2.2. TÁC ĐỘNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỌC
2.2.2. Sức chịu tải của cọc
2.2.2.1. Sức chịu tải của cọc theo tính tốn
Theo “TCXD 195:1997 – Nhà cao tầng, thiết kế cọc khoan nhồi” thì sức chịu tải của cọc được dựa tính dựa trên kết quả thí nghiệm mẫu đất trong phịng hoặc từ kết quả khảo sát bằng thiết bị thí nghiệm hiện trường.
Sức chịu tải của cọc bao gồm 2 thành phần : ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc :
Qu = Qs + Qp (2.10)
Qu = Asfs +Apqp (2.11)
Trong đó :
Qu - Sức chịu tải cực hạn của cọc. Qs - Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên. Qp - Sức chịu tải cực hạn do mũi cọc. fs - Ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất.
qp - Cường độ chịu tải cực hạn của đất dưới mũi cọc. As - Diện tích của mặt bên cọc.
Ap - Diện tích mũi cọc.
Sức chịu tải cho phép của cọc được tính theo cơng thức :
p s a s p Q Q Q FS FS (2.12) u a Q Q FS (2.13) Trong đó :
FSs, FSp, FS là hệ số an toàn. Giá trị của FSs, FSp hoặc FS được lựa chọn tùy theo phương pháp tính.
Đối với ảnh hưởng của dung dịch với sức chịu tải của cọc được nêu tại TCVN 195:1997, dung dịch ảnh hưởng đến thành phần sức chịu tải bên của cọc trong đất rời, cụ thể :
Trong đất cát:
s s s
Q f A (2.14)
Trong đó:
fs = 0,018N (kG/cm2) cho cọc trong cát không sử dụng bentonite khi khoan. fs = 0,03N + 0,1 (kG/cm2) cho cọc trong cát có sử dụng bentonite khi khoan. N - chỉ số SPT trung bình
Đối với thành phần sức chịu tải mũi có thể được tính theo cơng thức : Qp = K1N (kG/cm2 )
Trong đó K1 là hệ số lấy theo bảng sau :
Bảng 2-3: Hệ số K1 theo loại đất rời
Loại đất K1 Trị giới hạn của qc (kG/cm2)
Cát sỏi 1,40 70
Cát hạt thô, cát hạt trung 1,41 55
Cát mịn, bụi 0,80 40
Hệ số an toàn khi sử dụng phương pháp này có thể lấy bằng : Fs = 2,5 ÷ 3,0
FSs = 2,0 ÷ 2,5 FSb = 2,5 ÷ 3,0
2.2.2.2. Sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén tĩnh
Thí nghiệm nén tĩnh được thực hiện nhằm kiểm tra sức chịu tải của cọc. Thí nghiệm này được thực hiện bằng tải trọng dọc trục sao cho cọc lún thêm vào nền đất. Theo phương pháp này, tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng hệ thống
kích, bơm thủy lực và đối trọng. Với những cọc có tải trọng lớn (>1000 tấn), hệ đối trọng cịn có thể có thêm hệ cọc xoắn với sức chịu nhổ tùy theo yêu cầu đối trọng. Thông thường, đối trọng không nhỏ hơn 120% tải trọng thí nghiệm.
Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được đo bằng đồng hồ đo áp lực lắp sẵn trong hệ thống thủy lực. Đồng hồ áp lực nên được hiệu chỉnh đồng bộ cùng với kích và hệ thống thủy lực với độ chính xác đến 5%. Chuyển vị đầu cọc được đo bằng 2 đến 4 chuyển vị kế có độ chính xác đến 0,01 mm. Máy thủy chuẩn dùng để đo kiểm tra dịch chuyển, chuyển vị của gối kê, dàn chất tải, hệ thống neo, dầm chuẩn gá lắp chuyển vị kế, độ vồng của dầm chính và chuyển vị đầu cọc.
Thời gian nghỉ từ khi kết thúc thi công cọc đến khi thực hiện thí nghiệm được quy định tối thiểu 21 ngày đối với cọc nhồi và 7 ngày đối với cọc đóng hoặc ép. Kích phải đặt trực tiếp trên tấm đệm đầu cọc, chính tâm so với tim cọc. Khi dùng nhiều kích thì phải bố trí các kích sao cho tải trọng được truyền dọc trục, chính tâm lên đầu cọc. Hệ phản lực phải lắp đặt theo nguyên tắc cân bằng, đối xứng qua trục dọc, bảo đảm truyền tải trọng dọc trục, chính tâm lên đầu cọc. Khi lắp dựng xong, đầu cọc không bị nén trước khi thí nghiệm. Dụng cụ kẹp đầu cọc được bắt chặt vào thân cọc, cách đầu cọc khoảng 0,5 lần đường kính hoặc chiều rộng của tiết diện cọc. Các dầm chuẩn được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ dầm chuẩn được chơn chặt xuống đất. Chuyển vị kế được lắp đối xứng hai bên đầu cọc và được gắn ổn định lên các dầm chuẩn.
Hình 2-4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nén tĩnh có hệ cọc xoắn neo đối trọng
Trước khi thí nghiệm chính thức, tiến hành gia tải trước nhằm kiểm tra hoạt động của thiết bị thí nghiệm và tạo tiếp xúc tốt giữa thiết bị và đầu cọc. Gia tải trước được tiến hành bằng cách tác dụng lên đầu cọc khoảng 5% tải trọng thiết kế sau đó giảm tải về 0, theo dõi hoạt động của thiết bị thí nghiệm. Thời gian gia tải và thời gian giữ tải ở cấp 0 khoảng 10 phút.
Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp, tính bằng phần trăm (%) của tải trọng thiết kế. Cấp tải mới chỉ được tăng hoặc giảm khi chuyển vị hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định.
Tải trọng thí nghiệm lớn nhất do thiết kế quy định, thường được lấy bằng 250% đến 300% tải trọng thiết kế đối với cọc thăm dò và bằng 150% đến 200% tải trọng thiết kế đối với cọc thí nghiệm kiểm tra.
Quy trình gia tải tiêu chuẩn được thực hiện như sau:
o Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến, mỗi cấp gia tải không lớn hơn 25% tải trọng thiết kế. Cấp tải mới chỉ được tăng khi tốc chuyển vị đầu cọc đạt ổn định (không quá 0,25 mm/giờ đối với cọc chống vào đất hòn lớn, đất cát, đất sét từ dẻo đến cứng; không quá 0,1 mm/giờ đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mềm đến dẻo chảy) nhưng không quá 2 giờ.
o Sau khi kết thúc gia tải, nếu cọc khơng bị phá hoại thì tiến hành giảm tải về 0, mỗi cấp giảm tải bằng hai lần cấp gia tải và thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 phút, riêng cấp tải 0 có thể lâu hơn nhưng khơng q 6 giờ.
Các giá trị thời gian, tải trọng và chuyển vị đầu cọc cần phải đo đạc và ghi chép ngay sau khi tăng hoặc giảm tải và theo khoảng thời gian như quy định ở Bảng 2.2.
Bảng 2.2: Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép số liệu
Cấp tải trọng Thời gian theo dõi và đọc số liệu Cấp gia tải
Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu; Không quá 15 phút cho một lần 30 phút sau đó; Khơng quá 1 giờ một lần cho 10 giờ tiếp theo; Không quá 2 giờ một lần cho các giờ tiếp theo. Cấp gia tải lại và cấp
giảm tải
Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu; Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó; Khơng q 1 giờ một lần cho các giờ tiếp theo. Theo dõi và xử lý một số trường hợp có thể xảy ra trong quá trình gia tải:
o Trị số cấp gia tải có thể được gia tăng ở các cấp đầu nếu xét thấy cọc chuyển vị không đáng kể hoặc được giảm khi gia tải gần đến tải trọng phá hoại để xác định chính xác tải trọng phá hoại.
o Trường hợp cọc có dấu hiệu bị phá hoại dưới cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến thì có thể giảm về cấp tải trọng trước đó và giữ tải như quy định.
o Trường hợp ở cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến mà cọc chưa bị phá hoại, nếu thiết kế yêu cầu xác định tải trọng phá hoại và điều kiện gia tải cho phép thì có thể tiếp tục gia tải, mỗi cấp tải nên lấy bằng 10% tải trọng thiết kế và thời gian gia tải giữa các cấp là 5 phút để xác định tải trọng phá hoại.
Tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị, chuyển vị – thời gian, tải trọng – thời gian, tải trọng – chuyển vị – thời gian của từng cấp tải để theo dõi diễn biến q trình thí nghiệm.
Hình 2-5: Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị trong thí nghiệm nén tĩnh
Hình 2-7: Biểu đồ quan hệ tải trọng – thời gian trong thí nghiệm nén tĩnh
Hình 2-8: Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị – thời gian trong thí nghiệm nén tĩnh