3.2. THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH CPTu (TCVN 9352:2012)
3.2.2.2. Khối lượng khảo sát
- Khoảng cách và số lượng điểm xuyên trong phạm vi một ngơi nhà hoặc nhóm nhà giống được xác định theo Bảng A.4, TCVN 9352:2012.
Bảng 3.3: Khối lượng khảo sát thí nghiệm CPT/CPTu Cấp Cấp nhà Mức độ phức tạp của điều kiện ĐCCT Khoảng cách trung bình giữa các điểm xuyên (m)
Số lượng điểm xuyên tối thiểu cho một nhà
(nhóm nhà)
Đơn giản 25 8
I Trung bình 15 10
Cấp nhà Mức độ phức tạp của điều kiện ĐCCT Khoảng cách trung bình giữa các điểm xuyên (m)
Số lượng điểm xuyên tối thiểu cho một nhà
(nhóm nhà)
Đơn giản 40 6
II Trung bình 25 8
Phức tạp 15 10
- Đối với nhà cấp III và cơng trình dạng tuyến, khoảng cách giữa các điểm xuyên là 50m đến 100m, và mỗi nhà bố trí không quá ba điểm xuyên.
- Đối với giai đoạn khảo sát phục vụ lập luận chứng kinh tế kỹ thuật và thiết kế kỹ thuật, thông thường số lượng điểm xuyên từ 50% đến 70% tổng số các công trình thăm dị. Các điểm xuyên tĩnh được bố trí xem kẽ với các điểm khoan hoặc cơng trình thăm dị khác (nén ngang, cắt cánh).
- Đối với các cơng trình loại nhỏ và vừa, nằm trong một dạng địa hình, cần bố trí đối chứng song song giữa khoan và xuyên tĩnh từ một cấp đến ba cấp tùy theo mức độ phức tạp của đất nền. Khoảng cách giữa điểm khoan và điểm xuyên tính trong một cặp đối chứng quy định từ 1m đến 2m.
- Đối với cơng trình lớn, nằm trong vùng có điều kiện địa chất phức tạp hoặc có nhiều dạng địa hình khác nhau, thì ở mỗi dạng địa hình hoặc mỗi khu vực địa chất đặc trưng cần bố trí từ một đến ba cặp đối chứng.
- Đối với giai đoạn khảo sát phục vụ thiết kế kỹ thuật hoặc lập bản vẽ thi cơng, khi có nhiều khả năng lựa chọn giải pháp móng sâu thì số lượng điểm xuyên có thể lên tới 80% đến 100% tổng số lượng của cơng trình thăm dị để xác định bề dày các lớp đất yếu, bề mặt và bề dày lớp đất tốt tựa cọc và dụng kết quả xun để tính tốn thiết kế móng cọc.
- Khi có nhiều khả năng sử dụng móng nơng, số lượng điểm xun có thể chiếm tới 50% tổng số các cơng trình thăm dị để xác định ranh giới, bề dày các lớp đất, khoan vùng yếu, đánh giá độ đồng nhất của các lớp đất. Số lượng các cơng trình thăm dị cịn lại được bố trí khoan lấy mẫu, cho các loại hình khảo sát khác (cắt cánh, nén ngang...) để xác định các đặc trưng cơ lý cần thiết cho thiết kế nền móng.
- Khi khảo sát để xác định ranh giới, bề dày, độ chặt và độ đồng nhất của đất đắp và đất lấp, để khoanh vùng các túi bùn hoặc để xác định bề dày, độ chặt hoặc độ đồng nhất và một số đặc trưng cơ lý phục vụ thiết kế cho đất loại cát (khơng thể lấy được mẫu ngun trạng) thì khối lượng có thể chiếm từ 80% đến 100% tổng số các cơng trình thăm dị.
3.2.3. Nguyên lý thí nghiệm Ý tưởng: Ý tưởng:
- Nguyên lý đo sức kháng xuyên: Dùng mũi xuyên ấn nhẹ vào
trong đất, ta sẽ đo được sức kháng mũi. Sau đó, tiếp tục ấn cả mũi xuyên vào trong lòng đất, ta được sức kháng tổng. Nếu quan niệm sức kháng của mũi xuyên bao gồm sức kháng mũi và sức kháng ma sát thì sức kháng ma sát sẽ xác định là hiệu số của sức kháng tổng và sức kháng mũi.
- Nguyên lý đo áp lực nước lỗ rỗng: Dùng một vật liệu có lỗ rỗng
để xác định áp lực nước tác động.
Mơ hình: xun cơn (mũi và lớp áo ma sát) + vịng đá thấm 3.2.4. Dụng cụ thí nghiệm
- Thiết bị chính: Xun cơn + vịng đá thấm
- Thiết bị ghi nhận dữ liệu: Bộ cảm biến và máy tính xử lý dữ
liệu.
Hình 3.4: Một số mẫu xuyên cơn thơng dụng
3.2.5. Quy trình thí nghiệm:
3.2.5.1. Hiệu chỉnh mũi xuyên
- Sau mỗi cơng trình hoặc thơi gian sử dụng tương đối dài phải tiến hành hiệu chỉnh mũi xuyên Hệ số lực cho bộ xử lý.
- Thiết bị hiệu chỉnh gồm hai bộ phận chính: Một giá đỡ và một loadcell gia lực.
- Tiến hành gia lực tối thiểu ba cấp (Thiết bị cho phép tối đa bảy cấp) Bộ cảm biến ghi nhận số liệu Vẽ đồ thị Xác định hệ số lực. Sau khi gia lực xong, tiến hành dỡ tải theo đúng các cấp đã gia lực nhằm đánh giá độ đàn hồi của hệ thống loadcell.
3.2.5.2. Bão hòa mũi xuyên và vòng đá thấm
- Để đo áp lực nước một cách chính xác, vịng đá thấm phải tuyệt đối bão hịa. Trước khi xun, đặt cả mũi xun có gắn vịng đá thấm vào dung dịch nước cất hoặc Glycerin, đặt trong một bình máy hút chân không. Bật máy chạy trong thời gian tối thiểu ba giờ để đuổi hết bọt khí trong vịng đá thấm ra.
- Sau khi lấy mũi xuyên ra, nhúng liền vào dung dịch nước cất và mang đến cơng trình. Chỉ khi nào tiến hành thí nghiệm mới lấy mũi xuyên ra. Theo quy định, nếu mực nước ngầm nằm ngay tại mặt đất, ta phải khoan lỗ trước khi tiến hành CPTu. Trước khi hạ mũi côn xuống lỗ ta phải bọc trong một màng cao su để không mất dung dịch. Tại thời điểm mũi khoan chạm đất, màng cao su sẽ vỡ ra.
3.2.5.3. Quy trình vận hành thiết bị CPTu
- Bước 1: Xác định vị trí cần thí nghiệm và tiến hành lắp máy.
- Bước 2: Luồng dây vào cần xuyên, một đầu cuộn dây nối với mũi
xuyên được gắn ở đoạn cần đầu tiên, một đầu nối với bộ phận truyền tín hiệu vào hộp xử lý tín hiệu Ta phải luồng vào tất cả các đoạn cần xuyên.
- Bước 4: Lắp bộ phận đo chiều sâu cần xuyên. Nối dây vào hộp
xử lý tín hiệu. Dùng vít hiệu chỉnh các số đọc qc, fs và u về giá trị 0 quy ước.
- Bước 5: Cho mũi và cần xuyên nén vào đất thông qua hệ thống
gia tải. Các số liệu thu nhận nhờ hệ thống loadcell cảm biến tại đầu mũi xuyên, truyền qua dây trong lõi các cần xuyên, bộ phận xử lý tín hiệu. Bên cạnh đó, tín hiệu từ bộ phận đo độ sâu cũng được ghi nhận một cách độc lập thông qua bộ phận đếm riêng và cũng được truyền về bộ xử lý. Tại đây, với hệ số lực đã có trong phần hiệu chỉnh, bộ phận sẽ tự động tính tốn và xuất ra biểu đồ qc, fs và u. Số liệu được ghi nhận liên tục mỗi 10cm ghi nhận một giá trị, cứ tiến hành như vậy cho đến hết độ sâu thí nghiệm.
3.2.5.4. Quy trình đo tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng
Các chú ý:
- Khi ấn mũi xuyên vào trong lớp đất yếu bão hòa nước, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư u được tạo nên trong quá trình xuyên.
Tuy nhiên, nếu mũi xuyên được giữ nguyên tại cùng một độ sâu thì áp lực nước lỗ rỗng u sẽ bị tiêu tán dần cho đến khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư u = 0. Khi đo, áp lực nước lỗ rỗng sẽ
bằng áp lực nước lỗ rỗng uo.
- Thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng được thực hiện cùng với thí nghiệm CPTu tại một hố xuyên xác định trước và tại một cao độ xác định trước.
Quy trình đo đạc:
- Bước 1: Khi xuyên đến độ sâu cần thiết, cố định cần xuyên, quay
tay quay để áp lực tác dụng lên cần xuyên.
- Bước 2: Chọn chế độ đo áp lực nước lỗ rỗng trong bộ điều khiển.
- Bước 3: Theo dõi sự thay đổi của giá trị áp lực nước lỗ rỗng theo
tĩnh hoặc bằng 50% giá trị áp lực nước lỗ rỗng ban đầu thì ngừng lại (thiết bị cho phép đo trong 10.000 giây).
- Bước 4: Lưu kết quả thí nghiệm, tháo dỡ thiết bị. 3.2.6. Kết quả thí nghiệm và hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm
3.2.6.1. Kết quả thí nghiệm
- Được trình bày dưới dạng biểu đồ xuyên: Trục tung của biểu đồ thể hiện độ sâu xuyên.
Trục hoành của biểu đồ thể hiện các loại sức kháng xuyên qc, fs và áp lực nước lỗ rỗng u.
3.2.6.2. Hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm [16]
- Trong q trình xuyên, áp lực nước sẽ tác dụng lên mũi côn và áo ma sát. Khi đó, giá trị sức kháng mũi qc và sức kháng bên fs sẽ có thêm áp lực nước. Có nhiều vị trí có thể đặt vịng đá thấm để đo áp lực nước lỗ rỗng. Từ đó, có nhiều cách thức hiệu chỉnh khác nhau.
- Khi vịng đá thấm nằm ngay trên cổ cơn, thì sức kháng mũi qc sẽ được hiệu chỉnh như sau:
T c T q q u 1 a a 0.6 0.9 (3.11)
uT là áp lực nước lỗ rỗng đo tại vịng đá thấm phía sau cổ cơn. Nếu vịng đá thấm ở mũi hoặc ở lưng chừng mũi cơn thì áp lực nước lỗ rỗng tại vòng đá thấm này là u1 và uT sẽ được hiệu chỉnh lại như sau:
T o 1 o
u u k u u ; k 0 0.9 (3.12)
- Khi vịng đá thấm nằm ở phía áo ma sát thì việc hiệu chỉnh hay khơng giá trị sức kháng ma sát fs phụ thuộc vào việc chấp nhận mức độ sai số do áp lực nước lỗ rỗng gây ra.
3.2.7. Ứng dụng kết quả thí nghiệm
3.2.7.1. Xác định độ chặt của đất [17]
Bảng 3.4: Phân loại trạng thái của đất cát theo sức kháng mũi đơn vị Loại cát qc (100 kPa) Độ chặt
150 < qc Chặt
Cát hạt thô và hạt trung 50 < qc < 150 Chặt vừa
qc < 50 Rời 120 < qc Chặt Cát hạt mịn 40 < qc <120 Chặt vừa qc < 40 Rời 100 < qc Chặt Cát lẫn bụi 30 < qc < 100 Chặt vừa qc < 30 Rời 70 < qc Chặt
Cát bụi bão hòa 20 < qc < 70 Chặt vừa
qc < 20 Rời 3.2.7.2. Xác định sức kháng cắt khơng thốt nước Su [17] c vo u q ' S 10
đối với mỗi côn đơn giản. (3.13)
c vo u q ' S 15 18
đối với mỗi cơn có áo bọc. (3.14)
Trong đó: Su Sức kháng cắt khơng thốt nước của đất, (kPa); qc Sức kháng mũi côn, (kPa); ’vo Áp lực bản thân của đất tại độ sâu thí nghiệm, (kPa).
3.2.7.3. Xác định góc ma sát trong cho đất cát [17]
Bảng 3.5: Xác định góc ma sát của đất cát theo sức kháng mũi
đơn vị qc (100 kPa) (°); ở độ sâu 2 m ≥ 5 m 10 28 26 20 30 28 40 32 30 70 34 32 120 38 34 200 36 36 300 40 38
Một số ứng dụng khác như: Xác định mô đun biến dạng E và xác
định sức chịu tải của cọc, xác định hệ số cố kết theo phương ngang Ch [17].
3.3. THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH HIỆN TRƯỜNG (22TCN 355-06) 3.3.1. Mục đích thí nghiệm 3.3.1. Mục đích thí nghiệm
Mục đích:
Xác định sức kháng cắt khơng thốt nước Su, và độ nhạy của đất.
Khái niệm:
- Sức kháng cắt khơng thốt nước: là mối tương quan giữa tốc độ
cắt và tốc độ thoát nước (tốc độ cắt >> tốc độ thoát nước).
- Độ nhạy là mức độ ổn định của kết cấu đất dưới tác dụng của
- Nếu mơ tả bằng tốn học: độ nhạy St = Su,max/Su,min, Su,max là sức kháng cắt khơng thốt nước ở trạng thái nguyên dạng, Su,min là sức kháng cắt khơng thốt nước ở trạng thái phá hủy.
- Sức kháng cắt khơng thốt nước phụ thuộc vào độ sâu: Do
tính khơng đồng nhất về ứng suất do trọng lượng bản thân Hệ số rỗng giảm theo độ sâu Hệ số thấm giảm Sức kháng cắt
khơng thốt nước tăng.
3.3.2. Nguyên lý đo đạc
Ý tưởng: Sức kháng cắt là ứng suất tiếp chống lại sự cắt trên bề mặt
của khối trụ trịn trong q trình xoay.
Mơ hình cần đo: Cần xác định lực gây ra biến hình cho đất Cánh
cắt và bộ phận tạo mô men xoắn.
3.3.3. Phạm vi sử dụng và khối lượng thí nghiệm
Phạm vi sử dụng: Chỉ thích hợp cho các loại đất sét, trạng thái mềm
có Su < 200 kPa.
Khối lượng thí nghiệm:
- Đối với cơng trình bố trí theo tuyến như đường sắt, đường bộ, bờ kè, …theo dọc tuyến từ 50m đến 100m bố trí một vị trí thí nghiệm và theo chiều sâu đất yếu từ 0.5m đến 1m có một điểm thí nghiệm cắt cánh.
- Đối với cơng trình bố trí theo khu vực như sân bay, bến cảng, nhà kho, …từ 250m2 đến 500m2 bố trí một điểm thí nghiệm và theo chiều sâu đất yếu từ 0.5m đến 1m có một điểm thí nghiệm cắt cánh.
3.3.4. Dụng cụ thí nghiệm
Cánh cắt: Tùy theo mức độ nhạy, ta chế hai hai loại cánh cắt: Cánh không vát (dùng cho đất mềm, khá nhạy), cánh có vát (dùng cho đất dẻo
Bộ phận tạo mô-men xoắn Bộ phận ghi dữ liệu
Bộ phận tạo lỗ (nếu thực hiện thí nghiệm trong hố khoan)
Hình 3.7: Cấu tạo hai loại cánh cắt 3.3.5. Quy trình thực hiện 3.3.5. Quy trình thực hiện
Bước 1: Tạo hố khoan (nếu có).
Bước 2: Ấn cánh cắt ngập vào trong đất.
Bước 3: Tiến hành cắt với tốc độ 6-18 độ/phút, cắt đến khi đất phá hoại
hoàn toàn Su,max
Bước 4: Dừng lại để đất phục hồi khoảng 8 -10 phút, rồi tiến hành cắt
Su,min
Bước 5: Lặp lại ở các độ sâu khác Vẽ biểu đồ Su,max và Su,min theo độ sâu.
3.3.6. Kết quả thí nghiệm và hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm
3.3.6.1. Kết quả thí nghiệm
- Sức chống cắt khơng thốt nước được tính tốn trên cơ sở giả
định rằng sức chống cắt không thốt nước là đồng nhất trên tồn bộ bề mặt cắt và được xác định theo cơng thức sau:
max u M S K (3.15) Khi cánh hình chữ nhật: 2 3 3 D H D 7 D K , H 2D, K 2 6 6 (3.16) Khi cánh hơi bị vát: 2 T B D D D K 6H 12 cos i cos i Với iT và iB là góc vát phía. (3.17)
- Kết quả tính toán thường được thể hiện bằng bảng biểu và biểu đồ thể hiện sự biến thiên của sức chống cắt khơng thốt
nước Su theo độ sâu cho trường hợp đất nguyên dạng và phá hoại, từ đó xác định độ nhạy của đất.
Hình 3.9: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp
3.3.6.2. Hiệu chỉnh thí nghiệm cắt cánh [16]
Đối với các lớp đất yếu nằm trên nền đắp, sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường, trị số sức kháng cắt được hiệu chỉnh Su,corr
u,corr u
S S (3.18)
- hệ số hiệu chỉnh theo Bjerum xét đến ảnh hưởng bất đẳng hướng của
đất, tốc độ cắt và tính phá hoại liên tiếp của nền đất tùy thuộc vào chỉ số dẻo của đất như bảng dưới đây.
Bảng 3.6: Quan hệ giữa trị số dẻo Ip và hệ số hiệu chỉnh
IP 10 20 30 40 50 60 70
1.09 1 0.9255 0.86 0.8 0.75 0.7
3.3.7. Ứng dụng kết quả thí nghiệm
- Xác định sức kháng cắt khơng thốt nước Đánh giá mức độ ổn định mái dốc.
- Tính tốn sức chịu tải cọc trên nền sét bão hòa nước. - Chọn chiều cao đắp tối đa trên nền sét bão hịa nước.
3.4. THÍ NGHIỆM BÀN NÉN HIỆN TRƯỜNG (TCVN 9354:2012) 3.4.1. Mục đích thí nghiệm 3.4.1. Mục đích thí nghiệm
- Xác định sức chịu tải cực hạn Pgh
- Xác định mơ đun biến dạng E Từ đó mới xác định độ lún. - Xác định sức kháng cắt khơng thốt nước Su.
3.4.2. Nguyên lý thí nghiệm
- Khái niệm: Sức chịu tải cực hạn là tải trọng lớn nhất mà ở đó đất
khơng cịn có thể chịu tải được nữa, hay nói cách khác đó là tải