biến người ta dùng phương pháp thí nghiệm khơng pháp huỷ (NDT) áp dụng sóng siêu âm phép thử (Crosshole Logging Sonic - CLS) Bảng 4.9 Một số kiểu khuyết tật nguyên nhân thường gặp Chất lượng Suy giảm vận tốc hay Ký hiệu bê tông Tốt gian tới T ≤ 15% Bê tông tốt Trên cọc có khuyết tật nhỏ, bê Nghi ngờ có khuyết tật Kết luận gia tăng thời N > 15% < 30% tông bị giảm mác bị nước bùn xâm nhập Xuất khuyết tật cọc, có Bê tơng K ≥ 30% thể có nước bùn cọc, bị bùn đất xâm nhập vào tiết diện cọc bê tông chất lượng Do đất xâm nhập số Khơng có tín hiệu KTH Khơng nhận tín hiệu khuyết tật làm tín hiệu (ví dụ ống siêu âm không liên kết với bê tông cọc ) Nước NC 1450m/s - 1525m/s Nước xâm nhập nước đổ vào ống thí nghiệm q Hình 4.34 Biểu đồ kết siêu âm cọc nhồi có khuyết tật 1.2.4 Thí nghiệm biến dạng nhỏ kiểm tra chất lượng cọc ( Pile Integrity Test - PIT) 4.3.1.4 Nguyên lý, phạm vi áp dụng ưu nhược điểm thí nghiệm a) Nguyên lý thí nghiệm PIT Thí nghiệm PIT sử dụng nguyên lí truyền song cọc, nhiên thiết bị thí nghiệm đơn giản, gọn nhẹ nhiều so với thí nghiệm PDA Ta cần gắn đầu đo gia tốc (nặng từ 0,5 đến 4kg ) để gõ vào đầu cọc (hình Error: Reference source not found), tín hiệu sóng thu hiển thị trường qua thiết bị trường (gọi ITsystem, Integrity Test), số liệu sóng lưu lại để sử lý phần mềm cho máy tính cá nhân Nếu cọc có khuyết tật, trở kháng cọc thay đổi, có sóng phản hồi đồ thị sóng thay đổi đột ngột Đầu đo gia tốc Hình 4.35 Thí nghiệm PIT Hình 4.35 Kháng trở cọc thay đổi tiết diện cọc thay đổi b) Phạm vi áp dụng thí nghiệm PIT Phương pháp thí nghiệm biến dạng nhỏ (PIT) dùng để xác định độ nguyên vẹn cọc đơn thẳng đứng nghiêng Do va chạm tạo có lượng nhỏ nên thí nghiệm có hiệu cọc có tỷ số L/D ≤ 30, L chiều dài cọc, D đường kính cọc.Thí nghiệm PIT khơng dùng cho cọc có trở kháng nhỏ cọc chữ H, cọc ống thép không nhồi lõi bê tông Những khuyết tật nhỏ vết nứt nhỏ, chất lượng bê tông phát thí nghiệm PIT c) Ưu nhược điểm thí nghiệm PIT - Ưu điểm thiết bị thí nghiệm thao tác đơn giản, gọn nhẹ, tốc độ thực thí nghiệm nhanh, kiểm tra cọc sau thi cơng xong đài cọc, chi phí cho thí nghiệm thấp, đo chiều dài cọc - Nhược điểm chiều sâu kiểm tra hạn chế, không xác định dược chất khuyết tật, không dự báo sức chịu tải cọc 4.3.2.2 Thiết bị thí nghiệm Thiết bị PIT đại ngày trang bị hai đầu đo gia tốc (gọi thiết bị Stereo), cho phép đo vận tốc nhiều điểm thân cọc Búa cầm tay nặng 0,5 -:- kg, Bộ phận đo lưu trữ số liệu, máy tính phần mềm Loại thiết bị với đầu đo gia tốc khơng có khả đo sóng vị trí cách vị trí gõ búa 20cm Khi thí nghiệm, bề mặt cọc phải chuẩn bị phẳng, (có thể dùng máy mài để tạo bề mặt), vị trí đặt đầu đo thường cách vị trí gõ búa 30cm Ta thường thực nhiều nhát búa lưu tín hiệu nhát búa Hiện nay, việc phân tích diễn giải kết đo sóng thực theo ba phương án sau: Pulse echo method : phân tích theo thời gian (phương pháp phản hồi xung); Transient response method : ứng sử nhanh (hay phân tích theo tần số dao động); Signal matching method : phân tích tín hiệu phù hợp Các phương pháp trình bày phần a) Phương pháp phản hồi xung Với cọc, ta gõ nhiều nhát búa sóng phản hồi xung nhát búa ghi lại đầu đo gia tốc Hộp điều khiển (display panel) hiển thị sóng trung bình nhát búa trình bày đồ thị tương tự hình 36 Hình vẽ theo quy ước dấu Châu Âu (vận tốc dương phía dưới) Vì xung lực búa cầm tay nhỏ, nên khơng phóng đại sóng (hình 36a) khó phân tích sóng mũi cọc Vì vậy, người ta thường phóng đại đoạn sau sóng lên, ví dụ hình 36b, sóng cuối đồ thị phóng đại lên 20 lần (gọi Amplification, hay Maximum magnification); điểm đầu sóng khơng phóng đại, điểm đầu điểm cuối, sóng phóng đại dần lên theo quy luật mũ Hình 4.36 Vận tốc sóng phản hồi xung (tọa độ theo châu Âu) Hình 4.37 Vận tốc phản hồi xung cọc nguyên vẹn (tọa độ Bắc Mỹ) Tại mũi cọc, có sóng phản hồi phía đầu cọc Với cọc nguyên vẹn lớp đất khơng có thay đổi đột ngột, sóng có thay đổi đột ngột mũi cọc Ví dụ hình 4.39, cọc bêtơng đài cao 30x30 cm2, dài 16,3 m, phần cọc nằm mặt đất m Sâu m, bắt đầu có sóng phản hồi từ đất tiếp xúc quanh cọc Từ đoạn m đến 16,3 m khơng có thay đổi đột ngột, kết luận cọc khơng có hư hỏng lớn Nếu trước vị trí mũi cọc, sóng có thay đổi đột ngột, với hướng thay đổi trùng với hướng xung ban đầu, có nguyên nhân:  Hoặc cọc có khuyết tật (trở kháng cọc giảm);  Hoặc địa chất thay đổi đột ngột (từ đất tốt sang đất yếu, mặt phân lớp rõ ràng) Hình 38 minh họa đồ thị sóng phản hồi xung cọc bị hư hỏng vị trí m Ta thấy vị trí này, sóng có thay đổi đột ngột, địa chất (theo khảo sát) không thay đổi mạnh Sau vị trí sóng đan xen nhau, 16.3 m (mũi cọc), ta không phát thay đổi đáng kể sóng Hãng GRL có đưa chín biểu đò sóng phản hồi xung mẫu (hình Error: Reference source not found), dựa vào đồ thị này, người sử dụng PIT phân tích đồ thị sóng cách dễ dàng Như vậy, phương pháp PEM phát vị trí khuyết tật, khơng phát mức đọ khuyết tật Phương pháp không phát khuyết tật gần đỉnh cọc Hình 4.38 Vận tốc phản hồi xung cọc hư hỏng(tọa độ Bắc Mỹ) Hình 4.39 Chín biểu đồ sóng mẫu b) Phương pháp ứng xử nhanh (hay phân tích theo tần số dao động - TRM) Phương pháp phân tích đòi hỏi búa thí nghiệm phải trang bị thêm phận đo Hình 4.40 Phân tích theo tần số dao động lực Kết phương pháp vẽ đồ thị tương tự hình 40 Trong đó, trục hồnh tần số sóng, trục tung đại lượng có tên dẫn nạp (mobility), tỷ số biên độ vận tốc biên độ lực Hiệu số hai hoành độ hai cực trị đồ thị gọi z= ; Trong đó, cọc có khuyết tật z khoảng cách từ đầu cọc đến vị trí khuyết tật, khơng z chiều dài cọc Ví dụ hình 40, biết cọc có chiều dài L = 10,3 m, vận tốc sóng c ≈ 3400m/s, Δf ≈ 165Hz → z = 3400/(2x165) ≈ 10,3m Vì z = L nên cọc khơng có khuyết tật Một cách đánh giá khác dựa vào độ cứng E d (Ed độ dốc đoạn đầu đồ thị) So sánh nhiều giá trị Ed cho nhiều cọc có kích thước giống khu vực (được coi có chung điều kiện địa chất), cọc nguyên vẹn giá trị E d tương tự Như vậy, có giá trị Ed nhỏ cọc có khả có khuyết tật c) Phương pháp tín hiệu phù hợp (SMM) Phương pháp phần mềm TNOWAYP hay PITWAY sử dụng Trong đó, người ta đánh giá khuyết tật cọc sau:  Coi cọc khơng có khuyết tật có tiết diện khơng đổi Tiến hành thí nghiệm PIT nhiều cọc đo xung lực Xác định biểu đồ “sóng cọc đặc trưng”;  Xác định thơng số mơ hình phương pháp tính lặp xung lực tính gần giống xung lực đo được;  Nhận biết cọc có khuyết tật: cọc có sóng phản hồi khác với “sóng đặc trưng”;  Dựa vào thơng số mơ hình vừa tính trên, đánh giá khuyết tật cọc: vị trí khuyết tật, mức độ khuyết tật Hình 41 minh họa kết phân tích khuyết tật phần mềm PITWAP Hình 4.41 Kết phân tích khuyết tật PITWAP Các phương pháp kể coi cọc làm việc đàn hồi, tiết diện phẳng Đối với cọc nhồi, tiết diện cọc lớn nên việc phân tích ba phương pháp khơng phù hợp, ta nên phân tích sóng truyền cọc theo phương pháp phân tử hữu hạn Ở nước ta Trịnh Việt Cường có phát triển phần mềm PIT - BP sử dụng phương pháp này, nhiên áp dụng cho tốn đối xứng trục (cọc tròn) 4.3.1.5 Trình tự thí nghiệm a) Chuẩn bị Ghi thơng tin dự án vào thiết bị ghi thích hợp Gắn sensor chuyển vị thích hợp lên đầu cọc ghi số liệu từ nhát đập Lấy trung bình số liệu từ nhát đập tạo khuếch đại cần thiết số liệu trung bình, nhát đập riêng rẽ lấy số liệu trung bình, cần lưu trữ Số liệu lấy trung bình, khuếch đại dùng để đánh giá độ nguyên vẹn cọc Đối với cọc bê tông cốt thép đổ chỗ cọc ống nhồi bê tơng, tiến hành thí nghiệm độ nguyên vẹn không sớm ngày sau đổ, sau cường độ bê tơng đạt 75% thiết kế Đảm bảo bề mặt đầu cọc tiếp cận được, bên mặt nước, khơng có mảnh vụn bê tơng, đất vật liệu khác thi công gây Nếu đầu cọc bị hư hỏng , bỏ đoạn cọc thích hợp để đạt đến chỗ bê tông tốt Khi cần thiết, chuẩn bị diện tích nhỏ đục tay tạo bề mặt nhẵn để gắn sensor chuyện vị đập búa Gắn chặt sensor chuyển vị vật liệu thích hợp vị trí lựa chọn cho tránh xa gờ đầu cọc Đối với cọc có đường kính lớn 500 mm gắn gia tốc kế vị trí, cho đánh giá độ nguyên vẹn gần đầu cọc làm cho đoạn cọc Đặt thiết bị tạo lực va chạm cho va chạm đặt dọc trục cọc có khoảng cách khơng lớn 300 mm kể từ gia tốc kế Bố trí thiết bị ghi, biến đổi trình diễn số liệu cho dễ thao tác tín hiệu lực, tốc độ trị số không b) Cách ghi chép tượng Gồm thông tin sau số liệu chi tiết, cho cọc thí nghiệm:  Số liệu cọc, chiều dài đường kính đầu cọc theo quy định thực tế  Ngày phương pháp bê tông  Các hình vẽ thể khối lượng bê tơng tổng cộng, đường kính quy định thực tế chiều sâu ống vách để lại hay tạm thời, cốt thép  Bất quan sát đặc biệt liên quan đến cọc thử mà có ảnh hưởng đến thi công, đào, độ nguyên vẹn cọc  Vị trí đầu cọc đo đỉnh cọc phép đo tương ứng  Ngày thử cọc c) Tiến hành đo Tạo số va chạm ghi lại va chạm riêng lẻ lấy trung bình, có u cầu hai Nếu ghi va chạm riêng lẻ, cần đảm bảo thiết bị ghi biến đổi trình diễn số liệu có khả lấy trung bình từ 10 số liệu riêng lẻ Ghi lại số liệu va chạm số liệu trung bình định Tiến hành ghi trình diễn loạt số liệu tốc độ lực (tùy theo yêu cầu) d) Kiểm tra chất lượng số liệu Để khẳng định chất lượng số liệu, người đo kiểm tra lại tốc độ lực (tùy theo yêu cầu), từ nhiều va chạm, tính quán Đảm bảo thiết bị ghi, biến đổi trình diễn số liệu có khả xác định ngưỡng tải thiết bị đo Không dùng số liệu mà lần va chạm gây cho thiết bị tải Các số liệu quán kết va chạm đồng bê tông tốt, hệ thống đầu hoạt động đúng, sensor chuyển dịch gắn chặt, thiết bị ghi, biến đổi trình diễn số liệu hoạt động Nếu số liệu khơng lặp lại khơng dùng cho số liệu Nếu nguyên nhân số liệu tồi vấn đề gắn sensor chuyển dịch, mà đầu đo hoạt động cần sửa chữa hiệu chỉnh lại chúng trước dùng tiếp Cần lưu ý phận thiết bị thu nhận số liệu động thiết bị ghi lại biến đổi, trình diễn số liệu phải hiệu chỉnh dấu hiệu cho thấy hệ thống hoạt động e) Phân tích số liệu Trong phương pháp phản hồi xung (PEM) tốc độ đầu cọc đo phân tích hàm thời gian Thường thường phương pháp cho thông tin đầy đủ để đánh giá độ nguyên vẹn Tùy theo yêu cầu, lực đầu cọc đo, tổ hợp lực tốc độ cho thông tin bổ sung để xem xét độ nguyên vẹn cọc gần đầu cọc Phương pháp ứng xử nhanh (TRM) đòi hỏi hai tốc độ lực đầu cọc Đối với phương pháp, số liệu đánh giá hai phạm vi thời gian tần số Thu nhận tốc độ lực (tùy theo yêu cầu) từ phận đọc thiết bị biến đổi số liệu từ thiết bị trình diễn Trong phân tích theo phạm vi thời gian (PEM) việc đánh giá độ nguyên vẹn cọc dựa tăng hay giảm tương đối tốc độ sau xung va chạm ban đầu Số liệu trình diễn bao gồm số liệu tốc độ lực (tùy theo yêu cầu) theo thời gian, dẫn chiều dài cọc tốc độ sóng vật liệu giả định, thể hình dạng biên độ hàm khuyếch đại sử dụng Khi va chạm đầu cọc thường có chuyển vị Nói chung sử dụng độ khuyếch phản ứng mũi cọc có biên độ tương tự Các phản xạ xuất trước có ứng xử mũi cọc tín hiệu đầu vào giảm tương đối trở kháng Phản xạ tín hiệu ngược lại tăng trở kháng so sánh kết từ nhiều cọc trường thi công tương tự dùng để đánh giá ứng xử điển hình tới hệ số khuếch đại áp dụng cho tất cọc có chiều dài Sự thể hình ảnh có chất lượng tốt khả thi cọc thí nghiệm khác, giúp cho đánh giá kỹ thuật đắn Số liệu ghi dùng để phân tích máy tính để định lượng tốt phạm vi khuyết tật xuất Các kết phân tích bao gồm đánh giá định lượng độ nguyên vẹn cọc Việc giải thích sử dụng chi tiết số liệu cơng việc đòi hỏi kinh nghiệm phán đốn chun mơn Các kỹ sư có kinh nghiệm chuyên môn lĩnh vực thực đánh giá cuối độ nguyên vẹn Sử dụng đánh giá độ nguyên vẹn thí nghiệm biến dạng nhỏ với thơng tin khác gồm trình tự thi công cọc cọc quan sát, thông tin đất, yêu cầu chịu tải để nghiệm thu cọc Việc đánh giá độ nguyên vẹn biến dạng nhỏ không dùng yếu tố để xác định việc loại bỏ cọc Cần kế hoạch bổ xung cho phép người kỹ sư tiến hành thí nghiệm khác lệnh sửa chữa, thay trước thí nghiệm độ nguyên vẹn, trường hợp xác định hư hỏng nghiêm trọng Trong thí nghiệm độ nguyên vẹn biến dạng nhỏ có hạn chế định mang tính cố hữu Cần phải hiểu rõ hạn chế cân nhắc cẩn thận đánh giá cuối độ nguyên vẹn Việc đánh giá độ nguyên vẹn phân đoạn cọc phía vết nứt cắt hồn tồn qua diện tích tiết diện ngang cọc mối nối khí chế tạo khơng thể sóng va chạm phản hồi hồn tồn chỗ khơng liên tục Cọc có tiết diện ngang thay đổi nhiều có nhiều mối nối gặp khó khăn đánh giá Trong số trường hợp gặp khó khăn phân biệt ứng suất đất từ ứng xử cọc Phương pháp nói chung khơng thích hợp để thí nghiệm có cọc bản, chữ H cọc ống không nhồi Nếu phản xạ mũi cọc không thấy rõ số liệu, việc đánh giá độ ngun vẹn khơng thuyết phục bị hạn chế đến độ sâu định Hạn chế xảy với cọc dài hay thay đổi nhiều cọc đất có ma sát cao Cọc nối cứng với móng kết cấu bên đơi thí nghiệm thành cơng việc đánh giá thường khó khăn khơng mang tính thuyết phục Một số trường hợp có liên kết với kết cấu bên trên, cần dùng đầu đo chuyển vị gắn vào vị trí khác dọc theo thân cọc 4.3.1.6 Một số kết thực tế Trên hình 42 trình bày biểu đồ đo sóng kết dự tính hình dạng cọc khoan nhồi đường kính 1m, sâu 43 m ký hiệu G-6B nhà cao tầng Hà Nội, Theo phân tích phần mềm CAPWAP cho thấy trở kháng tiết diện cọc giảm tới 35% độ sâu 3-5 m tăng nhanh phạm vi 7-10m Nguyên nhân khuyết tật vách lỗ cọc bị sập trình đổ bê tông Tra cứu theo nhật ký thi công cọc cho thấy lượng bê tơng nhiều cọc bình thường khoảng 15% Hình 4.42 Kết đo phân tích cho cọc G-6B Đã tiến hành thử PIT cho cọc khoan nhồi đường kính 1m, dài 44m dùng Hình 4.43 Biểu đồ sóng cọc XA1 cho nhà công nghiệp đồng Sông Cửu Long hình 43 44 biểu đồ truyền sóng hai cọc ký hiệu XA1 XB17 Sóng phản xạ từ khuyết tật thay đổi mạnh cho phép dễ dàng xác đinh mức độ vị trí Hình 4.44 Biểu đồ sóng cọc XB17 khuyết tật cọc Kết phân tích phần mềm CAPWAP cho thấy trở kháng cọc XA1 giảm yếu 30% độ sâu 12m - 13m cọc XB 17 giảm yếu 28% độ sâu 5,5m Để kiểm chứng tiến hành đào cọc XB17 thay đổi độ sâu 5m, đất lẫn nhiều vào bê tơng cọc, sau cho phép gia cường thân xọc mà làm cọc khác thay Cơng trình cầu tầu số cảng Tiên Sa – Đà Nẵng Dưới kết kiểm tra cọc khoan nhồi đường kính 55cm Đã sử dụng phần mềm PITWAP để phân tích thay đổi trở kháng đánh giá mức độ, phạm vi khuyết tật Trong hình 4.46a,b,c,d biểu đồ sóng phân tích hình dạng trở kháng cho cọc H88, I38, H92 I86 Trên sở phân tích đưa nhận xét kết luận bảng sau Bảng 4.10 Kết luận thí nghiệm PIT Thứ tự Số hiệu cọc Chiều dài kiểm tra Kết luận Phần đầu cọc chất lượng giảm H88 19.66 Thân cọc có số thay đổi tiết diện Mũi cọc tốt Độ nguyên dạng toàn cọc đạt yêu cầu Phần đầu cọc chất lượng giảm I38 12.85 Thân cọc có số thay đổi tiết diện Mũi cọc bị thu nhỏ Độ nguyên dạng toàn cọc đạt yêu cầu Thân cọc có số thay đổi tiết diện H92 18.35 Mũi cọc tốt Độ nguyên dạng toàn cọc đạt yêu cầu Thân cọc có số thay đổi tiết diện I86 20.07 Mũi cọc đạt yêu cầu Độ nguyên dạng toàn cọc đạt u cầu Hình 4.45 Kết phân tích PITWAP ... hành thí nghiệm, nên thí nghiệm số cọc, cọc thí nghiệm phần chưa phản ánh cách tổng quan cho cọc móng cho địa chất khu vực xây dựng cơng trình 4. 2.1.2 Thiết bị thí nghiệm: Thiết bị thí nghiệm. .. 6- Cọc neo Hình 4. 3 Hình ảnh chụp q trình thí nghiệm nén tĩnh cọc cách sử dụng cọc neo Thí nghiệm nén tĩnh sử dụng cọc neo Hình 4. 4 1- Cọc thí nghiệm; 2- Bơm dầu; 3-Đồng hồ đo biến dạng; 4- Kích... truyền âm tăng 1.2 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 1.2.1 Thí nghiệm nén tĩnh cọc 4. 1.1.1 Nguyên lý, phạm vi áp dụng, ưu nhược điểm thí nghiệm a) Nguyên lý Thí nghiệm nén tĩnh cọc nhằm xác