Bài giảng Nền móng - Chương 5: Móng cọc (Phần 4)

5.5.1. Khái niệm 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.4.1. Khái niệm 
5.4. THÍ NGHIỆM CỌC 
Độ lún của cọc sẽ phát triển nh ư thế nào ? 
 Cọc sẽ bị phá hoại d ư ới tải trọng là bao nhiêu ? 
2 Ph ươ ng án 
Dự báo dựa vào kết quả khảo sát và thí nghiệm đ ịa chất 
Kiểm tra bằng các ph ươ ng pháp thử tải cọc thi công đ ại trà 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
 Là PP tin cậy nhất trong việc xác đ ịnh SCT của cọc Kiểm nghiệm các PP tính toán SCT và Chọn giá trị chịu tải chính xác của cọc 
 Cọc sau khi hạ phải đư ợc “nghỉ” một thời gian tr ư ớc khi thí nghiệm: cọc nhồi 21 ngày; cọc khác 7 ngày 
 PP thí nghiệm: T ă ng tải từng cấp lên cọc thử và đ o đ ộ lún ổn đ ịnh t ươ ng ứng. Từ đư ờng quan hệ P – S Q u , Q c – SCT giới hạn đ àn hồi Q a 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
 Số l ư ợng cọc TN: 1% tổng số cọc, 2 cọc 
 Tải trọng thí nghiệm Q tn : 
 Thí nghiệm l ư ợng giá: 
 Q tn = Q u Q vl (Q u th ư ờng lấy theo CPT) 
 Q tn = (2 – 3) Q a Q vl 
 Thí nghiệm kiểm tra: 
 Q tn = (1.5 – 2) Q a Q vl 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
 Chu kỳ thí nghiệm : 
 Chu kỳ I: Gia tải từ 0 – Q a (Q tn /2); giỡ tải Q a – 0 
 Chu kỳ II: Gia tải từ 0 – Q a ; từ Q a – Q tn ; giỡ tải Q tn – 0 
 Cấp tải Q: 
 Gia tải: Q 0.25Q a 
 Giỡ tải: gấp đ ôi khi gia tải 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
Thời gian giữ tải: 
 Gia tải: 
 S qu 0.25mm /h đ ối với cọc chống 
 S qu 0.1mm /h đ ối với cọc ma sát 
 Cấp tải lớn nhất: Max{ t đ ạt S qu , 24h} 
 Nén lại sau khi giỡ tải: t =30’ 
 Giỡ tải: 
 t = 30’ 
 Cấp tải 0: 30’ t 6h 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
t 2h 
TN chu kỳ 1 
TN chu kỳ 2 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.5.2. TN NÉN TĨNH 
Dầm thép 
S ư ờn cứng 
 Khối BT 
 Cọc đ úc sẵn 
 Thép 
 Container cát 
Đối trọng 
Gối đ ỡ 
Kích 
S ơ đ ồ sử dụng đ ối trọng 
Đồng hồ đ o áp lực 
Lập hệ thống mốc chuẩn cho thí nghiệm 
Chuyển vị kế 
Thiết bị đ o chuyển vị: 
 2 chuyển vị kế, đ ộ chính xác 0.01mm 
 Hệ thống mốc chuẩn ổn đ ịnh 
 Tác đ ộng của nhiệt đ ộ 
 Aûnh h ư ởng của tải trọng 
Thiết bị đ o tải trọng : 
 Truyền tải đ úng tâm 
 Kiểm tra đ ộ chính xác của đ ồng hồ đ o áp lực 
Trình tự: 
 Dùng kích thuỷ lực đ ể t ă ng tải, dỡ tải tác dụng 
 Quan hệ P – S đư ợc ghi lại (tay, tự đ ộng) 
 Lắp đ ặt, thí nghiệm, tháo dỡ tốn 2 ngày 
Sự lan truyền tải trọng và ảnh h ư ởng qua lại giữa các cọc 
Các yếu tố có ảnh h ư ởng lớn tới đ ộ chính xác của thí nghiệm nén tĩnh 
Chi phí cao và tốn thời gian thí nghiệm thúc đ ẩy các ph ươ ng pháp thí nghiệm khác phát triển 
5.5.2. TN NÉN TĨNH 
5.5.2. TN NÉN TĨNH 
S ơ đ ồ sử dụng cọc neo 
Kéo 
Kéo 
Nén 
 Aûnh h ư ởng qua lại – khi bố trí cọc neo gần 
 Khả n ă ng chịu nhổ của cọc neo 
S ơ đ ồ sử dụng cọc neo 
Loại cọc , thời gian và PP hạ cọc neo có thể ảnh h ư ởng đ ến trạng thái ứng suất của cọc TN, do đ ó ảnh h ư ởng đ ến kết quả thí nghiệm nén cọc 
Hàn 
Cọc thép hình 
S ơ đ ồ sử dụng cọc neo 
5.5.2. TN NÉN TĨNH 
5.5.2. TN NÉN TĨNH 
Đất 
Đá 
Dùng neo xiên đ ể giảm tối đ a ảnh h ư ởng của việc khoan lỗ đ ến SCT của cọc. Đồng thời giảm sự ảnh h ư ởng giữa vùng neo và thí nghiệm nén cọc 
Kích 
Dùng 4 kích đ ộc lập đ ể giảm ảnh h ư ởng của lực ngang 
Đệm 
5.5.2. TN NÉN TĨNH 
5.5.2. TN NÉN TĨNH 
S ơ đ ồ kết hợp đ ối trọng và cọc neo 
Thí nghiệm kéo 
Nén 
Kéo 
¯ 100T 
­ 200T 
¯ 100T 
5.5.2. TN NÉN TĨNH 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
 Diễn dịch kết quả thí nghiệm: 
 Cọc phá hoại: 
 Vật liệu cọc bị phá hoại 
 S > 0.1D 
 Các biểu đ ồ quan hệ: 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
 Q – S 
 Q – t 
 S – t 
 S – Q – t 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
 Xác đ ịnh Q u : 
 Dựa vào quan hệ S –Q (tốc đ ộ lún): 
 Độ dốc thay đ ổi đ ột ngột 
 S i > 5 S i-1 
 Dựa vào đ ộ lún giới hạn của cọc: 
 [S cọc ]= [S ct ] ;  = 0.1–0.2 
 SCT tiêu chuẩn Q tc Q a = 0.7Q tc 
 S cọc = 0.1D Q u Q a = Q u / (2 – 3) 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
 Q c Q a = Q c /(1.4 – 2) 
5.5.2. Thí nghiệm nén tĩnh 
 Xác đ ịnh Q u : 
 Dựa vào thực tế thí nghiệm: 
 Q u = tải trọng lớn nhất khi dừng thí nghiệm 
 Q u = Cấp tải trọng tr ư ớc cấp gây ra phá hoại về vật liệu 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.5.3. Thí nghiệm Osterberg (O – cell) 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.5.3. Thí nghiệm Osterberg (O – cell) 
 Thực chất là thí nghiệm nén tĩnh 
 Thiết bị thí nghiệm (kích thuỷ lực – O-cell) đư ợc đ ặt trong cọc (mũi, thân) 
 Không cần đ ối trọng hay cọc neo 
 Sử dụng sức kháng mũi và ma sát quanh cọc làm đ ối trọng 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
O - cell 
Ống cấp áp lực 
Thanh truyền chuyển vị 
Kháng mũi, Q p 
Ma sát thành, Q s 
5.5.3. TN OSTERBERG 
5.5.3. TN OSTERBERG 
5.5.3. TN OSTERBERG 
5.5.3. TN OSTERBERG 
O-cell: 5000 T 
Nén tĩnh: 2500 T 
Q p 
Q s 
Tải trọng TN lớn nhất: 
 2 x Q s 
 2 x Q p 
 2 x SCT cuûa hoäp TN 
Ư u đ iểm : 
 Triệt tiêu các ảnh h ư ởng qua lại giữa đ ất và cọc của TN nén tĩnh truyền thống 
 Kích chỉ cần có khả n ă ng Q = 0.5Q u 
 An toàn h ơ n, dễ thực hiện, thời gian TN ngắn 
Hạn chế : 
 Chỉ hiệu quả khi thành phần ma sát của cọc lớn, t ươ ng đươ ng với kháng mũi 
5.5.3. TN OSTERBERG 
 Dễ tiến hành TN với cọc xiên 
L ư u ý : 
 Cọc TN có thể làm việc khác so với cọc không TN 
 Chuyển vị lớn nhất trong quá trình TN th ư ờng ở mũi cọc 
 Chiều của Q p và Q s ng ư ợc nhau 
5.5.4. TN cọc bằng tải trọng đ ộng – công thức đ óng cọc 
 Cọc sau khi hạ phải đư ợc “nghỉ” một thời gian tr ư ớc khi thí nghiệm 
 Dùng búa đ óng cọc, đ o đ ộ chối của cọc SCT của cọc 
 Công thức Gersevanov 
 Công thức Hiley 
 . 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
5.5.5. Thí nghiệm đ ộng biến dạng lớn – PDA (Pile Dynamic Analysis) 
 CASE; CAPWAP 
 Đánh giá đư ợc SCT của cọc 
 Kiểm tra chất l ư ợng cọc (sự toàn vẹn) 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
+C 
C – vận tốc truyền sóng 
+C 
+C 
+C 
+C 
+C 
Đầu đ o 
biến dạng 
F (t) 
Đầu đ o 
gia tốc 
v (t) 
Lực nén đ ầu cọc 
Vận tốc chuyển đ ộng 
F = v.Z 
 Z – trở kháng của cọc 
F(z,t) 
v(z,t) 
5.5.5. TN PDA 
Sóng tới 
Sóng phản xạ 
Phân biệt sóng 
Do búa đ óng 
Phản xạ từ đ ất 
t 
t 
Sóng phản xạ 
t 
F 
W px 
Giá trị W px tỷ lệ với sức kháng của đ ất đư ợc huy đ ộng ở cùng thời đ iểm 
Thời đ iểm c ư ờng đ ộ sóng đ ạt W px t ươ ng ứng với một đ ộ sâu z nhất đ ịnh 
t px 
Sức kháng 
z 
R 
Tổng 
Động 
Tĩnh 
5.5.5. TN PDA 
Tách giá trị sức kháng tĩnh từ sức kháng tổng là mấu chốt đ ể diễn dịch kết quả thí nghiệm PDA. 
1.Ph ươ ng pháp CASE 
2. Ph ươ ng pháp CAPWAP 
5.5.5. TN PDA 
5.5.5. TN PDA 
Nh ư ợc đ iểm: 
Không đ o trực tiếp đư ợc sức kháng tĩnh 
Yêu cầu kiến thức chuyên môn về xử lý, phân tích số liệu TN 
5.5.5. TN PDA 
Ư u đ iểm: 
TN nhanh, chi phí thấp có thể làm đư ợc nhiều TN 
Độ tin cậy khá cao 
Là công cụ tốt đ ể kiểm tra: 
Sự làm việc của búa 
SCT của cọc 
H ư hỏng của cọc 
Phạm vi áp dụng: 
Tất cả các loại cọc 
 Cọc nhồi (có ống vách giữ thành hố) 
5.5.5. Thí nghiệm STANAMIC 
 STATIC: Tĩnh 
 DYNAMIC: Động 
 STATIC + DYNAMIC = = STANAMIC 
5.5. THÍ NGHIỆM CỌC 
Đối trọng 
( ~5-10 %) Q tn 
Thùng đ á rời 
Đầu đ o lực 
Đầu đ o gia tốc 
Lỗ thoát khí 
Laser 
Piston 
Đế 
5.5.6. TN STANAMIC 
Khoang đ ốt nhiên liệu rắn 
5.5.6. TN STANAMIC 
5.5.6. TN STANAMIC 
5.5.6. TN STANAMIC 
5.5.6. TN STANAMIC 
5.5.6. TN STANAMIC 
5.5.6. TN STANAMIC 
Hiệu quả của thành phần đ ộng 
5.5.6. TN STANAMIC 
Ư u đ iểm: 
 Các thiết bị đ o đ ạc có đ ộ chính xác cao, tự đ ộng hoá 
 Nhanh h ơ n và rẻ h ơ n TN nén tĩnh 
 Có thể TN theo ph ươ ng đ ứng lẫn ph ươ ng ngang 
 Có thể huy đ ộng đư ợc sức kháng lớn 
L ư u ý : 
 PP phân tích TN ch ư a đư ợc kiểm chứng chắc chắn 
 Khoù khaên trong vieäc taùch söùc khaùng tónh vaø söùc khaùng ñoäng 
 Trong một số tr ư ờng hợp cho sức kháng tĩnh lớn h ơ n thực tế 
5.5.6. TN STANAMIC 
A. SO SÁNH VỀ KINH TẾ 
Thí nghiệm với cọc nhồi 2000 T 
$100k 
$70k 
$40k 
$2.5k 
1 Static 
2 Osterberg 
4 Statnamic 
15 Dynamic 
Chi phí đơ n vị 
Thí nghiệm với cọc đ óng 200 T 
STATIC 
DYNAMIC 
1 
8 
4 ngày 
 1 ngày 
$15,000 
 $3,200 
$15,000/ cọc 
 $400/ cọc 
B. KẾT LUẬN 
 Thí nghiệm cọc là công tác cần thiết trong thiết kế và thẩm đ ịnh nền móng 
 Kỹ s ư có rất nhiều PP TN cọc đ ể chọn lựa 
 Không có PP TN nào là hoàn hảo (kể cả nén tĩnh) 
 Với mỗi công trình, ng ư ời kỹ s ư phải chọn các PP TN đ ể thu thập tốt nhất các thông tin, phục vụ cho công tác thiết kế nền móng chính xác và hiệu quả về kinh tế