Công trình là một quần thể kiến trúc hiện đại được xây dựng trên diện tích khu đất khoảng 64ha thuộc xã Mễ Trì Từ Liêm và phường Trung Hoà Cầu Giấy Hà Nội, phía đông giáp đường Vành đai 3 và phía nam giáp đường Láng Hoà Lạc. Đơn vị thiết kế là liên danh GMP International GmbH và InrosLackner AG (CHLB Đức). Theo thiết kế, công trình dự kiến sử dụng một số loại cọc móng bao gồm: cọc khoan nhồi đường kính 1200mm và 800mm cho công trình chính ( NCC), cọc đóng BTCT kích thước 400x400mm cho hạng mục nhà để xe ngầm (UCP), cọc đóng BTCT 400x400mm và cọc ép BTCT 300x300mm cho hạng mục cống ngầm (NC). Báo cáo này trình bày chi tiết phương pháp, thiết bị và kết quả thí nghiệm cùng các nhận xét và kiến nghị đối với 5 cây cọc khoan nhồi thuộc hạng mục (NCC).
Trang 1báo cáo kết quả
thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi
công trình: Trung tõm hội nghị quốc gia
1 Những vấn đề chung
Thí nghiệm nén tĩnh cọc tại Công trình ***** đợc Viện KHCN Xây dựng tiến hành theo Hợp đồng kinh tế số 325/2004-VKH ký ngày 23-8-2004 với Tổng Công ty xây dựng và phát triển hạ tầng-LICOGI
Công tác thí nghiệm do các cán bộ thuộc Viện KHCN Xây dựng thực hiện d ới sự giám sát của tổng công ty LICOGI, Chủ đầu t và T vấn giám sát Qui trình thí nghiệm
đ-ợc xây dựng theo tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002 và tham khảo tiêu chuẩn ASTM D1143-81
1.1 Giới thiệu công trình:
Công trình ***** là một quần thể kiến trúc hiện đại đợc xây dựng trên diện tích khu
đất khoảng 64ha thuộc xã Mễ Trì - Từ Liêm và phờng Trung Hoà - Cầu Giấy - Hà Nội, phía đông giáp đờng Vành đai 3 và phía nam giáp đờng Láng - Hoà Lạc
Đơn vị thiết kế ***** là liên danh GMP International GmbH và Inros-Lackner AG (CHLB Đức)
Theo thiết kế, công trình ***** dự kiến sử dụng một số loại cọc móng bao gồm: cọc khoan nhồi đờng kính 1200mm và 800mm cho công trình chính (***** - NCC), cọc đóng BTCT kích thớc 400x400mm cho hạng mục nhà để xe ngầm (UCP), cọc đóng BTCT 400x400mm và cọc ép BTCT 300x300mm cho hạng mục cống ngầm (NC)
Báo cáo này trình bày chi tiết phơng pháp, thiết bị và kết quả thí nghiệm cùng các nhận xét và kiến nghị đối với 5 cây cọc khoan nhồi thuộc hạng mục ***** (NCC)
1.2 Điều kiện địa chất khu vực thí nghiệm:
- Theo báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình do USCo thực hiện, địa chất khu vực thí nghiệm cọc đợc chia thành các lớp nh sau:
+ Lớp 1 (Đất trồng trọt): đất sét pha, trạng thái dẻo mềm, có chứa các rễ cây và ít mùn hữu cơ Đất trồng trọt gặp từ mặt đất đến 0.3/0.5m
+ Lớp 2 (Sét dẻo cứng): độ dẻo trung bình, màu nâu đỏ nâu xám Lớp 2 phát triển
ở độ sâu từ 0.3/0.5m đến 3.0/5.5m, trung bình bề dày khoảng 3m
+ Lớp 3 (Cát pha): một loại đất trung gian giữa lớp sét 2 và lớp cát (5) là lớp cát pha sét, sét pha bụi, màu xám đến xám nâu, trạng thái mềm và độ dẻo dính kém Lớp đất này thờng gặp ở độ sâu từ 3.5/5.5m đến 6.5/8.5m
+ Lớp 4 (Sét yếu): gặp một số nơi, đất đôi khi xen kẹp các vỉa cát bụi, trạng thái dẻo chảy, chứa ít vật chất hữu cơ Đất yếu phát triển một số vị trí, thờng gặp ở độ sâu từ 6.5/8.5m đến 11/18m, với bề dày biến đổi từ 3m đến 7m
+ Lớp 5 (Sét dẻo cứng đến nửa cứng): sét dẻo vừa, màu nâu, xám xanh loang lổ, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng, đôi khi chứa ôxit sắt kết vón Lớp này phát triển ở nhiều chỗ với bề dày biến đổi từ 3/4 m có khi đến 10m
+ Lớp 6 (Cát bụi): tạo thành chủ yếu loại cát mịn, xen kẹp các vỉa sét bụi, màu xám, trạng thái xốp đến chặt vừa Loại đất này phát triển nh là xen kẹp giữa đất loại sét và đất loại cát, với bề dày biến đổi từ 2 đến 5m
Trang 2+ Lớp 7 (Cát nhỏ): tạo thành chủ yếu từ cát nhỏ, màu xám đến vàng nhạt, trạng thái chặt vừa Lớp đất này thờng gặp dới lớp sét dẻo cứng 2, lớp cát pha 3 và nằm trên lớp nửa cứng 5, với bề dày biến đổi từ 5 đến 8m
+ Lớp 8 (Cát nhỏ-trung): màu xám đến xám vàng, trạng thái chặt vừa đôi khi chặt, rải rác có chỗ lẫn ít sạn nhỏ Lớp đất này thờng phát triển ở độ sâu, nh các thấu kính dày, có bề dày biến đổi từ 2 đến 5m Một số trờng hợp, cát hạt mịn, có trạng thái chặt cũng xếp vào lớp đất này
+ Lớp 9 (Sét kẹp vỉa cát): nằm kẹp trong các lớp hạt rời vẫn gặp lớp đất loại sét pha bụi hoặc lớp bụi sét, đôi khi khi xen kẹp các vỉa cát mịn bên trong Đất có màu xám đến xám đen, trạng thái từ dẻo cứng đến dẻo mềm Lớp đất này thờng nằm ở độ sâu lớn, có khi nằm ngay trên mặt lớp cát sạn chặt, với chiều dày biến
đổi từ 2.5m đến 10m
+ Lớp 10 (Cát lẫn sạn): hạt trung đến thô, màu nâu xám, trạng thái chặt đến rất chặt Trong đất lẫn các hạt sạn thạch anh, tròn cạnh Lớp đất này th ờng gặp ở độ sâu từ 23m đến 25m, có nơi đến 46.0m
+ Lớp (11): Sạn cát lẫn cuội sỏi: Lớp này tồn tại chủ yếu cát thô, sạn sỏi nhỏ lẫn cuội Có đến trên 30% hạt > 20mm, trong đó sỏi cuội chủ yếu 20-30mm, một số trên 50mm, là loại thạch anh, tròn cạnh, màu vàng, xám, nâu và trạng thái rất chặt cứng Thờng gặp mặt lớp ở độ sâu từ 31m đến tận 48.5m với bề dày biến đổi
từ 5m đến 9m
+ Lớp (12): Cuội sỏi lẫn cát sạn: Lớp này chủ yếu là cuội sỏi to lẫn sạn cát, loại thạch anh tròn cạnh, trạng thái rất chặt, màu nâu, vàng, xám Hạt thô chủ yếu có kích cỡ 20 x 40mm, đôi khi lớn hơn 60, 70mm và một số sạn nhỏ chủ yếu 5mm
đến 20mm
1.3 Đặc điểm cọc thí nghiệm
Các thông số về toạ độ cọc thí nghiệm, tải trọng thiết kế và tải trọng thí nghiệm đ ợc cho
ở Bảng 1 Bảng 2a trình bày các thông tin chi tiết về cọc thí nghiệm Bảng 2b thể hiện một số thông tin liên quan đến điều kiện địa chất công trình tại vị trí đóng cọc và đánh giá độ sâu hạ cọc thực tế
Bảng 1 Vị trí cọc thí nghiệm, tải trọng thiết kế và tải trọng thí nghiệm
cọc Toạ độ X Toạ độ Y thiết kế (kN)Tải trọng nghiệm (kN)Tải trọng thí
Trang 3Bảng 2a Các thông tin chi tiết về cọc thí nghiệm
No
Số hiệu cọc Đờng kính (cm) Chiều dài (m) Ngày thi công Ngày thí nghiệm
Bảng 2b Đánh giá điều kiện đất nền dới mũi cọc
No
Số
hiệu
cọc
Chiều dài cọc
(m)
Trụ hố khoan lân cận
Lớp đất dới mũi cọc
Số hiệu
Khoảng cách, (m)
Độ sâu kết thúc
đất yếu (m)
Sỏi sạn chứa cát hạt thô, rất chặt (N>100)
2
Sỏi sạn chứa cát hạt thô, rất chặt (N>100)
Sỏi sạn lẫn cát cuội, rất chặt (N>100)
Sỏi sạn lẫn cát cuội, rất chặt (N>100)
Cuội sỏi thạch anh lẫn cát hạt vừa, rất chặt (N>100)
Cuội sỏi thạch anh lẫn cát hạt vừa, rất chặt (N>100)
Trang 42 Nội dung công việc
Các công việc sau đã đợc tiến hành:
Tập kết thiết bị thí nghiệm: Toàn bộ trang thiết bị phục vụ thí nghiệm đã đợc
vận chuyển và tập kết đến hiện trờng trớc khi lắp đặt và thí nghiệm
Chuẩn bị thí nghiệm: Công tác chuẩn bị gồm san lấp mặt bằng, lắp dựng hệ
dầm thí nghiệm và đối trọng bê tông, lắp đặt hệ kích thuỷ lực và hệ đồng hồ
đo lún
Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm theo quy trình đợc duyệt gồm đọc, ghi tải
trọng, thời gian, độ lún theo biểu ghi và quan sát liên tục quá trình thí nghiệm
Lập báo cáo kỹ thuật: Sau khi kết thúc thí nghiệm lập báo cáo kết quả
3 Phơng pháp Thí nghiệm
Thí nghiệm nén tĩnh cọc đợc thực hiện theo phơng pháp gia tải tĩnh từng cấp lên cọc theo phơng dọc trục Tải trọng tác dụng lên đầu cọc đợc tạo ra bằng kích thuỷ lực với dàn đối trọng Hệ dàn đối trọng có tổng trọng lợng 1.11.2 lần tải trọng lớn nhất dự kiến tác dụng lên đầu cọc Các số đo độ lún của đầu cọc phải đợc đọc ghi trong các khoảng thời gian hợp lý cho từng cấp tải tác dụng Các cấp tải sau chỉ đợc áp dụng khi
độ lún đầu cọc tại cấp áp lực trớc nó là ổn định hoặc đợc xem là ổn định Độ lún đầu cọc
đợc đo bằng các đồng hồ độ chính xác tới 0.01mm và phải đợc đặt trên hệ giá ổn định Các đồng hồ đo lún đều đợc hiệu chỉnh, có chứng chỉ kiểm định, đã trình Chủ đầu t và T vấn trớc khi thí nghiệm và kèm theo trong phụ lục dới đây
4 Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị tạo áp
Gồm có các kích và máy bơm thuỷ lực Kích và máy bơm thuỷ lực đợc nối thành hệ tạo
áp Tổng công suất của kích hoặc hệ kích và máy bơm thuỷ lực dùng để tạo áp trên đầu cọc thờng phải bằng 1.5 2 lần tải thí nghiệm lớn nhất Căn cứ vào yêu cầu tải trọng thí nghiệm lớn nhất cho các cọc, trong thí nghiệm đã sử dụng kích YQ-500 có công suất nén 500 T Các đặc tính kỹ thuật của hai loại kích này đợc thể hiện ở Bảng 3
Bảng 3 Đặc tính kỹ thuật của kích dùng trong thí nghiệm
YQ-500
Trang 5Hành trình lớn nhất (mm) 285
Đặc tính kỹ thuật của bơm thuỷ lực nh sau:
Mày bơm: Tên: ENERPAC
Nớc sản xuất: Mỹ Động cơ: 1.5 HP, 220V, 50 Hz Khoảng áp lực : 0 700 át Lợng dầu: 40 lít
Tốc độ bơm: 1 11L/phút
Hệ thống kích và máy bơm thuỷ lực đều đợc hiệu chỉnh đồng bộ Chứng chỉ hiệu chỉnh
đợc kèm trong báo cáo này
Dụng cụ đo chuyển vị
Dụng cụ đo chuyển vị là các đồng hồ đo đợc các chuyển vị tới 50mm với độ chính xác tới 0.01mm Hai đồng hồ đặt hai bên đối xứng qua tâm trên đầu cọc để đo độ lún
đầu cọc Giá đặt đồng hồ đợc cố định trên hai dầm đỡ cách mép ngoài các gối đỡ ít nhất 2.5m theo tiêu chuẩn quy định Chứng chỉ đồng hồ đo kèm theo trong phụ lục
Dàn chất tải
Dàn chất tải là hệ các dầm thép bao gồm 1 dầm chính và các dầm phụ đ ợc sắp xếp tạo nên một bề mặt phẳng cân xứng trên cọc thí nghiệm Các dầm phụ đợc đặt cân bằng trên hai gối tựa song song cách đều cọc thí nghiệm ở khoảng cách ít nhất 1.5m so với cạnh bên cọc Trên mặt phẳng của các dầm là các khối đối trọng bê tông Toàn bộ dàn chất tải và đối trọng đợc dặt trên dầm chính Dầm chính là điểm tựa, trực tiếp nhận tải trọng do kích tạo ra truyền lên hệ đối trọng và phản lực lại đầu cọc
5 Quy trình thí nghiệm
5.1 Gia tải trớc
Gia tải trớc nhằm kiểm tra tiếp xúc giữa đầu cọc thí nghiệm và hệ thống dàn thí nghiệm cũng nh kiểm tra hệ thống bơm và kích thuỷ lực Tiến hành gia tải trớc bằng tải trọng lên cọc khoảng 10% tải thiết kế, giữ trong 10 phút Các số liệu đ ợc theo dõi nh khi thí nghiệm thật, sau đó hệ thống đo đợc giảm về không, chỉnh lại các đồng hồ chuyển vị ứng với cấp 0% tải để bắt đầu thí nghiệm
5.2 Quy trình tăng giảm tải
Tải trọng tác dụng lên đầu cọc theo từng cấp theo đề cơng đợc t vấn thiết kế thông qua Các cấp tải sau chỉ đợc áp dụng khi độ lún đầu cọc đợc xem là ổn định ở cấp tải trớc Thí nghiệm tiến hành theo 2 chu kỳ Chi tiết các cấp tải, thời gian giữ tải và đọc
số liệu cho các loại cọc đợc thể hiện trên Bảng 4 và Bảng 5
Trang 6Bảng 4 Chi tiết các cấp tải thí nghiệm, thời gian giữ tải và đọc số liệu cọc D80 cm
Cấp tải Tải trọng,
Ton
Thời gian giữ tải ngắn nhất, phút Thời gian đọc số liệu,
phút
Chu kỳ 1 -
Tăng tải
0-5-10-20-30-45-60-80-100-120
0-5-10-20-30-60-120-180-240-300-360
Chu kỳ 1 -
Giảm tải
Chu kỳ 2 -
Tăng tải
0-5-10-20-30-45-60-120-180-240-300-360 Chu kỳ 2 -
Trang 7Bảng 5 Chi tiết các cấp tải thí nghiệm, thời gian giữ tải và đọc số liệu cọc D120 cm
Cấp tải Tải trọng,
kN
Thời gian giữ tải ngắn nhất, phút Thời gian đọc số liệu,
phút
Chu kỳ 1 -
Tăng tải
1 150 120
0-5-10-20-30-45-60-80-100-120
-ditto-4 600 360
0-5-10-20-30-60-120-180-240-300-360
Chu kỳ 1 -
Giảm tải
5 450 30 0-5-10-20-30
-ditto-8 0 60 0-5-10-20-30-45-60
Chu kỳ 2 -
Tăng tải
11 300 30 0-5-10-20-30
-ditto-13 762.5 60 0-5-10-20-30-45-60
-ditto-16 1250 360
0-5-10-20-30-45-60-120-180-240-300-360
Chu kỳ 2 -
Giảm tải
17 925 30 0-5-10-20-30
-ditto-20 0 120 0-5-10-20-30-45-60-120
Công tác ghi số liệu thí nghiệm đợc tiến hành ngay sau khi tải trọng tác dụng lên đầu cọc và đợc tiếp tục ghi trong mỗi cấp tải nh ở Bảng 5 Các cấp tải sau chỉ đợc gia thêm khi độ lún đầu cọc tại cấp tải trớc không quá 0.25mm trong 1 giờ, nhng thời gian dài nhất cho mỗi cấp tải không quá 2 giờ
5.3 Quy định về phá hoại cọc
Cọc đang thí nghiệm đợc xem là hỏng, bị phá hoại khi quan sát thấy một trong các dấu hiệu sau:
- Vật liệu cọc bị phá hoại;
- Đầu cọc bị lún tăng tiến và áp lực trên đầu cọc không thể đạt hoặc giữ ổn định;
- Độ lún đầu cọc đạt tới giá trị do thiết kế quy định, ví dụ cọc sẽ đợc xem nh là hỏng khi tại tải trọng thí nghiệm bằng 200% tải thiết kế, độ lún đầu cọc v ợt quá trị số 10% đờng kính cọc và độ lún d khi giảm tải bằng 0 vợt quá 0.5% đờng kính cọc
6 Báo cáo kết quả
Kết quả thí nghiệm đợc lập thành báo cáo gồm hai phần thuyết minh và phụ lục Thuyết minh cho các thông tin về cọc thí nghiệm, phơng pháp, thiết bị, quy trình thí nghiệm và các giá trị đo đạc trong quá trình thí nghiệm (Phụ lục A), các kết luận, kiến
Trang 8nghị về sử dụng sức mang tải của cọc Phụ lục cho chi tiết toàn bộ kết quả đo và các đồ thị quan hệ :
- Đồ thị Độ lún - Thời gian
- Đồ thị Tải trọng - Độ lún
- Đồ thị Tải trọng - Độ lún - Thời gian Kết quả thí nghiệm cho từng cọc đợc tóm tắt trong các bảng từ Bảng 6 đến Bảng 11
Bảng 6 Kết quả thí nghiệm cọc TP1 - P1
Tải trọng
(tấn)
Độ lún (mm) Tải trọng
(tấn)
Độ lún (mm)
625 (1h) 15.85
Bảng 7 Kết quả thí nghiệm cọc TP2-P1 (D80 cm)
Tải trọng
(tấn)
Độ lún (mm) Tải trọng
(tấn)
Độ lún (mm)
Bảng 8 Kết quả thí nghiệm cọc TP3-P1 (D80 cm)
Tải trọng
(tấn)
Độ lún (mm) Tải trọng
(tấn)
Độ lún (mm)
Trang 9625 (1h) 8.22
B¶ng 9 KÕt qu¶ thÝ nghiÖm cäc TP1 - P2 (D120 cm)
T¶i träng
(tÊn)
§é lón (mm) T¶i träng
(tÊn)
§é lón (mm)
1250 (1h) 10.17 1250
B¶ng 10 KÕt qu¶ thÝ nghiÖm cäc TP2-P2 (D120 cm)
T¶i träng
(tÊn)
§é lón (mm) T¶i träng
(tÊn)
§é lón (mm)
1250 (1h) 13.18 1250
B¶ng 11 KÕt qu¶ thÝ nghiÖm cäc TP3-P2
T¶i träng
(tÊn)
§é lón (mm) T¶i träng
(tÊn)
§é lón (mm)
1250 (1h) 9.35 1250
Trang 107 Kết luận và kiến nghị
Thí nghiệm đợc tiến hành theo đúng đề cơng đợc duyệt, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật dới sự giám sát của T vấn và Chủ đầu t Kết quả thí nghiệm cho phép đa ra các kết luận sau:
Đối với loại cọc D80 cm (tải thí nghiệm 625 tấn):
Tất cả các cọc đều ứng xử đàn hồi trong chu kỳ thí nghiệm thứ nhất với cấp tải trọng lớn nhất bằng 300 tấn, độ lún của cọc thí nghiệm ở cấp tải này bằng 2.78
mm đến 4.49 mm, độ lún d khi giảm tải về 0 là 0.17 mm đến 1.11 mm
Cọc TP1-P1 là cọc yếu nhất trong số các cọc đã thí nghiệm Cây cọc này có thể
đạt tới tải trọng phá hoại ở cấp trên 625 T
Các cọc TP2-P1 và TP3-P1 ứng xử đàn hồi trong phạm vi chu kỳ gia tải thứ hai
Độ lún của cọc ở cấp tải thí nghiệm lớn nhất 625 tấn với độ lún lớn nhất giữ sau 6 giờ thay đổi từ 8.82 mm đến 9.11 mm và độ lún d khi giảm tải về 0 từ 1.34 mm
đến 2.42 mm
Để đánh giá sức chịu tải của cọc, có thể lấy sức chịu tải phá hoại Q u=625 T.Tiêu chuẩn TCXD 205:1998 kiến nghị xác định sức chịu tải cho phép của cọc bằng
FS
Q
Q u
a , trong
đó FS2 ở đây Q a 312 5T
2
625
Đối với loại cọc D120 cm (tải thí nghiệm 1250 tấn):
Các cọc thí nghiệm đều ứng xử đàn hồi trong chu kỳ thí nghiệm thứ nhất với cấp tải trọng lớn nhất bằng 600 tấn, độ lún của cọc thí nghiệm ở cấp tải này bằng 3.09
mm đến 5.04 , độ lún d khi giảm tải về 0 tơng ứng là 0.10 mm đến 0.81 mm
ở chu kỳ thí nghiệm thứ hai, độ lún của các cọc thí nghiệm ở cấp tải lớn nhất
1250 tấn giữ sau 6h là 10.01 mm đến 13.36 mm, độ lún d khi giảm tải về 0 tơng ứng là 1.75 mm and 2.25 mm Cọc ứng xử đàn hồi
Để xác định sức chịu tải của cọc D120 cm, có thể lấy sức chịu tải phá hoại Q u
=1250 T.Tiêu chuẩn TCXD 205:1998 kiến nghị xác định sức chịu tải cho phép của cọc theo điều kiện sức chịu tải của nền đất bằng Q a 625T
2
1250
Kiến nghị: Không nên lấy tải trọng cho phép cao hơn 312.5 T (cọc D80 cm) và 625
T (cọc D120 cm) vì đây là một công trình quan trọng và vì cọc có thể chịu ma sát âm
tác dụng trên phần trên của thân cọc
Trang 11Phô lôc A
biÓu theo dâi nÐn tÜnh
Appendix A
data record sheets
Trang 12Phô lôc B
hè khoan l©n cËn cäc thÝ nghiÖm
Appendix B
Reference borehole logs
Trang 13Phụ lục c
biểu theo dõi đóng cọc
Appendix C
pile driving records
