MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Nhà máy Nhiệt điện Cần Thơ - Trà Nóc- Tp.Cần Th
CHƯƠNG 6 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CKN
Đây là phương pháp tin cậy nhất để xác định sức chịu tải của cọc do mô phỏng được gần nhất sự làm việc của cọc trong công trình .
Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc theo một quy trình nhất định sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền . Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hay phối hợp cả hai .
Từ các kết quả thí nghiệm, sức chịu tải giới hạn của cọc đơn có thể xác định bằng các phương pháp : phân tích đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị ; phương pháp dùng chuyển vị giới hạn tương ứng với sức chịu tải giới hạn . . . Cuối cùng sức chịu tải cho phép của cọc đơn thẳng đứng được xác định bằng sức chịu tải giới hạn chia cho hệ số an toàn .
6.2.1.1 Nguyeân lyù :
Phương pháp thử tải tĩnh trực tiếp xác định khả năng chịu tải của cọc tương ứng với điều kiện đất nền cụ thể tại địa điểm xây dựng và tải trọng thực tế của công trình tác dụng lên cọc. Trong quá trình thí nghiệm, cọc sẽ được gia tải từng cấp đến giá trị tải trọng bằng 1.5÷2.0 lần tải trọng thiết kế.
Tương ứng với từng cấp gia tải xác định độ lún tương ứng của cọc. Căn cứ vào biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng tác dụng và độ lún của cọc chúng ta có thể xác định được khả năng chịu tải của cọc thông qua một giá trị độ lún giới hạn hoặc sự gia tăng độ lún một cách đột ngột của cọc .
6.2.1.2 Sơ đồ bố trí và quy trình thí nghiệm :Hiện nay có 2 dạng sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm theo phương pháp thử tải tĩnh khá phổ biến sau:
Ngoài ra, trong những trường hợp thử tải cọc có khả năng chịu tải lớn có thể sử dụng các hệ thống dàn hoặc dầm kết hợp với cọc neo làm đối trọng trong quá trình gia tải cọc bằng kích thủy lực.
* Trình tự tiến hành thí nghiệm :
Hình 6.8 : Sơ đồ chất tải thử tĩnh bằng các khối bêtông
Hình 6.9 : Sơ đồ sử dụng cọc neo làm đối trọng cho phương pháp thử tải tĩnh truyền thống
- 139 -
- Quá trình gia tải được thực hiện bằng kích thủy lực theo 8 cấp gia tải tương ứng với tỷ lệ phần trăm so với tải trọng thiết kế như sau: 25%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150%, 175% và 200%.
- Mỗi cấp tải trọng được duy trì cho tới khi độ lún của cọc giảm tới 0.25 mm/h nhưng không quá 2 giờ mới được phép tăng lên cấp tải mới.
- Cấp tải cuối cùng được giữ trong 24 giờ.
- Sau thời gian duy trì yêu cầu lại giảm tải từng nấc 20% và mỗi cấp tải duy trì trong 1 giờ.
- Sau khi tăng tải và giảm tải lại tiếp tục tăng và giảm tải như trên tới 1.5 lần tải trọng thiết kế và mỗi nấc tải trọng được giữ trong thời gian 20phút
- Sau đó lại tăng tải với mỗi bước tăng là 10% tải trọng thiết kế cho tới khi phá hoại và mỗi nấc tải giữ trong thời gian 20 phút.
* Phân tích kết quả thí nghiệm : Căn cứ vào các cấp gia tải, dỡ tải và các độ lún tương ứng của cọc ta thu được biểu đồ có dạng như sau:
Giá trị sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định như sau:
- Là giá trị tải trọng gây ra độ lún liên tục > 0.1mm sau 24 giờ.
- Là giá trị tải trọng tại vị trí có độ lún tổng cộng đạt 40 mm.
Đồ thị 6.10 : Biểu đồ quan hệ tải trọng- độ lún
- Là giá trị tải trọng tại cấp tải có độ lún gấp 5 lần độ lún cấp tải trước 6.2.1.3 Ưu và khuyết điểm của phương pháp thử tải tĩnh :
* ệu ủieồm :
- Kết quả của phương pháp cũng chính là khả năng chịu tải thực tế của cọc tương ứng với điều kiện địa chất tại địa điểm nên có thể nói là khá chính xác.
- Quy trình thử tải là tương đối đơn giản nên khá phổ biến .
* Nhược điểm :
- Chỉ xác định được giá trị khả năng mang tải cuối cùng của cọc, không thể xác định riêng biệt 2 thành phần ma sát và thành phần kháng mũi.
- Giá thành thực hiện thí nghiệm tương đối cao, thời gian thí nghiệm dài.
- Khó khăn bố trí thiết bị đối với các công trường có diện tích mặt bằng tương đối nhỏ.
- Trong giai đoạn lựa chọn chiều dài cọc thiết kế, trong những điều kiện chất phức tạp thì phương pháp này không cung cấp đủ thông tin cho người thiết kế, không dự đoán được chất lượng thi công của cọc .
6.2.2 Phương pháp thử tải trọng tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg :
Một kích thủy lực ( hộp tải trọng Osterberg hay gọi là hộp O-cell ) được lắp đặt với lồng thép ở đáy hay thân cọc cùng với một hệ thống các ống dẫn thủy lực và các thanh đo trước khi đổ bêtông. Sau khi bêtông đạt cường độ mác thiết kế người ta gia tải thí nghiệm bằng việc bơm chất lỏng để tạo áp lực trong kích. Đối trọng dùng cho việc thử tải được tạo bởi chính trọng lượng bản thân cọc và sức kháng thành bên cọc .
- 141 -
Sử dụng phương pháp này có thể thí nghiệm riêng biệt hay đồng thời 2 chỉ tiêu là sức chịu mũi cọc và lực ma sát bên của cọc
6.2.2.1 Nguyeân lyù :
Gọi tổng các lực ma sát hông trên toàn bộ chiều dài cọc là Pms và lực chống mũi là Pm, lực do tải hộp tải trọng là Po
Sau khi tạo lực Po trong trong hộp Osterberg thì theo nguyên lý cân bằng phản lực thì lực Po truyền lên thân cọc hướng lên trên sẽ cân bằng với lực ma sát bên và trọng lượng bản thân cọc (G), còn 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 tăng Po :
( ) gioihan
o ms ms
P G+P < +G P hay P Po( )m <Pmgioihan ( 6.10 )
Cọc thí nghiệm sẽ đạt tới giới hạn phá hoại khi đạt đến cân bằng của một trong hai biểu thức trên : cọc bị phá hoại mũi trước (đất dưới mũi cọc đạt đến phá hoại) hay cọc bị phá hoại ở thành bên trước (cọc và đất xung quanh có dịch chuyển dẻo)
6.2.2.2 Thiết bị và quy trình thí nghiệm :
Hình 6.11 : Mô hình hoạt động thí nghiệm hộp Osterberg Cell
* Thiết bị : hộp Osterberg, bơm thủy lực với thiết bị đo áp lực, đồng hồ đo kỹ thuật số, thiết bị lưu trữ dữ liệu đo, đồng hồ dao diện kỹ thuật số, máy tính xách tay ...
- 154 -