5.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
5.3.2 PHƯƠNG PHÁP THỬ TĨNH BẰNG HỘP OSTERBERG
Tương tự như phương pháp thử tải tĩnh truyền thống, phương pháp thử tải tĩnh bằng hộp Osterberg cũng sử dụng mối quan hệ giữa tải trọng tác dụng và độ lún của cọc để đánh giá khả năng mang tải thực tế của cọc.
Tuy nhiên phương pháp này có những bước phát triển cao hơn rõ rệt so với phương pháp thử tĩnh truyền thống. Điểm khác biệt đầu tiên là phương pháp này không htực hiện việc gia tải trên đầu cọc mà thực hiện ngay trong thân cọc, thường là đặt ở mũi cọc hay ở một số vị trí thích hợp trong thân cọc. Nhờ vậy không phải dùng hệ gia tải bên ngoài bằng các đối trọng, hệ neo hay phối hợp đối trọng và hệ neo (trong thử tải truyền thống) mà dùng ngay tự trọng của của cọc và ma sát thành bên làm đối trọng. Do đó, giảm thiểu mặt bằng thử tải, đồng thời trong quá trình thí nghiệm có thể xác định được riêng biệt 2 thành phần ma sát và thành phần kháng mũi của cọc.
Để tạo tải trong thân cọc, người ta bố trí một hộp tải trọng làm việc như là một kích thủy lực thông thường và có cấu tạo phù hợp được chôn
Hình 5-15: Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún.
trước trong thân cọc. Sau khi bê tông cọc đã đủ cường độ tiến hành tạo tải bằng cách bơm dầu vào trong kích đã chôn trong cọc. Các bước chất tải và đo các chuyển vị mũi cọc, đỉnh cọc thông qua các ống đo chôn sẵn được tiến hành như thử tải truyền thống.
Kết quả thu được sẽ là các biểu đồ quan hệ chuyển vị và tải trọng cho mũi cọc và đỉnh cọc được xây dựng độc lập. Thí nghiệm xem như kết thúc khi đạt đến ma sát giới hạn hoặc sức chống mũi giới hạn.
Hình 5-16: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp chất tải bằng hộp Osterberg Theo sơ đồ chất tải này, nếu gọi tổng các lực ma sát thành bên trên toàn bộ chiều dài cọc là Pms và lực chống ở mũi cọc là Pm, lực do hộp tải trọng Osterberg gây ra là Po ta có nhận xét sau:
Khi tạo lực Po trong hộp Osterberg, theo nguyên lý cân bằng phản lực, một lực Po truyền lên thân cọc và hướng lên trên sẽ cân bằng bởi lực ma sát thành bên và tự trọng của thân cọc G. Một lực Po khác hướng xuống dưới và được chống lại bởi sức chống của đất nền dưới mũi cọc. Như vậy trong quá trình chất tải, ta có:
Po = (G + Pms) < G + Pmsgiới hạn
Hoặc Po = (Pm) < Pmgiới hạn
Cọc thí nghiệm sẽ bị phá hoại khi đạt đến cân bằng của một trong 2 biểu thức trên, tức là khi bị phá hoại mũi trước hoặc bị phá hoại thành bên trước.
b) Thiết bị và phương pháp thí nghiệm
§ Thieát bò
Hộp tải trọng Osterberg: đây làthiết bị quan trọng nhất trong công nghệ này. Nó thường có cấu tạo như một kích thủy lực, có hình lăng trụ tròn khi dùng cho cọc khoan nhồi. Thiết bị này do công ty LOADTEST độc quyền sản xuất.
Ngoài ra còn có các thiết bị khác:
- Máy bơm cao áp và hệ thống ống dẫn phục vụ cho hộp tải trọng.
- Hệ thống đo chuyển vị đầu cọc và mũi cọc.
- Hệ thống đo áp lực và chuyển vị của hộp tải trọng.
- Máy bơm vữa áp lực cao và hệ thống ống dẫn vữa, các ống có măng sét để chôn sẳn cọc.
- Thiết bị ghi nhận số liệu và xử lý tại chỗ.
- Máy tính với phần mềm xử lý kết quả.
§ Trình tự tiến hành thí nghiệm
Các hộp tải trọng Osterberg và bộ phận phụ trợ khác được lắp đặt trước khi đổ bê tông thân cọc. Nên sử dụng phụ gia đóng rắn nhanh để bê tông thân cọc sớm đạt cường độ thiết kế để có thể tiến hành thí nghiệm. Trong quá trình tiến hành thử tải không được thực hiện các công tác thi công các cọc khác ở gần khu vực thử tải.
Việc gia tải trong hộp Osterberg được thực hiện theo các quy định trong tiêu chuẩn ASTM D-1143. Ban đầu cần đặt các bước tải bằng 5% sức chịu tải cực hạn của cọc thử, sau đó có thể tăng lên hoặc giảm xuông tùy theo ứng xử của cọc khi thử.
Tại từng cấp tải trọng (khi gia tải hoặc giảm tải) các đồng hồ đo chuyển vị cần được đo tại các khoảng thời gian 1; 2 và 4 phút khi cấp tải trọng được giữ không đổi.
Tải trọng được tăng theo từng cấp cho đến khi cọc đạt sức chịu tải giới hạn theo thành phần sức chống mũi hoặc theo thành phần ma sát bên. Hoặc cho đến khi đạt khả năng tạo tải cực hạn, hoặc độ mở
rộng cực hạn của hộp tải trọng Osterberg. Hoặc theo những yêu cầu riêng của các kỹ sư thiết kế, tư vấn.
§ Phân tích kết quả thí nghiệm
Phương pháp này sẽ cho kết quả là 2 biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị ở mũi cọc và đầu cọc được xây dựng độc lập như ở hình 5-17 và 5-19. Từ 2 biểu đồ này chúng ta tiếp tục xây dựng biểu độ tải trọng và chuyển vị đầu cọc tương đương (xem hình 5-18 và 5-20) giống như phương pháp thử tải truyền thống. Việc này được thực hiện dựa vào các giả thiết cơ bản sau:
- Đường cong chuyển vị-tải trọng mũi trong cọc được chất tải truyền thống giống như đường cong chuyển vị-tải trọng được xây dựng với chuyển dịch đi xuống của hộp tải trọng.
- Đường cong chuyển vị-tải trọng ma sát bên của chuyển dịch đi lên trong thí nghiệm hộp tải trọng giống như chuyển dịch đi xuống trong một thí nghiệm truyền thống.
- Bỏ qua độ nén trong thân cọc khi xem nó là vật rắn.
Hình 5-18: Đường cong tải trọng - chuyển vị do chất tải đỉnh tương đương (Sức chống mũi đạt đến giới hạn).
Hình 5-17: Đường cong tải trọng - chuyển vị (Sức chống mũi đạt đến giới hạn).
Từ biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị tương đương ta có thể xác định sức chịu tải cực hạn của cọc tương tự như trong phương pháp thử tải tĩnh truyền thống.
Hình 5-19: Đường cong tải trọng - chuyển vị (Ma sát bên đạt đến giới hạn)
Hình 5-20: Đường cong tải trọng - chuyển vị do chất tải đỉnh tương đương (Ma sát bên đạt đến giới hạn)
P (Taán).
P (Taán).