Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của việc xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo phương pháp osterberg

Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM QUỐC THẮNG ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI THEO PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG” Chuyên ngành : XÂY DỰNG CẦU - HẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Vũ Xuân Hòa Cán chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Minh Tâm Cán chấm nhận xét 2: TS Lê Bá Vinh Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 20 tháng 01 năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng năm 200 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Phạm Quốc Thắng Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 26/7/1976 Chuyên ngành Nơi sinh : Bạc Liêu : Xây d ựng cầu hầm Khóa (Năm trúng tuyển): 2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy việc xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo phương pháp Osterberg 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Chương 1: Tổng quan phương pháp dự báo đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi Chương 2: Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp Osterberg Chương 3: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy việc xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo phương pháp Osterberg Chương 4: Đánh giá độ tin cậy phương pháp Osterberg qua m ột số cơng trình thực tế thực Việt Nam Chương 5: Kết luận 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 05 tháng năm 2007 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ : Ngày 05 tháng 11 năm 2007 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Vũ Xuân Hòa Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Vũ Xn Hịa CHỦ NHIỆM BỘ MƠN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn: Tiến sĩ Vũ Xn Hịa - Giảng viên môn Cầu đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh Mặc dù bận rộn công việc công tác giảng dạy dành nhiều thời gian quý báu để hướng dẫn tận tình cụ thể, giúp tơi hồn thành nội dung Luận văn thạc sĩ Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy lớp cao học khóa 2005, ngành Xây dựng Cầu - hầm truyền đạt cho kiến thức bổ ích thời gian tơi tham gia khóa học Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình nhiều bạn bè; lãnh đạo anh chị công tác quan Văn phòng Ủy ban nhân dân tỉnh Bạc Liêu, Sở Giao thông vận tải tỉnh Bạc Liêu ln nhiệt tình giúp đỡ, động viên tinh thần để tơi hồn tất chương trình học hoàn thành tập Luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Thử tải đánh giá sức chịu tải móng cọc nói chung cọc khoan nhồi nói riêng cơng tác đ ặc biệt quan trọng xây dựng cơng trình Mục đích luận văn nghiên cứu nguyên lý làm việc, phương pháp luận đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi theo phương pháp Osterberg độ tin cậy phương pháp ứng dụng Việt Nam Luận văn gồm có năm chương: Chương I trình bày tổng quan phương pháp d ự báo đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi giới Chương II nêu sở lý thuyết thí nghiệm Osterberg Một hay nhiều kích thủy lực (cịn gọi hộp tải trọng Osterberg) đặt gần mũi cọc tiến hành gia tải, cung cấp lực lên xuống Từ xác định sức kháng bên sức kháng mũi cọc cách riêng biệt Các đường cong sức kháng – chuyển vị vẽ ra, từ xây dựng đường cong tải trọng – chuyển vị tương đương với nén tĩnh đầu cọc Chương III trình bày nội dung luận văn Nhiều thí nghiệm Osterberg thí nghiệm nén tĩnh truyền thống thực với thời gian điều kiện địa chất để so sánh đánh giá độ tin cậy, chế gia tải hai phương pháp thí nghiệm hồn tồn ngược hướng Ngoài ra, yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy thí nghiệm Osterberg nghiên cứu điều kiện địa chất, độ nén đàn hồi cọc, công nghệ thi công cọc, liệu thu từ đầu đo biến dạng Chương IV trình bày kết thí nghiệm Osterberg số cơng trình thực tế Việt Nam cầu Mỹ Thuận, cầu đường Nguyễn Văn Linh cầu Phú Mỹ (thành phố Hồ Chí Minh), cầu Cần Thơ Chương V nêu lên số kết luận kiến nghị từ kết nghiên cứu ABSTRACT Pile load testing and capacity evaluating , especially bored piles, are very important tasks in construction The research purpose of the thesis is to study the principles and methodology of Osterberg load test method and the validity of using this load test method to evaluate bored piles capacity in Vietnam There are five chapters in this thesis: Chapter I presents an overview of estimation and evaluation methods of bored piles capacity in the world Chapter II presents the principles of the Osterberg load test method One or more hydraulic jacks (also called Osterberg load cells) are placed on the bottom of a bored pile and pressurized internally Then they supply an equal upward and downward load, thus the side shear and end bearing are determinded separately The load-upward curve in side shear and the load -downward curve in end bearing are drawn Based on these two curves, an equivalent top-down load-settlement curve is constructed Chapter III presents the main content of the thesis Many Osterberg load tests and conventional static load tests are carried out at the same time a t a construction site to compare and evaluate the accuracy of the test, because in the Osterberg load test a loading mechanism is entirely different from that of the conventional static load test In addition, the thesis also studies elements such as geological conditions, the elastic shortening of the pile, the bored pile construction technique and data from strain gauges which effect the accuracy of the Osterberg load test Chapter IV presents the results of the Osterberg load test used in some projects in Vietnam such as My Thuan bridge, Can Tho bridge, Phu My bridge Chapter V gives some conclusions and suggestions from the study’s results Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xuân Hòa MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PH ƯƠNG PHÁP DỰ BÁO VÀ ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI 10 1.1 Dự báo phương pháp tính tốn lý thuyết 10 1.1.1 Tính theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205 -1998 10 1.1.2 Tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 13 1.2 Dự báo sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm xuy ên tĩnh (CPT) 18 1.2.1 Giới thiệu thí nghiệm xuyên tĩnh 18 1.2.2 Thiết bị thí nghiệm 19 1.2.3 Ứng dụng kết thí nghiệm CPT dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi .19 1.2.4 Nhận xét 26 1.3 Dự báo sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm xuy ên tiêu chuẩn (SPT) 26 1.3.1 Giới thiệu thí nghiệm xuy ên tiêu chuẩn 26 1.3.2 Thiết bị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 27 1.3.3 Chuẩn hóa số đọc từ thí nghiệm 27 1.3.4 Ứng dụng kết SPT vào dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi 28 1.3.5 Nhận xét cách tính sức chịu tải theo thí nghiệm SPT 29 1.4 Đánh giá sức chịu tải cọc theo ph ương pháp động 29 1.4.1 Sử dụng công thức thử động 29 1.4.2 Phân tích động phương trình sóng 30 1.5 Phương pháp thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA 31 1.5.1 Giới thiệu thí nghiệm PDA 31 1.5.2 Các ứng dụng thí nghiệm PDA 32 1.5.3 Nội dung thí nghiệm .32 1.6 Đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi ph ương pháp thử tải tĩnh động (STATNAMIC) 34 1.6.1 Giới thiệu thí nghiệm Statnamic 34 1.6.2 Thiết bị nguyên lý thí nghiệm 35 1.6.3 Diễn dịch kết thí nghiệm theo ph ương pháp UPM 37 1.6.4 Ưu điểm hạn chế thí nghiệm Statnamic 38 1.7 Đánh giá sức chịu tải cọc nhồi ph ương pháp nén tĩnh truyền thống 39 1.7.1 Nguyên lý thiết bị thí nghiệm nén tĩnh 39 1.7.2 Quy trình gia tải thí nghiệm nén tĩnh 40 1.7.3 Diễn dịch kết thí nghiệm 41 Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang Luận văn thạc sĩ 1.7.4 CBHD: TS Vũ Xuân Hòa Nhận xét phương pháp nén tĩnh truyền thống 43 1.8 Đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi ph ương pháp Osterberg 43 1.8.1 Giới thiệu chung phương pháp Osterberg .43 1.8.2 Những ưu điểm phương pháp Osterberg .44 1.8.3 Một số hạn chế phương pháp Osterberg 45 1.8.4 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng giới Việt Nam 46 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PH ƯƠNG PHÁP OSTERBERG 48 2.1 Nguyên lý thí nghiệm Osterberg 48 2.2 Các giả thiết sử dụng 49 2.3 Phương pháp xây dựng đường cong chuyển vị - tải trọng tương đương 50 2.3.1 Cách chuyển đổi đơn giản 50 2.3.2 Cách chuyển đổi chi tiết 50 2.4 Lựa chọn vị trí đặt tổ hợp hộp tải trọng Osterberg 52 2.4.1 Nguyên tắc lựa chọn .52 2.4.2 Các vị trí bố trí hộp tải trọng Osterberg 53 2.5 Trình tự thử tải cọc khoan nhồi ph ương pháp Osterberg 54 2.5.1 Thiết bị thí nghiệm 54 2.5.2 Trình tự thực thí nghiệm 56 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI THEO PH ƯƠNG PHÁP OSTERBERG 59 3.1 Ảnh hưởng giả thiết ban đầu đến độ xác thí nghiệm 59 3.1.1 Đánh giá công ty LOADTEST 59 3.1.2 Nghiên cứu qua thí nghiệm thực tế Nhật Bản 59 3.1.3 Nghiên cứu tác giả Hàn Quốc 64 3.2 Ứng xử cọc đất thí nghiệm Osterberg với điều kiện địa chất khác 68 3.3 Ảnh hưởng độ nén đàn hồi cọc 77 3.3.1 Phương pháp gần hiệu chỉnh đường cong 77 3.3.2 Phương pháp W.G.K Fleming 79 3.4 Ảnh hưởng công nghệ thi công cọc 81 3.5 Các ảnh hưởng đến số liệu thu từ đầu đo biến dạng 90 3.5.1 Các trường hợp biến dạng dị thường 90 3.5.2 Ảnh hưởng tải trọng dư 90 3.5.3 Ảnh hưởng vết nứt kéo 92 3.5.4 Ảnh hưởng mô đun đàn hồi bê tông 92 Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang Luận văn thạc sĩ 3.5.5 3.5.6 CBHD: TS Vũ Xn Hịa Ảnh hưởng hình dạng cọc 93 Ảnh hưởng vị trí đặt đầu đo 94 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG QUA MỘT SỐ CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ĐÃ THỰC HIỆN TẠI VIỆT NAM 96 4.1 Cơng trình cầu Mỹ Thuận 96 4.1.1 Giới thiệu sơ lược kết cấu móng trụ cầu Mỹ Thuận 96 4.1.2 Quá trình thử tải cọc .97 4.1.3 Các giới hạn dão 99 4.1.4 Nhận xét kết thử tải cọc trụ neo bờ Nam 101 4.2 Cơng trình cầu Cần Giuộc cầu Ông Lớn – thành phố Hồ Chí Minh 102 4.2.1 Giới thiệu sơ nét cầu Cần Giuộc cầu Ông Lớn 102 4.2.2 Đặc điểm địa chất cơng tr ình 102 4.2.3 Đặc điểm cọc thử 102 4.2.4 Diễn biến trình thử tải 103 4.2.5 Xây dựng đường cong tải trọng – chuyển vị tương đương 105 4.2.6 So sánh sức chịu tải cọc có bơm vữa xi măng gia cường đất mũi cọc 106 4.2.7 So sánh kết thử tải hai ph ương pháp Osterberg nén t ĩnh truyền thống cầu Ông Lớn 108 4.2.8 Nhận xét kết thử tải 109 4.3 Cơng trình xây dựng cầu Cần Thơ 109 4.3.1 Giới thiệu sơ lược kết cấu móng trụ cầu 109 4.3.2 Thử tải cọc khoan nhồi trụ tháp bờ Bắc 110 4.3.3 Dự báo sức chịu tải cọc trụ tháp bờ Nam 114 4.4 Cơng trình xây dựng cầu Phú Mỹ (thành phố Hồ Chí Minh) 116 4.4.1 Giới thiệu cơng trình 116 4.4.2 Đặc điểm địa chất cơng tr ình 116 4.4.3 Đặc điểm cọc thử bố trí thiết bị thí nghiệm 116 4.4.4 Diễn biến trình thử tải 117 4.4.5 Phân tích kết thí nghiệm 119 4.4.6 Nhận xét kết thử tải cầu Phú Mỹ 120 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO VÀ ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI Cọc khoan nhồi loại móng sâu thi cơng cách đổ b ê tông vào lỗ (hố) khoan trước Cọc khoan nhồi bắt đầu đ ược đưa vào sử dụng Việt Nam vào đầu năm 1990 áp dụng mạnh mẽ xây dựng cơng trình nước ta Đi đơi với cơng nghệ thi cơng, lý thuyết phân tích thiết kế (để dự báo sức chịu tải độ lún) phương pháp thí nghiệm tiên tiến giới nhằm đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi nghiên cứu áp dụng ngày toàn diện nước ta 1.1 Dự báo phương pháp tính tốn lý thuyết Trong tính tốn dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi, cách tổng quát người ta phân sức chịu tải cực hạn Qu cọc hai thành phần sức kháng mũi sức kháng bên: Qu = Q p + Qs – W = A p qp + A sqs – W với: (1.1) Qp - sức kháng mũi cực hạn Qs - sức kháng bên cực hạn W – trọng lượng thân cọc qs - sức kháng đơn vị cực hạn dọc thân cọc qp - sức kháng đơn vị cực hạn đất mũi cọc As - diện tích bề mặt thân cọc Ap - diện tích tiết diện mũi cọc Như để tính tốn sức chịu tải cọc, cần xác định thành phần sức kháng mũi đơn vị sức kháng bên đơn vị Hiện có nhiều phương pháp nhiều tác giả để xác định hai thành phần này, trình bày sau 1.1.1 Tính theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205 -1998 1.1.1.1 Yêu cầu chung Sức chịu tải cực hạn cọc đ ược tính theo: Qu = Asfs + Apqp Thực hiện: Phạm Quốc Thắng (1.2) Trang 10 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xuân Hòa Dựa phương pháp luận này, việc phân tích đánh giá cho thấy tính chất địa kỹ thuật lớp đất hai trụ tháp đồng tương tự Đồng thời sử dụng số liệu thu từ kết thử tải để thẩm tra lại giá trị thiết kế cọc trụ tháp bờ Nam cho thấy thỏa mãn điều kiện an tồn Do kỹ sư đề nghị thi công cọc đại tr trụ tháp bờ Nam dựa kết này, không cần thiết thử tải thêm 4.4 Cơng trình xây dựng cầu Phú Mỹ (thành phố Hồ Chí Minh) 4.4.1 Giới thiệu cơng trình Cơng trình cầu Phú Mỹ nằm đường vành đai số bắc qua sơng Sài Gịn nối liền Quận Quận – thành phố Hồ Chí Minh, cơng ty cổ phần BOT cầu Phú Mỹ làm chủ đầu tư Đây cầu dây văng với nhịp d ài 380m, móng trụ tháp sử dụng cọc khoan nhồi đường kính dự kiến 2.05m, chiều dài 75m Công tác thử tải cọc phương pháp Osterberg, c ông ty LOADTEST thực 4.4.2 Đặc điểm địa chất cơng trình Cấu tạo địa chất vị trí cọc thử gồm lớp sau: - Lớp 1: bùn sét yếu dày khoảng 15m, cường độ chịu tải thấp - Lớp 2: sét cứng đến cứng, d ày khoảng 17m, cường độ chịu tải cao, giá trị SPT trung bình 25 - Lớp 3: cát chặt vừa, dày khoảng 5m, giá trị SPT trung bình 18 - Lớp 4: sét cứng kẹp cát, d ày khoảng 12m, cường độ chịu lực cao, giá trị SPT trung bình 25 - Lớp 5: cát chặt đến chặt, chiều d ày lớn, cường độ chịu lực cao, giá trị SPT > 50 4.4.3 Đặc điểm cọc thử bố trí thiết bị thí nghiệm Tồn cơng trình bố trí cọc thử trụ neo phía bờ Quận Cọc thử có đường kính 1.86m, chiều d ài 72m, mũi cọc đặt sâu tầng cát chặt chịu lực cao Hộp tải trọng Osterberg (O-cell) bố trí hai tầng vị trí cách mũi cọc 3.35m 13.45m (hai tầng hộp cách 10.1m), m ỗi hộp Osterberg gồm kích thủy lực đường kính 670mm Ngồi ra, dọc thân cọc gắn đầu Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 116 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xuân Hòa đo biến dạng (strain gauge) mức cao độ khác nhằm xác định truyền tải trọng ma sát cọc, xá c định sức kháng bên đơn vị lớp đất Toàn công tác thử tải tr ường thực ba ng ày, từ 27 – 29/9/2007 4.4.4 Diễn biến q trình thử tải Thí nghiệm thực theo hai giai đoạn sau [11]: 4.4.4.1 Giai đoạn Thực gia tải cho O-cell dưới, O-cell đóng kín Mục đích giai đoạn để xác định sức kháng mũi cọc v sức kháng bên đoạn cọc bên O-cell, sức kháng bên đoạn cọc bên dùng làm đối trọng Gia tải giảm tải theo ba chu kỳ: - Chu kỳ 1: Gia tải với 15 cấp tải đến tổng tải trọng l 16.61 MN; - Chu kỳ 2: Giảm tải theo cấp tải; - Chu kỳ 3: Tiếp tục gia tải lại theo cấp tải đến tổng tải trọng l 19.46 MN Mục đích chu kỳ nghiên cứu kết hợp sức kháng mũi v sức kháng bên đoạn cọc bên dưới, đồng thời làm tăng độ mở rộng O-cell đủ để thực gia tải giai đoạn Đường cong tải trọng – chuyển vị giai đoạn hình 4.17 4.4.4.2 Giai đoạn Sau O-cell giảm tải để mở (nhằm không truyền tải trọng xuống đến mũi cọc), gia tải cho O -cell theo 15 cấp tải đến tổng tải trọng 16.63 MN Mục đích l để xác định sức kháng bên đoạn cọc hai tầng O-cell đoạn cọc bên Việc giảm tải thực theo cấp tải Đường cong tải trọng – chuyển vị giai đoạn hình 4.18 Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 117 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xn Hịa Hình 4.17 Đường cong tải trọng – chuyển vị giai đoạn Hình 4.18 Đường cong tải trọng – chuyển vị giai đoạn Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 118 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xn Hịa Q trình thử tải cọc tóm tắt bảng sau: O-cell tầng O-cell tầng Giai đoạn Tải trọng lớn (MN) Hệ thống thủy lực Độ mở rộng (mm) Tải trọng lớn (MN) Hệ thống thủy lực Độ mở rộng (mm) Đóng -0.1 16.61 Gia tải +34.0 Đóng -0.2 19.46 Gia tải +67.5 16.63 Gia tải +18.4 Mở +47.3 4.4.5 Phân tích kết thí nghiệm Từ liệu đầu đo chuyển vị thu đ ược, tiến hành phân tích tính tốn sức kháng bên đơn vị cho đoạn cọc bảng: Vùng truyền tải Cao độ Chuyển vị Sức kháng bên đơn vị Mặt đất – SG8 +2.0 đến -30.0 ↑ 0.00mm 0.0 kPa SG8 – SG7 -30.0 đến -35.0 ↑ 0.13mm 7.6 kPa SG7 – SG6 -35.0 đến -44.0 ↑ 0.66mm 22.2 kPa SG6 – SG5 -44.0 đến -49.0 ↑ 1.56mm 131 kPa SG5 – SG4 -49.0 đến -54.5 ↑ 3.23mm 234 kPa SG4 – O-cell -54.5 đến -59.8 ↑ 6.03mm 52.5 kPa O-cell – SG3 -59.8 đến -63.5 ↓ 10.55mm 446 kPa SG3 – O-cell -63.5 đến -69.9 ↓ 10.19mm 187 kPa O-cell – SG1 -69.9 đến -71.5 ↓ 65.92mm 672 kPa Khi tính tốn giá trị sức kháng bên đơn vị vùng nằm bên hộp O-cell, tải trọng trừ phần trọng lượng đẩy đoạn cọc Các giá trị sức kháng bên chưa phải giá trị cực hạn Như vậy, giai đoạn sức kháng bên đoạn cọc bên 13.16 MN (ứng với sức kháng bên đơn vị 672 kPa), sức kháng mũi l 19.46 – 13.16 = 6.3MN (sức kháng mũi đơn vị 2322 kPa) Trong giai đoạn 2, sức kháng bên đoạn cọc 16.63 MN, sức kháng bên đoạn cọc bên 13.87 MN (đã trừ trọng lượng đẩy đoạn cọc) Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 119 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xuân Hòa Từ giá trị chuyển vị đo được, xây dựng đường cong tải trọng – chuyển vị tương đương với nén tĩnh đầu cọc hình 4.19 Đường đậm nét đường cong tương đương sau điều chỉnh có kể đến ảnh hưởng độ nén đàn hồi cọc Theo kết này, với tải trọng đầu cọc 20 MN chuyển vị tương ứng 12.7mm (độ nén đàn hồi cọc 10.8mm) Với tải trọng đầu cọc 35 MN chuyển vị tương ứng 24.8mm (độ nén đàn hồi cọc 18.1mm) Hình 4.19 Đường cong tải trọng – chuyển vị tương đương nén tĩnh đầu cọc 4.4.6 Nhận xét kết thử tải cầu Phú Mỹ Tải trọng huy động tối đa giai đoạn gia tải l 19.46 MN, cao so v ới dự kiến đề cương thử tải 12.6 MN Mặt khác, dự kiến thực đến ba giai đoạn gia tải Trong đó, giai đoạn tả i trọng huy động tối đa MN để xác định sức kháng bên đoạn cọc hai tầng O -cell Sau O-cell đóng lại tiến hành giai đoạn 3: gia tải cho O-cell để xác định sức kháng bên đoạn cọc bên Tuy nhiên, thực tế sức kháng bên đoạn cọc cao nhiều so với dự kiến gần tương đương với đoạn cọc (xem hình 4.18) nên tải trọng huy động tối đa giai đoạn l ên đến 16.63 Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 120 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xn Hịa MN Do đó, số liệu thu đủ để đánh giá sức kháng b ên đoạn cọc trên, không cần thiết phải thực giai đoạn Căn kết thử tải phân tích sức kháng đơn vị lớp đất, Nhà thầu lập vẽ thi công cọc trụ tháp với đ ường kính 2.05m, cao độ mũi cọc 70.00m (ngắn 4m so với thiết kế ban đầu) để trình Tư vấn Chủ đầu tư Tư vấn sau thẩm định đánh giá cọc trụ tháp khác so với cọc thử (đường kính cọc thử 1.86m), việc thi cơng cọc đại tr có khác thời gian khác việc bơm vữa mũi cọc Mặt khác, hộp tải trọng O-cell gia tải với tải trọng lớn tải trọng kiểm định xuất xưởng (13.4 MN) Do đó, T vấn đề nghị thi cơng cọc trụ tháp theo thiết kế ban đầu, đường kính 2.05m, cao độ mũi cọc l -74.00m Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 121 Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG CBHD: TS Vũ Xuân Hòa KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua nghiên cứu sở lý thuyết, phương pháp luận kết thí nghiệm thử tải ph ương pháp Osterberg th ế giới Việt Nam, kết luận kiến nghị sau rút ra: Từ nhiều thí nghiệm thực tế với nhiều c chế gia tải khác cho thấy tương đồng kết thí nghiệm theo phương pháp Osterberg phương pháp nén tĩnh truyền thống Sức kháng thành bên cọc thu từ hai phương pháp không khác nhi ều hướng dịch chuyển cọc trái ngược Tuy nhiên, LOADTEST c ũng đề nghị sử dụng hệ số ều chỉnh F cho sức kháng thành bên thu từ thí nghiệm Osterberg xây dựng đường cong nén tĩnh đầu cọc t ương đương sau: F=1.00 cho loại đá đất dính; F = 0.95 cho đất rời Sức chịu tải cực hạn cọc thu đ ược từ thí nghiệm Osterberg (M) nh ìn chung thường lớn sức chịu tải cực hạn theo dự báo (E) Tỷ lệ M/E có khuynh hướng tăng đất cứng Đối với cọc đất chặt, đá… tỷ lệ thường dao động từ đến lần Đặc biệt đá cứng phong hóa tỷ lệ cao, từ đến 25 lần Một số trường hợp thí nghiệm Osterberg cho kết nhỏ giá trị dự báo nguyên nhân chủ yếu công nghệ thi công cọc như: kỹ thuật đổ bê tông không đảm bảo, công nghệ thổi rửa cặn lắng đáy hố khoan không ho àn hảo, vữa bentonite thâm nhập thành vách hố khoan tạo lớp vỏ sét cứng v nhẵn làm giảm ma sát, áp lực thủy tĩnh hố khoan không cân làm lở thành vách hiệu lực ma sát… Thí nghiệm Osterberg có ưu điểm phát dễ dàng nguyên nhân để xử lý, khắc phục Để nâng cao độ tin cậy phương pháp thí nghiệm cần trọng đến công tác dự báo sức chịu tải cọc để xác định số l ượng vị trí đặt hộp tải trọng Osterberg cách hợp lý tr ên nguyên tắc cho thành phần sức kháng đạt tới cực hạn thành phần cịn lại gần đạt cực hạn Trong trường hợp cọc mang tải lớn hay cọc d ài thường bố trí hai tầng hộp tải trọng Ngồi cần kết hợp với việc lắp đặt đầu đo Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 122 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xuân Hòa biến dạng (strain gauge) để xác định truyền tải trọng dọc thân cọc, cho phép xác định cách tương đối xác sức kháng bên lớp đất sức kháng mũi cọc Phương pháp thử tải Osterberg áp dụng phù hợp cho trường hợp cọc có khả mang tải lớn, cọc tr ên mặt nước cọc vị trí có mặt chật hẹp Với trường hợp cọc có sức chịu tải vừa nhỏ th ì việc lựa chọn phương pháp thí nghi ệm cịn xem xét thêm khía cạnh chi phí thí nghiệm Ở Mỹ, với tải trọng thử từ 5MN (510 tấn) trở xuống thí nghiệm nén tĩnh truyền thống có chi phí thấp h ơn, với tải trọng thử 5MN chi phí cao nên thí nghiệm Osterberg xem xét lựa chọn Ở Việt Nam tương lai gần, nhu cầu thử tải cọc lớn, việc đa dạng hóa phương pháp thử tải đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật kinh tế Đề tài tìm hiểu nghiên cứu nguyên lý, phương pháp luận cách đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi ph ương pháp Osterberg có ý nghĩa thực tiễn cao Nhà nước cần thiết sớm ban h ành tiêu chuẩn kỹ thuật thí nghiệm Osterberg, quan trọng xây dựng chuẩn phá hoại hai thành phần sức kháng cọc phù hợp với điều kiện Việt Nam Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 123 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xuân Hòa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A conservative Method of Analysis of test result from bi -directional static load tests M.England [2] A new method of single pile settlement prediction and analaysis W.G.K.Fleming – Géotechnique 42, No.3, 411 -425 [3] Comparison of the Bidirectional Load Test with the Top -Down Load Test Oh Sung Kwon, Yongkyu Choi, Ohkyun Kwon, and Myoung Mo Kim - Journal of the Transportation Research Board, No.1936 - Transportation Research Board of the National Academies, Washington D.C, 2005, pp 108 –116 [4] Móng cọc, phân tích thiết kế Vũ Cơng Ngữ, Nguyễn Thái NXB Khoa học Kỹ thuật – 2004 [5] Nghiên cứu thử tải tĩnh cọc khoan nhồi ph ương pháp Osterberg cầu Ông Lớn, cầu Cần Giuộc TPHCM Yu Suo, Huang ZengBin, Yang WenChao, Trần Đại Minh, Phan Quang Huy, Gong Wei Ming Hội nghị khoa học công nghệ Giao thông vận tải lần 2, năm 2005 [6] O-Cell testing case histories demonstrate the importance of bored pile (drilled shaft) construction technique John H.Schmertmann, John A.Hayes, Thomas Molnit and Jorj O Osterberg [7] Osterberg cell load testing of drilled shaft Loadtest International Inc (USA) [8] Phân tích đánh giá m ột số tiêu kinh tế, kỹ thuật dạng móng cọc khoan nhồi áp dụng xây dựng cầu v ùng đồng sông Cửu Long Lê Thanh Liêm - Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật – Trường Đại học Giao thông vận tải – 2002 [9] Phương pháp Osterberg đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi – barrette Nguyễn Hữu Đẩu, Phan Hiệp NXB Xây dựng – 2004 [10] Report on the loading test of the bored pile for the Can Tho bridge project Nippon Koei and Chodai JV in association with TEDI and TEDI -South – August 2005 [11] Report on drilled pile load testing (Osterberg method) for the Phu My bridge project LOADTEST International Inc – October 2007 [12] Sample guide specifications for Osterberg cell load testing of drilled shaft Loadtest International Inc (USA) Octorber, 2002 [13] The Osterberg cell and bored pile testing – A symbiosis John H.Schmertmann and John A.Hayes The Third International Geotechnical Engineering Conference – Cairo University – Egypt January, 1997 [14] The Osterberg load test method for bored and driven pile the first ten years Jorj O Osterberg [15] Thí nghiệm đất trường ứng dụng phân tích móng Vũ Cơng Ngữ, Nguyễn Thái NXB Khoa học v Kỹ thuật – 2006 Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 124 Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Vũ Xuân Hòa [16] Ứng dụng phương pháp thử tĩnh cọc khoan nhồi bằn g hộp tải trọng cơng trình đường Nguyễn Văn Linh – thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Duy Liêm, Huang ZengBin Tạp chí Cầu đường Việt Nam [17] What has been learned about drilled shafts from the Osterberg load test Jorj O Osterberg Paper presented at the Deep Foundation Institute Annual Meeting Octorber, 1999 Thực hiện: Phạm Quốc Thắng Trang 125 Phụ lục 1: Phân bố dọc thân cọc ma sát bên đơn vị Giai đoạn 1: Top-SG7 SG7-SG6 SG6-SG5 SG5-SG4 SG4-SG3 SG3-SG2 SG2-LOC LOC-SG1 (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) 0 -622 0 2489 2489 2489 4356 0 622 -622 1244 1244 3111 4356 6845 8089 12445 14934 10 15 -1569 -3138 3138 3138 15691 28244 39228 61195 72179 80024 81594 20 25 -1719 -1719 3437 5156 8593 15467 12030 10311 6874 8593 17185 30 35 5012 2506 10025 22556 20050 12531 17543 25062 12531 25062 10025 40 45 24060 42104 78194 108268 126313 150373 150373 192477 198492 192477 50 55 51369 76235 73375 66591 59420 38999 27132 33598 3398 9172 60 65 -9022 93781 161878 238360 254233 305558 298929 279349 280997 312367 294828 70 350,000 300,000 TOP-SG7 SG7-SG6 SG6-SG5 SG5-SG4 SG4-SG3 SG3-SG2 SG2-LOC LOC-SG1 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 ị (N/m2) Ma sát bên đơn v Step1 Step2 Step3 Step4 Step5 Step6 Step7 Step8 Step9 Step10 Step11 Chuyển vị (mm) 0.01 0.25 0.89 2.31 4.02 7.75 14.6 28.02 35.51 54.09 66.19 -50,000 Chuyển vị xuống O-cell (mm) Giai đoạn & 3: Top-SG7 SG7-SG6 SG6-SG5 SG5-SG4 SG4-ULC ULC-SG3 SG3-SG2 SG2-SG1 Step12 Step13 Step14 Step15 Step16 Step17 Step18 Step19 Step20 Step21 Step22 Step23 Step24 Step25 (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) (N/m2) 1244 1244 1244 622 622 622 622 3111 3111 6222 8089 11200 14311 18667 10 9956 10578 10578 11200 11822 13067 15556 18045 23645 28000 34223 38578 43556 48534 20 30 42366 42366 50211 53350 59626 67472 73748 80024 84732 87870 87870 89439 89439 87870 40 50 -24060 -22341 -17185 -10311 -3437 3437 10311 13748 13748 12030 8593 10311 10311 13748 60 -72365 -21863 -39491 -23586 -2116 9376 17312 15590 23207 26314 38443 37357 40464 29719 70 80 -39705 29061 -9891 -1288 8632 22998 44196 53321 57204 55449 64971 69252 73136 70982 90 100 -12030 -6015 36089 42104 48119 42104 30075 30075 18045 36089 18045 12030 6015 -6015 110 61284 64689 71498 81712 102140 122568 132782 146401 146401 156615 170233 183852 194066 207685 Chuyển vị (mm) 0.06 0.28 11.51 21.63 26.87 31.2 35.68 41.44 48.02 55.46 63.17 72.24 84.66 115.69 120 250,000 200,000 TOP-SG7 SG7-SG6 SG6-SG5 SG5-SG4 SG4-ULC ULC-SG3 SG3-SG2 SG2-SG1 100,000 50,000 -50,000 ị (N/m2) Ma sát bên đơn v 150,000 -100,000 Chuyển vị xuống O-cell (mm) Phụ lục 2: Tính sức kháng bên cọc dựa ma sát bên đơn vị lớp đất SG Top Cao độ (m) Diện tích Chiều Loại đất Số búa N dày (m) thân cọc (m2) Max GĐoạn GĐoạn Max Ma sát bên Lớp đất đơn vị lớp đất (kN/m2) C1-sét 0-2 29.0 227.8 4.4 18.7 18.7 1,002 4,259 4,259 C1 18.7 C2-sét 6-9 29.0 227.8 14.9 48.5 48.5 3,394 11,047 11,047 C2 48.5 11.5 90.3 81.6 89.4 89.4 7,370 8,075 8,075 St/C1 89.4 S1 77.4 St/C2 207.7 -58.0 -69.5 -80.0 (kN/m ) GĐoạn GĐoạn Sức kháng bên Qf (kN) -29.0 0.0 sét pha cát 11-20 O-cell Ma sát bên đơn vị lớn q s cát pha 52-64 10.5 82.5 17.2 13.7 17.2 1,418 1,130 1,418 cát pha 65-70 4.0 31.4 25.1 40.5 40.5 789 1,272 1,272 cát pha > 70 3.2 25.1 25.1 73.1 73.1 631 1,837 1,837 cát pha > 70 3.0 23.6 198.5 48.1 198.5 4,677 1,133 4,677 cát pha > 70 3.3 25.9 76.2 207.7 207.7 1,975 5,383 5,383 St/C2 > 70 2.0 15.7 312.4 207.7 312.4 4,907 3,263 4,907 -84.0 -87.2 -90.2 O-cell -93.5 -95.5 Tổng Sức chịu tải cọc = Qf max + Qp = = 66.5 37.97 58.47 MN 522.3 + 26,163 37,399 42,876 21,260 34,152 37,970 * 20.5 * Ghi chú: - Ma sát bên đơn vị lớp S1 = (17.2*10.5+40.5*4+73.1*3.2+198.5*3+207.7*3.3)/24 = 77.4 kN/m *: Bỏ qua sức kháng bên đoạn cọc bên tầng O-cell Phụ lục 3: Tính tốn sức chịu tải cọc khoan nhồi trụ tháp bờ Nam Sức kháng bên Số lớp Tổng Ghi chú: Ma sát bên đơn Cao độ (m) Chiều dày Qf (kN) Loại đất Số búa N lớp (m) Từ Đến vị qs (kN/m2) -2.50 -33.47 30.97 C1 1-2 0 -33.47 -40.83 7.36 C2 3-4 0 -40.83 -59.47 18.64 C2 3-9 48.5 7,100 -59.47 -65.47 6.00 St/C1 25-37 89.4 4,213 -65.47 -94.00 28.53 S1 39-71 77.4 17,343 -94.00 -94.77 0.77 S1 39-71 -94.77 -96.50 1.73 St/C2 > 60 28,657 94.00 1) Ma sát bên đơn vị lấy từ kết thử tải trụ tháp bờ Bắc (phụ lục 1) 2) Ma sát bên đơn vị lớp lớp lấy thành nhẵn 3) Ma sát bên đoạn cọc cao độ -94.0 m bỏ qua Sức kháng mũi Sức kháng mũi lấy với cọc thử trụ tháp bờ Bắc = 20.5 MN Sức chịu tải cọc hệ số an toàn Sức chịu tải = sức kháng bên + sức kháng mũi = 28.66 + 20.5 49.16 MN = Theo tiêu chuẩn AASHTO (LRFD), sức chịu tải cực hạn nhân với hệ số sức kháng hệ số ảnh hưởng để so sánh với sức chịu tải theo thiết kế Hệ số sức kháng (thử tải): Hệ số ảnh hưởng (nhóm cọc): 0.8 0.65 Sức chịu tải thực (MN) Cọc đơn Nhóm cọc 49.16 x 0.8 = 49.16 x 0.8 x 0.65 = 39.33 25.56 Sức chịu tải thiết kế (MN) 29.27 24.57 Hệ số an toàn Fs 1.34 1.04 PHỤ LỤC 4: TRÌNH TỰ CÁC GIAI ĐOẠN THỬ TẢI CỌC KHOAN NHỒI TRỤ THÁP BỜ BẮC CẦU CẦN THƠ BỐTRÍTHIẾ T BỊ GIAI ĐOẠ N1 PL = 20MN, Pu = 0MN BẮ T ĐẦ U GIAI ĐOẠ N2 PL = 0.0MN, Pu = 0.0MN GIAI ĐOẠ N2 PL = 0.0MN, Pu = 4.0 5.9MN CUỐ I GIAI ĐOẠ N2 PL = 0.0MN, Pu = 25.2MN GIAI ĐOẠ N3 PL = 21.34MN, Pu = 25.2MN SG4 (-80.0m) -84.0m O-CELL TREÂ N 