Phân tích và đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo thí nghiệm hiện trường cho công trình Lancaster, quận 4

Thiết bị và nguyên lý thí nghiệm Thiết bị

Sự giãn nở của hộp O-cell trong quá trình tăng tải sẽ được đo trực tiếp bằng “thanh truyền chuyển vị nở hộp O-cell” (cell expantion tellable). Thanh này đặt ở giữa ống bao (tellable casing), đảm bảo các thanh truyền không tiếp xúc bê tông cọc và chuyển vị tự do. Để đo chuyển vị lên đầu cọc (A&B), người ta gắn hai thiết bị đo biến dạng tuyến tính (Linear Variable Displacement Tranceducer – LVDT) vào dầm phụ cố định.

Tại vị trí O-cell, bốn thanh truyền gắn với tấm thép trên của O-cell cho phép ta đo được biến dạng nén của cọc ở phần phía trên của O-cell. Chuyển vị so với đầu cọc được thu bằng bốn thiết bị đo biến dạng rung tuyến tính (Linear Vibrating Wire Displacement Tranceducer – LVWDT).

Quy trình thí nghiệm và diễn dịch kết quả

Tuy nhiên, việc ngoại suy này cú sai số , vỡ nếu thõn cọc gồ ghề (lồi lừm), thỡ sức khỏng bờn đạt cực hạn chậm hơn, ngược lại , thõn cọc ớt lồi lừm thỡ sức kháng bên đạt cực hạn nhanh hơn. Như vậy, giữa thí nghiệm Osterberg (chất tải dưới lên) và thí nghiệm nén tĩnh thông thường (chất tải trên xuống) có sự tăng của biến dạng đàn hồi là    T  0. Mặc dù bỏ lại hộp O-cell trong lòng đất, nhưng do không dùng hệ đối trọng cồng kềnh nên thí nghiệm này vẫn tiết kiệm cả về thời gian lẫn tiền bạc so với thí nghiệm nén tĩnh thông thường.

Tuy nhiên, nếu số liệu không đáp ứng hoặc không đạt được sự cân bằng giữa 2 thành phần ma sát và chống, có thể sử dụng các phương pháp ngoại suy đã được công bố. Cụ thể, ở luận văn này, với số liệu thí nghiệm hạn chế, tiến hành áp dụng phương pháp ngoại suy Chin-Kondner để xác định sức chịu tải cực hạn của cọc.

Cơ sở lý thuyết ngoại suy biểu đồ thử tĩnh cọc

(1) Một trong hai giá trị chuyển vị lên và xuống tại O-cell đạt giá trị cực hạn (2) Khả năng gia tải của O-cell đạt cực hạn. Do đó, để chắc chắn các giá trị chuyển vị ở bên trên và bên dưới O-cell đáp ứng được việc xây dựng biểu đồ tải trọng – chuyển vị đầu cọc tương đương thì phải ngoại suy thành phần chưa đạt tới giá trị cực hạn. Phương pháp được học viên sử dụng trong luận văn này là phương pháp hồi quy tuyến tính Chin-Kondner.

Các phương pháp tính khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén tĩnh [8]

Trong một số trường hợp đặc biệt, nếu đường cong tải trọng - chuyển vị không giao với đường phá hoại Offset Limit thì sẽ không xác định được khả năng chịu tải giới hạn. - Khả năng chịu tải giới hạn của cọc được xác định như là lực gây ra thay đổi độ dốc của đường thẳng, tương ứng với giao điểm của hai đường thẳng do ứng xử được xem là chuyển sang giai đoạn dẻo. Hansen (1963) đã đề xuất cách xác định khả năng chịu tải của cọc là tải trọng mà tại đó chuyển vị của đầu cọc gấp 4 lần chuyển vị đầu cọc khi tải trọng đạt 80% khả năng chịu tải.

Phương pháp 80% Brinch Hansen có thể xác định trực tiếp từ đường cong tải trọng - chuyển vị của thí nghiệm được thực hiện đến phá hoại, nhưng chính xác hơn khi xác định trên biểu đồ căn bậc hai của chuyển vị chia cho tải trọng. - Dự đoán tải trọng giới hạn Qu là giao điểm của đường thẳng tiếp tuyến với đường cong tải trọng - chuyển vị mà tại đó giá trị độ dốc bằng 0,127 mm/T (0,05 in/Ton) và phần đường tiếp tuyến với phần đầu của đường cong hoặc là đường thẳng song song với đường hồi phục (dỡ tải) hay đường đàn hồi bắt đầu từ điểm góc.

Giới thiệu dự án và các dữ liệu sử dụng .1 Giới thiệu dự án

Trước khi dự án Lancaster được thi công đã có nhiều công tác khảo sát địa chất tại hiện trường và thí nghiệm trong phòng được tiến hành như thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT), thí nghiệm nén ngang trong hố khoan (PMT), thí nghiệm cắt cánh hiện trường (FVST), thí nghiệm nén 3 trục (UU-CU-CD) và các thí nghiệm trong phòng khác để xác định chính xác các thông số của đất nền. Biểu đồ hình 3.4 đến biểu đồ hình 3.6 mô tả các thông số đất theo chiều sâu bao gồm giá trị SPT, dung trọng tự nhiên, độ ẩm, hệ số rỗng, giới hạn chảy, chỉ số dẻo, lực dính, góc ma sát trong, sức kháng cắt không thoát nước và áp lực nén ngang theo độ sâu thí nghiệm PMT. Khi phân tích kết quả thí nghiệm, giả định rằng các hộp O-cell không tác dụng bất kỳ tải lên phần phía trên cho đến khi lực tác dụng lên các hộp O-cell lớn hơn trọng lượng đẩy nổi của phần trên của cọc (tính từ phần phía trên các hộp O-cell).

Khi đó, tải thực được xác định bằng tổng tải tác dụng của các hộp O-cell trừ đi trọng lượng đẩy nổi của phần trên của cọc, được sử dụng để xác định sức kháng ma sát thành của phần trên O-cell và để thiết lập đường cong tương đương chuyển vị - tải tác dụng tại đầu cọc. Sức kháng ma sát thành phần trên: các hộp O-cell đã tác dụng lên phần trên của cọc tải thực tế lớn nhất là 20,2 MN, tương đương sức kháng ma sát thành của phần trên của cọc ứng với cấp tải thí nghiệm 1L-20 (Bảng 3.1).

Phân tích đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm Osterberg Kết quả thí nghiệm O-Cell tại hiện trường cọc TP1 thể hiện ở phụ lục B, bảng B.2

Sau khi tổng hợp quan hệ tải trọng – chuyển vị từ số liệu thí nghiệm O-Cell, tiến hành sử dụng kết quả của phương pháp Chin-Kondner xác định đoạn ngoại suy để tìm phần gấp khúc của biểu đồ - có vai trò rất quan trọng trong việc xác định khả năng chịu tải của cọc. Từ các giá trị ma sát huy động đã tính toán ở Hình 3.17, suy ra giá trị ma sát đơn vị huy động dọc theo thân cọc theo từng cấp tải trọng bằng cách lấy giá trị ma sát tại vị trí strain gauges chia cho khoảng cách strain gauges và chu vi thân cọc. Dựa vào kết quả về tính đàn hồi thân cọc ở mục 3.2.1, kết hợp với giá trị chuyển vị đo được từ thí nghiệm, tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị tại đầu cọc tương tự như biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị của thí nghiệm nén tĩnh thông thường để xác định khả năng chịu tải của cọc.

Sử dụng số liệu quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị tìm được ở mục 3.2.4, tiến hành tính toán khả năng chịu tải cọc theo 7 phương pháp: De Beer, Decourt, 80% Brinch Hansen, Fuller&Hoy, Davission-Offset Limit, Chin-Kondner và Cannadian Foundation Engineering Manual (CFEM). Có thể đánh giá rằng phương pháp này cũng sử dụng đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị, do đó, kết quả sẽ tương đương nhau, mặc dù đường thẳng của đoạn dẻo có hệ số góc cố định là 0,127 mm/tấn (là một con số thực nghiệm được đưa ra bởi 2 tác giả là Fuller&Hoy).

Phân tích, đánh giá khả năng chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho công trình Lancaster, quận 4

Đặc biệt ở luận văn này, tiến hành phân tích khả năng chịu tải cọc theo thí nghiệm trong phòng – thí nghiệm 3 trục UU, CU, và theo cả thí nghiệm hiện trường SPT, PMT để có thể đánh giá khách quan nhất giá trị khả năng chịu tải của cọc. Trong phương pháp tính theo cường độ bằng kết quả của thí nghiệm 3 trục UU và CU, giá trị sức kháng hông ở 2 sơ đồ thí nghiệm này là bằng nhau, chỉ khác biệt ở sức kháng mũi. Ở đây, cũng cần nói thêm rằng thí nghiệm cắt cánh chỉ thực hiện trong lớp sét mềm có bề dày giới hạn và thí nghiệm xuyên tĩnh cũng được thực hiện trong độ sâu giới hạn 30 - 40m nên không đủ để sử dụng tính toán đánh giá khả năng chịu tải của cọc có chiều dài lớn hơn đáng kể so với độ sâu các thí nghiệm này.

Khả năng chịu tải theo đề nghị của Meyerhof có giá trị 30,19 MN nhỏ hơn so với phương pháp Nhật Bản khoảng 30% (khả năng chịu tải theo phương pháp Nhật Bản 43,74 MN), khả năng chịu tải cọc theo kết quả nén ngang trong hố khoan (PMT) theo hai phương pháp LCPC-SETRA (1985) và Bustamante Gianeselli (2006). Cụ thể, 2 phương pháp tính theo PMT đều cho kết quả 7,40MN, đồng thời theo SPT, giá trị này chỉ sai khác khoảng 8% khi xét phương pháp Meyerhof và khoảng 35% ở đề nghị của Viện kiến trúc Nhật Bản.

Phân tích, đánh giá khả năng chịu tải cọc theo các phương pháp tính toán từ thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm Osterberg kiểm tra

Còn đối với đường thể hiện ma sát đơn vị của thí nghiệm O-Cell tuy cũng có khuynh hướng tăng dần theo chiều sâu, đồng thời có giá trị nhảy vọt và giảm sâu liên tục ở nhiều vị trí, đặc biệt là ở vị trí gần O-Cell (-60m) và vị trí mũi cọc. PMT (có thể xét đến vị trí cao độ -73.5m, khi độ chênh lệch này lên đến hơn 2,2 lần), nhưng khuynh hướng biểu đồ lại tương đồng nhau, chứng tỏ kết quả thu được từ thí nghiệm PMT rất giống với cọc thực tế, cần có thêm một số điều chỉnh ở các con số kinh nghiệm để nâng cao độ chính xác của phương pháp tính. - Đối với khả năng chịu tải cực hạn của cọc được tính từ các thí nghiệm trong phòng và hiện trường, phương pháp theo chỉ tiêu cơ lý đưa ra giá trị thấp nhất (khoảng 26MN), khả năng chịu tải theo cường độ có giá trị lớn nhất (khoảng 51MN).

- Đối với khả năng chịu tải cực hạn của cọc được tính từ thí nghiệm Osterberg theo các phương pháp đã nêu, phương pháp của De Beer có giá trị thấp nhất (khoảng 47MN), phương pháp Chin-Kondner có giá trị cao nhất (khoảng 79MN). Tính trung bình từ các phương pháp này, khả năng chịu tải cọc cực hạn có giá trị khoảng 66MN lớn hơn khoảng 76% so với giá trị trung bình thu được từ các thí nghiệm trong phòng hiện trường cũng như giá trị khả năng chịu tải.