PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
CHệễNG 2 THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI
2. KIỂM TRA KHI ĐÃ THI CÔNG XONG CỌC
2.2. PHƯƠNG PHÁP THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG NHỎ
Phương pháp này dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong thanh đàn hồi tuyến tính. Khi tạo một xung lực bằng cách gõ búa lên đầu cọc, sóng ứng suất xuất hiện và truyền theo thân cọc xuống dưới. Nếu gọi trở kháng cơ học của cọc là (Z), modul đàn hồi là (E), tiết
Hình 8.1.3: Bố trí các ống đo.
diện ngang của cọc là (A), vận tốc lan truyền sóng trong thân cọc là (c) và là dung trọng bê tông cọc, ta có các quan hệ sau:
E = .c2 (6.4)
Z = E.A/c (6.5)
Nếu ta tác động lên đầu cọc một lực F, vận tốc chuyển dịch hạt W tại điểm tác động là.
W = F/Z (6.6)
Khi sóng ứng suất (Wi) từ đầu cọc truyền xuống dọc theo thân cọc, gặp sự biến đổi trở kháng từ từ Z1 sang Z2, tại điểm thay đổi trở kháng, sóng tách ra làm hai phần, một tiếp tục đi xuống (Wd), một phản xạ ngược lên trên (Wu), phương trình cân bằng lực và sóng viết:
1 2
. 2
2 Z Z W Z Wd i
(6.7)
1 2
1 2
Z Z
Z W Z
Wu i
(6.8)
Đặt: = Z2/Z1 và = -Fu/Fi = - Wu/Wi (6.9) Từ (6.6), (6.8), (6.9) sau khi rút gọn ta được:
= (1 – )/(1+) (6.10)
Sóng ứng suất sẽ bị phản xạ tại bất cứ vị trí nào có sự thay đổi trở kháng (thay đổi tiết diện, mật độ, gián đoạn…) và thời gian phản xạ tỷ lệ với khoảng cách gặp khuyết tật. Đo cường độ sóng phản xạ và thời gian phản xạ tại đầu cọc có thể đánh giá được sự thay đổi trở kháng của vật liệu cọc, tức là đánh giá được sự thay đổi của tiết diện, chất lượng cọc và vị trí của khuyết tật.
Trong thí nghiệm biến dạng nhỏ, xung do lực búa tạo ra gia tốc khoảng 10 –100 lần gia tốc trọng trường, biến dạng đầu cọc khoảng 10-5mm với tốc độ cỡ 30 mm/s và chuyển vị không qúa 0.03 mm. Gia tốc kế gắn trên đầu cọc ghi lại gia tốc của xung lực và được phân tích chuyển thành tốc độ. Kết qủa là tốc độ truyền sóng được hiển thị trên màn hình theo chiều dài cọc. Phần mềm xử lý động sẽ phân tích các dữ liệu đo và cho đặc điểm thay đổi tiết diện theo chiều dài cọc.
2.2.2 Thiết Bị Và Quy Trình Thí Nghiệm
* Thiết bị: Tùy theo từng hãng sản xuất thiết bị có thể có hình dáng, cấu trúc khác nhau nhưng đều gồm các phần chính sau:
1 đầu đo gia tốc.
1 máy ghi xử lý số và chuyển đổi gia tốc sang vận tốc.
1 búa cầm tay (có hoặc không có đầu đo lực)
1 phần mềm đấu với máy vi tính và xử lý in trên vi tính (Pitstop)
Hiện nay công tác kiểm tra tại hiện trường thường được sử dụng hệ thống “PIT collector” do hãng PDI (Mỹ) sản xuất.
* Quy trỡnh thớ nghieọm.
Thí nghiện hiện trường.
* Công tác thí nghiệm: công tác thí
nghiệm được tiến hành sau khi đã hoàn tất các công việc chuẩn bị, bao gồm các bước sau:
Đầu đo gia tốc được gắn vào đầu cọc và nối với máy ghi.
Nhập các số liệu kỹ thuật của cọc (tên cọc, chiều dài, tiết diện…) vào bộ lưu trữ số lieọu.
Sử dụng vật liệu dẻo đệm giữa đầu đo và mặt cọc, dùng búa gõ nhẹ vào đầu cọc để tạo xung. Trong qúa trình thu nhận tín hiệu, đầu đo phải đảm bảo ổn định và vuông góc với đầu cọc. Thông thường 5 nhát búa được gõ lên đầu cọc để có thể loại bỏ các biểu đồ lạ và
Khuyết tật cọc
Wi
Wd Wu
Thời gian t Buùa
Tác động
đầu Phản hồi
lần 1 Phản hồi laàn 2
Hình 9.2.2a: qúa trình truyền sóng trong cọc
3 5 4
1
2
Hình 9.2.2b: các vị trí kiểm tra trên mặt cọc
cho trị số trung bình. Sau khi đo ghi tại hiện trường cần đấu với máy tính để xử lý số liệu và in kết quả.
* Phaõn tớch keỏt quỷa thớ nghieọm
Số liệu thu thập tại hiện trường được truyền vào máy tính trong phòng thí nghiệm và được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng (Pitstop). Dựa vào điều kiện địa chất thực tế kết hợp với các biểu đồ sóng phản hồi đặc trưng từ những thí nghiệm trên một số cọc tại hiện trường để phán đoán khuyết tật cọc. Các vị trí phán đoán là các vị trí có sóng phản hồi khác với biểu đồ đặc trưng.
2.2.3 Nhận Xét:
- Khi = 0 tức là không có sóng phản hồi (Wu = 0) = 1, từ (6.9) ta được Z2 = Z1
hay nói cách khác không có thay đổi trở kháng trong cọc, cọc đồng nhất.
- Khi > 0, < 1 Z2 < Z1, từ (6.5) nếu E và c (đặc trưng cho vật liệu cọc) không thay đổi ta có A2 < A1, tức cọc giảm thiết diện.
- Khi < 0, > 1 hay Z2 > Z1, tức A2 > A1, cọc tăng thiết diện.
- Ta nhận thấy rằng ngay từ đầu, khi thiết lập các phương trình ta đã bỏ qua tác động của ma sát đất nền xung quanh cọc lên sự lan truyền sóng trong thân cọc. Trên thực tế, ma sát đất nền tác động rất mạnh và giá trị ghi nhận được không phản ánh đúng giá trị theo lý thuyết do vậy không thể chắc chắn định lượng A2 theo A1. Hơn nữa, việc giả định E và c không đổi theo suốt chiều dài thân cọc cũng là không thực tế do cọc có thể được đổ bằng các lô bê tông khác nhau với độ sụt và cường độ khác nhau nên độ đặc chắc cũng khác nhau. Do đó khi có thay đổi trở kháng tất cả các yếu tố có liên quan phải được đồng thời xem xét như thiết diện cọc, chất lượng bê tông, điều kiện đất nền quanh cọc…