1.2.2.5. Phần mềm CAPWAP
Phần mềm CAPWAP (Case Pile Wave Analyses Program) là sự kết hợp giữa WEAP và CASE vẫn sử dụng để phân tích các kết qủa đo trong PDA,
24
tuy nhiên q trình phân tích chặt chẽ hơn, chính xác hơn và đưa lại nhiều kết quả hơn so với phương pháp CASE.
Hình 1.7 Sơ đồ thuật tốn CAPWAP
Các kết quả CAPWAP được dựa trên sự phù hợp tốt nhất có thể được giữa các giá trị đầu cọc tính tốn đựơc và các giá trị tương đương đo được của chúng (MQ-Match Quality). Khi sự phù hợp này là tối ưu thì việc phân tích kết thúc. Khi sự phù hợp giữa hai giá trị đó chưa đạt u cầu thì q trình thay đổi các thơng số sức cản đất và kèm theo là việc tính tốn các giá trị đầu cọc sẽ được lặp lại, đồng thời số nhát búa đo và tính được sẽ được kiểm tra.
Chất lượng phù hợp (MQ) xác định bằng tổng số các giá trị tuyệt đối của các sai khác tương đối giữa những giá trị đầu cọc đo và tính được.
1.2.2.6. Thiết bị và quy trình thí nghiệm
Sử dụng thiết bị chuyên dụng thí nghiệm động biến dạng lớn do hãng Pile Dynamics, Inc. USA sản xuất, gồm các bộ phận sau:
25
- 02 đầu đo lực;
- Bộ điều khiển: Pile Driving Analyzer, Model PAK.
Hình 1.8 Bộ điều khiển (trái) và đầu đo gia tốc (phải) 1. Thí nghiệm tại hiện trường
Thí nghiệm được tiến hành tại hiện trường theo các bước sau:
- Khoan, gắn các đầu đo biến dạng và đầu đo gia tốc vào thân cọc. Khoảng cách từ vị trí gắn đầu đo đến đầu cọc khơng nhỏ hơn 1.5D, trong đó D là bề rộng tiết diện cọc. Các cặp đầu đo được bố trí ở cùng cao độ và mặt đối xứng qua tâm cọc (hình vẽ 2). Tại các vị trí lắp đầu đo, bề mặt cọc phải đảm bảo tiếp xúc tốt.
- Nối các đầu đo với thiết bị PDA. Đưa vào máy và lưu các thông tin về
hiện trường, các đặc điểm của cọc, búa, vv.
- Thả búa rơi tự do để lấy số liệu, trong quá trình va chạm thiết bị tự động ghi lại sóng gia tốc và sóng biến dạng của cọc dưới mỗi lần va chạm và đánh giá sơ bộ sức chịu tải của cọc.
26
Hình 1.9. Sơ đồ bố trí và vị trí lỗ bu lơng lắp đặt các đầu đo trên cọc
76mm 2mm
Thân cọc
64mm 12mm
Hình 1.10 Vị trí lỗ bu lơng lắp đặt đầu đo 2. Xử lý kết quả thí nghiệm
Tín hiệu thu được trong quá trình đo tại hiện trường được chuyển qua máy tính để phân tích bằng phần mềm chuyên dụng (CAPWAP). Sức chịu tải tính tốn sẽ được tính dựa trên q trình phù hợp các giá trị đầu cọc tính tốn
27
và các giá trị tương đương đo được của chúng bằng 2 phương pháp sau:
- Phương pháp CASE: Kết quả sẽ được xác định nhanh chóng sau khi kết
thúc thí nghiệm;
- Phương pháp CAPWAP: Cọc và đất nền sẽ được mơ hình hố để phân
tích. Với mỗi mơ hình cọc và nền, sóng vận tốc thu được trong thí nghiệm (Vm), được sử dụng để tính tốn sóng biến dạng (Pc). So sánh Pc với sóng biến dạng đo được (Pm), cho phép đánh giá mơ hình nền sử dụng trong tính tốn có phù hợp với thực tế hay khơng. Mơ hình nền được điều chỉnh dần cho tới khi hai sóng Pc và Pm trùng hợp. Tính tốn sức chịu tải của cọc và biểu đồ nén tĩnh cọc được xác định trên cơ sở mơ hình nền thoả mãn điều kiện trên.
Kết quả của CAPWAP được trình diễn bằng các hình bên dưới :
Hình 1.11 Kết quả thí nghiệm PDA 1.2.2.7. CAPWAP và kết quả thí nghiệm PDA
28
- Đánh giá sức chịu tải cọc tại thời điểm thí nghiệm PDA khi cọc vừa hạ
xong (EOD - End of driving) và sau một thời gian cọc nghỉ (BOR- Beginning of restrike) sẽ cho phép đánh giá được sự tăng (soil setup) hay giảm (relaxation) sức chịu tải theo thời gian.
- Thí nghiệm PDA từ lúc đầu hạ cọc đến khi hạ xong cọc sẽ đánh giá được sức chịu tải cọc ở những chiều dài khác nhau. Từ đó giúp điều chỉnh chiều dài cọc thiết kết theo thực tế đất nền.
- Sử dụng CAPWAP có thể đánh giá sự phân bố sức kháng (bên và mũi),
đánh giá hệ số quake và cản nhớt (damping) của đất (bằng việc tính lặp). - Đánh giá sự làm việc của búa đóng cọc
- Đánh giá phần trăm năng lượng hiệu quả của búa, ảnh hưởng của đệm
búa và đệm cọc đến số nhát búa.
- Xác định những sự cố của búa (đánh lửa sớm, rò rỉ hơi…)
- Đánh giá ứng suất phát sinh trong cọc và sự tồn vẹn cọc
1.3. Vai trị của thí nghiệm nén tĩnh cọc và thí nghiệm PDA
1.3.1. Phương pháp thử tải tĩnh
Phương pháp thử tải tĩnh là phương pháp được sử dụng rất phổ biến. Cho đến nay thì phương pháp này vẫn được coi là phương pháp chính xác nhất để xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi. Tuy nhiên, khơng phải lúc nào cũng có thể thử tải tĩnh theo cơng nghệ truyền thống được vì các lý do sau đây:
- Chi phí cho thí nghiệm lớn, đặc biệt đối với các cọc không phải ở trên
mặt đất tự nhiên;
- Tốn thời gian cho cơng tác chuẩn bị và thí nghiệm nên ảnh hưởng đến
29
- Các thiết bị phụ trợ như dầm và neo phản lực là những kết cấu lớn, khơng phù hợp với các cơng trình có mặt bằng thi cơng chật hẹp.
Ngồi ra, kết quả từ phương pháp thử tải tĩnh truyền thống có hạn chế là không thể hiện rõ được thành phần sức kháng thành bên và sức kháng mũi cọc mà chỉ có giá trị tổng cộng của hai thành phần đó.
1.3.2. Phương pháp biến dạng lớn PDA
Phương pháp thử PDA có thể kiểm tra được cả mức độ hoàn chỉnh và đánh giá được sức chịu tải của cọc, nhất là chiều dài, cường độ và độ đồng nhất của bê tông.
So với phương pháp thử tải trọng tĩnh thì phương pháp PDA thực hiện nhanh hơn, có thể thực hiện thí nghiệm được nhiều cọc trong cùng một ngày, ít gây ảnh hưởng đến hoạt động thi công ở công trường tuy nhiên khó sử dụng ở khu vực đơng dân cư do nó gây tiếng ồn và chấn động cho khu vực lân cận.
Phương pháp thử động biến dạng lớn khơng thay thế hồn toàn được phương pháp thử tĩnh. Nhưng các kết quả thử động biến dạng lớn được phân tích chi tiết, so sánh với thử tĩnh và phân tích CAPWAP tương đương sẽ giúp giảm bớt thử tĩnh.
Đối với các cơng trình dưới nước như móng cảng, cầu, ... hoặc các dự án nhỏ mà việc thử tĩnh gặp khó khăn thì việc thử động biến dạng lớn là giải pháp thích hợp.
Đối với các cơng trình có nhiều hạng mục, các hạng mục khơng tập trung thì thời gian chờ đợi kết quả thử tĩnh của từng hạng mục sẽ làm ảnh hưởng đến chi phí cũng như tiến độ cơng trình. Khi đó việc thử động biến dạng lớn hoặc kết hợp cả 02 phương pháp là rất thích hợp
30