Đề cương thí nghiệm biến dạng lớn PDA

ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG LỚN METHOD STATEMENT FOR PILE TEST BY HIGHSTAIN DYNAMIC TESTING Phương pháp biến dạng lớn dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất một chiều trong thanh đàn hồi. Sóng ứng suất gây ra bởi tác động của búa đóng truyền từ đầu cọc đến mũi cọc. Cường độ và vận tốc của sóng ứng suất phụ thuộc vào năng lương búa và đặc tính cơ học của vật liệu cọc. Quá trình truyền sóng ảnh hưởng bởi cường độ đất xung quanh cọc và đặc tính của vật liệu cọc. Bằng cách đo và phân tích quá trình này, phân bố cường độ đất tại các độ sâu được xác định cũng như các khuyết tật của cọc được phát hiện.

A ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG LỚN

METHOD STATEMENT FOR PILE TEST BY HIGH-STAIN DYNAMIC TESTING

A1 CƠ SỞ THÀNH LẬP

 Yêu cầu thí nghiệm của Chủ đầu tư;

 Yêu cầu kỹ thuật, hồ sơ và các bản vẽ do Chủ đầu tư cung cấp;

 ASTM D 4945-08: Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles;

 Proposal of Employer for testing;

 Technical requirements, documents and drawings provided by the Employer;

 ASTM D 4945-08 “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles”.

A2 ĐẶC ĐIỂM CỌC THÍ NGHIỆM

Cọc thí nghiệm là cọc bê tông cốt thép 300x300mm Số lượng, vị trí cọc và tải trọng thí nghiệm do Thiết kế, Tư vấn hoặc Chủ đầu tư chỉ định Chi tiết cọc thí nghiệm được trình bày trong Bảng A.1

The test piles are Reinforced concrete piles 300x300mm Quantity,locations of test piles and test load are decided by the Designer, Consultant or Employer The details

of test piles are shown in Table A1.

Bảng A1 - Chi tiết cọc thí nghiệm

STT

No.

Loại cọc

Pile type

Kích thước

Dimension

mm

Tải trọng thiết kế

Design Load

Tấn/ Tons

Tải trọng thí nghiệm

Load Test

Tấn/ Tons

1 Cọc bê tong cốt thép

A3 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Thí nghiệm được thực hiện nhằm xác định sức chịu tải và khuyết tật (nếu có) của cọc

The test is carried out do determine bearing capacity and defects (if any) of piles.

A4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Phương pháp biến dạng lớn dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất một chiều trong thanh đàn hồi Sóng ứng suất gây ra bởi tác động của búa đóng truyền từ đầu cọc đến mũi cọc Cường độ và vận tốc của sóng ứng suất phụ thuộc vào năng lương búa và đặc tính cơ học của vật liệu cọc Quá trình truyền sóng ảnh hưởng bởi cường độ đất xung

quanh cọc và đặc tính của vật liệu cọc Bằng cách đo và phân tích quá trình này, phân bố cường độ đất tại các độ sâu được xác định cũng như các khuyết tật của cọc được phát hiện

Khi tác dụng lực tại đỉnh cọc, sóng ứng suất sẽ truyền xuống theo thân cọc với vận tốc sóng (C) không đổi, đó là một hàm của modul đàn hồi cọc E và tỷ trọng , (C2= E/) Thời gian cần thiết cho sóng ứng suất truyền tới mũi cọc và phản hồi trở lại đỉnh cọc tỉ lệ với khoảng cách tới nguồn gây sóng phản hồi t = 2L/C (Hình 1)

Khi sóng ứng suất (Wi) gặp sự thay đổi kháng trở cơ học từ Z1 = 1.A1.C tới Z2=2.A2.C, thì một phần sóng phản hồi đi lên (Wu) và phần còn lại truyền xuống dưới (Wd) để cả hai điều kiện tương thích và cân bằng sau được thoả mãn:

Wd = Wi[ 2 Z2 / (Z2 + Z1)]

Wu = Wi[ ( Z2 - Z1) / (Z2 + Z1)]

Tại đầu mũi tự do (Z2 = 0), sóng nén được phản hồi toàn bộ nhưng ngược dấu, còn đối với cọc đồng đều (Z1 = Z2) thì sóng nén lan truyền với biên độ không đổi

Tương tự với các thành phần lực kháng (bao gồm lực kháng bên và lực kháng mũi) Khi các thành phần lực kháng R này bắt đầu tác dụng dọc thân cọc sẽ hình thành

ra hai sóng:

 Sóng nén có biên độ R/2 phản xạ quay lai đỉnh cọc với tốc độ C

 Sóng kéo có biên độ R/2 tiếp tục đi xuống và phản xạ tại mũi cọc sau đó quay lại đỉnh cọc với tốc độ C

Trong trường hợp lực kháng tác động tại mũi cọc sẽ sinh ra một sóng nén đi lên đỉnh cọc với tốc độ C

Bằng cách bố trí các thiết bị đo xác định các giá trị vận tốc và lực ở đầu cọc tại các thời điểm khác nhau (bao gồm các đầu đo gia tốc và đầu đo biến dạng) có thể cho phán đoán được tình trạng khuyết tật và sự phân bố sức kháng của đất dọc theo thân cọc (sức chịu tải của cọc)

Thí nghiệm biến dạng lớn được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D 4945 - 00: Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles

This method is based on the principle of transferring stress wave in elastic environment Stress wave caused by driving hammer moves down from the top to the toe

of the pile Its strength and velocity depend on hammer energy and mechanical characteristics of made-pile materials The transferring process is affected by the soil resistance around the pile and also characteristics of made-pile material By measuring and analyzing this process, distribution of the soil resistance can be found at different levels, and defects can be discovered as well.

When applying an impaction at the pile top, a stress wave will be generated and propagated along the pile shaft at a wave speed C, which is function of the material elastic modulus E and mass density , (C2 = E/) The necessary time for stress wave transmitting to pile toe and reflecting to pile top is proportional with the distance to the

When the stress wave (Wi) meets the impedance change from Z1 = 1A1C to Z2

= 2A2C, one part of the wave will reflect upward (Wu) and the other part will propagate downward (Wd) such that both continuity and equilibrium are satisfied:

Wd = Wi [2Z2/(Z2 + Z1)]

Wu = Wi [(Z2 – Z1)/(Z2 + Z1)]

At the free pile toe (Z2 = 0), the impact will be completely reflected, but with an opposite sign and for a uniform pile (Z1=Z2) the impact wave will transmit with constant amplitude Like as components of resistance force (shaft and point resistance).

By attaching the accelerations and displacement transducers to the pile top and measured for different times, the data of the defect and resistance distribution of soil axially pile shaft, maybe estimated.

Hình A1 – Biểu đồ phản hồi sóng ứng suất dọc thân cọc

Fig 1 - Diagram of propagation of stress wave at depth

A5 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Máy phân tích đóng cọc (PDA), kiểu PAX của hãng Pile Dynamics, Mỹ được sử dụng để thí nghiệm cọc các bộ phận sau:

The Pile Driving Analyzer (PDA), Model PAX, from Pile Dynamics, Ins., USA, is used for testing contains the following parts:

 2 đầu đo biến dạng (strain sensors);

Điểm tác động

1+2L/c

t1+2x/c

T1

Rd

Chiều dài cọc

Pile length

x

Ru

Rx

 2 đầu đo gia tốc (accelerators);

 1 máy chủ (monitor);

 1 quả búa : trọng lượng 4 tấn (1 hammer : hammer wieght 4 tons).

 1 trục dẫn hướng (1 pilot shaft)

Chức năng chính của máy chủ là nhận và lưu giữ số liệu thí nghiệm (các tín hiệu đo) cũng như chi tiết cọc thí nghiệm và mô hình làm việc chung

Quả búa được làm bằng thép đúc để tác động lực xung lên đầu cọc

The main function of the monitor is to receive and storage test data (measure signals) as well as details of test piles and general working modes.

The hammer made by cast steel is used for applying an impaction at the pile top

Công thức xác định năng lượng va đập (Trích dẫn trang 42 sách MÓNG CỌC PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ của tác giả GS.TS Vũ Công Ngữ):

The formular to calculate the energy ia below (Reffered from page Pile Foundation – Analysis and design of Pr.Dr Vu Cong Ngu)

r.E = 3P u (e+2.54)

Pu: Tải trọng thí nghiệm / Load test

e: Độ chối/ Reboumd of pile (e ~1mm)

r: Hệ số hiệu suất/ Coefficient of performance (r ~ 0.5 ÷0.7)

E:Năng Lượng búa/ Hammer energy

E = Q.H

Q: Trọng lượng búa (4 tấn)/ Hammer weight (4 tons)

H: Chiều cao rơi búa/ Height of hammer drop ;

A6 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

A6.1 Công tác chuẩn bị

Trước khi thí nghiệm cần thực hiện các công việc sau:

 Lắp các đầu đo biến dạng và vận tốc đối xứng từng đôi một vào thân cọc

 (xem Hình 2);

 Vận chuyển búa thí nghiệm đến hiện trường

 Lắp đặt ống thép chụp đầu cọc Sau đó liên kết ống chụp đầu cọc với trục dẫn hướng của búa bằng dây buộc Sau đó tiến hành lắp đặt búa lên trên đầu cọc thí nghiệm

Before testing, the following works should be carried out:

 Fixing the strain sensors and accelerators in pairs to the pile body (see Fig 2);

 Mobilisation of test hammer to the site

 Installation of steel pipe pile shooting Then take that with hammers steering column

by cordage Then carry out installation the hammer on the top of test pile.

Đầu đo gia tốc 1

Accelerator 1

Đầu đo biến dạng 1

Strain sensor 1

Đầu đo gia tốc

Accelerator

Đầu đo biến dạng

Strain sensor

Đầu đo biến dạng 2

Strain sensor 2

Đầu đo gia tốc 2

Aceelerator 2

Hình 2 – Sơ đồ lắp đặt đầu đo biến dạng và gia tốc

Fig.2 – Schematic installation strain sensors and accelerators

A6.2 Công tác thí nghiệm tại hiện trường

Thí nghiệm tại hiện trường để đo sóng ứng suất Thí nghiệm được thực hiện sau thời

gian “nghỉ” của cọc (khoảng 5 đến 7 ngày) đảm bảo cường độ đất xung quanh cọc được

khôi phục hoàn toàn Việc đo sóng ứng suất được thực hiện như sau:

 Nối các đầu đo với thiết bị PDA;

 Nhập các thông tin như chi tiết cọc thí nghiệm, búa đóng, điều kiện đất nền …;

 Cho búa rơi từ 2 đến 3 nhát Nhát đầu tiên cho búa rơi từ độ cao 0.3m để kiểm tra tín

hiệu đầu đo Sau đó nhấc búa lên độ cao tính toán (tùy thuộc vào tải trọng thí nghiệm) rồi cho rơi tự do (Tránh cho búa rơi nhiều lần sẽ làm ảnh hưởng đến bê tông

D

1.5DD

Thân cọc 76mm 

2mm

64mm  12mm

đầu cọc) Sử dụng máy thuỷ bình ghi nhận lại độ lún của cọc theo từng loạt búa thử Tại mỗi nhát búa thử, máy PDA sẽ ghi lại toàn bộ dữ liệu quá trình thử

Testing on site is to measure stress waves The test will be implemented after the “rest” period of pile (about 5 to 7 days) satisfied for the soil resistance around the piles could

be completely recovered The measuring stress waves will be conducted as follows:

 Connecting the strain sensors and accelerators with PDA equipment;

 Inputting all information as details of test piles, driving hammer and soil conditions…;

 The first blow, the hammer drop from about 0.3m hammer to test the sensor signal Then elevate the hammer to height calculation (depending on load testing) and the freefall (Avoid the hammer falls many times will affect the concrete on in the pile top) Using gradienter to check the rebound of each blow At each test blow, the PDA machine will record the data testing process.

A6.3 Chỉnh lý và phân tích số liệu

Các số liệu thu được tại hiện trường được truyền vào máy tính để phân tích, xử lý bằng phương pháp CASE và phần mềm CAPWAP

 Bằng phương pháp CASE, kết quả có thể nhanh chóng được xác định ngay sau khi kết thúc thí nghiệm;

 Bằng phần mềm CAPWAP, cọc thí nghiệm và đất nền được mô hình hóa để phân tích Đối với mỗi mô hình, sóng vận tốc đo được (Pm) được sử dụng để tính sóng biến dạng (Pc) và sức chịu tải được xác định dựa trên mô hình thỏa mãn các điều kiện yêu cầu

The received data from site measurement is transferred to a computer to be further analyzed by CASE method and CAPWAP software

 By CASE method, the results can be quickly determined soon after ending the test;

 By CAPWAP software, the tested pile and the soil would be modelled for analyzing For each model, the measured velocity wave (Pm) is used to calculate the strain wave (Pc) and the load bearing capacity is based on the model satisfied

A7 BÁO CÁO KỸ THUẬT

A7.1 Phần thuyết minh

Báo cáo kết quả sẽ được lập sau 4 đến 5 ngày tính từ ngày kết thúc thí nghiệm tại hiện trường

Phần thuyết minh gồm các nội dung sau:

 Giới thiệu;

 Cơ sở thành lập đề cương;

 Chi tiết cọc thí nghiệm;

 Mục đích thí nghiệm ;

 Nguyên lý thí nghiệm ;

 Thiết bị thí nghiệm ;

 Quy trình thí nghiệm ;

 Kết quả thí nghiệm ;

 Kết luận và kiến nghị;

Report of test results will be made after 4 to 5 days from complete the testing at site The text part contains the following contents

 Introduction;

 Basic of preparation;

 Details of test piles;

 Test purpose;

 Test principle;

 Test equipment;

 Test procedures;

 Conclusions and recommendations

A7.2 Phần phụ lục

Phần phụ lục gồm các nội dung sau:

 Biểu đồ Tải trọng - Độ lún;

 Biểu đồ sóng ứng lực;

 Chứng chỉ thiết bị thí nghiệm

The appendix part contains the following contents:

 Load - Settlement chart;

 Force wave chart;

 Certificates of test equipment.