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
3.2.1 Phân tích đánh giá sức chịu tải của cọc theo mô hình Case 84
Sức chịu tải của cọc tính toán theo mô hình Case cho từ biểu thức 2.24 với hệ số sức kháng động Jc tra theo bảng 2.2 có thể thực hiện tại hiện trường ngay sau khi thu nhận được kết quả sóng ứng suất đo được từ thiết bị PDA (Pile Driving Analyser). Từ các biểu đồ sóng ứng suất thu nhận được tương ứng từng nhát búa, lựa chọn biểu đồ hợp lý trên cơ sở nguyên lý truyền sóng ứng suất trong thanh một
chiều. Xác định các giá trị sóng lực, sóng vận tốc tại thời điểm tác dụng lực lên đầu cọc ký hiệu là T1 và tại thời điểm nhận được tín hiệu sóng phản hồi ký hiệu là T2, đồng thời xác định trở kháng thân cọc là những dữ liệu cơ sở cho việc tính toán sức chịu theo mô hình Case.
Từ đây, có thể thấy rằng độ chính xác của mô hình Case phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng sóng tín hiệu đo được tại hiện trường thể hiện bằng các biểu đồ thu nhận trên thiết bị PDA. Tải trọng tác dụng đầu cọc, cấu tạo liên kết giữa các đầu đo và thân cọc là yếu tố chính ảnh hưởng sự chính xác của sóng ứng suất trong thí nghiệm. Thông thường tải trọng tác dụng được xác định từ phần mềm GLR-WEAP hay chọn theo kinh nghiệm có giá trị bằng 1-2% khả năng chịu tải của cọc theo thiết kế. Tuy nhiên, biểu đồ sóng ứng suất của cọc khoan nhồi nhận được có hình dạng rất phức tạp, khó khăn trong việc xác định các vị trí đỉnh của biểu đồ, trong trường hợp này mô hình Case thường lấy giá trị gần đúng nên kết quả tính toán chưa được tin cậy. Vì vậy, trong trường hợp nghiên cứu, chúng tôi chọn lựa kết quả sóng ứng suất từ cọc bêtông cốt thép hạ vào đất nền bằng phương pháp đóng hay ép để đánh giá kết quả sức chịu tải của cọc theo mô hình Case tại hiện trường.
Tính toán sức chịu tải của các cọc G158, G282, G455, G561, P908, P925, P952 theo mô hình Case tại hiện trường, tương quan kết quả với sức chịu tải của cọc xác định theo mô hình Case, trong đó hệ số Jc lấy theo mô hình CAPWAP và sức chịu tải xác định theo mô hình CAPWAP cũng như kết quả từ phương pháp nén tĩnh của cọc trong cùng khu vực và giá trị sức chịu tải của cọc tính toán thiết kế. Kết quả sức chịu tải của nhóm cọc nghiên cứu theo các mô hình, phương pháp khác nhau được trình bày ở bảng 3.4.
Sức chịu tải của cọc tính toán bằng mô hình Case với hệ số Jc từ kết quả tương quan mô hình CAPWAP có thể hiểu là mô hình Case trong phòng, tức là việc tính toán được thực hiện sau thời gian thí nghiệm mà không thực hiện ngay tại hiện trường. Trong đó, hệ số Jc được xác định theo các biểu thức (3.3), (3.4), (3.5), khi ấy hệ số Jc này cũng chính là hệ số sức kháng động được sử dụng tính toán cho mô hình CAPWAP. Sự khác biệt giữa hai cách xác định hệ số Jc trong mô hình Case
được làm rõ như sau: hệ số Jc theo Case hiện trường là hệ số kinh nghiệm không thứ nguyên, được Case đề nghị dựa trên kết quả so sánh các thí nghiệm tĩnh và thí nghiệm động của cọc. Trong trường hợp này giá trị của hệ số Jc thường được chọn là giá trị trung bình trong khoảng tương ứng theo từng loại đất Case đề nghị theo bảng 2.2; hệ số Jc theo Case trong phòng là hệ số được tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn trong mô hình CAPWAP, khi đó sức kháng động theo Case và Smith được thiết lập mối tương quan qua các biểu thức (3.3), (3.4), (3.5). Sức kháng động theo CAPWAP được lựa chọn theo Smith hay Case tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể của điều kiện địa tầng, khi chọn lựa tính toán theo Smith thì hệ số Case sẽ được xác định lại theo Smith và ngược lại.
Bảng 3.4 Sức chịu tải theo mô hình Case với hai cách chọn Jc khác nhau Lớp đất mũi cọc là Sét
Tên cọc
Jc theo Case Jc theo CAPWAP CAPWAP Nén tĩnh Thiết kế Jc Ru Jc Ru (Tấn) Ru (Tấn) Ru (Tấn) R (Tấn) G055 0,70 278,33 0,74 172,86 173,20 150 60 G158 0,70 85,23 0,39 227,93 227,82 150 60 G282 0,70 93,26 0,47 252,14 261,97 150 60 G455 0,70 114,26 0,67 205,78 206,15 150 60 G561 0,70 113,16 0,65 229,41 228,88 150 60
Lớp đất mũi cọc là Sét pha cát Tên
cọc
Jc theo CAPWAP
Jc theo Case CAPWAP Nén tĩnh Thiết kế Jc Ru Ru Ru (Tấn) R (Tấn) Ru (Tấn) R (Tấn) P908 0,60 81,09 0,64 157,60 157,99 128 64 P925 0,60 163,79 0,53 146,35 146,47 128 64 P952 0,60 53,66 0,52 128,56 128,72 128 64
Kết quả tính toán theo bảng 3.4 cho thấy kết quả sứ chịu tải của cọc xác định theo mô hình Case hiện trường có xu hướng nhỏ hơn sức chịu tải xác định theo Case trong phòng, đồng thời nhỏ hơn sức chịu tải theo mô hình CAPWAP cũng như phương pháp nén tĩnh nhưng lớn hơn giá trị sức chịu tải thiết kế của cọc khi tính toán theo TCXD 205: 1998. Tuy nhiên, sức chịu tải của cọc theo phương pháp nén
tĩnh ở nhóm cọc nghiên cứu chưa đạt giá sức chịu tải cực hạn trong khi sức chịu tải theo phương pháp PDA là sức chịu tải cực hạn nên chưa đủ cơ sở đánh giá kết quả cho hai trường hợp xác định của Case. Xem xét kết quả sức chịu tải của nhóm cọc TP02, TN01, TN02, P3, 04 được trình bày ở bảng 3.5 là những cọc được kiểm tra sức chịu tải bằng hai phương pháp PDA và nén tĩnh đến tải trọng cực hạn.
Bảng 3.5 Sức chịu tải của cọc theo mô hình Case, CAPWAP và nén tĩnh
Sức chịu tải của cọc (tấn)
Tên cọc Case trong phòng CAPWAP Nén Tĩnh
TP02 1650,41 1653,84 1698
TN01 744,57 1099,28 1102
TN02 812,72 961,42 1102
P3 868,44 1014,59 1102
04 826,41 1141,4 1193
Có thể thấy rằng kết quả sức chịu tải theo mô hình CAPWAP của phương pháp PDA và kết quả nén tĩnh đến tải trọng cực hạn là tương đồng, trong khi kết quả theo mô hình Case thì nhỏ hơn đáng kể cả kết quả mô hình CAPWAP và nén tĩnh. Vì vậy, có thể rút ra nhận xét rằng kết quả sức chịu tải tính toán theo mô hình Case với hệ số sức kháng động Jc tương quan với mô hình CAPWAP có độ tin cậy cao hơn kết quả tính toán theo mô hình Case với hệ số Jc theo Case đề nghị và việc lựa chọn hệ số Jc theo đề nghị của Case với giá trị trung bình là chưa hợp lý.
Từ việc sử dụng hệ số Jc được hiệu chỉnh theo kết quả mô hình CAPWAP tính toán sức chịu tải theo mô hình Case có thể thấy rằng hệ số Jc dao động trong khoảng 0,39 đến 0,74 nhưng phổ biến hơn là khoảng 0,47 đến 0,65 cho loại đất ở mũi cọc là sét cứng và trong khoảng lân cận giá trị 0,53 cho loại đất ở mũi cọc là sét pha cát. Như vậy, để tính toán nhanh sức chịu tải của cọc tại hiện trường theo mô hình Case, cần thiết chọn hệ số Jc nhỏ hơn giá trị trung bình theo đề nghị của Case, cụ thể có thể chọn trong khoảng 0,47-0,65 cho loại đất ở mũi cọc là sét cứng và trong khoảng lân cận giá trị 0,53 cho loại đất ở mũi cọc là sét pha cát.