3.2. Phân tích đánh giá sức chịu tải của cọc bằng phương pháp thử động biến dạng lớn dựa (PDA) trên cơ sở so sánh kết quả nén tĩnh 84
3.2.2 Phân tích đánh giá sức chịu tải của cọc theo mô hình CAPWAP 88
Cũng như mô hình Case, kết quả sức chịu tải xác định theo mô hình CAPWAP phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng sóng tín hiệu đo được tại hiện trường thể hiện bằng các đồ thị thu nhận trên thiết bị PDA. Ngoài ra, việc lựa chọn tín hiệu sóng phân tích cũng như việc xử lý, hiệu chỉnh sóng tín hiệu nhằm đạt được sự phù hợp tín hiệu sóng trên phần mềm CAPWAP ảnh hưởng đáng kể giá trị sức chịu tải của cọc. Sự phù hợp tín hiệu sóng được thể hiện qua giá trị Match Quality (MQ), tuy nhiên giá trị này chưa được đề nghị cụ thể. Có thể nhận thấy kết quả tính toán sẽ có sự khác biệt lớn đáng kể do sự lựa chọn khác nhau giá trị MQ.
Từ các trường hợp cọc nghiêu cứu, tập hợp các giá trị hệ số phù hợp tín hiệu sóng ứng suất nhận được trình bày ở bảng 3.6 và 3.7. Kết quả hệ số phù hợp tín hiệu trên các cọc nghiên cứu cho thấy sự hợp lý, giá trị hệ số MQ ở cọc bêtông cốt thép đúc sẵn hạ cọc bằng phương pháp đóng hay ép có xu hướng nhỏ hơn ở cọc bêtông cốt thép đổ tại chỗ, thi công cọc bằng phương pháp khoan nhồi. Sự không đồng nhất về tiết diện ngang của cọc khoan nhồi nên biểu đồ sóng ứng suất thật đo không có sự tương đồng với biểu đồ sóng giả định, trong khi đối với cọc bêtông cốt thép đúc sẵn hạ cọc bằng phương pháp đóng hay ép đã có sự tương đồng đáng kể trước khi phù hợp tín hiệu sóng.
Có thể thấy rằng đối với cọc bêtông cốt thép đúc sẵn hạ cọc bằng phương pháp đóng hay ép, hệ số phù hợp tín hiệu dao động trong khoảng từ 1,59 đến 6,49, phổ biến hơn là trong khoảng 2,08 đến 2,85. Đối với cọc bêtông cốt thép đổ tại chổ, thi công cọc bằng phương pháp khoan nhồi, hệ số phù hợp tín hiệu dao động trong khoảng từ 3,48 đến 11,16, phổ biến hơn là trong khoảng 3,67 đến 3,86. Như vậy, khi thực hiện phù hợp tín hiệu sóng trên mô hình CAPWAP, giá trị hệ số MQ có thể căn cứ trên khoảng từ 2,08 đến 2,85 cho cọc bêtông cốt thép hạ cọc bằng phương pháp đóng hay ép và từ 3,67 đến 3,86 cho cọc bêtông cốt thép hạ cọc bằng phương pháp khoan nhồi.
Bảng 3.6 Hệ số phù hợp tín hiệu MQ của cọc đóng, ép
Cọc G055 G158 G282 G455 G561 P908 P925 P952 P25 MQ 2,08 2,31 2,85 1,59 1,86 6,49 3,50 2,14 2,17 Bảng 3.7 Hệ số phù hợp tín hiệu MQ của cọc khoan nhồi
Cọc TP02 TN01 TN02 P3 04
MQ 3,86 10,57 11,16 3,67 3,48
Sau khi nhận dữ liệu những kết quả đầu tiên thu được trên phần mềm CAPWAP là biểu đồ hình dạng sóng ứng suất giả định, sóng ứng suất thật đo, kết quả sức kháng bên thành bên và sức kháng mũi của cọc cũng như các hệ số sức kháng động, sức kháng tĩnh của đất nền. Trong đó, biểu đồ sóng ứng suất cho phép lựa chọn biểu diễn theo sóng lực hoặc sóng vận tốc và biểu đồ sóng giả định được thiết lập dựa trên các thông số trở kháng thân cọc và trở kháng của đất nền xung quanh cọc cũng như tại mũi cọc. Sức chịu tải ban đầu của cọc bao gồm hai thành phần: sức kháng bên và sức kháng mũi. Tuy nhiên, các giá trị sức kháng này chưa hợp lý với điều kiện địa tầng xây dựng công trình tương ứng, đặc biệt là sức kháng bên của cọc, kết quả sức kháng bên cho giá trị bằng không tại rất nhiều vị trí phần tử thậm chí tại những vị trí phần tử cọc trong lớp đất có ma sát rất lớn, cần thiết phải xem xét sự khác biệt này được trình bày ở mục 3.3.
Các hệ số sức kháng tĩnh và động của đất nền thể hiện trên giao diện phần mềm CAPWAP có ký hiệu khác với lý thuyết mô hình CAPWAP được giải thích lại như sau:
JS - hệ số sức cản động hay sức kháng động thành bên theo Case.
JT - hệ số sức kháng động ở mũi cọc theo Case.
SS - hệ số sức kháng động thành bên theo Smith.
ST - hệ số sức kháng động ở mũi cọc theo Smith.
QS - hệ số quake của đất ở vị trí thành bên cọc, quake có thể được hiểu là giá trị thể hiện khả năng biến dạng đàn hồi lớn nhất của đất.
QT - hệ số quake của đất ở mũi cọc.
UN - mức dỡ tải của cọc, là việc xem xét sự bật nẩy của cọc trong quá trình đóng.
TG - khoảng hở giữa mũi cọc và đất tại mũi cọc, hệ số này nhằm phù hợp với mô hình khi mũi cọc tựa lên lớp đất rất cứng như đá, sỏi sạn.
CS - hệ số quake của đất ở vị trí thành bên cọc ứng mức dỡ tải.
CT - hệ số quake của đất ở mũi cọc ứng mức dỡ tải.
PS - khối đất mô hình thành bên cọc. Nhằm thuận lợi cho sự phù hợp tín hiệu sóng, mô hình CAPWAP đề nghị mô hình sức kháng đất bao gồm khối đất thành bên và khối đất mũi cọc như hình 2.9.
PL - khối đất mô hình mũi cọc.
SK - sức kháng động thành bên của tụ ma sát đất mô hình thành bên cọc. Cũng nhằm mục đính nâng cao sự phù hợp tín hiệu sóng, tụ ma sát thành bên và tụ sức kháng đất mô hình mũi cọc được thêm vào trên cơ sở mô hình đất của Smith được CAPWAP đề nghị như hình 2.9.
BT - tụ sức kháng đất mô hình mũi cọc.
SO - chọn lựa sức kháng động thành bên cho đất nền, có thể lựa chọn trong ba giá trị 0, 1, 2 tương ứng mô hình làm việc của đất nền là nhớt, Smith, Smith và có xét đến tính nhớt của đất.
OP - tương tự hệ số SO cho sức kháng mũi cọc.
Pl - sức kháng của vật liệu cọc.
RU - sức chịu tải tổng của cọc.
Rt - sức kháng mũi cọc.
Qua quá trình phù hợp tín hiệu sóng xác định sức chịu tải của các trường hợp cọc nghiên cứu, có thể nhận thấy rằng trong điều kiện địa chất khu vực các hệ số ảnh hưởng đến kết quả phù hợp tín hiệu sóng là JS/JT, SS/ST, QS/QT và trong mọi trường hợp cọc chọn hệ số SO/OP có giá trị bằng 2, tức là xem xét cọc làm việc trong đất nền ở trạng thái đàn – dẻo – nhớt nhằm xác định sức chịu tải của cọc đến giá trị cực hạn. Các hệ số còn lại không cho thấy sự ảnh hưởng đáng kể. Chương trình CAPWAP tích hợp sẵn các khoảng giá trị các hệ số JS/JT, SS/ST, QS/QT theo
Smith, Case đề nghị cho phép việc lựa chọn tự động các hệ số này thông qua các biểu tượng tương ứng.
Để thuận tiện cho việc phân tích đánh giá sức chịu tải của cọc theo mô hình CAPWAP, chúng tôi biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị đầu cọc từ kết quả thu nhận được của thí nghiệm nén tĩnh và thử động biến dạng lớn theo mô hình CAPWAP trên cùng một biểu đồ với các cọc có cùng thông số về đường kính, chiều dài và trong cùng một khu vực thí nghiệm. Đặc biệt, tại vị trí cọc TP02, 04 thí nghiệm thử động biến dạng lớn và thí nghiệm nén tĩnh được thực hiện trên cùng một cọc với tải trọng đều đạt giá trị cực hạn cho phép phân tích, đánh giá kết quả các phương pháp thí nghiệm chính xác. Kết quả thể hiện từ hình 3.48 đến 3.61.
Hình 3.48 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc G055
Hình 3.49 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc G158
Hình 3.50 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc G282
Hình 3.51 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc G455
Hình 3.52 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc G561
Hình 3.53 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc P908
Hình 3.54 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc P925
Hình 3.55 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc P952
Hình 3.56 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc P25
Hình 3.57 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc TP02
Hình 3.58 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc TN01
Hình 3.59 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc TN02
Hình 3.60 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc P3
Hình 3.61 Tương quan kết quả PDA và nén tĩnh của cọc 04
Đối với các cọc được hạ bằng phương pháp đóng hay ép, sức chịu tải từ phương pháp nén tĩnh đều có giá trị nhỏ hơn đáng kể so với kết quả thu nhận được từ thí nghiệm theo phương pháp thử động biến dạng lớn. Thực vậy, hầu hết tải trọng thí nghiệm nén tĩnh đều được khống chế và trong đa số các trường hợp đều chưa đạt đến giá trị cực hạn. Trong khi đó, tải trọng trong thí nghiệm thử động biến dạng lớn có thể đạt đến giá trị tới hạn và cho phép đánh giá khả năng chịu tải của cọc đúng đắn hơn.
Đối với cọc thi công bằng phương pháp khoan nhồi, theo yêu cầu đều được nén đến giá trị cực hạn. Trong trường hợp này, sức chịu tải xác định theo hai phương pháp đều có giá trị tương đồng. Từ đây có thể nhận thấy rằng sức chịu tải từ phương pháp thử động biến dạng lớn có độ tin cậy cao, phù hợp với kết quả nén tĩnh.
Bảng 3.8 Sức chịu tải của cọc theo mô hình Case, CAPWAP và nén tĩnh Sức chịu tải của cọc (tấn)
Loại cọc
Tên
cọc theo Case theo CAPWAP Nén Tĩnh Thiết kế
Cọc BTCT
đúc sẵn
G055 172,86 173,20 150 60
G158 227,93 227,82 150 60
G282 252,14 251,87 150 60
G455 205,78 206,15 150 60
G561 229,41 228,88 150 60
P908 157,60 157,99 128 64
P925 146,35 146,47 128 64
P952 128,56 128,72 128 64
P25 239,37 240,24 180 90
Cọc khoan
nhồi
TP02 1650,41 1653,84 1698 750
TN01 744,57 1099,28 1102 380
TN02 812,72 961,42 1102 380
P3 868,44 1014,59 1102 380
04 826,41 1141,4 1193 530
Bảng 3.9 Tỷ lệ chênh lệch kết quả sức chịu tải của cọc theo PDA và nén tĩnh
Loại cọc
Tên cọc
Ru theo CAPWAP (Tấn)
Nén tĩnh (Tấn)
Tỷ lệ chênh lệch (%)
Cọc khoan
nhồi
TP02 1653,84 1698 2,60
TN01 1099,28 1102 0,25
TN02 961,42 1102 12,76
P3 1014,59 1102 7,93
04 1141,4 1193 4,33
Ngoài ra, có thể thấy rằng kết quả nén tĩnh cọc hiện trường trong hầu hết các trường hợp cho cọc đóng, ép đã nêu ở bảng 3.8 căn cứ trên cơ sở sức chịu tải thiết kế đều có giá trị nhỏ hơn đáng kể so với kết quả thử theo phương pháp PDA. Thực vậy, khi nén tĩnh đến tải trọng, đất nền còn làm việc trong giai đoạn đàn hồi nên chưa đạt đến giá trị sức chịu tải cực hạn. Sức chịu tải từ thí nghiệm PDA trong trường hợp này vì lực đóng của búa đủ lớn nhằm huy động toàn bộ sức kháng của đất nền chứ không như đã bị khống chế như thí nghiệm nén tĩnh cọc hiện trường.
Bảng 3.9 thể hiện độ chênh lệch kết quả sức chịu tải cực hạn theo phương pháp PDA và nén tĩnh có giá trị trung bình 5,57%, sự chênh lệch không đáng kể, có thể khẳng định kết quả sức chịu tải theo phương pháp PDA có độ tin cậy cao và hoàn toàn phù hợp với kết quả nén tĩnh nếu được thực hiện với tải trọng cực hạn.