Các Quy Trình Thí Nghiệm Cọc

Các phương pháp thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc
Móng cọc nói chung và cọc khoan nhồi nói riêng ngày càng được sử dụng rộng rãi cho các công trình có ti trọng lớn trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải...
Do cắm sâu dưới lòng đất không thể thẩm định chất lượng bằng mắt thường cộng với đặc điểm thiếu đồng nhất của đất nền, móng cọc, khác với các loại hình kết cấu bên trên, luôn phi tiến hành kiểm tra bổ xung trước khi có thể nghiệm thu.

Bên cạnh đó cọc khoan nhồi/cọc barette/tường trong đất do đặc thù công nghệ thi công đổ bê tông tại chỗ trong lỗ khoan, thường có sự hiện diện của dung dịch khoan bentonite nên chất lượng cọc lại càng khó kiểm soát. Cọc có thể bị thay đổi thiết diện do sập vách, phân lớp, lẫn bentonite hoặc tạp chất do độ sụt bê tông không đm bo hoặc qui trình đổ không hợp lý.

Ngoài công tác giám sát chặt chẽ trong quá trình thi công cọc như kiểm tra kích thước và chiều sâu hố khoan, mức độ lắng đọng cát, dung dịch khoan, bê tông và thép cọc, khối lượng bê tông... thì công tác thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi sau khi thi công vẫn rất cần thiết để đánh giá chính xác chất lượng thực tế của cọc.

Các phưng pháp thí nghiệm kiểm tra hiện đang được sử dụng rộng r•i trên thế giới cũng như ở Việt Nam cho móng cọc bao gồm:
- Thí nghiệm nén tĩnh cọc - cho c cọc đóng và cọc khoan nhồi
- Thí nghiệm siêu âm cọc SONIC - chỉ cho cọc khoan nhồi/cọc barette/ tường trong đất
- Thí nghiệm biến dạng nhỏ PIT - cho c cọc đóng và cọc khoan nhồi
- Thí nghiệm biến dạng lớn PDA - cho c cọc đóng và cọc khoan nhồi
- Khoan lấy lõi thân hoặc mũi cọc - chỉ cho cọc khoan nhồi/cọc barette/ tường trong đất

Việc lựa chọn phưng pháp, số lượng, vị trí cọc thí nghiệm phụ thuộc vào tính chất công trình, điều kiện địa chất, dạng ti trọng và do tư vấn thiết kế chỉ định, tuy nhiên cho tới thời điểm hiện nay rất nhiều nước đã chuẩn hoá điều này thông qua tiêu chuẩn, quy phạm ngành như TCXD206:1998.

Thông thường thí nghiệm nén tĩnh truyền thống là bắt buộc với một tỷ lệ phần trăm nhất định trên tổng số cọc công trình. Nhưng trong một số trường hợp việc tổ chức nén tĩnh theo quy định là không kh thi hoặc rất tốn kém và kéo quá dài thời gian như thí nghiệm trên sông biển, hoặc khi số lượng cọc phi thí nghiệm quá nhiều. Trong những trường hợp như thế, thí nghiệm PDA là gii pháp thay thế đầy hiệu qu. PDA không chỉ cho một kết qu tin cậy về sức kháng mũi và ma sát mà còn gim đáng kể chi phí và thời gian thực hiện. Ngày nay PDA được ứng dụng rộng rãi không chỉ đối với cọc đóng mà ngay c với cọc khoan nhồi hoặc cọc barette. Với thiết bị hiện đang có công ty ADCOM có thể thí nghiệm cho những cọc khoan nhồi có sức chịu ti lên đến 1500 tấn.

Thí nghiệm biến dạng nhỏ PIT và thí nghiệm siêu âm là 2 thí nghiệm không thể thiếu đối với cọc khoan nhồi ngày nay. Tuy nhiên các thí nghiệm này đòi hỏi kinh nghiệm và sự hiểu biết nhất định mới có thể đánh giá chính xác được mức độ khuyết tật của cọc. Với hàng chục dự án và trên ngàn cọc thí nghiệm ADCOM tự hào là công ty tiên phong trong lĩnh vực này

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp kiểm tra sức chịu tải của cọc khoan nhồi; mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng. Để hiểu thêm về các ưu và nhược điểm của từng phương pháp, tác giả phân tích các phương pháp thử tải cho khu công nghệ và lựa chọn phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi sao cho phù hợp với điều kiêệnxây dựng nhất, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật và đạt mục tiêu kinh tế.

1. Phương pháp thí nghiệm động biến dạng lớn PDA :



1.1 Cơ sở của phương pháp
Nguyên lý của phương pháp thử động biến dạng lớn và thiết bị phân tích động cọc PDA dựa trên nguyên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong bài toán va chạm của cọc, với đầu vào là các số liệu đo gia tốc và biến dạng thân cọc dưới tác dụng của quả búa. Các đặc trưng động theo Smith là đo sóng của lực và sóng vận tốc (tích phân gia tốc) rồi tiến hành phân tích thời gian thực đối với hình sống (bằng các phép tính lặp) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất thanh cứng và liên tục do va chạm dọc trục tại đầu cọc gây ra.
Cơ sở của phương pháp này dựa vào:
+ Phương trình truyền sóng trong cọc
+ Phương pháp case
+ Mô hình hệ búa - cọc - đất của Smith
+ Phần mềm CAPWAPC
+ Hệ thống thiết bị phân tích đóng cọc PDA

1.2 Phương pháp truyền sóng
Với giả thiết cọc đàn hồi đồng nhất, đất nền làm việc dẻo ý tưởng, ta có thể xác định được lực kháng tổng cộng của đất khí đóng cọc theo biểu thức sau:
V(t1) - V(t2) MC
R = F(t1) + F (t2) + L (1)
2

Trong đó:
R - Sức kháng tổng cộng của đất
F, V - Lực và vận tốc đo được tại đầu cọc
M, L - Khối lượng và chiều dài cọc
t1 - Thời điểm va chạm toàn phần (lực va chạm cực đại)
t2¬ - Thời điểm sóng ứng suất đi hết 1 chu lỳ từ đầu đến mũi cọc và phản xạ lại.

1.3 Phương pháp case

Xét theo bản chất vật lý: R = Rs + Rd (2)
Trong đó:
R - sức kháng tổng cộng của đất;
Rs - Sức chịu tải tĩnh, phụ thuộc vào chuyển vị;
Rd - Sức chịu tải động, do việc búa đập, sức cản động, phụ thuộc vào tốc độ sóng biển. Trong đó:
J - Hệ số sức cản động;
Z- Trở kháng của cọc, có thể xác định theo

Z = AE hoặc Z = MC (3)
C L

Với: A - Tiết diện ngang của cọc; C - Tốc độ sóng
E - Mô đun đàn hồi của cọc; M - Khối lượng cọc
L - Chiều dài cọc.
Vmũi cọc - Tốc độ tại mũi cọc, có thể tính được từ tốc độ đo được tại thời điểm t¬1 ở đầu cọc:
Vmũi cọc = 2 v(t1) – R/Z; sau một số biến đổi ta có:

R = (1-J). {F (t1) + Zv (t1)} + (1 + J) . {F (t2) – Zv (t2)} (4)
2

1.4 Phần mềm
1.4.1 Phần mềm CAPWAP
CAPWAP là một chương trình phân tích dựa trên các số liệu đo của lực và vận tốc rồi mô hình hoá cọc như là một chuỗi các đoạn nhỏ để tính toán sức kháng của đất nền xung quanh dọc theo thân cọc và tại mũi cọc. CAP WAP cũng cho phép tính chính xác hệ số giảm chấn jc giúp cho việc hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm PDA theo CASE. Ngoài ra chương trình còn cho phép xây dựng biểu đồ tương quan Lực - Biến dạng giống như biểu đồ nén tĩnh.
Phần mềm này, dùng phương pháp phần tử hữu hạn để giải bài toán búa - cọc - đất, cọc được chia làm nhiều phân đoạn, sức cản đất sử dụng mô hình của Smith.
1.4.2 Phần mềm PDAPC
PDAPC là phần mềm giúp chuyển số liệu từ máy tính chính sang máy tính, cho phép xử lý, tính toán và in kết quả theo nhiều yêu cầu khác nhau.

1.5 Thiết bị
1.5.1 Thiết bị PDA (theo PAL model)
Là thế hệ mới nhất của PDA thuộc hãng PDI (Mỹ), được thiết kế tối ưu cho công tác thí nghiệm hiện trường ngay cả ở công trình có địa hình phức tạp như ngoài khơi hay trên núi. PAL gồm một máy chính, 2 đầu đo gia tốc và 2 đầu đo biến dạng, dây dẫn và các phụ kiện kèm theo.
1.5.2 Thiết bị PDA (Mỹ)
Có thể dùng búa hơi, búa Diesel có trọng lượng bằng 1 -2% sức chịu tải cọc, cấu tạo của thiết bị phân tích búa đập – PDA sử dụng trong phương pháp thử động biến dạng lớn bao gồm:
- Đầu đo ứng suất (2 đầu đo)
- Máy tính điện tử có gắn bộ biến đổi số liệu

1.6 Các kết quả đo được
- Sức chịu tải của cọc: sức chịu tải của cọc tại từng nhát búa đập, sức chịu tải của cọc tại từng cao độ ngập đất của cọc, ma sát thành bên và sức kháng của mũi cọc.
- Ứng suất trong cọc: ứng suất nén lớn nhất, ứng suất kéo lớn nhất và ứng suất nén tại mũi cọc
- Sự hoạt động của búa: năng lực truyền lớn nhất của búa lên đầu cọc, lực tác dụng lớn nhất lên đầu cọc, độ lệch tâm giữa búa và cọc, hiệu suất hoạt động của búa, tổng số nhát búa, số nhát búa trong 1 phút và chiều cao rơi búa hoặc độ nảy của phần va đập.
- Tính nguyên dạng hoặc hư hỏng của cọc: xác định mức độ hoặc vị trí hư hỏng của cọc.

1.7 Phạm vi áp dụng
- Thời gian nhanh hơn thử tĩnh, chi phí thấp, thử được nhiều cọc trong ngày
- Lựa chọn được hệ thống đóng cọc hợp lý
- Tiêu chuẩn áp dụng: theo tiêu chuẩn ASTM –D4945.

1.8 Nhận xét
- Phương pháp thử động biến dạng lớn nhằm đánh giá sức chịu tải của cọc bằng lý thuyết truyền sóng PDA chỉ chính xác khi năng lượng va chạm ở đầu cọc đủ lớn để huy động toàn bộ sức kháng của đất nền và tạo được biến dạng dư từ 3 – 5 mm. Với cọc khoan nhồi thường sử dụng quả búa nặng từ 9 đến 21 tấn để thử động lực học.
- So với phương pháp thử tải trọng tĩnh thì phương pháp này thực hiện nhanh hơn, có thể thực hiện thí nghiệm được nhiều cọc trong cùng một ngày, ít gây ảnh hưởng đến hoạt động thi công ở công trường nhưng lại gây tiếng ồn và chấn động cho khu vực lân cận.
- Phương pháp này có thể kiểm tra được cả mức độ hoàn chỉnh và đánh giá được sức chịu tải của cọc, nhất là chiều dài, cường độ và độ đồng nhất của bê tông.
- Phương pháp thử động biến dạng lớn không thay thế hoàn toàn được phương pháp thử tĩnh. Nhưng các kết quả thử động biến dạng lớn sử dụng thiết bị phân tích đóng cọc - PDA được phaâ tích chi tiết, so sánh với thử tĩnh và phân tích CAPWAP tương đương sẽ giúp giảm bớt thử tĩnh.
- Đối với các công trình dưới nước như móng cảng, cầu...hoặc các dự án nhỏ mà việc thử tĩnh gặp khó khăn với điều kiện thi công, thời gian chờ đợi làm tăng chi phí thử tải cọc. Khi đó việc thử động biến dạng lớn bằng thiết bị phân tích đóng cọc – PDA là rất thích hợp.
- Sử dụng thiết bị phân tích đóng cọc - PDA giúp ta kiểm soát được chất lượng cọc trong quá trình thi công. Theo dõi những vấn đề có thể xảy ra đối với búa, cọc, đất sẽ sớm phát hiện được các sự cố để xử lý kịp thời những vấn đề ảnh hưởng đến tiến đôộ thi công và giảm được chi phí, rủi ro.
- Dễ dàng kiểm soát được sự hồi phục hay giãn ra của đất sau khi đóng đi và vỗ lại. Xác định được sức chịu tải của cọc tại từng nhát búa, từng cao độ đặt mũi trong quá trình đóng cọc. Qua đó, lựa chọn được chiều dài cọc phù hợp.

2. Phương pháp thử tĩnh động:

2.1 Nguyên lý
Dựa trên nguyên tắc phản lực của động cơ tên lửa, người ta tạo ra một thiết bị đặt trên đầu cọc có kèm theo đối trọng vừa đủ, cho nổ gây phản lực trên đầu cọc có thiết bị ghi chuyển vị của cọc trong quá trình nổ, kết hợp đo các thông số biến dạng và gia tốc đầu cọc. Sau đó dùng các phương pháp như phương pháp phương trình truyền sóng hoặc độ cứng động sẽ được tính sức chịu tải của cọc. Trong phương pháp STATNAMIS người ta đã xác định được gia tốc a của khối phản lực dịch chuyển lên phía trên gấp 20 lần gia tốc của cọc dịch chuyển xuống phía dưới. Như vậy trọng lượng của khối phản lực chỉ cần bằng 1/20 đối trọng dự kiến trong thử tĩnh đã tạo nên được lực lớn gấp 20 lần lực truyền lên đầu cọc. Nhờ đó, việc thử tải bằng STATNAMIS sẽ giảm rất nhiều về quy mô và chi phí so với thử tĩnh nhưng kết quả đạt được rất gần với phương pháp thử tĩnh.

2.2 Phạm vi áp dụng
- Cho tất cả các loại cọc đứng và cọc nghiêng trong mọi điều kiện địa chất
- Từ năm 1988, STATNAMIS đã thử được tải trọng 0.1 MN và đến năm 1994 đã phát triển thử được tải trọng đến 30 MN. Nó được áp dụng nhiều ở Canada, Mỹ, Hà Lan, Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc...

2.3 Nhận xét
Việc ứng dụng thử tải STN đang ngày càng cạnh tranh mạnh mẽ với thử tải biến dạng lớn PDA do có độ tin cậy cao, giá thành hợp lý và nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp PDA. Đặc biệt có thể thử tải ngang hay với tải trọng rất lớn đến trên 3.000 tấn. Về độ lớn tải trọng thử đạt được cho đến nay nó chỉ kém phương pháp hộp tải trọng Osterberg.

3. Phương pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống

Đây là phương pháp trực tiếp xác định tải của cọc, thực chất là xem xét ứng xử của cọc (độ lún) trong điều kiện cọc làm việc như thực tế dưới tải trọng công trình nhằm mục đích chính là xác định độ tin cậy của cọc ở tải trọng thiết kế, xác định tải trọng giới hạn của cọc, hoặc kiểm tra cường độ vật liệu của cọc với hệ số an toàn xác định bởi thiết kế.
3.1 Nguyên lý và phạm vi áp dụng
Dùng hệ thống cọc neo hoặc các vật nặng chất phía trên đỉnh cọc làm đối trọng để gia tải nén cọc.
Phương pháp này chỉ thích hợp ở nơi có mặt bằng đủ rộng, nơi không có nước mặt (sông) và cọc thử có tải trọng nhỏ (< 5000 tấn).
Chi phí cho việc làm đối trọng sẽ càng lớn khi tải trọng cọc, thử càng lớn và nhất là nơi sông nước.

3.2 Nhận xét và kết luận
Trong các phương pháp thử tải trọng cọc khoan nhồi, phương pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống tuy không dùng thiết bị hiện đại nhưng chi phí cũng sẽ rất cao khi gặp điều kiện khó khăn về mặt bằng. Kết quả thử tải là sức chịu đựng tổng cộng của cọc (không cho biết riêng: sức chịu tải của mũi cọc và sức chịu tải thân cọc). Bên cạnh đó đối với các cọc khoan nhồi có sức chịu tải của 10.000 tấn hoặc lớn hơn thì hệ đối trọng để gia tải theo phương pháp này cũng sẽ gặp khó khăn, không thực hiện được. Do vậy áp dụng thử tải tĩnh truyền thống chủ yếu sử dụng để thử tải các cọc có tải trọng dưới 5.000 tấn và cọc bố trí ở mặt rộng rãi và trên cạn.
Ngoài ra sử dụng phương pháp này tốn nhiều thời gian, phương tiện kỹ thuật. Tuy nhiên phương pháp này cho kết quả được xem là chính xác nhất trong các phương pháp hiện nay, có thể làm cơ sở cho việc kiểm chứng các phương pháp khác.

4. Phương pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg

4.1 Nguyên lý
Khi cọc có đường kính và chiều dài lớn với sức chịu tải hàng ngàn tấn và cọc nằm trên sông nước, các phương pháp thử tải tĩnh không thực hiện được. Do vậy, phải sử dụng phương pháp hộp tải trong Osterberg.
- Dùng một hay nhiều hộp tải trọng Osterberg (hộp thủy lực làm việc như 1 kích thuỷ lực) đặt ở mũi cọc khoan nhồi hay ở 2 vị trí mũi và thân cọc trước khi đổ bê tông thân cọc. Sau khi đổ bê tông đã đủ cường độ, tiến hành thử tải bằng cách bơm dầu thuỷ lực để tạo áp lực trong hộp kích. Đối trọng chính là trọng lượng cọc và sức chống ma sát hông.
- Theo nguyên lý phản lực, lực truyền xuống đất mũi cọc bằng lực truyền thân cọc. Việc thử sẽ đạt tới phá hoại khi một trong hai phá hoại xảy ra ở mũi cọc và quanh thân cọc. Dựa theo các thiết bị đo chuyển vị và đo lực gắn trong hộp tải trọng Osterberg sẽ vẽ ra được các biểu đồ quan hệ giữa lực tác dụng và chuyển vị mũi cọc và thân cọc. Tuỳ theo trường hợp phá hoại có thể thu được một trong 2 biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị.

Việc gia tải và đo đạc, áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM D1143-1995 “Trình tự thử tải nhanh” của Mỹ

- Cách xác định tải trọng giới hạn: Do có một phá hoại hoặc thân cọc nên phải áp dụng phương pháp ngoại suy để tìm phá hoại thứ hai, và được tính theo công thức sau:

Pghcọc = Pgh mũi + Pgh thân (5)


- Nếu không tin tưởng ở ngoại suy và thiên về an toàn (lấy trị số bé), ta có thể lấy:

Pghcọc = 2Pgh thu được (5’)


- Phương pháp này không phải dùng hệ gia tải bên trên bằng các đối trọng hoặc hệ neo mà dùng ngay trọng lượng bản thân của cọc và ma sát thành bên làm đối trọng. Để tạo tải, trong thân cọc bố trí một hộp tải trọng làm việc như một kích thước thủy lực thông thường và có cấu tạo phù hợp chôn trước trong thân cọc. Sau khi cọc đủ cường độ tiến hành tạo tải bằng cách bơm dầu vào trong kích đã chôn trong cọc. Hệ điều khiển và ghi chép từ mặt đất. Sử dụng phương pháp này có thể thí nghiệm riêng biệt hoặc đồng thời hai chỉ tiêu là sức chịu mũi cọc và lực ma sát bên của cọc. Tải thí nghiệm có thể đạt đến 18.000 tấn, thời gian tiến hành thí nghiệm chỉ trong vòng 24 giờ. Sau khi thử xong bơm bê tông xuống lấp đầy hệ kích cho hệ được liên tục.
- Gọi tổng các lực ma sát thành bên trên toàn bộ chiều dài cọc Pms và lực chống mũi là Pm và lực do hộp tải trọng là P0 thì ta có nhận xét sau: khi tạo lực P0 trong hộp Osterberg thì theo nguyên lý cân bằng phản lực, một phản lực P0 truyền lên thân cọc hướng lên phía trên sẽ cân bằng với lực ma sát thành bên và trọng lượng thân cọc (G). Còn một lực P0 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 P0 thì ta có:

P0 = (G + Pms) < G + Pmsgiới hạn hoặc P0 = (Pm) < Pm giới hạn (6)


- Cọc thí nghiệm sẽ đạt tới giới hạn phá hoại khi đạt đến cân bằng của một trong hai biểu thức nêu trên, tức là cọc phá hoại mũi trước (đất dưới mũi cọc đạt đến phá hoại) hoặc bị phá hoại ở thành bên trước (cọc và đất xung quanh có chuyển dịch dẻo).

4.2 Phạm vi áp dụng
- Có thể thấy ngay phương pháp này phù hợp với các cọc có sức chống giới hạn thành bên và mũi cọc tương đương nhau. Còn trong trường hợp sức chống giới hạn của mũi nhỏ hơn sức chống thành bên thì có thể đặt hai tầng ở mũi cọc và thân cọc để thử. Cao trình đặt ở tầng thân phải đảm bảo điều kiện Pghmũi > Pgh đoạn thân AB. Khi đó trình tự chất tải sẽ phức tạp hơn để có thể xác định được Pghmũi, Pgh đoạn toàn thân cọc.
- Phương pháp này áp dụng thử tải cho các cọc khoan nhồi có sức chiu tải lớn, những nơi khó khăn về mặt bằng thi công hay cọc trên sông nước.

4.3 Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị đầu cọc
Do kết quả thu được là hai biểu đồ tải trọng - chuyển vị mũi độc lập nhau nên để dễ sử dụng và so sánh với thử tải tĩnh truyền thống phải xây dựng biểu đồ tải trọng - chuyển vị đầu cọc tương đương như trong thử tải tĩnh truyền thống. Muốn vậy phải dựa vào các giả thiết sau:
- Đường cong tải trọng - chuyển vị mũi cọc giống như đường cong tải trọng - chuyển vị trong chất tải truyền thống với tải trọng là dịch chuyển đi xuống của hộp tải trọng.
- Đường cong tải trọng - chuyển vị ma sát bên của chuyển dịch đi lên giống như đường cong tải trọng - chuyển vị đi xuống trong thí nghiệm truyền thống.
- Bỏ qua dộ nén co của bản thân cọc khi xem nó là vật rắn
- Với các giả thiết trên, giả sử chuyển vị tại điểm 4 của đường cong dịch chuyển đi lên ghi lại giá trị tải trọng ứng với chuyển vị đó. Trên đường cong dịch chuyển đi xuống tìm điểm 4 có chuyển vị giống nhưu chuyển vị tại điểm 4 của đường cong dịch chuyển dđ lên và ghi lại tải trọng tương đương. Cộng hai tải trọng đó sẽ cho giá trị tải trọng tổng cộng do ma sát bên và chống mũi tại cùng một vị trí chuyển vị của điểm 4. Đường cong xây dựng lại sẽ có chuyển vị bằng chuyển vị điểm 4 của đường cong dịch chuyển đi lên và đi xuống nhưng tải trọng sẽ bằng tổng tải trọng của hai đường nối trên có cùng chuyển vị tại điểm 4.
Tiến hành tương tự cho một số điểm khác cho đến khi chuyển vị cực đại của thí nghiệm hộp tải trọng. Do thí nghiệm này phá hoại xảy ra do ma sát bên nên đường cong sức chống mũi đi xuống được ngoại suy cho đến khi phá hoại. Quá trình này được tiếp tục và dùng đường cong đi xuống ngoại suy và đường cong đi lên đo được như điểm 6- 12, cách xây dựng tương tự cho trường hợp khi phá hoại xảy ra tại sức chống mũi của cọc.

4.4 Nhận xét
Phương pháp thử tải cọc khoan nhồi bằng hộp tải Osterberg mang lại độ chính xác cao, có thể kiểm tra được khả năng chịu lực của từng lớp đất cọc đi qua (thông qua giá trị sức kháng ma sát thành bên và sức kháng mũi của đất nền). Với thiết bị thí nghiệm gọn nhẹ, loại thí nghiệm dạng hộp tải trọng Osterberg có thể dùng thử tải cọc chịu tải 4000 – 18000 tấn và có thể lớn hơn. Thử tải bằng hộp tải trọng Osterberg cell khắc phục được khuyết điểm của phương pháp thử tải tĩnh truyền thống như: có thể bố trí thử tải cọc ở nơi sông rộng, sâu nước chảy xiết hoặc nơi mặt bằng chật hẹp...Nhược điểm của thử tải Osterberg là cần có đội ngũ chuyên gia kỹ thuật cao thực hiện thí nghiệm. Hiện tại tuy chi phí thử tải còn cao, nhưng tương lai về lâu dài phương pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg có thể sẽ có chi phí thấp và có xu hướng sử dụng thay thế hoàn chỉnh phương pháp thử tải tĩnh truyền thống trong công tác thí nghiệm cọc khoan nhồi đường kính lớn.

Lê Văn Nam, Nguyễn Chi Đoàn
(Nguồn tin: T/C Phát triển Khoa học Công nghệ, tập 8/2005)


Một vài suy nghĩ về dự báo sức chịu tải cọc khoan nhồi đường kính lớn thi công theo phương pháp truyền thống
1. Mở đầu

Để có dự báo tin cậy sức chịu tải cọc, cần phải thí nghiệm chất tải nén tĩnh hoặc thí nghiệm động biến dạng lớn PDA (Pile Driving Analyzing) với tỉ lệ thực cho hầu hết cọc độc lập có thể nằm trong hay ngoài móng công trình. Trên trạng thái làm việc cọc luôn là nhóm có sức chịu tải nhóm nhỏ hơn trong đất cát hay đất sét còn độ lún đàn hồi nhóm cọc tăng hơn nhiều lần so với cọc đơn. Sau đây là một vài suy nghĩ về tính hợp lý và kinh tế khi sử dụng cọc khoan nhồi.

2. Nội dung

Dựa trên nguyên tắc cân bằng lực một cách áp đặt thì biểu thức tổng quát tính sức chịu tải cọc bao gồm lực tác động do tải trọng cực hạn của công trình (Qv) ul và trọng lượng riêng của cọc nhồi (W) bằng cộng tác dụng lực ma sát giới hạn thành cọc (Qus) và lực kháng giới hạn mũi cọc (Qub): Biểu thức tổng quát tính Sức chịu tải nén cọc đơn là

Qus + W = Qus + Qub (1)

1. Trong Tiêu chuẩn TCXD cho phép tính dự báo sức chịu tải cọc theo phương pháp tính độ bền đất nền: cơ học lý thuyết phương pháp American Society of Civil Engineers (ASCE): biểu thức lý thuyết cổ điển: cho phép cộng tác dụng lực chống mũi cọc và lực kháng ma sát thành cọc theo biểu thức (1) như sau:

- Lực kháng giới hạn mũi cọc:
Qub = Ab* (C* Nc + ơvl* Nq) (2)

- Lực ma sát giới hạn thành cọc:
Qus = Al* L(Ks* tan ð* ơvl + C) (3)

Dự báo sức chịu tải cọc trước hết phải hiểu rõ địa chất công trình dưới cọc sau đó là biện pháp bảo vệ thành lỗ khoan. Trong bài viết này chỉ xét đến cọc trong đất hạt thô, trạng thái rời đến chặt, gồm cát sỏi dăm bụi không dẻo có N ≤ 50

Vấn đề trong biểu thức (3) là xác định hệ số áp lực đất nén ngang (Ks); trường hợp sử dụng bentonite Ks = 0,67KO (KO là áp lực ngang tĩnh) và góc ma sát giữa cọc và đất (ð).Theo đề nghị của Brom Ks= 0,5 và ð/φ - 3 độ và ví dụ khi φ = 33 độ thì kết quả được: Ks* tan ð = 0,1
Ví dụ năm 1997 nhà thầu Rodio - Ý thi công công trình cao tầng Căn hộ vườn Hồng tại số 6 Ngọc Khánh Hà Nội, móng là cọc khoan nhồi đường kính D = 1000mm xuyên sâu 36m qua lớp sét 1 có Cu = 2,5 Pa; γ = 1,67tấn/m3, và φ = 2 độ; lớp sét số 2 có C = 27,5Pa; γ= 1,85tấn/m3 và φ = 7 độ, lớp sét 3 có có C = 42,5Pa; γ = 1,95tấn/m3 và φ = 8 độ; tầng cát pha số 4 có C = 15Pa; γ = 2tấn/m3 và φ =16 độ; lớp cát số 5 có C = 0 và φ = 2tấn/m3 và φ = 38 độ.

Với Nq = 50; ð= φ tính được độ sâu tới hạn ở đây bằng 20 m và kết quả là sức chịu tải giới hạn của cọc bằng Qvul = 1257,95 tấn, trong đó lực kháng giới hạn mũi cọc Qub = 1130,76 tấn chiếm 82,65% Qvul. Chọn hệ số tin cậy Fg = 3 thì sức chịu tải cho phép của cọc D1000 bằng 419 tấn.

Thí nghiệm nén tĩnh cho thấy thoả mãn độ lún và tải trọng đạt yêu cầu thiết kế. Trên thực tế tại thời điểm 1997, thi công nội địa còn ít kinh nghiệm về cọc khoan nhồi nên không có khả năng rửa sạch đáy cọc khi khoan ướt trong địa tầng cát chặt vừa tại địa bàn Hà Nội. Điều này chứng tỏ ma sát thành cọc làm việc thực lớn hơn nhiều so với tính toán dự báo theo phương pháp, ASCE. Biểu thức này phù hợp trong điều kiện địa tầng, là sét cứng dính, dưới đất không có nước ngầm, có thể tạo lỗ cọc bằng khoan khô và khoan không sâu thì sức kháng mũi cọc nhồi đường kính lớn mới có hiệu quả cao như kết quả đã tính.

2. Biểu thức schmertmann - kết hợp kinh nghiệm Nhật Bản - Theo phương pháp trình bày trong TCXD 195-97 và AIJ tính theo giá trị SPT. Thông số tính chất đất nền sử dụng trong tính toán là sức kháng SPT - Nvalue

- Lực kháng giới hạn mũi cọc: Qub = α*β*Na*Ab (4)
- Lực ma sát giới hạn thành cọc:
Qus = (0,2* Ns*Ls + Cu* Lc)*Al (5)

Giá trị N cho trong báo cáo Địa chất công trình là số liệu thô thiết kế cần hiệu chỉnh thành Nhc nếu trong lỗ khoan có nước ngầm dâng cao khi thí nghiệm SPT: Nhc = 15 + 0,5 (N-15) đồng thời phải chuẩn hoá theo 60% năng lượng hữu ích N60 (trong điều kiện thiết bị thí nghiệm đơn giản như hiện nay, cho phép thiết kế chỉ lấy 40% năng lượng hữu ích trong số lượng nhát búa đập để đạt độ lún 30cm: N60 = (40/60) N và α*β*Na = 5,7tấn/m2* N60; đoạn cọc trong sét = 0,29 + 0,19 Cu kể cả với đất dính yếu Cu ≤ 5tấn/m2 (Tham khảo: Móng cọc của GS Vũ công Ngữ và Th.S Nguyễn Thái - Hà Nội, 2004).

Lưu ý rằng đối với cọc nhồi trong đất cát, sạn sỏi: α = 15. β = 0,75 khi báo cáo khảo sát không cung cấp số liệu cường độ cắt của đất thì trị số này có thể suy ra từ giá trị Nvalue như sau: Cu = qu/1,5 (qu=1,25N); và thoả mãn cho sét dẻo không quá yếu Cu ≤ 5tấn/m2 .

Ví dụ: Công trình Cao ốc Xanh có 3 khối riêng biệt nhưng cùng chung một móng trên diện tích đất xây dựng 2212m2 của khu đất 8864m2 tại Quận 9 - TP Hồ Chí Minh. Công trình 20 tầng, cao hơn 70m có 1 tầng hầm diện tích 2865, 65m2 garage ôtô xe máy với ba đường trượt lên xuống hầm, một tầng trệt và lửng căn hộ ở thông tầng VIP. Tổng diện tích sàn hơn 46000m2 có 474 căn hộ cao cấp ở xen lẫn sân vườn cây xanh, giếng trời và bể bơi, phòng tập. Giao thông đứng có 7 thang máy, 6 cầu thang bộ dành cho phòng hộ cứu hoả.

Báo cáo địa chất công trình năm 2004 tại vùng đất RDC đã khoan sâu 78m tới vùng cát có giá trị N≥27. Thiết kế đặt chân cọc tại độ sâu hơn 55,0m tựa trên đất cát có chỉ số Na= 12-16 (chiều dày lớp Lc=15,7m), dưới các lớp sét dẻo là cát pha dẻo có N = 22 - 27 (chiều dày lớp chưa kết thúc Ls = 39,3m).

Hệ kết cấu ống chịu tải đứng có lõi cứng gồm những vách liên tục bao chu vi các thang máy thang bộ tại trung tâm và bên ngoài lõi là các khung cột vách dạng chữ TLI, sàn dày không dầm bê tông toàn khối là kết cấu tấm cứng ngang liên kết với cột vách lõi cứng. Móng toà nhà có độ cứng lớn nhờ các vách lõi cứng nối liền bù vào chỗ thiếu hụt các vách ngăn của móng bè để tạo thành móng hộp.

Hệ móng cọc - bè: Toà nhà có một tầng hầm nên chiều sâu đặt móng bè lớn (≈6m) để trọng lượng công trình với khối lượng móng bè hoàn toàn được bù lại một phần trọng lượng khối đất hố đào bị lấy đi. Móng bè bao phủ toàn diện tích tầng hầm chung cả ba khối được sử dụng để làm giảm độ lún công trình đặt trên nền đất yếu.

Tổng tải trọng bên trên của kết cấu toà nhà tương đối đồng đều và 20% hoạt tải là 78804 tấn. Từ đó thấy áp lực lên đất nền 27,5 tấn/m2 là lớn. Nếu chỉ sử dụng móng bè không thôi thì toà nhà bị lún nhiều nên phải sử dụng biện pháp xử lý nền bằng bố trí cọc khắp nền tầng hầm theo mạng lưới phân bố đều. Do địa tầng không có lớp đất có khả năng chịu lực cao hơn ở độ sâu nằm phía dưới (80m) nên chỉ tính được là cọc ma sát có khả năng chịu tải không cao. Vì vậy phải kết hợp móng cọc với bản (móng bè) bê tông toàn khối. Xem bè là móng cứng tuyệt đối để phân bố lại tải trọng tập trung của cột, tường vách cho cọc.

Tính theo biểu thức (1), (4) và (5) với các thông số đặc trưng địa chất vùng Quận 9 có cường độ cắt không thoát nước Cu = 5tấn/m2 và độ sâu L = 55,5m: cọc đường kính D1200 có Q cực hạn = 1800 tấn, sức chịu tải cho phép bằng tải trọng cực hạn chia cho hệ số tin cậy. Theo Tiêu chuẩn Nhật Bản AIJ - 1988 lấy giá trị hệ số độ tin cậy của cọc Fg, Fss, Fsb =3. Sức chịu tải theo đất nền cho phép thay đổi theo kích thước (tiết diện Ab(m2) và chu vi Al(m) cọc là: Qa(tấn) = 58 Ab + 142 Al (6) ví dụ Sức chịu tải cho phép tính theo biểu thức (6) với đường kính cọc D1000 thì Qa(tấn) = 45 + 446 = 491t; đường kính cọc D1200 thì Qa = 65 + 535 = 600 tấn.

Trên cơ sở những số liệu thu thập từ bước triển khai thí nghiệm thăm dò tháng 7/2004 do Cienco 68 thực hiện các cọc CN 100 - CT1 đạt tải trọng tới hạn Qvul = 1375 tấn, cọc CN120-CT2 đạt tải trọng tới hạn Qvul= 1650 tấn, cọc CN140-CT3 đạt tải trọng tới hạn Qvul= 2300 tấn tương ứng với độ lún gần 10%D.

Ngoài thí nghiệm nén tĩnh, tháng 5/2006 GOGECO còn tiến hành kiểm tra cọc bằng thử động PDA và phân tích CAPWAP cho các cọc CN120 -171 và CN120 -172... và đạt kết quả: sức chịu tải ma sát Qus = 943,8 tấn và Qus = 1026,1 tấn; sức chịu tải mũi cọc Qub = 193,8 tấn và Qub = 189,7 tấn; Tổng sức chịu tải cọc CN-171 (Qv)ul = 1137,7tấn; cọc CN120 -172 đạt (Qv)ul = 1215,7 tấn. Cty ABV Engineering Singapor phân tích CAPWAP cho CN100 - CT4 cho kết quả (Qv)ul = 931 tấn trong đó Qus = 921,8 tấn và Qub = 9,2 tấn. Hệ số độ tin cậy Fg áp dụng cho thử động ở đây lấy bằng 2. Như vậy khả năng chịu tải cho phép theo thí nghiệm động PDA của cọc D1200 là 608 tấn và cọc D1000 là 465 tấn.

Với tải trọng của hệ kết cấu cộng với lực gió ngang tại vùng TP Hồ Chí Minh theo phương X là 750 tấn mét, theo phương Y là 2500 tấn mét thì tại vùng lõi tâm nhà tổ hợp tải trọng truyền lên mỗi cọc trong nhóm khoảng 550 tấn. Tải trọng trên chu vi toà nhà truyền xuống mỗi cọc trong nhóm khoảng 450 tấn. Tải trọng công trình nhỏ hơn khả năng chịu tải thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn D1200 và D1000.

3. Nhận xét

Theo kinh nghiệm thì sức chịu tải ma sát cọc khoan nhồi có thể đạt giá trị lớn nhất tại độ lún khoảng 1%D trong khi đó sức chịu tải mũi cọc chỉ được huy động hoàn toàn khi đất dưới mũi cọc đạt độ lún từ 10-15%D. Độ lún này thường lớn hơn rất nhiều so với độ lún giới hạn khai thác cho phép. Nguyên nhân do quá trình khoan đất đáy cọc đất bị xáo trộn, lượng mùn khoan lắng đầy, rửa đáy không sạch nên cần độ lún lớn để huy động sức chịu tải đáy cọc.

Nhiều thí nghiệm nén tĩnh và thử động biến dạng lớn PDA tại Hà Nội cũng như TP Hồ Chí Minh cho thấy, ngay cả với tải trọng gấp 2 lần tải trọng cho phép dự báo trong thiết kế thì cọc mới lún khoảng 2%D (không quá 25mm). Như vậy, tải trọng công trình mới chỉ huy động lực ma sát, phù hợp với thi công truyền thống không rửa sạch đất đáy cọc.

Tuỳ điều kiện địa chất công trình là đất cát hay đất sét, thiết kế có thể chọn cách tính phù hợp theo lý thuyết cổ điển hoặc theo kinh nghiệm. Thường đối với đất rời thì việc lấy mẫu đất thí nghiệm nguyên dạng rất khó thực hiện nên kết quả số liệu trong phòng thí nghiệm thường kém chính xác! Thí nghiệm động hiện trường SPT với mẫu xáo động luôn cho kết quả nhanh đơn giản dễ sử dụng với độ tin cậy tương đối, chấp nhận được.

Kinh nghiệm ở Malaysia, tính dự báo Sức chịu tải cọc khoan nhồi theo giá trị NSPT (trong thiết kế thường coi là cọc treo): bỏ qua lực kháng mũi cọc khi biết chắc rằng việc kiểm soát mức độ làm sạch đất mùn khoan ướt dưới đáy cọc có độ tin cậy không cao.

Ưu điểm của móng bè trên cọc ma sát dương là nó cùng lún theo nền xung quanh sau khi đã đạt độ lún giới hạn của cả bè cọc. Ban đầu toàn bộ tải trọng công trình truyền lên đài bè, sau đó nền đất bắt đầu lún xuống tải công trình nhanh chóng truyền sang cọc thay đổi từ 50 - 80%. Móng bè cọc điều chỉnh lún không đều của công trình và tăng tính năng chống động đất. Cọc ma sát trong nền cát pha dẻo mềm không quá yếu chiều dầy lớn kết hợp móng bè cho nhiều tầng hầm nhà cao tầng với hệ kết cấu khung - vách lõi cứng được thiết kế chấp nhận như một trong các phương án có tính kinh tế và kỹ thuật cao.

Hy vọng phương pháp phun vữa áp lực cao (skin, Post, Jear - Grouting) sớm được áp dụng như đã thực hiện tại móng bè tương tự bản sàn bê tông toàn khối đường kính 50m dầy 4,5m trên 85 cọc ma sát barrette tiết diện 1,2* 2,8m chịu tải trọng 300 000 tấn của tháp đôi Petronas Malaysia (1997); Móng Trung tâm tài chính quốc tế - Tháp 101 tầng Đài Bắc; móng trụ neo cầu Mỹ Thuận năm 1998 sử dụng cọc D2500 sâu 85,55m thử tải tĩnh hai chiều (Osterberg) đạt sức chịu tải cực hạn 3900 tấn; Móng bè trên cọc Toà nhà Pacific Plaza cao 18 tầng gồm 5 tầng hầm dưới mặt đất năm 2003 tại 83B Lý Thường Kiệt Hà Nội do Tư vấn Pháp thiết kế sử dụng cọc D1200 xử lý đáy mở rộng sâu 47m đạt sức chịu tải cực hạn 2400 tấn. Tương ứng độ lún 3%D = 35 mm (độ lún đàn hồi hơn 1%D = 15 mm). Cọc xử lý đáy tăng khả năng chịu tải lên 2 lần.

4. Kết luận

a. Cọc khoan khồi thi công theo phương pháp truyền thống còn tồn tại nhiều vấn đề bất cập như chất lượng bê tông cọc chưa cao, sức chịu tải thấp, giá thành quá cao.

b. Cọc khoan nhồi dùng vữa bentonite giữ thành thì việc làm sạch bùn tại đáy cọc là không tin cậy, thiết kế phải giảm sức chịu tải mũi cọc, thậm chí bỏ qua hoàn toàn. Cọc được tính như cọc ma sát dương có tác dụng, trước hết hạn chế biến dạng nền đất xung quanh cọc, làm giảm tính nén lún của đất nền; truyền tải trọng công trình xuống tầng đất tốt hơn ở dưới sâu hơn.

c. Cọc ma sát nên kết hợp đài bè, sức chịu tải cọc - bè có thể chỉ tính bằng 80% khả năng chịu tải trọng dự báo cho phép của cọc đơn.

d . Nhằm nâng cao sức chịu tải cọc khoan nhồi, ngoài việc tăng độ sâu chôn cọc, tăng đường kính cọc thì hướng nghiên cứu đang được quan tâm là thực hiện xử lý phun vữa áp lực cao mở rộng đáy cọc (Post-Grouting), phun vữa thành cọc sau khi đổ bê tông (skin-Grouting).

Nguyễn Đạt TC Xây dựng )

Nguyên lý hoạt động:

Thiết bị PDA được thiết kế để ghi nhận và phân tích sóng cơ học truyền trong cọc thông qua các đầu dò gắn trên thân cọc. Dưới tác dụng của búa đóng cọc lên đầu cọc, sẽ xuất hiện sóng cơ học truyền từ đầu cọc xuống mũi cọc rồi phản xạ ngược lên. Do cọc ngập trong đất nên sóng phản xạ sẽ bị hao tổn khi đi qua các lớp đất xung quanh cọc.
Thiết bị sẽ đo lường mức độ hao tổn và đưa vào mô hình đất nền tương ứng. Từ đó sẽ đánh giá được khả năng chịu tải của cọc.




Tính năng:
Máy phân tích đóng cọc PDA (Pile Driving Analyzer) là thiết bị chuyên dụng động lực thí nghiệm cọc biến dạng lớn thông qua đo lực và gia tốc đầu cọc để xác định các thông số cần thiết:
• Kiểm tra sức chịu tải của cọc
• Kiểm tra năng lượng búa
• Kiểm tra ứng suất đóng cọc
• Kiểm tra độ nguyên dạng của cọc và thân cọc
Thiết bị:
Thiết bị thử động cọc dựa trên lý thuyết truyền sóng – phương pháp CASE gồm hai bộ phận:
Thiết bị đồng bộ bao gồm:
• Máy đo ứng suất, gia tốc
• 2 đầu đo gia tốc, 2 đầu đo ứng suất và hệ thống cáp dữ liệu
• Chương trình phần mềm xử lý CAPWAP
• 1 máy tính phân tích chuyên dụng
Máy phân tích đóng cọc Model PAL và đầu đo biến dạng, gia tốc

Thiết bị PDA model PAK được thiết kế hiện đại như một máy tính chuyên dụng với màng hình LCD 10.6 in và việc thu dữ liệu dược thực trên chương trình PDA-W cho phép hiển thị tất cả các thông số trong khi đóng cọc và cho phép kỹ sư thí nghiệm có thể đánh giá sơ bộ sức chịu tải của cọc ngay tại công trường.
Thiết bị PDA model PAK được cung cấp bởi hãng PDI (Mỹ)



Máy phân tích đóng cọc Model PAK

Thiết bị PDA model PAK được thiết kế hiện đại như một máy tính chuyên dụng với màng hình LCD 10.6 in và việc thu dữ liệu dược thực trên chương trình PDA-W cho phép hiển thị tất cả các thông số trong khi đóng cọc và cho phép kỹ sư thí nghiệm có thể đánh giá sơ bộ sức chịu tải của cọc ngay tại công trường.
Thiết bị PDA model PAK được cung cấp bởi hãng PDI (Mỹ)

Hệ búa rơi tự do trọng lượng 10 tấn và 2 tấn

Đối với cọc nhồi, cọc ép phải có thiết bị đóng chuyên dụng (có thể chế tạo vật nặng tạo xung động bằng thép nặng từ 2T trở lên và đệm thép đầu cọc

Búa đóng cọc Diezel

Đối với cọc đóng, có thể lợi dụng máy đóng cọc làm thiết bị đóng búa, tiến hành đóng lại cọc thí nghiệm.

Phần mềm CAPWAP
Phần mềm CAPWAP được cung cấp bởi hãng PDI với bản quyền chính thức và khóa cứng (Hard lock). CAPWAP được viết dựa trên lý thuyết truyền sóng CASE và phương pháp mô hình hóa sự làm việc của cọc trong đất nền CASE-SLOBE.
Phần mềm CAPWAP dùng để phân tích kết quả của dữ liệu được thu nhận bởi máy phân tích đóng cọc PDA và kết quả cho ra là sức chịu tải của cọc gồm hai thành phần là sự phân bố của ma sát hông và sức chống mũi
Phương pháp thí nghiệm PDA
Mục đích của thí nghiệm: Xác định sức chịu tải của cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi, cọc barette dựa trên sóng và ứng suất đo được tại đầu cọc dùng phương pháp CASE và/hoặc CAPWAP
Phương pháp thí nghiệm: Đo ghi sóng và ứng suất đầu cọc khi tác động một xung lực mạnh lên đỉnh cọc đủ làm cọc dịch chuyển 2-3mm
Qui trình thí nghiệm: Theo tiêu chuẩn ASTM D4945-00 hoặc theo các tiểu chuẩn riêng do tư vấn thiết kế quy định
Thứ tự các bước thực hiện :
1. Bắt chặt 2 cặp đầu đo gia tốc và biến dạng vào thân cọc đối xứng qua tim cọc, cách đỉnh cọc tối thiểu 2 lần
đường kính cọc
2. Vào máy các thông số, test tín hiệu các đầu đo. Bắt lại đầu đo nếu cần thiết
3. Dùng búa đóng cọc đóng lên đầu cọc 5 nhát
4. Kiểm tra chất lượng tín hiệu ghi được của từng nhát búa, nếu tín hiệu không tốt cho đóng lại
5. Tắt máy chuyển sang cọc khác
Đối với cọc khoan nhồi/cọc barette bổ xung thêm các bước:
1. Đổ bê tông nối đầu cọc có casing (nếu cọc chưa có casing)
2. Dùng búa chế tạo riêng nặng 1.5-2% tải trọng dự kiến thí nghiệm, rơi tự do ở độ cao 2-3m

Báo cáo kết quả thí nghiệm:
1. Tên, vị trí công trình
2. Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế/giám sát, Nhà thầu thi
công cọc, Đơn vị thí nghiệm
3. Số liệu về cọc thí nghiệm như kích thước cọc, ngày
đóng cọc/ đổ bê tông, ngày thí nghiệm
4. Bảng tổng hợp kết qủa thí nghiệm
5. Các biểu đồ quan hệ lực, vận tốc, sức chịu tải, năng
lượng... theo thời gian
6. Biểu đồ quan hệ tải trọng-Biến dạng và các bảng
tính có phân tích CAPWAP
7. Kết luận chung và khuyến nghị

Thiết bị thử động biến dạng lớn cho cọc (PDA)



Model: PAK





CHI TIẾT

GIỚI THIỆU


Nguyên lý của phương pháp thử động biến dạng lớn và thiết bị phân tích động cọc PDA dựa trên nguyên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong bài toán va chạm của cọc, với đầu vào là các số liệu đo gia tốc và biến dạng thân cọc dưới tác dụng của quả búa. Các đặc trưng động theo Smith là đo sóng của lực và sóng vận tốc (tích phân gia tốc) rồi tiến hành phân tích thời gian thực đối với hình sóng (bằng các phép tính lặp) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất thanh cứng và đo va chạm dọc trục tại đầu cọc gây ra.
Cơ sở của phương pháp này dựa vào: phương trình truyền sóng trong cọc, phương pháp case, mô hình hệ búa-cọc-đất của Smith, phần mềm CAPWAPC, hệ thống thiết bị phân tích đóng cọc PDA.
Ứng dụng của phương pháp thử động biến dạng lớn: Xác định khá chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên thân cọc, Xác định sức chịu tải của cọc, Xác định biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị, Đưa ra một số hướng xử lý cọc-búa cho người sử dụng.
Đã được kiểm chứng có tiêu chuẩn kỹ thuật ASTM D4945 - 00 “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles”(Phương pháp thử động biến dạng lớn).
Thiết bị này như một máy tính sách tay, nhỏ gọn, mọi chương trình phần mềm đều tích hợp trên đó.
Đã được kiểm chứng có tiêu chuẩn kỹ thuật ASTM D4945 - 00 “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles”(Phương pháp thử động biến dạng lớn).
Thiết bị đồng bộ bao gồm:
2 Cảm biến đo biến dạng.
2 Cảm biến đo gia tốc (PE-Dùng cho cọc bê tông, PR-Dùng cho cọc thép: khách hàng chọn một trong hai loại đó tùy theo nhu cầu sử dụng).
Bộ dây cáp nối với cảm biến và bộ dây cáp nối với thiết bị.
Vali đựng thiết bị.
Sách hướng dẫn sử dụng thiết bị và phần mềm.
Bộ chuyển đổi điện 110-240VAC sang 12VDC, dây cáp nguồn.
Bộ phần mềm gồm có: PDA-W, PDIPLOT, CAPWAP, GRLWEAP.
Hình ảnh thí nghiệm hiện trường(Viện Công Nghệ Xây Dựng Cầu Đường Phía Nam), Cảng Cái Mép, Vũng Tàu:

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Kích thước: 385 x 320 x 155 mm.
Trọng lượng: 8 Kg.
Nhiệt độ môi trường: 0 - 40°C.
Hệ điều hành Windows XP, 40 GB ổ cứng, 512MB DRAM, cổng Ethernet, cổng USB và các cổng kết nối khác.
Màn hình màu phẳng VGA, có bàn phím trên máy, chuột điều khiển trên máy.
Nguồn điện: Pin sạc 12 VDC, Bộ chuyển điện 100-240 ADC sang 12VDC, pin sạc trong vòng 30 phút.
8 Kênh: 4 kênh dùng gắn cảm biến đo biến dạng, 4 kênh gắn cảm biến đo gia tốc.
Tần số số hóa: 20KHz.
Đáp ứng tần số tín hiệu Analog: 2KHZ (-3dB).
Độ phân giải: 12 bit A/D.
Độ chính xác 2%.
Đơn vị đo: Anh, SI và Mét.
Các phần mềm PDA-W, PDIPLOT, GRLWEAP và CAPWAP phân tích dữ liệu.


SẢN PHẨM CÙNG HÃNG
Thiết bị siêu âm cọc khoan nhồi hay các cấu kiện móng (CHA)
Thiết bị thử động biến dạng nhỏ cho cọc (P.I.T)
Thiết bị đo chiều dày bê tông bằng sóng siêu âm(ACT)
Thiết bị thử động biến dạng nhỏ cho cọc (P.I.T)
Thiết bị siêu âm cọc khoan nhồi hay các cấu kiện móng (CHA)
Thiết bị thử động biến dạng lớn cho cọc (PDA)
Thiết bị thử động biến dạng lớn cho cọc (PDA)

#1


Hình ảnh thí nghiệm PDA ngoài hiện trường
________________________________________
Thí nghiệm biến dạng lớn (PDA)


Khái niệm

Mục đích của thí nghiệm biến dạng lớn này là xác định sức chịu tải các loại cọc đóng/cọc ép/cọc khoan nhồi/cọc barrette dựa trên sóng và ứng suất đo được tại đầu cọc dùng phương pháp CASE và/hoặc CAPWAP. Cần phải có bộ búa tự rơi gây lực xung kích cho công tác thí nghiệm PDA (ở công trình dùng búa đóng thì thuận lợi hơn nhiều). Búa thường sử dụng ở đây là: Delmag, ICE, Berm, MKT... hoặc một số búa hơi của Hàn quốc.
Nghiên cứu về PDA đã trải qua vài chục năm mới trở nên "gần" hoàn hảo như ngày nay.
Ứng dụng của phương pháp thử động biến dạng lớn: Xác định khá chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên thân cọc, Xác định sức chịu tải của cọc, Xác định biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị, Đưa ra một số hướng xử lý cọc-búa cho người sử dụng.

Các công trình ở tp. HCM dùng cọc ép (hoặc nhồi) sau đó thí nghiệm bằng phương pháp PDA có rất nhiều, ví dụ: chung cư của Cty CP Xd số 5, Bình Thạnh, chung cư cao cấp Vạn Phát Hưng, chung cư 4S thủ Đức, Khu Chế Xuất Tân Thuận, Phú Mỹ Hưng v.v...

Mục đích của thí nghiệm:

Xác định sức chịu tải của cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi, cọc barette dựa trên sóng và ứng suất đo được tại đầu cọc dùng phương pháp CASE và/hoặc CAPWAP

Phương pháp thí nghiệm:
Đo ghi sóng và ứng suất đầu cọc khi tác động một xung lực mạnh lên đỉnh cọc đủ làm cọc dịch chuyển 2-3mm

Qui trình thí nghiệm:
Theo ASTM D4945-00 hoặc theo các tiểu chuẩn riêng do tư vấn thiết kế quy định

Thứ tự các bước thực hiện như sau:
1. Bắt chặt 2 cặp đầu đo gia tốc và biến dạng vào thân cọc đối xứng qua tim cọc, cách đỉnh cọc tối thiểu 2 lần đường kính cọc
2. Vào máy các thông số, test tín hiệu các đầu đo. Bắt lại đầu đo nếu cần thiết
3. Dùng búa đóng cọc đóng lên đầu cọc 5 nhát
4. Kiểm tra chất lượng tín hiệu ghi được của từng nhát búa, nếu tín hiệu không tốt cho đóng lại
5. Tắt máy chuyển sang cọc khác

Đối với cọc khoan nhồi/cọc barette bổ xung thêm các bước sau:
1. Đổ bê tông nối đầu cọc có casing (nếu cọc chưa có casing)
2. Dùng búa chế tạo riêng nặng 1.5-2% ti trọng dự kiến thí nghiệm, ri tự do ở độ cao 2-3m

Báo cáo kết qủa thí nghiệm:
1. Tên, vị trí công trình
2. Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế/giám sát, Nhà thầu thi công cọc, Đn vị thí nghiệm
3. Số liệu về cọc thí nghiệm như kích thước cọc, ngày đóng cọc/đổ bê tông, ngày thí nghiệm
4. Bảng tổng hợp kết qu thí nghiệm
5. Các biểu đồ quan hệ lực, vận tốc, sức chịu ti, năng lượng... theo thời gian
6. Biểu đồ quan hệ Ti trọng-Biến dạng và các bn tính nếu có phân tích CAPWAP
7. Kết luận chung và khuyến nghị

Posted in: Tài Liệu Xây Dựng - Thi Công