- Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất khi đóng cọc
a) Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh
Thí nghiệm cọc bằng phương pháp tải trọng tĩnh ép dọc trục (gọi là thí nghiệm nén tĩnh cọc) có thể được thực hiện ở giai đoạn thăm dò, thiết kế và kiểm tra chất lượng cọc.
Thí nghiệm được tiến hành bằng cách: Sau khi hạ cọc đến độ sâu nào đó, thường là độ sâu thiết kế, sau đó dùng tải trọng tĩnh nén ép dọc trục cọc theo nguyên tắc tăng dần từng cấp sao cho dưới tác dụng của lực nén, cọc lún sâu vào đất nền. Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thuỷ lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết hợp cả hai. Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, thời gian... thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để đánh giá sức chịu tải của cọc theo đất nền.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp này so với các phương pháp khác là có thể cho kết quả chính xác nhất, sát với điều kiện làm việc thực tế của nền đất. Tuy nhiên việc tiến hành thí nghiệm thường tốn kém. Theo quy phạm số cọc thử tĩnh là ≥5% số cọc nhưng không ít hơn 2 cọc cho 1 công trình.
* Thiết bị thí nghiệm:
Thiết bị thí nghiệm gồm hệ gia tải, hệ tạo phản lực và hệ đo đạc, quan trắc.
- Hệ gia tải gồm kích thuỷ lực, bơm và hệ thống thuỷ lực, đảm bảo không rò rỉ và hoạt động an toàn dưới áp lực không nhỏ hơn 150% áp lực làm việc, và có khả năng giữ tải ở cấp lớn nhất không ít hơn 24 giờ.
- Hệ đo đạc quan trắc bao gồm thiết bị, dụng cụ đo tải trọng tác dụng lên đầu cọc, đo chuyển vị của cọc, máy thuỷ chuẩn, dầm chuẩn và dụng cụ kẹp đầu cọc.
- Hệ tạo phản lực có thể dùng một trong ba sơ đồ sau:
+ Dùng cọc neo làm đối trọng, các cọc neo được liên kết bằng dầm thép, khoảng cách giữa các cọc neo và cọc thí nghiệm không nhỏ hơn 5 lần đường kính cọc neo.
+ Dùng các khối vật liệu để làm đối trọng: thường là các khối bê tông đúc sẵn hoặc dùng phôi thép...
+ Dùng trọng lượng bản thân cọc và ma sát xung quanh cọc làm đối trọng cho kích thuỷ lực (Thí nghiệm hộp Osterberg - thường sử dụng để thử tải tĩnh cọc khoan nhồi đường kính lớn).
Hình 3.19: Dùng các khối bê tông đúc sẵn làm đối trọng khi thí nghiệm nén tĩnh
* Chuẩn bị thí nghiệm:
- Chuẩn bị cọc thí nghiệm: Cọc thí nghiệm phải đúng các tiêu chuẩn về thi công và nghiệm thu cọc. Việc thí nghiệm chỉ thực hiện cho các cọc đã đủ thời gian phục hồi cấu trúc đất. Thời gian cọc nghỉ từ khi kết thúc thi công đến khi thí ngiệm được quy định như sau: tối thiểu 21 ngày đối với cọc khoan nhồi và 7 ngày đối với cọc đóng hoặc ép.
- Lắp đặt hệ tạo phản lực, hệ dầm dọc, dầm ngang, đối trọng. - Lắp đặt hệ gia tải: kích thuỷ lực, bơm dầu.
- Lắp đặt hệ thống đo chuyển vị: dụng cụ kẹp, gá đầu cọc, đồng hồ đo chuyển vị, mia , máy thuỷ bình.
* Quy trình gia tải:
Tải trọng thí nghiệm được tác dụng theo từng cấp tăng dần, trị số mỗi cấp tải từ 10% đến 20% tải trong thiết kế.
Với mỗi cấp tải trọng cần theo dõi độ lún của cọc, khi nào ổn định về lún mới được tăng cấp tải tiếp theo. Tốc độ chuyển vị được xem là ổn định quy ước khi độ lún không quá 25mm/1giờ.
Giữ cấp tải trọng lớn nhất độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc trong 24 giờ. Sau khi kết thúc gia tải nếu cọc không bị phá hoại thì giảm tải về “không”, mỗi cấp giảm tải bằng hai lần cấp gia tải, thời gian giữ mỗi cấp tải là 30 phút, riêng cấp tải “không” giữ lâu hơn nhưng không quá 6 giờ.
Tải trọng thí nghiệm lớn nhất do đơn vị thiết kế quy định, thường được lấy như sau:
+ Đối với cọc thí nghiệm thăm dò: Tải trọng thí nghiệm bằng 250-300% tải trọng thiết kế.
Cọc thí nghiệm được xem là phá hoại khi:
+ Tổng chuyển vị đầu cọc vượt quá 10% bề rộng hay đường kính cọc. + Vật liệu cọc bị phá hoại, nứt vỡ đầu cọc.
+ Độ lún của cọc tăng đột ngột và nhanh.
* Kết quả thí nghiệm:
Từ kết quả ghi chép được, vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún để phân tích, đánh giá, xác định sức chịu tải của cọc đơn, việc xác định sức chịu tải giới hạn của cọc có thể dùng các phương pháp sau:
Hình 3.20: Các biểu đồ quan hệ trong thí nghiệm nén tĩnh cọc
+ Trường hợp đường cong quan hệ P-S (tải trọng - độ lún) biến đổi nhanh (Hình 3.26a), thể hiện rõ sự thay đổi đột ngột của độ lún (điểm uốn), sức chịu tải giới hạn được xác định bằng tải trọng ứng với điểm có đường cong thay đổi đột ngột độ dốc.
+ Trường hợp nếu đường cong biến đổi chậm, khó xác định được điểm uốn (Hình 3.26b) thì xác định Pgh tương ứng với độ lún giới hạn Sgh, với Sgh =10%D hoặc
max
2
gh
S = S (Smaxtương ứng với trị số 0,9Ptk) hoặc Sgh =2,5%D đối với cọc khoan
nhồi (TCXD 269-2002), hoặc Sgh =ξ.[ ]S với [S] là độ lún cho phép của nhà hoặc công
trình, ξ là hệ số chuyển đổi kể đến sự khác nhau giữa thời gian tác dụng của tải trọng thí nghiệm và tải trọng thực tế tác dụng lên công trình, theo quy phạm lấy ξ=0,2.