Đây là phương pháp thí nghiệm gần với thực tế làm việc của cọc dưới tác động của tải trọng dọc trục. Kết quả thu được từ thí nghiệm nén tĩnh phụ thuộc vào quy trình thử tải và phương pháp diễn dịch kết quả.
Hình 1.7: Nén tĩnh cọc khoan nhồi tại công trường xây dựng Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng
1.4.2.1. Quy trình thử tải
a. Phương pháp thử tải duy trì chậm (Thí nghiệm SM)
Phương pháp thí nghiệm này được ASTM D1143-81(1991) đề nghị gồm các bước tăng tải như sau:
- Gia tải cho cọc thành 8 bước bằng nhau đạt tới 200% của tải trọng thiết kế: 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175% và 200% tải.
- Duy trì mỗi nấc tải trọng tới khi tốc độ lún của cọc giảm tới 0,01 in/h (0,25mm/h) nhưng không dài hơn 2 giờ
- Duy trì ở tải trọng 200% trong 24 giờ.
- Sau thời gian duy trì yêu cầu lại giảm tải từng nấc 20% và mỗi lần duy trì 1giờ. - Sau khi tăng tải và giảm tải lại tiếp tục tăng tải và giảm tải như trên đến 1,5 lần tải trọng thiết kế và mỗi nấc tải trọng được giữ trong thời gian 20 phút.
- Sau đó lại tăng tải với mỗi bước tăng là 10% tải trọng thiết kế cho tới khi phá hoại, mỗi nấc tải giữ trong thời gian 20 phút.
Phương pháp thí nghiệm này được xem là phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn của ASTM và được dùng phổ biến trong việc khảo sát tại hiện trước trước khi thực hiện việc hạ cọc và có quyết định cuối cùng. Nhược điểm của phương pháp là thời gian thí nghiệm kéo dài (Có thể kéo dài đến hơn 70 giờ)
b. Phương pháp thử tải duy trì nhanh
Quy trình thử tải của phương pháp này như sau:
- Tải trọng tác dụng lên cọc được tăng theo 20 bước và tăng tới 300% tải trọng thiết kế (Nghĩa là mỗi bước tăng 15% giá trị tải trọng thiết kế)
- Giữ mỗi nấc tải trọng này trong 5 phút và cứ 2,5 phút lại đọc số liệu một lần. - Dùng kích để bổ sung tải nhằm duy trì được mức tải thí nghiệm.
- Sai khoảng 5 phút giữ tải trọng thí nghiệm thì ta giảm tải chia thành 4 nấc bằng nhau, mỗi nấc duy trì 5 phút.
Phương pháp này có ưu điểm là thời gian thí nghiệm nhanh hơn phương pháp SM. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm không dùng để đánh giá độ lún của cọc vì không đúng với sự làm việc thực tế của cọc.
c. Phương pháp thử tải theo quy phạm Việt Nam
- Dự tính tải trọng thí nghiệm tối đa Pmax là tải trọng mà cọc lún khoảng 40mm. Có thể lấy Pmax bằng sức chịu tải cực hạn của nền đất.
- Mỗi cấp tải sẽ là 1/15 ÷ 1/10 Pmax. Ghi lại độ lún tại các thời điểm : 0’, 15’, 30’, 45’, 1 giờ, 1,5 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ…
- Chỉ tăng tải đến nấc tiếp theo nếu độ lún của cọc đã ổn định (độ lún của cọc bằng hoặc nhỏ hơn 0,1mm trong vòng 30 phút với đất cat, 60 phút đối với đất sét).
1.4.2.2. Diễn dịch kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh bao gồm quan hệ giữa tải trọng tác dụng lên cọc và độ lún của cọc, tải trọng thí nghiệm theo thời gian và độ lún của cọc theo thời gian. Tùy theo quy trình thử tải mà có các phương pháp diễn dịch phù hợp nhằm xác định sức chịu tải của cọc. Tuy nhiên, đối với từng phương pháp, tải trọng diễn dịch từ thí
nghiệm có hai khái niệm khác nhau là tải trọng cực hạn và tải trọng giới hạn. Tải trọng cực hạn là tải trọng mà tại đó nền đất bị phá hoại, tải trọng tác dụng không tăng nhưng độ lún của cọc tăng đột ngột. Tải trọng giới hạn là tải trọng ứng với một độ lún giới hạn theo từng quy phạm.
a. Phương pháp diễn dịch theo tiêu chuẩn TCXD 2005-1998
Dựa theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ Snip 2.02.03-85, sức chịu tải của cọc được xác định như sau:
Hình 1.8: Phương pháp xác định tải trọng giới hạn theo TCXD 205:1998 - Là tải trọng gây ra độ lún tăng liên tục
- Là tải trọng ứng với độ lún ξSgh trong các trường hợp còn lại: Δ= ξSgh
Trong đó:
Sgh: Trị số giới hạn trung bình cho trong tiêu chuẩn thiết kế nền móng, được lấy theo quy định trong nhiệm vụ thiết kế hoặc lấy theo tiêu chuẩn đối với nhà và công trình tương ứng khi thiết kế nền nhà và công trình.
ξ: Hệ số chuyển đổi từ độ lún thử đến độ lún lâu dài của cọc, thông thường lấy ξ=0,1, khi có cơ sở thí nghiệm và quan trắc đầy đủ thì có thể lấy ξ=0,2.
Nếu độ lún Δ lớn hơn 40mm thì sức chịu tải giới hạn của cọc nên lấy ở tải trọng ứng với Δ = 40mm.
b. Diễn dịch theo phương pháp Davisson
Hình 1.9: Phương pháp xác định tải trọng giới hạn theo Davisson - Vẽ biểu đồ kết quả nén tĩnh trên đồ thị thường
- Vẽ đường đàn hồi là đường có phương trình : P = EA
L ; Trong đó: A: Tiết diện cọc (m2)
E: Mô đun đàn hồi của cọc (kN/m2). L: Chiều dài cọc (mm)
Δ: Chuyển vị của cọc (mm)
- Vẽ đường Davisson là đường song song với đường đàn hồi, khoảng cách giữa
hai đường là: 3,8+ 120 B (mm) nếu đường kính cọc B ≤ 600mm; 30 B (mm) nếu đường kính cọc B > 600mm (Kyfor và cộng sự kiến nghị bổ sung).
c. Diễn dịch theo phương pháp đánh giá tốc độ biến dạng
Sức chịu tải cực hạn của cọc là tải trọng mà tại đó tốc độ lún có sự thay đổi đột ngột. Để đánh giá ta tính tỷ số giữa độ lún của từng nấc tải trọng trên số gia tải trọng. Biểu diễn tỷ số trên với đồ thị của các cấp tải trọng thì giá trị sức chịu tải cực hạn sẽ được thể hiện như sau:
Hình 1.10: Diễn dịch kết quả thí nghiệm nén tính theo tốc độ biến dạng dựa theo hiện trường cọc khoan nhồi phường Phú Thượng – Tây Hồ - Hà Nội.
Trên hình 1.10 là kết quả diễn dịch của thí nghiệm nén tĩnh một cọc khoan nhồi D1200 tại Tây Hồ - Hà Nội. Tại tải trọng P = 2200T thì chuyển vị của đầu cọc tăng đột biến. Như vậy ta có thể kết luận sức chịu tải cực hạn của cọc khoan nhồi trên là : Pu = 2200T.