Chương 5 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
5.4 Đĩng gĩp của luận văn từ quá trình thực nghiệm
5.4.4 Phân tích kết quả: Thực nghiệm – lý thuyết – phần mềm (Plaxis 2D)
Độ lún đầu cọc
Độ lún đầu cọc được tổng hợp trong Bảng 5.12 và sai số trong bảng 5.13
Bảng 5.12: Độ lún cọc theo lý thuyết – thực nghiệm – Plaxis 2D Bảng tổng hợp tải trọng thí nghiệm và độ lún của các cọc
% tải trọng thí nghiệm
Tải thí TN (kN)
Chuyển vị đầu cọc (mm)
CFA 1 CFA 2 Khoan nhồi Plaxis
Ptn = 47kN 0% 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.17 6.76 10.26 23.92 51.10 48.99 44.74 37.98 38.20 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 C h u yể n vị đ ầu c ọc s ( m m ) plaxis
Trang 126 20% 9.40 3.75 4.95 8.40 2.10 40% 18.80 5.50 8.10 13.30 4.17 60% 28.20 9.10 13.85 17.00 6.76 80% 37.60 11.95 23.95 19.15 10.26 100% 47.00 17.65 27.90 22.10 23.92 120% 56.40 27.70 45.35 30.55 51.10
Bảng 5.13: Sai số độ lún cọc theo thực nghiệm – Plaxis 2D
% tải trọng thí nghiệm
Tải thí TN (kN)
Sai số (%)
CFA 1 CFA 2 Khoan nhồi
Ptn = 47kN 0% 0.00 0.00 0.00 0.00 20% 9.40 44.00 57.58 75.00 40% 18.80 24.18 48.52 68.65 60% 28.20 25.71 51.19 60.24 80% 37.60 14.14 57.16 46.42 100% 47.00 -35.52 14.27 -8.24 120% 56.40 -84.48 -12.68 -67.27
Hình 5.19: Mối quan hệ lực nén - chuyển vị - Plaxis 2D
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 10 20 30 40 50 60 C h u y ể n v ị đ ầ u c ọ c s ( m m ) Tải trọng(kN) CFA 1 CFA 2 BP 3 Plaxis
CFA1. Mức độ sai số trung bình của các cọc lần lượt là : CFA1-32.58%; CFA2- 34.48%; khoan nhồi - 46.54%; phân tích từ Plaxis với thực tế cĩ sự sai cố như trên là do Mơ hình tốn trong Plaxis hiện nay chưa mơ tả được sự dính kết giữa cọc và đất, Plaxis phân tích theo thời gian cĩ xét đến sự thay đổi độ cứng của đất theo thời gian. Độ chính xác cho từng cọc chính là dựa vào kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường.
Qua các đồ thị chuyển vị của cọc cho thấy sự chuyển vị của cọc sau khi giảm tải cĩ biến dạng dư lớn. Kết quả này cho thấy cọc khơng cịn làm việc trong miền đàn hồi và đất tại mũi cọc đã bị phá hoại và làm việc trong trạng thái dẻo. Với biến dạng dư như trên thì cọc khơng cịn khả năng mang tải. Trong giới hạn của đề tài nghiên cứu, tác giả thí nghiệm nhằm mục đích tìm ra sức chịu tải cực hạn của cọc thơng qua đồ thị chuyển vị khi cọc chịu tải trọng lớn hơn tải trọng tính tốn, mục đích thí nghiệm cũng để tìm ra tải trọng cực hạn thực tế mà cọc cĩ thể chịu được. Trong nghiên cứu này khi chế tạo và thí nghiệm khơng nhằm mục đích sử dụng cọc để chịu lực cho các cơng trình.
Trang 128
Sức chịu tải cọc
Trong phạm vi nghiên cứu, tác giả dùng độ lún cho phép của đầu cọc để so sánh đối chiếu. Các kết quả so sánh được tổng hợp trong Bảng 5.14 và Hình 5.20
Bảng 5.14: Sức chịu tải cọc theo độ lún cho phép [s]
Cọc Nén tĩnh L thuyết Plaxis 2D
kN kN % sai số kN % sai số
CFA 1 48.7 46.94 3.61 44.32 8.99 CFA 2 33.8 46.94 38.88 44.32 31.12 Khoan nhồi 41.2 47.94 16.36 44.32 7.57
Hình 5.20: Đồ thị so sánh sức chịu tải của cọc
Qua biểu đồ Hình 5.20 cho thấy cọc CFA1 cĩ kết quả nén tĩnh hiện trường sức chịu tải là lớn nhất (48.7 kN) lớn hơn cọc khoan nhồi 3.61 %, đay là một kết quả cho thấy sức chịu tãi cọc CFA mang tính khả thi cao; Cọc khoan nhồi cho giá trị thấp hơn lý thuyết và phân tích từ phần mềm, cọc CFA-2 cĩ giá trị thấp nhất.
năm trong khoảng 2 cọc CFA. Số liệu phân tích dựa trên thực nghiệm thì kết quả trên cĩ thể nĩi là đang tin cậy. Sức chịu tải theo lý thuyết tính tốn và phân tích của phần mềm Plaxis cĩ sự sai khác, tuy nhiên điều này cho thấy chiều hướng ứng xử của các cọc trên là hợp lý. Trong quá trình thi cơng cọc tất yếu cĩ sự biến đổi của vùng đất nền xung quanh cọc. Song hiện nay vẫn chưa cĩ kết quả nghiên cứu từ thực nghiệm đến lý thuyết để mơ tả vấn đề này.
Qua thí nghiệm nén tĩnh cọc cũng cho thấy được sức chịu tải của cọc CFA lớn hơn cọc khoan nhồi là khơng lớn, điều này cũng phản ánh một phần về cơng nghệ thi cơng cọc CFA với cọc khoan nhồi. Cọc CFA và cọc khoan nhồi đều thi cơng trong trường hợp thay thế đất lấy đi bằng vật liệu cọc, sực khác nhau chính là cơng nghệ lấy đất. Ở cọc khoan nhồi phải sử dụng bentonie để giữ ổn định thành hố khoan điều này làm cĩ xu hướng làm giảm sức kháng ma sát bên của cọc khoan nhồi. Đối với cọc CFA thì khơng sử dụng bentonie nên khả năng mang tải bên hơng là ổn định. Sức chống mũi của cọc CFA và cọc khoan nhồi là tương tự nhau, lý thuyết tính tốn cọc CFA cũng được áp dụng cho cọc khoan nhồi khi tính sức kháng mũi của cọc. Tính hiệu quả mà cọc CFA mang lại đĩ là giảm chi phí rất lớn khi khơng sử dụng dung dịch bentonie và giảm tối đa về mơi trường, cơng nghệ gọn nhẹ, giảm tiến độ thi cơng và kiểm sốt chất lượng cọc tốt hơn.
Ảnh hưởng của thời gian lưu tải đến sức chịu tải của cọc: Sức chịu tải của cọc trong nghiên cứu là sức chịu tải cực hạn và thời gian lưu tải cũng ảnh hưởng một phần, tuy nhiên sự ảnh hưởng này sẽ lớn đối với các cọc cĩ chiều dài và đường kính lớn (D>500), được thi cơng qua nhiều tầng địa chất khác nhau. Với cọc thí nghiệm đường kính nhỏ và chiều sâu chơn cọc <4m thì kết quả là tương đối chính xác.
Trang 130
5.5 Những kinh nghiệm đúc kết từ quá trình chế tạo và thi cơng, nén tĩnh
Quá trình nghiên cứu thực nghiệm địi hỏi khơng những về kiến thức chuyên ngành, nĩ cịn phục thuộc vào người thi cơng. Một trong những đĩng gĩp lớn về thành cơng trong kỹ thuật thi cơng xây dựng cơng trình hay các lĩnh vực về kỹ thuật hiện trường chính là kinh nghiệm. Trong suốt q trình nghiên tác giả cũng rút ra được những kinh nghiệm như sau:
Quá trình mơ hình và chế tạo
- Cơng việc quan trọng trong việc thiết lập mơ hình là phải khái quát được hết các thơng số cơ bản của sản phầm chế tạo, tìm hiểu các thiết bị và sản phầm tương tự với mơ hình, đĩ cĩ thể là một thiết bị thuộc lĩnh vực khác, nhưng chúng cĩ những đặc điểm vật lý, nguyên lý làm việc tương tự nhau.
- Việc gia cơng chế tạo rất tốn nhiều thời gian và kinh phí, vì vậy cần cĩ cái nhìn tương quan cơng việc giữa thực nghiệm và thiết bị, cĩ các đánh giá về mặt kỹ thuật của sản phẩm, đĩ cĩ thể là cảm tính định lượng của người thiết kế, tránh việc gia cơng xong nhưng khơng đạt về kỹ thuật thì sản phẩm sẽ mất giá trị, việc tháo ra gia cơng lại là tối kị.
- Khi chế tạo khớp nối dạng ren thì moment xoắn rất lớn khi vận hành xong tháo ra lắp lại cực kỳ khĩ chịu, do đĩ cần phải hiểu tìm hiểu tính chất của mỗi dạng ren phục vụ cho dạng tác động nào, khi đĩ mới đưa ra quyết định dạng ren cho thiết bị của mình
- Phần nối giữa các đoạn mũi khoan: Nếu chọn dạng lục ren, thì cần quan tâm đến vấn đề độ kín của khớp nối, phải thiết kế hệ ron cao su độ đàn hồi và chịu lực va đập mạnh. Nếu là dạng ren phải tính đến khả năng bị bĩ ren và thao tác tháo lắp.
Quá trình thi cơng
- Trong giai đoạn khoan cọc vào đất, điều cần lưu ý nhất chính là quan sát diễn biến của mũi khoan giai đoạn đầu, trong thực nghiệm tác giả đã cĩ trường hợp mũi khoan bị giật, lắc và lệnh tâm, lúc này cần phải ngưng mọi hoạt động của thiết bị khoan để kiểm tra xử lý, nếu giai đoạn này khơng kiểm sốt được, thiết bị khoan hư hỏng, mất cân bằng, thậm trí cĩ thể làm bể hộp số
lớn, sau khi mũi khoan tiến vào lịng đất được chiều sâu từ 2D - 4D (D là đường kính cọc), khi này mới đưa về vận tốc tính tốn đã thiết lập cho mũi khoan.
Trong gia đoạn bơm vữa
- Khi bơm dung dịch xuống đáy cần quan sát áp lực mũi cọc nếu áp lực quá lớn cĩ thể làm hư bơm, bể các đầu nối ống. Tại vị trí thực hiện là đất sét bụi nước ngầm sẽ tràn vào hố khoan ngay lập tức khi vừa rút mũi khoan lên. Do khơng được cho mũi khoan nhấc lên 1 đoạn để mở đầu bịt lỗ phun vữa nếu trong đường ống chưa cĩ áp.
- Nếu các vị trí khoan nước ngầm chậm thấm vào trong lỗ khoan thì chất lượng vữa cĩ thể tốt hơn.
- Khi khảo sát vị trí khoan cĩ nước ngầm, phải sử dụng phụ gia hĩa dẻo để giảm nước trong vữa, nhưng vẫn đảm bảo độ lưu động để vữa cĩ thể bơm được. Bài tốn cấp phối cũng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng vữa (vữa cường độ cao) sẽ cho kết quả chất lượng cọc tốt hơn.
Một số vấn khác trong thi cơng được tác giả tổng hợp trong Bảng 5.15
Bảng 5.15: Các vấn đế trong thi cơng cọc CFA
Vấn đề Nguyên nhân Đề xuất khắc phục
Quá trình khoan Mất ổn định khi khoan mũi đầu tiên. Do hạn chế về thiết bị khoan, lắp đặt trong hố đào thi cơng, mũi khoan cĩ xu hướng lệnh tâm, rất dễ gây hư hỏng bộ răng truyền.
Trước khi bắt đầu khoan, phải cho máy hoạt động từ trạng thái quay sau đĩ bắt đầu tác động lực nén, dàn khoan phải được định vị chắc chắn, tránh gây mất ổn định.
Mũi khoan bị bĩ đất (kẹt)
Do lực ép xuống khơng đồng đều trong các chu trình khoan, khoan quá nhanh hoặc quá chậm, mũi khoan ngừng quá 10 phút.
Cần giữ một lực ép liên tục và đều khi mũi khoan bắt đầu xâm nhập, khơng thay đổi tần số vịng quy khi khoan, thao tác trong mỗi đoạn mũi khoan phải
Trang 132
Do tay nghề người vận hành máy. dưới 10 phút.
Ghi chép số liệu đất trồi
Chiều cao đất trồi khơng đồng đều, đất trồi lên theo từng khối nhỏ, phụ thuộc rất nhiều vào tính dẻo (sét), chặt (cát).
Ghi số liệu bắt đầu khoan đến khi hiện tượng đất khơng trồi lên nữa. (số liệu đầu và cuối) Giải pháp manh tính tương đối.
Thao tác tháo lắp
Quá trình quay gây ra moment xoắn rất lớn, các ren nối xu hướng bĩ kẹt cục bộ.
Thiết kế ren dạng cơn, nhưng đường ren nên làm dạng ren vuơng rãnh lớn.
Quá trình rút mũi và bơm vữa
Vữa bơm tắc nghẽn
Khơng quy trì một áp lực nhất định khi bơm vữa, khơng nên thay đổi áp lực này.
Khi rút mũi cần điều chỉnh tốc độ rút mũi sao cho áp lực vữa duy trì ổn định nhất, điều này cũng kiểm sốt được các khuyết tật phình to, hoặc thu nhỏ của thành hố khoan, ảnh hưởng đến hình dạng của cọc
Quá trình nén tĩnh:
- Quá trình lắp đặt hệ gia tải rất quan trọng, cần chú ý sự tiếp xúc giữa đầu cọc và kích sao cho đúng tâm và giữ vị trí căn bằng cố định.
- Đồng hồ đo chuyển vị đầu cọc cần được hiệu chuẩn trước khi thí nghiệm, cĩ thể khiểm tra chuyển vị bằng thước kẹp cĩ sai số nhỏ (0,01mm) để đảm bảo độ nhạy của đồng hồ.
- Đối với gia tải bằng kích thủy lực thủ cơng thì người gia tải phải cĩ kinh nghiệm gia tải một cách đều, tránh gia tải nhanh hoặc chậm thất thường đêu này sẽ dẫn đến biểu đồ chuyển vị của cọc sai lênh so với quy trình ban đầu. - Trị số cấp gia tải cĩ thể được gia tăng ở các cấp đầu nếu xét thấy cọc lún
khơng đáng kể hoặc được giảm khi gia tải gần đến tải trọng phá hoại để xác định chính xác tải trọng phá hoại;
- Trong thời gian thí nghiệm, phải thường xuyên quan sát và theo dõi tình trạng cọc thí nghiệm, độ co giãn của cần neo đất hoặc của thép liên kết cọc
- Trong thí nghiệm nén tĩnh do hạn chế về thiết bị nên tác giả chỉ đo được 2 thơng số đĩ là cấp tải và số gia chuyển vị tương ứng. Ngồi ra nếu cĩ thiết bị nhiều hơn như:cảm biến điện tử, bộ dị siêu âm cọc, chíp cảm biến gắn trên thân cọc… sẽ đo được các thơng số quan trọng khác như: Biến dạng đàn hồi dọc thân cọc, lực kháng ma sát đơn vị bên hơng cọc, biến dạng của đất tại mũi cọc.
Trang 134