Ebook Công nghệ mới đánh giá chất lượng cọc- Phần 2

Thiết bị này sẽ b ao gổin một m àn hình đồ thị tốc độ và lực tuỳ theo yêu cầu và khả năng lim giữ số liệu để Ihu nh ận các ghi ch ép dùns: cho phân tích sau này.. C ó khả năng tăng cường

Nguycii lý làm việc của bộ ihiết bị dùng troim phương pháp này được trình bày trong hình 4.1 với trình tư Ihực hiện chủ ycu như sau :

- Dùim húa tay c ó ‘4ắ n dáu đ o l ự c n õ lên đ ầ u c ọ c

- Ghi lại h ì n h són u lực XLinií làm s ố liệu đầu vào

- Lực cán ma sál ứ mặl bèn của cọc dược mõ phỏng theo quy luật tắt dần tuyến tính, lực cản ở mũi cọc đu’ọ’c mô |ìhỏMg iheo lực lò xo và tát dần

- Dùnc tluini số tĩiá dịnh của đất dế tínỉi bằng phương pháp lặp và điều chỉnh trở kháng sao clio hinli sónu tính loáii lirưim dối khớp với liình sóng đo được từ thực tế,

lừ đó plián đoán dưọX' vị In' và (lộ lớn của kluivết tật IVêii hình 4.2 trình bày sơ đồ khối quá trình tính loán nhép hình sổne Iroim một tliử độnẹ biến dạng nhỏ theo TNO

- H à Lan

ì hiẻt bỊ va chạm

ThiẻỊ bị đàu ra

đổ họa

Thiết bị lưu giữ

số liệu lảu dải (Trong phòng)

H ỉn h 4.1: So'dó n^uyèn íắc hò írí íliiểt hị ỉlìí ìì<tịhiệf)ỉ cỉộìì\ị hiến dựìì^ nlìó

H ì n h 4.2 : Sơ đồ khối quá írìiiìi 'ịììép lììiili són^ theo T N O - H ù L aii

T ro n g thử đ ộ n g b iến d ạ n g n h ỏ c ò n phàn b iệt hai p h ư o n g pháp thí n g h iệ m sau :

(a) Phương, pháp phản hồi xung (P u ls e e c h o m e th o d - P E M ) :

T ron g thí n g h i ệ m n à y c á c s ố liệu đ o đ ạ c tố c đ ộ và lực đầu c ọ c (v iệ c đ o lực kliông nhất th iết bắt b u ộ c ) được đánh g iá n h ư m ột h àm củ a thời gian.

tbi P^hicơìì'^ plìáp ứ/ìíị x ử nlicinli (Transicnt rcspoiisc nielhod - TR M)

Tlií n í i h i ệ m troiiíi đ ó tv s ô h iến dối tố c đ ộ và b iến đối lực ( p h é p đ o lực là y ê u cầu bắt

bưóc I đ ược đánh giá nhu’ một hàm của tần số

Ncu vén lắc sứ dụns các số liệu thu được trong phưoìie pháp phản hồi xung để đánh

2 Ìá độ neuyên vẹn của cọc cũn<z tươns tự như troníí phương pháp thử động biến dạng lớn ( x e m Chươntz 3:Phưưim pháp t li ử đ ộ n s biến dạng lớn)

P hư o ' n g p h á p LÌTIÍỈ x ử n h a n h tliu đ ư ợ c c h u y ê n d ị c h và l ực ớ đ ầ u c ọ c n h ư m ộ t h à m c ủ a

tliòi giam Dựa theo các sô liệu dó xây dựng đồ thị quan hệ phó tần số và tỷ số tốc độ và lực Nó aọi là dộ ổn định và là imhịch đào của irỏ' khánc, do đó là một chỉ số ihể hiện phan ứng ciia lốc dộ cọc V((0) đối với lực đặt dầu cọc F((0) :

Một đinh cua sự ổn định sẽ xẩy ra lại một lần số tương ứng với thời điểm khi sự thay đối lốc độ gây ra phán xạ từ mũi cọc hoặc tìr chỗ thay đối trỏ' kháng ỏ' giữa thân cọc ( ’ác đỉ nh ổn định xẩy ra tại các klioang đcu nhau và gọi là lần số trội Af Độ sâu tương ứng (L; - Lị troiiii hình 4.3) lai đỏ \ a v ra sư thav đối, được lính theo :

Khi chia tốc độ cho tần số ta sẽ có chuycn vị Chia lực cho chuyển vị tại một tần số

đã cho sẽ có dại lirọìm oọi là độ cứnu động :

độim Ej Giá trị này tăiig theo

sự giảni cùa phản xạ mCli cọc

Phàn x-ạ mũi cọc thấp thường là

kết quải của sức khá ns đất cao

l'uy nh iên, điều â'y cũns có thế

xẩy ra rdo các đặc trưng của cọc

thay đ(5i lớn hoặc do sức cán

động v;ật liệu cọc và nó chí liên

quan g ián liếp đến sức chịu tải

c ủ a CỌ'C D o đ ó E j đ ư ợ c tính Hì nh 4.3: ôi i cíịiiìi của dộ cứiìí> dộiì^

toán để cung cấp m ột kết quả m an g tính định hrợng đánh giá chất lượng cọc Trên hình 4.3 trình bày một ví dụ vể độ ốn dịnh và ở mũi cọc các giá Irị E,| tirong ứng với các lần

số khác nhau

2 P H Ạ M VI ÚNG D Ụ NG

Phương pháp thí nghiệm biến dạng nhỏ d ùn g đế xác định độ nguyên vẹn cíia các c-ọc đcfn thẳng đứng hoặc nghiêng Nó cũng áp dụn g cho các bộ phận kết cấu dài có chức năng tưong lự như các cọc móng, không xél đến phương pháp thi công m iễ n là có thể tiếp nhận được thí nghi ệm va c h ạ m biến dạ n g nhỏ (có thê liếp cận được đế thực hiện thí nghiệm)

Do va chạm được tạo ra có năng lưọng nhỏ nên thí naliiệni chỉ có hiệu quả đối với những cọc có tỷ số L/D < 30, ở đây L là chiều dài cọc; D là đườiis kính của cọc

Do đặc tính thu nhận các phản xạ của sóng ứng sLiâì khi <iặp cliỗ thay đối trở khán g

c ủ a c ọ c , n ế u c ó n h i ề u c h ỗ i h a y đ ố i x ẩ y ra ở CÍÌC vị Irí k l i á c n h a u c h o c ọ c , t ín h i ệ u Ihu

nhận được sẽ rấl khó phân tích để có thế tách ra vị trí và mức độ của từng khuyết lậl Hơn nữa các vị trí thay đổi trở khán g có Ihể xẩy ra từ từ, nên tín hiệu phản xạ sẽ phức tạp hofn rất nhiều, khó phân tích một cách rõ ràng về khuyết tật Vì vậy, trong thực lê' phương pháp thí nghịệm biến dạ n g nhỏ thường c ho kết quả iưoìig dối chính xác vé vỊ trí

và mức độ cúa khuyết tậi đầu tiên kế từ đầu cọc Nó cũ ng ihuờng được dù ng đê’ xác định sơ bộ chất lượiig cọc, nếu có nghi n g ờ thì dùn g các phưo'ng pháp khác có độ tin cậy cao hơn đổ kiổm tra lại Ví dụ nh ư d ù ng phưưng pliáp ihử độiig biến dạ n g lỏu, hay

có thể dùng phuơng pháp khoan lấy lõi Tron g nhiều trường liợp cùng có thể tiến hành kiếm tra lại hồ sơ thi công các cọc có nglii ngờ để xác định rõ nguyên nhân của các khuyết tật

3 THIẾT BỊ

Hiện nay, trên th ế giới có một số hã ng sản xuất các bộ thiết bị thí nghi ệm biến dạng nhỏ như Pile Dynamic Inc (PDI) - Mỹ, T N O - Hà Lan NliLiTig bộ thiết bị được sử

d ụ ng rộng rãi nhất và đã được đưa v à o trong tiêu ch u ẩ n M ỹ A S T M D 5 8 8 2 - 9 6 : “ T iêu

Intergrity T ester - PIT của H ã n g PDI C le v e la n d O h i o M ỹ

T h e o A S T M D 5 8 8 2 - 9 6 yêu cẩu m ộ t b ộ ihiết bị thí n g h iệ m biên d ạ n g n h ỏ c ó c á c đặc tính k ỹ thuật như sau :

(a) Thiết hi tạo lực va chạm

Thiết bị phải tạo ra một xung lực va ch ạm có độ dài nhó hơn 1 ms và k h ô n g gây ra bất cứ hư hỏng cục bộ nào của cọc trong khi va chạm T hư ờng d ù n g búa có đầ u là chất dẻo rất cứng Trọng lượng búa được dùn g tuỳ theo chiều dài và kích thước hình học của cọc Va chạm phải được đặt dọc theo trục cọc

(h) Tlììểt hị tìm ììliận sô'liệit

tín h i ệ u g i a t ố c n hậ n đ ư ợ c sau đ ó l í c h p hâ n t hà nh t ố c đ ộ Irong c á c thiết bị x ử l ý s ố liệu

Các gia tốc kế dirợc đậl tại (hoặc gần) đầu cọc và có trục cảm ứng song song với trục coc Các eia tốc kế cần luyến línỉi lì nhất đến 2ƠOu Có thế cỉùng cả hai loại A/C hoặc D/C Nếu dùim loại A/C,

0 in h

8.0

Mũi lOOOOm

3800 m/s

Hình 4.4: D ồ th ị rổc d ộ liên hiểit lạo h à i thiết hi

tlìii n h ậ n các sâ liệu (Ỉộìiíỉ.

hoặc chiiycn vị dê thu nhận

tốc dộ, chúng iưưnR iư nhau

đế tạo thành các sia lốc kế

chuyên dụng Hiẹu chinli

dầu đo nàv có clộ cliính xác

5% của dái do Nếu Ironíi

khi sử dụng xíiv ra hư hỏ n <4

thì phải hiệu chíiili lại hoặc

ihiiy thê gia lốc kc

hàm của thời gian Búa có một hộp lái Irọne đo lực nằm giĩra đầu và thân búa, cũng có thể búa có một gia lốc k ế ỵắiì vào và gia tốc đo đưọc chuyến thành lực khi tính đến khối lượnc búa Miệu chinh lực cần nằm trong phạm vị 5% Biìa này cần phái hồi trở lại sao cho sự biến dối 1'ourier của lực đo đưực sẽ có phổ trơn không có các đính cục bộ

bám dính thích hợp hoặc tạm ihời (như !à sáp vaclơlin ) sao cho đảm bíío nó đo được chính xác sự chuycn dịch dọc trục của cọc (trục cảm ứne của đầu đo Ihẳng hàng với trục cọc) Nói chuns sensor chuyên vị được íắii gần tâm cọc Cần cân nhắc các vị trí bổ sung đối với các cọc có đườne kính ló'n hơn 500 mm Vị trí va đập biến dạng nhỏ được đặt vào đẩu cọc trong vòiiíi khoáiiíĩ 300 mm kể từ sensor chuyển vị Nếu như không tiếp cận được với đấu cọc, do nó đã íỉắn với kết cấu, thì các sensor có thế gắn vào bề mặt của thân cọc

(c) Triíycn tín hiện

Các tín hiệu lừ các sensor sẽ được chuyển đốn các thiết bị chi, biến đối và chuyển ihành số I'iệu( xem imic d), bởi mót đuừiiíi cáp bọc ít nliiễu hoặc iương đương

(cl) T hiết hị íị I i ì , x ử ì ý và ỉrìiìh diễu s ố ì i ệ i i

- T ổ n g quát :

Các tín hiệu từ các sensor c h uy ển vị và lực (luỳ theo yêu cầu) , sẽ được chuy ển đến một thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn sỏ' liệu theo dạng mộl hàm của thòi gian Thiết bị này sẽ b ao gổin một m àn hình đồ thị tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu) và khả năng lim giữ số liệu để Ihu nh ận các ghi ch ép dùns: cho phân tích sau này l l i i ế t bị có k hả nàng tính trung bình số liệu của nhiều nhát búa và kh uế ch đại t h ô n s tin, sao chép lại các ành hưởng của đấl và cọc đổ ng thời giảm các ảnh hư ở nẹ nhiễu ngẫu nhiên C ó khả năng tăng cường độ kh u y ếch đại tín hiệu chuy ến vị với ihời gian sau va ch ạm để nâng cao tính giải thích của các c h uyê n vị đo được m à chún g dã bị bicìi đổi do sức cán động của đất và vật liệu cọc Thiết bị này phái có khá n ă n c lọc đối với các giới hạn lần số khác nhau để loại các thành phần tín hiệu tần số cao hay tần số thấp hoặc cả hai Thiết bị có khả nă ng truyền toàn bộ số liệu đến môi trường lưu giữ c ố định Tliiết bị có khả nàng xuất số liệu dưới dạnỉĩ đồ ihị làu dài Ng uy ê n lắc bô' trí cúa ihiếl bị được thê’ hiện trong hình 4.1

- Thiết bị ghi :

Các tín hiệu tương tự lừ các sensor c hu yển vị được số hoá Irực tiếp bằng bộ biến đổi

từ tương tự sang số với độ phân giải ít nhất là 12 bit sao c h o các thành phần tín hiệu có tần số thấp hơn 15000 Hz (-3dB) sẽ được giũ' lại Khi số hoá tần số các mẫu, -sensor chuy ển vị mỗi cái ít nhất 30 0 00 Hz, và búa gắn ihiết bị theo yêu cầu sẽ được sử dụng

Sự đ ồn g nhất và độ chính xác của lần số lấy mẫu dược số hoá là rất quan trọng; đ ộ nhậy của đổ ng h ồ (độ chính xác tần sô' lấy m ẫ u ) cần trong khoả ng 0,01% Hệ thống thu nhận

số liệu tươiig lự được bảo vệ đặc biệt Gắn vào bất cứ bộ số hoá nào có thể xác định được tên và các m ô tả thông tin những ih ôn g số khuế ch đại khi xử lý tín hiệu, dấ u hiệu

ng ày và thời gian

- Thiết bị để xử lý số liệu - Thiết bị để xử lý tín hiệu từ các đầu đo là một m á y tính số hoặc bộ phận vi xử lý có ít nhất các chức năng sau ;

- Số liệu tốc độ - Nếu dùnỉỊ gia tốc k ế (xem mục b) thiết bị sẽ chuẩn hoá và hiệu chỉnh tín hiệu và tích phân gia tốc để nhận đirợc tốc độ Thiết bị này sẽ cân b ằ n g tín hiệu tốc độ về k h ô ng giữa các lần va chạm

- Đ o lực - Thiết bị sẽ tiến hành chuẩn hoá, khuếch đại tín hiệu và hiệu chỉnh p h é p đo lực Số liệu lực ra được cân bằng về k h ôn g giũa các lần va chạm

- Chuẩ n tín hiệu - Chuẩn hoá lín hiệu lực và lốc độ sẽ có được các đường c o n g ứng

xử tần số nh ư nh au để tránh sự lệch pha lương đối và sự khác biệt biên độ

- Thiết bị trình diển đả m bảo cho các tín hiệu từ các đầu đo như đã quy định trong

m ụ c (b), được trình diễn trên một thiết bị như m àn hiển ihị đồ thị L C D m à trên đó tốc

độ và lực (tuỳ theo yêu cầu) có ihể qu an sát điiợc như một h à m của thời gian c h o từng

nhát búa lliiết bị luìy có llic nhận đirực các tín hiệu sau khi chúng đã được xử lý bằng một ihiêì bị biên đôí số liệu Nó sc trình diễn các số liệu đã số hoá của hiện tượng va

c h ạ m h o ặ c d o n u u ờ i sử d ụ n c g ọ i lại từ lưu gÌLÌ H i ệ u c h í n h thiết bị n à y đ ể t ạ o lại m ộ t tín hiổLi c ó dai nằm iroim k h o a im từ 2 dến 3 0 nis Đ á m bảo thiết bị c ó th ế trình d iễn tín

hiộu đf3 lừ uìns nhát búa được lựa chọn trong mộl chu kỳ tối ihiểu 30s

4 TRÌNH TựTHỤt: HIỆN THÍ NGHIỆM

4.1 Tổng quát

Ghi các thông tin dự án có llic vào ihiết bị uhi thích họp (xein mục 5 dưới đây) Gắn scnsor chuyên vị thích hợp (xem 4.3 (b)) lên đầu cọc và ^hi số liệu từ các nhát đập Lấy trirn" bình các sò !iộu lừ nhiều nhái đập và tạo khuếch đại cán thiết đối với số liệu trung bình Các số liệu lừ các nhái dập riêng rẽ hoặc đã lấy trung bình, hoặc cả hai, khi đó cần

được lưLi giữ’ (xcni 4.3(d)) Số liệu ítã lấy trunu bình, đã được khuếc h đại đó sẽ d ù n g để

đáiiĩi giá độ nỵuỵcn vẹn của cọc

4.2 Chuán bị

Đối với các cọc bê tỏim cõi thép dổ tại chỗ hoặc cọc ống nhồi bê tông, tiến hành thí

n g h i ệ m đ ộ n g u y ê n v ẹ n k h ô n g S Ó H Ì h ư n 7 n c à y s a u k h i đ ổ , h o ặ c s a u k h i c ư ờ n g đ ộ b ê

tông đạl ít nhất 15% ihict kế Đáni biío rủim bổ mặi đầu cọc có thê tiếp cận được, bên

trên mặt nu'ó’c sạch khônu có mảnh vụn bé tỏns, đất hoặc các vật liệu khác do thi công gây ra Nếu dầu cọc bị hu' liỏim, bó đi mộl đoạn cọc ihích hợp đê đạt đến chỗ bê tống lôì Klú cần llúíl, chuấn bị các diẻn tích nliỏ bàng dục tay lạo ra bề mặt nhắn để gắn scnsor chuyên vị và đạp búa Gán chặi scnsor chuyôn vị bằng vật liệu thích hợp tại các

vị trí được lựa chọn tránh xa gờ ngoài đầu cọc Đối vói các cọc có đường kính lớn hơn

500 inni, gắn íĩia lôc kế ít nhâì tại 3 vị trí, sao cho mỗi đánh giá độ nguyên vẹn gần đầu cọc có ihế làm cho lừng doạn cíia cọc Đặt thiết bị lạo lực va chạm sao cho va chạm đó đặt dọc trục cọc và có khoáiiỉ: cách không lớn hơn 300 nim kc từ gia tốc kế Bố trí các thiêì bị ghi, biến đổi và Irìnỉi diễn số liệu sao CÌK) dễ thao tác và các tín hiệu lực, tốc độ

ớ trị số không

4.3 Cá c ghi chép hiện t r ư ờ n g

Gổm những thông tin sau đây trong số liệu chi tiết, cho lừns: cọc được thí nghiệm:

- Số hiệu cọc, chiều dài và đưòìm kính đầu cọc theo quy định và thực tế

- Ngày và phirons pháp đổ bê tône

' Các hình vẽ thê hiện khối lưọng bô tông tống cộng, đưòng kính quy định và thực tế theo chiều sâu, ống vách để lại hay lạm thời, cốt Ihép

- Cột địa lầng

' Bất cứ một quan sát đặc biệt nào liên quan đến cọc thử mà có ảnh hưởng đến thi công, đào, dộ nguyên vẹn của cọc

- VỊ trí củíi các đầu đo tại đỉnh cọc và pliép đo tương ihií;

- Ngày thử cọc

4.4 Tiến hành đo

Tạo một số va chạm và shi lại lừnỉỉ va chạm riêns lẻ hoặc lấy trung bình, nếu có yêu cầu, hoặc cả hai Nếu chi ahi các va ch ạm riêng Ic, cần dám báo rằng thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn số liệu có khả năng lấy trung bình đến 10 số liệu riêng lẻ Ghi lại số liệu của các va chạm đối với niộl số liệu trung bình được chí định Tiến hành ghi và trình diễn một loạt các số liệu tốc độ và lực (tLiỳ theo yêu cầu)

4.5 Kiểm tra chất luựng sò liệu

Để khẳng định chất lưọng số liệu, người đo sẽ kiểm tra lại tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu), từ nhiều va chạm, về tính nhất quán Đả m bảo Ihiết bị ghi, biến đổi và trình diễn

số liệu có khả năng xác định được ngưỡng quá tải ihiết bị đo K h ông dù ng những sô' liệu lẩn va chạm mà nó gây cho thiết bị đo bị quá tải Các số liệu nhất quán là kết quả của các va ch ạm đồng nhất Irên bê tông lôì, hệ thống đầu đo hoạt đ ộn g đúng, các sensor chuyển dịch được gắn chặt, thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn số liệu hoạt độn g đúng Nếu các số liệu kh ôn g lặp lại được thì k h ôn g dùng các số liệu đó Nếu nguyên nhân của

số liệu tồi không phải là vấn đề gắn sensor chuyển dịch, mà là đầu đo hoạt độn g ké m thì cần sửa chữa hoặc hiệu chỉnh lại ch ú ng trước khi dù ng liếp

Cần lưu ý là mọi bộ phận cử-a'thiết bị thu nhận các số liệu đ ộn g và các thiết 16ị ghi biến đổi, trình diễn số liệu phải hiệu chính nếu bất cứ dríu hiệu nào ch o thấy hê thống hoạt động kém

4.6 Phân tích sô liệu

- Trong ph ương pháp phản hòi x u n g (P E M ), tốc đ ộ đầu c ọ c đ o s ẽ được phân tích như

một hà m của thời gian Tliường Ihưòfng phương pháp này cho thông tin đầy đủ để đánh giá độ nguyên vẹn Tuỳ theo yêu cầu, lực đầu cọc cũng có thê’ được đo T ổ hợp lực và tốc độ có thể cho các thông tin bổ sung đê xem xét độ nguyên vẹn của cọc tại gầ n đầu cọc Phương pháp ứng xử nhanh ( T R M ) đòi hỏi đo cả hai tốc độ và lực đ ầu cọc Đối với

cả hai phương pháp, số liệu được đánh giá trong hai phạm vi thời gian và tần số

- Thu nhận tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu) từ bộ phận đọc c ủ a thiết bị biến đổi sô'

liệu ( x e m 4 3 ) h o ặ c từ thiết bị trình diễn ( x e m 4 3 ) T ron g phân tích t h e o phạm vi thời

gian (PEM) việc đánh giá độ n g a y ê n vẹn của cọc dựa trên sự tăng hay giảm tưoíig đối của tốc độ sau xung va chạm ban đầu (hình 4.5)

Sô' liệu trình diễn sẽ bao gồ m các số liệu tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu) theo thời gian, một chỉ dẫn về chiều dài cọc và tốc độ sóng vật liệu giả định, thể hiện hình dạng

và biên độ của h à m khuếch đại đã được sử dụng.Khi va chạm đầu cọc thường có chuyển

vị N ó i c h u n g sử dụn^ độ khuế( h đại đ ể phản ứng m ũi c ọ c c ó b iê n đ ộ tươĩig tự Các

phản xạ xuất hiện trước khi có ứr.g xử mũi cọc của chính tín hiệu đầu vào là do sự giảm

4150 m s

tương đối của Irỏ' kháim

Phản /\ạ của tín hiệu ngược

lại là l o sự tăn" trò' kháng.

So s á m c á c kêì quá lừ nhiều

c ọ c h:ện ir ư ò ìis được ihi

cổiiíi 'ươim lự sc dùnc dô

Ịương tốt và kha ihl dối vói

các cọc dược ih í n gliiện i lliiili 4 5 '.ai : So liệìi !óc cỉộ cíiéiì hình

kỹ tllLlâl đ íin s dắn (111) /v Iiiiy (tieii kiẹii (lất tliíiv dôi từ từ }

- SỐ liệu ízhi dược có ihể dùna đc phàn lích licỊ') ihco tioiiii máy lính đế định lượng tốt

hon phạm vi củ a m ột khuyết tật xuất h iện C ac kci C|ua cua phán lích này c ó thể b a o g ồ m

m ột đánh t;iá định luựno vé dộ nuLiyèn vẹn cua c o c V iẹ c giai thích và sử d ụ n g ch i tiết hơn sô liệu d ó là c ô i i ẹ v iệ c dòi hói c ó kinh Iiiiliiọu! và phán đoán c h u y ê n m ôn

- Các k ỹ su' c ó kiiih im h iện i c h iiy c n niỏn Iioiii: linh vực nà) sc thực hiện v iệ c đánh Liiá cuối cLÌim ctỏ n m iyêii v en Sử ciiiim \'ièc chínli ttỏ im uvén ven củ a thí n íỉh iêm biến

dạnu n h o c ù n u với c á c lliỏim liii khác uổni liìiili lự ilii CÓII^ c ọ c và c á c q uan sát, c á c

ihông tin \'C d;ít,các yêu cầu chịu tai dê’ ntiliiộni ihu cọc.Việc đánh giá độ nguyên vẹn

biêìi dạng Iiliỏ kliôni; d ù n a nỈHi' m ột yếu tỏ dii_\ Iiliáì (Ic xác địíih v iệ c loại b ỏ c ọ c Cần

c ó niộl k ế hoítch b ổ su ng c lio phép nguừi kỹ MI có Ihc I ì C mi hàiih c á c thí n g h iệ m khác

hoãc ra lệnh sửa chữa, hoặc lliav ihế trước khi thí nghiệm

cùng d ộ n g u y ê n vẹn V iệ c

Hì nh 4.5 (b) - Sôlieu ĩôr <ln ncii hieu cho thux ,/r giá đ ộ n g u y ô n vẹn c ủ a

íhav ctới lớỉi vé írỡkliáììi' (lilỉiừn hư liò/r^ I !i(ỉ ỉììoi ( /í/ nửíi pllân đoạn c ọ c phía dưới m ột

3X

Bièn dỏ trun g b inh lố c đò

Kh uyết ĩảt ^

o ìn h

vết nứt cắt hoàn toàn qua diện tich tiết diện ngaim của cọc hoặc mộl mối nối cơ khí khi

c h ế tạo là kh ôn g thể được do sóng va chạm sẽ phản hồi hoàn toàn lại chỗ không liên tục Cọc có các tiết diện ngang thay đổi nhiều hoặc có nhiều mối nối có thể eạp khó khăn khi đánh giá Trong một số trường hợp có thể gặp khó khăn khi phân biệt ímg xử của đất từ ứng x ử của cọc Phươno pháp này nói chung không ihích hợp đổ thí imhiệm các cọc bản, chữ H hoặc cọc ống không nhồi Nếu phản xạ mũi cọc k h ô n g thấy rõ trong

số liệu, việc đánh oiá độ nguyên vẹn có thể không thuyết phục và bị hạn c h ế đến m ột

độ sâu nhất định Hạn c h ế này có thể xẩy ra với các cọc dài hay thay đổi nhiều hoặc các cọc trong đất có m a sát cao Cọc nối cứng với m óng hoặc các kết cấu bên Irên đôi khi thí nghiệm thành công mặc dù việc đánh giá đó thường khó khăn hơn và không m an g tính thuyết phục.Mộl số trường liợp có liên kết với các kết cấu bên trên, cần dùn g các đầu đo chuyển vị gắn vào hai vị Irí khác nhau dọc iheo thân cọc

- Thí nghiệm độ nguyên vẹn không thế xác định được lất cả các khuyết tật, nhưng nó

là một công cụ có ích trong việc xác định các hư hỏng chính trong phạm vi chiều dài có hiệu quả 'Plií nghiệm này cũng còn xác định được các biến đối trở kh án g nhỏ kh ôn g ảnh hưỏfng đến sức chịu tái cúa cọc Đối với nhữim cọc có biến đối n hỏ về trở kháng, người kỹ sư sẽ phán đoán khả nãng chấp nhận các cọc này khi xem xét các yếu tố khác như sự phân b ố lại tải trọng đến các cọc bên cạnh, sự truyền tải trọng lên đất bên trên chỗ khuyết tật, áp dụng các hệ số an loàn, và các yêu cầu chịu tái cúa kết cấu

5 N Ộ I D U N G B Á O C Á O T HÍ N G H I Ệ M BIÊN D Ạ N G N H Ó

Các mô tả và thông lin giúp cho việc đánh giá chất lượng cọc bao g ồ m :

- Tổng quái

Tên địa điểm dự án

Địa tầng bên cạnh hoặc thí nghiệm khoan đất tiêu biểu

- Thiết bị thi công cọc

Mô tả thiết bị thi công cọc đã được dùng hoặc cho cọc đóng, cọc khoan nếu có liên quan đến việc khảo sát độ nguyên vẹn, bao gồm kích thiróc, loại, mức thực hiện thao tác hay áp suất, kích thước bơm, và bất cứ ihiết bị thi công chuyên dụng nào m ô tả chúng như các loại để khoan trước hay phun vữa

- Cọc thí nghiệm

Số hiệu (tên và ký hiệu) của các cọc thử

Loại và kích thước của cọc, bao gồm chiều dài, đường kính yêu cầu

Ngày thử cọc, đổ bê tỏng cọc hoặc đóng, gia cường trụ bê tông hoặc cá hai

M ô tả c ố t thép trong và n goài đã d ù ng c h o c ọ c thử (kích thước, c h iề u dài và b ố trí

của các cốt dọc, kích thước và chiều dài của ống vách hoặc vỏ)

Mô tả và vị trí, các mối nối

Các quan sát cọc bao uổni các cliỗ bị vỡ, vcì nứt và tình trạng bề mặt đầu cọc

- Thi công cọc

Ngàv thi công

Đối voi cọc khoan nhồi bao cồm kích thước gầu khoan, khối lượng bê tông hoặc vCva dùng cho cọc (khối lượno; iheo chiều sâu, nếu có ihể), áp lực vữa đã dùng và mô tả các trình tự Ihi côim đặc biệt đã dùna như đặi hoặc rút ốn s vách hoặc cả hai

Đối vói cọc đóna (khi quá trình đóim bị 2Ìán đoạn do hư hòng) bao gồm thông tin đệm búa, đệm cọc; các ehi chép đóiií; cọc íiồm số nhát búa và độ nẩy của búa hoặc mức hoạt đónỵ đối vói đơn vị chicLi dài xuvên cuối cùng

Nguyèn nhàn và thò'i uian imừim ihi cổng cọc, nếu có thể và có liên quan đến việc khảo sát

Ghi chú về bãì cứ đieu gì bâì thưòng xáv ra trong quá trình thi công và đào đất, hoặc cá hai, mà có thể liên quan đến việc khảo sát độ nguyên vẹn

- Thí imhiộm độ niiuvên vẹn

liệu, trìnli tự Ihí nghiệm bao gồm việc mô ta và vị trí của việc gắn các scnsor chuyển vị Neày thí nghiệm

Sỗ liiệu cọc lliừ

Các trình diễn đổ thị các số liệu chuyến vị và lực (iLiỳ theo yẽu cầu) theo thời gian gồm cá sự khucch đại số liệu đã đirực dùng Ironíi việc đánh giá; việc trình diễn theo tần

số là tuỳ chọn đối vói dáiili giá llico PEM và bắt buộc khi đánh eiá theo TRM

Tốc dộ sóng của cọc ihừ, cách xác định hoặc ước tính;

Chiều dài cọc dóng cũng như đố lại chỗ,chôn trong đất hoặc bên dưới thiết bị thu nhận các số liệu đo độníí

Phương pháp đã dùng dể đánh uiá số liệu;

Bình luận về độ nguyên \ẹn cua cọc bao gồm về điều kiện đất hoặc phương pháp thi còng hoặc cả hai, có ảnh hưỏng như thê nào đến thân cọc đã thi công, như đã xác định qua các số liệu

6, M Ộ T SỐ KẾT QUẢ THỤC TẾ

(a) Các kết quả thực tếCỉia Viện KHCN Xây dựng

- Trên hình 4.6 trình bày biêu đồ đo sóng và kết quả dự tính hình dạng của cọc khoan

nhối đường kính Im, sâu 43 m ký hiệu G-6B cLÌa một nhà cao tầng ở Hà Nội Theo phân lícli hằng phần mềm CAPVVAP cho thấy trở kháng của tiết diện cọc giảm tới 35% ở độ

sâu 3 ^ 5in rồi tăng nhanh trong phạm vi 7 -í- lOm Nmiyèn nhân cùa k h u y ế t lậl n ày có thể do vách lỗ cọc bị sập trong quá irình đố bê tỏiis Tra cứu theo nhậl ký thi công cọc cho thấy Iưọìig bê tông của nó nhiều hon cọc bình ih u ừn c khoảna, 159f.

4 0 0 0 ra 's

4 2 4 m

Hình 4,6: Kc! (/lui d o và phân /icli ( l ì o i Ọ( G - Ổ B

khoan nhồi đường kính Im, dìii

của cọc Kết quả phân tích b^iig

phần mềm CAPWAP cho thấy trỏf

kháng cọc X A l giảm yếu 30% tại

XB17 giảm yếu 28% ở độ sàu

5,5m Để kiểm chứng đã tiến hành

đào cọc XB17 và thấy ở độ SÍ’L1

5m, đất nền lẫn nliiều vào trong oe

tông ửiân cọc, sau đó đã ch o phép

gia cưòng ửiân cọc này mà kh ôiT

ị b ) C ô n g t r ì nh c ầ u t à u sở 3 c ấ n g Ti ên S ơ - Đ à N ẩ n g

Dưới đâv là các kết quá kicin tra 4 cọc khoan nhồi đưòng kính 55 cm Đã sử dụng

của các khuyết tật Trong hình 4.9a,b,c,d là căc biếu đồ sóng và các phân tích hình dạng trở kháim cho các cọc H88, 138, H92 và 186 Trên cơ sở phân tích đã đưa ra các nhận xét và kết luân như Irong báng sau

Độ nguyên dụng toàn bộ cọc đạt yêu cầu

Plián đẩu cọc chất lượng giám

j Thfm cọc có mộl số sự thay đổi về tiết diện Mũi coc bi tỉui nhó

Độ imuyêii dạim toàn bộ cọc đạl yêu cầu

! 18.35

Thân cọc có mộl sô ihay đổi vể tiết diện Mũi cọc lớt

Độ nguyên dạiiíí toàn bộ cọc đạt yêu cầu

1 20.07

'Ịlìán cọc có nìột số thay đối vé tiết diện Mũi cọc đạt ycu cấu

Độ ngu}'cn dạng loàn bộ cọc đat yêu cầu

cầu 3- Cảng Tièn Sa, cọc H92

C h ư ơ n g 5

PHƯƠNG PHÁP T H Ử TĨNH ĐỘNG STATNAMIC

1 MỞ Đ Ầ U

Như đã trình bày trong chương 3, phương pháp thử động biến dạng lớn bên cạnh các

ưu điểm cũng có nhĩrng nhược điểm hay đúng hơn là những khó khăn do sự hiểu biết về ứng xử động của hệ cọc - đất còn có nhiều hạn chế Do vậy đã nẩy sinh ra nhu cầu đi

tìm m ộ t phương pháp đánh giá sức chịu tải mới của cọc k h ô n g quá tốn k é m như thử tĩnh

m à lại k h ắc phục được các hạn c h ế của thử đ ộ n g biến dạng lớn.

N ã m 1988, nhũng thí nghiệm đầu tiên được tiến hành thành công và phương pháp

STATNAMIC hay gọi là phương pháp thử tĩnh đ ộ n g đã ra đời và bắt đầu được ứng dụng

trong thực tế nãm 1989 ớ Canada, Hà Lan và Nhật Bản Năm 1995, Hội nghị quốc tế

lần thứ nhất về S J A T N A M I C họp từ 27 -ỉ- 30/9/1995 ở Vancouver - Canada đã tập hợp

gần 2 0 0 nhà khoa học trên thế giới Trong Hội nghị này đã thông báo các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm được tiến hành trên nhiều nước, là dịp trao đổi để hoàn thiện hofn

nhiều loại hình cọc ở một số nước trên thế giới và chuẩn bị để tiến tới dự thảo tiêu

chuẩn q u ố c tế về phương pháp này.

Để viết chương này, tác giả dựa chủ yếu vắo các bài báo, các sách tham khảo đã công b ố trong hai Hội nghị trên, cũng như Hội nghị về áp dụng sóng ứng suất ở Orlando - Mỹ, 1996 và của Hãng TNO, một Hãng nghiên cứu kỹ thuật xây dựng của Hà

Lan đa ng đi đẩu trong việc nghiên cứu và ứng dụng S T A T N A M I C

2 C Á C C ơ SỞ VẬT LÝ VÀ GIẢ T H I Ế T

đốt cháy trong buồng áp lực tạo ra một áp lực lớn đẩy khối phản lực lên trên Một lực

cân bằn g và ngược hướng đẩy đầu c ọ c x u ố n g phía dưới.

Nếu một khối phản lực 30T được gia tốc ban đầu lên phía trên là 20g(g là gia tốc

trọng trường) thì sẽ tạo ra m ộ t lực 6 0 0 T tác đ ộ n g lên m ó n g x u ố n g phía dưới K h ối phàn

lực này bằng 1/20 (30T/600T = 1/20) hay 5% của khối ST N tương đương Tải trọng

S T N được đặt theo cách tăng tuyến tính và v iệc dỡ tải từ từ được đảm b ả o bởi sự k h ốn g

c h ế á p suất tạo ra Thời lượng của lực được đặt trong 120 m ili giây.

Gia tốc Ig của cọc là nhỏ hơn 100-1000 lần so

với thí nghiệm tải trọng đ ộ n a truyền Ihống Đồng

thời thời lượng đặt lực lóTi lìoiì lơ đến 20 lần so với

một nhát búa rơi truyền thống Như vậy ứng xử của

cọc không bị k hố ng c h ế bởi sự iruyền sóng ứng

suất Thí nghiệm tải trọng đ ộ ng là một tải trọng va

đập trong khi thí ngh iệm tải trọng ST N có thế so

với một cú đẩy tạo ra một lực nén cao trên suốt cá

chiều dài của cọc

Có thể mô tả STN bằng cách sử dụng một trone

3 định luật chuyển động của Newton như sau;

Đ ị n h lu ật I : (Định luậl quán lính)

Một vật rắn sẽ tiếp lục ở trong Irạng ihái ũnh

hoặc chuyển độn g đểu trừ khi có một ngoại lực làm

thay đổi trạng thái đó

I F = {)

Hình 5.1: Cơ sà vịit lý STATNAMỈC

Trong một thí ngh iệm tái irọníí có hai neoại lực lác động lên trên cọc - lực tái trọng

sẽ tạo cho cọc chuyển dộng và sức kháiiu của cọc chốníi lại chuyến động ấy Sức kliáng

c ủ a c ọ c l à m ộ l h à m s ố c ú a ihê' n ă n g kliQÌ lirợiiíỊ vứi đ ộ cứii íĩ c ọ c và đ ộ c ứ n g đ ấ t d ọ c

theo thân cọc và tại mũi cọc Bănu cách do cliuyôn vị của cọc khi ihử tái, đo sức k há n f của cọc và có thế đo được mối quan hệ cọc/đát

Đ ị n h l u ậ t 2 : ( Đ ị n h luội vổ íiia l ố c )

Khi chịu tác độníi niộl ncoại lực vậi rắiì sẽ đirợc ízia tốc theo phưon s cùa ngoại lực

đó và tý lệ với biên độ của lực dó

F = 111 aTrọng thử tái tĩnh, STN và dộn<i cùníi là lực tác động n hư n s có ihê đirợc đặt vào cọc theo các cách khác nhau

So sánh cho niột Irưừns hợp iươnc đối tiêu biếu như sau :

S Ĩ A T N A M I C F = M / 20 20g = Mu

M /20 là khối lượnu phán lực của STN

M / 500 là khối lưọ'ng của búa rơi

g là gia lốc trọim Irirờng

20c là uia lốc cúa khối phan lực STN

500 ỈZ là c ia lố c của búa rơi

Thời gian (ms) Thời gian (ms)

H ì n h 5.3: Thứ tải tĩnh, ihửtài S T N , thử rải (IỘIIỊJ

- Chất tải độììíị mức độ chậm (STN)

Thời lượng chất tai là 120 mili giây Thời lượng này, trong thử tải ũ nh khôrg được đặt ra, là tương đối dài so với thử tải trọng động mức độ cao, ánh hưởng mức cộ độ ng chỉ có đối với đất ít thấm, đất dính và có thế đo được chính xác khi dùng các n ô hình cọc/đất hiện có

- Chất tài động mức độ cao ( T h ử tài cíộiìg)

Tliời lượiig chất tải cọc là 4 mili giây.Thời lượng chất tải ngắn lạo ra sóng iTig suất trong cọc và sẽ rất ảnh hưởng đến quan hệ cọc/đất Sức cản động và i h ế năng sẽ c ó ảnh hưcmg mạnh mẽ đến kết quả thí nghiệm và rất khó định lượng

Middendorp,1995, đã đưa ra khái niệm chí số sóng hay còn gọi là sô sóng N„, được xác định như sau:

c T

T - 7’hời lưọìig đạt tải thí nghiệm

L - Chiều dài cọc

(5-1)

N , , > 1000 N,, = ( 12- f 15)

Ihí nghiệm được coi là động thí nghiệm được coi là tĩnh thí nehiệm STN

thí nghiệm được gọi là giả STN vì tồn tại v ấ n đề sóng ứng suất Để giải quyết dùn g phương 5h;áp dở tải và các công cụ phân tích truyền sóng m g suất

Phần mềm chuyên dụng giái quyết trong t;rường hựp này của h ã n s T N O có tên là T N O W A \ E

3.2 Cơ học sóng ứng s u ấ t

T r o i m c h ấ t tái ũ n h i r u y é n t h ố n s c ọ c đ ư ợ c n é n troiiíỉ sLiốt q u á trình c h ấ t tải v à c ó t hể

được nch iên cứu như một vậi rắn Khi ihời lượng chất tải giảm sẽ xẩy ra sóng ứng suất trong c ọ t ảnh hướng đến quan hệ cọc/đất Sóng ứng suất truyền dọc theo cọc với tốc độ

âm thanh trong cọc

c =

(E/p)'^-Trong đó : c - Tốc độ sóníỉ ứna suất

E - Mó đun hệ thốne cọc/đấl

p - Mật độ hệ thống cọc/đất

c vào khoáim 3500 đến 4000 ni/s đối vói các cọc bỗ tông cốt thép và 5000 m/s đối

với cọ c thép Đố i với các cọc tương đối dài 30 in) ứng sLiất ban đầu ở đỉnh cọc sẽ

tới mũi cọc trong khoáng 6 mili giây, tưoiig ứng với chu kỳ tự nhiên của cọc (30/5000 = 0.006)

Châì tải STN dược đặt trong thời gian 120 mili giây, dài hon chu kỳ tự nhiên của ngay cá cọc cứng nhất Do ảnh hưòng của sóng ứng suất đã được giảm thiểu, cọc được

n g h iê n CIÌII n h ư m ột vật rắn và áp d ụ n g c á c p hư ơng pháp giải tích tĩnh truyền th ốn g

Mậc dầu các kết quá STN cho ihấy rằne các ánh hưởng này có thể bỏ qua đối với các cọc trong đất rất cứng và cọc chông trên đá, các ánh hưởng đối với những cọc trong đất mồm tương đối lóii và có

Đ ể tạo tải trọng STN đặc trung (quan hộ lực theo thời gian như trình bày ở trên),

b u ồ n g áp lực được m ở rộng do việc tăng áp lực khi đốt cháy nhiên liệu : X i lanh S T N

nằm ở đỉnh buồng nén được gia lốc lên trên theo mức tỷ lệ với việc tăng áp lực Lực hưófng lèn trèn (và do đó chất tải STN hướng xuống dưới) bằng tích số của gia tốc và khối lượng phản lực tổno cộng Do đó

T ả itr o n a ÍM N )

Hình 5.4 : Đồ ĩììị cỊuan hệ F„ịt) - liịĩ)

Hình 5.5: Cluư lái S r / \TTslAMIC Hìiili 5.6: Nliicii Hựii STAThiAMìC

N h iê n liệu S T N b ao g ồ m các viên rán Iihỏ có dục lỗ và n u ic ch á y phụ th u ộc vào

ch á y yêu cầu c h o S T N Hưn mìa khi sử dụnụ nhicu \'iên thay c h o m ột kh ối lớn sẽ tạc

ra sự đôì ch á y tôì hơn và khắc phục các k h iếm khuyêì Ironc m ộl viên đơn T h e o dự tính.

mức cháy nổ tự nhiên làm tăng nhiệt độ và áp suất trong buồng nén Trong điều kiện hoạt động bình thường, sự cháy nổ không bắt đầu cho dến khi nhiệt độ đạt đến 1000°c.Chất propellant STN có thể vận chuyển an toàn và không bắt lửa khi chịu tia lửa điện, cọ xát hay kích động Khi bắt lửa trong điều kiện khí quyển, sự cháy nổ chậm và

dễ kiểm soát Nhiên liệu này có thể bị dập tắt bằng nước Propellant được vận chuyển rất đơn giản và bảo quán trong thời gian dài không phải lo lắng gì

Theo các thí nghiệm do Hiệp hội vạn tải hàng hoá U.N loại nhiên liệu này được phân loại cấp 1.4 U.N

3.4 T h u n h ậ n sỏ liệu

Các số liệu tải irọng và chuyển vị đo tại đinh cọc bằng một hộp tải trọng và đầu đo laze đã kiểm định được phân tích bới một hệ thống thu nhận và xử lý số liệu tự

động,trong hệ thốim thiết bị thí nghiệm S T A T N A M I C của Công ty Nghiên cứu xây

dựng T NO Hà Lan có tên là FPDS (Poundation Pile Diagnostic System) Các số liệu tải trọng có độ chính xác 0,1% và số liệu chuyên vị độ chính xác đến 0,1 mm Tổng cộng

có 2000 điểm số liệu dược ghi lại với mức lấy mẫu 150 niicro giây và thời gian tổng cộng là 0,3 giây đủ để uhi lại toàn bộ sự kiện Thời gian lấy mẫu và thời gian đo đạc toàn bộ có thể thay đối bằng cách thay đổi trẽn FPDS Điểm gây nổ cũng được khống chế trên FPDS

Hộp tủi trọììg

Tải trọng STN được đo bằng hộp lái trọng chu irình kín, gắn giữa pislon và đỉnh cọc Một số các đầu đo biến dạiiỉí gán quanh chu vi hộp tái trọng nhằm làm giảm ảnh hưởng của bất cứ sự chất tái không đúng lâm nào Các tín hiệu tải trọng từ từng đầu đo sẽ được trung bình hoá và khuếch đại trong hộp tái trọng để làin giảm sai sót và được khuếch đại một lần nữa trèn FPDS

Đầu đo laze

Các chuyển vị cọc được đo bằng đầu đo Iazc kiểu ánh điện thế (gắn trên tâm của đáy piston) và một nguồn laze điều khiến lừ xa Trong quá trình thử STN sự thay đội vị trí của đầu đo laze được đo tưoiig đối so với nguồn laze đặt cố định Bất cứ sự dịch chuyển của đất nào do thử tải chí xẩy ra sau khi thử và không ảnh hưởng đến nguồn laze đo được đặt cách 20m

Khi thứ tải các tín hiệu tái trọng và chuyến vị được số hoá và ghi vào một File số liệu thế hiệu thô Sau khi thử các thế hiệu lín hiệu thô này được biến đổi thành các giá trị chuyển vị và tải trọng bằng cách dùng các giá trị kiểm định của nhà máy Các đồ thị tải trọng - chuyển vị được frình diễn ngay lập tức lại hiện trường

Các đồ thị bổ trợ gồm các đồ thị về tốc độ và gia tốc cũng có thể được tạo thành bằng các lệnh điều khiển đơn gián Irên FPDS Tâì cả mọi số liệu được lưu giữ cho phân tích và tham khảo sau này

4.2 Phân tích kết quả thu được

M ột s ố phưcmg pháp hiện đ a n g d ù n g để giải th ích tín h iệ u c ủ a S T N c h o trong b ả n g

5 -1 , c ọ c và đát khi thử S T N được m ô hình hoá n h ư k h ố i c ọ c đ o n được g i ữ b ằ n g m ộ t lò

x o và m ột tụ s o n g s o n g nhau (hình 5 8 ) C ọ c được m ô hìn h h o á n h ư m ộ t k h ố i c ứ n g c ó

kh ối lưọfng M L ò x o thể h iện sự biến d ạ n g của đất c ũ n g như củ a c ọ c C h u y ể n vị đầu

c ọ c đ o được sẽ c o i là biến dạn g của lò x o Lực hình thành trong lò x o th ể h iện sức

kh áng tĩnh F„ thể h iện sức kh án g đất, F, = c v phụ th u ộ c v à o m ứ c đ ộ x u y ê n V của

c ọ c M ô hìn h c ọ c - đất này đáu tiên được d ù n g n h ư m ộ t p h ư ơ n g pháp g iả i th ích , g ọ i là

“ phương pháp đ ộ c ứ n g ban đ ầ u ” d o M id d e n d o rp và n h ữ n g người kh ác ( 1 9 9 3 ) k iế n nghị.

Các phương pháp khác cũng sử dụng nió hình tương tự cúa cọc và đất này với các cách

Hì nh 5.8: Mô hình hoá cọc và dát khi thử lả i S T N

Bảng 5.1 Các phương pháp giai thích tín hiệu STN dựa trén cư sư một hệ thúng khối lượng đưn

đầu có sửa đối

1994 1995

1

Horvath và những người kiiiic

ị

Phi tuyến Tuyến tính

Phương pháp điểm dỡ tải

Phi tuyến Tuyến tính

Mọi phương pháp đều sử dụng phương trình cân bằng lực sau :

Fs,n = Pciái + = F, + F, + p, = F„ + F, + M a (5-5)

của đất và là tổng của F^, và F,„ F, là lực ban đììu của cọc lấy bằng F, = M a ; a là gia tốc

của khối cọc

• Phương p h á p độ cứng han cỉíhi (Middendorp và những người khác, 1993)

Trong phưofng pháp này, biểu đổ F„„-u đo được sẽ chia thành năm vùng Trong giai

đoạn đầu của thử tải S T A T N A M I C khi sức kháng đất là đàn hồi, lò xo được giả thiết

tuyến tính Lò xo này trở nên phi tuyến sau khi chuyến vị cọc vượt quá giới hạn đàn

hồi Sức cản độ ng c là tuyến tính (bằng số) tron g từng k h u vực n h ưn g thay đổi tuỳ theo

sự thay đổi trong khu vực

Độ cứng lò xo ban đầu Kj được tính theo :

Giá trị của K, được dù ng để tính giá trị K và c trong các k hu vực tiếp theo T uy vậy, việc tính c trong một vài khu vực (3 và 5) k h ô n g được trình bày rõ r àng trong bài báo của Midd en do rp và những người khác (1993) Đưòfng cong tải trọng tĩnh - chuyển vị nhận được từ phương pháp độ cứng ban đầu rất nhạ y c ả m đối với độ chính xác của việc tính K | Thực t ế rất khó tính K, chính xác vì u,,,, thường rất nhỏ

• Phương p h á p độ cứng han đầu có sửa đổi ( M a t s u m o t o và n h ữn g người khác

1 9 9 4 , 1 9 9 5 )

Phương pháp này là m ộ t biến thể của phương pháp độ cứng ban đầu Trong phương pháp này lò xo và tụ được giả thiết là phụ thuộ c phi tuyến vào c h u y ể n vị cọc Giả thiết này thường được dùng để thể hiện sự ứng xử của đất Cả hai giá trị K và c tính được ngay từ giá trị xuãì phát K, D o đó phưoíng p h á p này n g ắ n g ọ n hơn so với phương pháp

độ cứng ban đầu

• Phương p h á p khối thưy t h ể ( \ ] n o và n hữ ng người khá c, 1995)

đơn giản hoá, trong khi phần lớn các cọc thể hiện ứng xử phi tuyến trong thử tải tĩnh

• Phươrtíị p h á p cĩiểm cân bâ ng (Horvath và nhữn g người khá c, 1993)

Phương pháp này, sức cản độ ng được giả thiết tuyến tính, trong khi lò xo giả thiết là

phi tu yến Sức k h áng tĩnh, Fj, (Fs,,„ trong bài c ủ a H orvath và n h ữ n g n g ư ờ i kh ác 1 9 9 3 )

được tính theo cách sau :

Đi ểm chuyển vị cực đại trên đường cong pịin - u gọi là “đi ểm cân b ằ n g ” và tại điểm

đó sử dụng mối quan hệ sau:

Cơ sở của phương trình (5 -7 ) và = 0 vì V = 0 tại đ iểm cân bằng, do đó = F^,a, tại

điểm cân bằng này (điều ấy có thể k h ôn g đú ng n h ư sẽ nói sau đây)

Hệ số sức cản động c được xác định n h ư sau (điểu n à y c ũ n g có thể lại k h ô n g đúng):

^ s l n ( m a x ) • ^ S l n ( v = 0 ) g

v(t)

Phương trình (5-7) là không ctúng, nếu không thì lực quán tính luôn luôn bằngkhông hoặc F, rất nhỏ Do đó phươni: trình (5-8) cũng không đúng.

• Phương pháp âiểnì d ỡ tài (nhóm nghiên cứu các phương pháp thử tải nhanh do

GS Kusakabe đúng dầu)

Trong phương pháp này, sức cán tk-nc được giá thiết tuyến tính trong khi lò xo giả thiết là phi tuyến như tronu phương pháp điểm cân bằng Phương trình (5-6) cũng được dùng trong phương pháp này

T r o n g p h ư o n g pháp đ iế m d ỡ lái F,„ JầLi tiên dược lính ih eo c á c h sau :

Đ i ế m c h u y ể n vị cực đại irên đ u ừ ng F,,„ - LI dược gọi là "đicm d ỡ tả i” và tại đ iể m d ỡ

tải sử dụng mối quan hệ sau đây dế lliay thếphưo'ng trình (5-8)

Giá trị cúa F„ tương ứim vói điểni dữ tái dưọ'c gọi là ■‘tái irọng điểm dỡ tải” F„(max),

nó xem là sức kháng lĩnh cực đại ihu dược khi thử lái S J A Ĩ N A M I C

Hệ số sức cản động c được tính beVi

^ ^ F ^ a x ) - ^ a x )

ờ đ â y F,Ị.„(ma\ì la c ư c dai CIUI F ị ,, và V * là l ó c ílò c o c tai F , ị ( m a x )

Với hệ số sức cán độiii: c dã bict, tái irọng tình F„|(1) lại bất cứ thời điểm nào có thể tính được khi dùng pliuong trình (5 6)

Phương pháp dicm dỡ tai cua Kiisakabe là Uiưng ihích với mô hình Cọc - Đất nêu trong hình 5.8 Phươim pháp điểm dờ lai dã điiợc clùiií; có hiệu quả để giải thích các thí nghiệm STN trong chươnu Irình tlií imhiệni Shonaii

Trong Ihực tế, sức cản dộng dâ( là kliòng luỵcn tính (hàne số), nhưng có thể phụ thuộc vào chuyển vị cọc (hoặc mức bicn dạng cua dàì xưng quanh) và hình học cuà cọc

Vì vậy hệ số cản dộnii c lừ plurơne trình (5-11) chỉ là cấn đúng

Phương pháp đicm dỡ lái đơn gián nhưng dẻ áp dụim clio thực tế Việc ứng dụng của

ohưoTig p h á p đ i ể i n d ỡ tải đã đ ư ợ c t h a o luận troim n hi ề u c ô n g trình n g h i ê n c ứ u k h á c ở

5 T H I Ế T BỊ STN

5.1 C ấ u t ạ o c h í n h

Thiết bị STN bao g ồm các phần chính như sau :

tông, thép hay vật liệu rời

3 Đĩnh mủi cọc 0.152m đưòng kính mũi cọc 1.321m

b Tâm đấu đo laser 0 305m đường kính pistong 0.710m

c Đỉnh khung đáy 0.648m đường kính xilanh (I.D) 0,508m

d Đĩnh plstong 1,930m đưàng kính khối phản lực 3,353m

e Đỉnh cùa kêt cấu trọng lực 8,534m trọng iượng mũi cọc 0.016MN

f Đỉnh xilanh 8.788m trọng lượng pistong 0,057MN

g Chiéu dài khối phàn lực 6.553m trọng lượng xilanh 0.196MN

h Chiếu dài xlianh 8,039m trọng iượng khối phàn iực 1.334MN

i Chiếu dài STATNAMIC 8.179m trọng lượng tổ hợp 1.530MN

i Đỏ sâu bu lònq neo 0.305m

H ì n h 5 9: Cán rạo hộ thiết hị - 3 M N

5.2 Lắp dựng thiết bị S TN đẻ thí nghiệm

Đê thuận tiện khi vận chuyến và lắp dụìig nhanh clióne nmrời ta chế tạo bộ thiết bị STN bao gồm nhiều bộ phận rời và lắp dựníi don gian nliaiih chóng Dưới đây thể hiện trình tự lắp dimg ihí nghiệm STN cho cá ircn cạn cũng như trên biến của bộ thiết bị 30 MN

Bưởc 1 a ; Thi cóng cac coc đỡ cho khung đáy cùa kếl cáu trong lực

dìO klìung (lay cùa kếl cảu trong ỉưc

i

Bươc l b : Láp đảtcác dầm dọc cho khung đáy cùa kết cảu trong !ưc

Bưcc 2 : Lảp dưng piston Bươc 3 Làp đát khung đáy

cúa kết cảu trong lưc

Bươc 4 : Lãp đăl cac khung goc kè( cáu trong lưc

Bước 5 : Ghép các khối góc kết cấu trọng lực

Hinh 5,10 Trình tự lắp (hOì^ íhiêí hị 30 MN

I loai ỉ ì è n mủi ì ì ì í ớ c )

Bộ Ihicì bị STN dầu licii nãm 198(S có côim suất 0,1 MN đến năm 1994 đã xuất hiện các bo có công suấl đến 30 MN.

5.3 Lịth sử ỊDhát triển cúa thiết bị STN

Lịch sử phái triển thiết bị

Đi đầu tron" việc chế tạo bộ ihí nuhiộni dầu tièn và sau đó thương mại hoá rộng rãi

là Hãng 'ĨNO của Ĩ-Ià Lan và Bcrmiimlìamnicr của Canada

6 CÁC CÔNG T RÌN H THỤC TẾ

6.1 Thí ngh iệm so sánh thủ tai tĩnh và thú tai STN

N à n 1995 trên công íiình niỏ' rộim cáim Maasvlaklc ean Rotlerdam Hà Lan, một số

thí n<niệm trên 3 cọc thép và 3 cọc bè tôn<z cốt thép đúc sẩn bằng các phưoìig pháp thử tải tĩni, ihứ lái độim và thử STN Diiới dây sỗ irình bàv một số nét chính về thí nghiệm

và nic tả sự so sánh giữa các quan hệ tái irọim dộ lún cho ihử tái tĩnh và thử STN

Ma sát

MPa

Số liệu thăm dò đất : Khu vực thí

nghiệm được thăm dò bằng xLiyèn

côn (CPT), khoan và thí nghiệm

trong phòng Hình 5.12 trình bày

một kết quả mẫu của thí nghiệm

xuyên côn Hà Lan được thực hiện lại

trong các lófp cál bôn trên gây nên lái

trọng phụ thêm trên cọc (ma sát bẽn

mũi m ớ rộng Số liệu các cọc thí nghi ệm ch o trong báng 5.2

C A

C ọcAR BED liết diện chiếu lài HP 320x147:

Chiếu ơài

Coc Dè ‘ tông dúc sẩn 360 X 380

O h i ế u cléii 31 OOrn

n d ạ n g ị ^ ^ Óng cách 660x19 Chiểu dài 30 OŨOm

■22 75 Đáu đo biến dang -24 50 o áu do biến dang 1.-25 0C

Kết quá thử tài STN : Sau khi thư tĩnh, các cọc được ihử tải STN với bộ thiết bị 8

MN Khối phíiii lực có tốna khối lưọìiíi 37500 kc đã được dùng cho các cọc thép ARBED Khối phan lực cho các cọc bê tông đúc sẵn thay đổi giữa 28000 kg và 30600kg Hình 5-14 thê’ hiện Ihí imhiệm STN trên một troníĩ các cọc đó

Tronc ihí nshiệni STN, tai irọníi và chuvển vị đầu cọc được đo bằng hệ thống kiểm ira rnónc cọc TNO (FPDS-3), các tín liiệii đo trình bày trên các hình 5.18 và 5.19 Từ các tín hiệu do vẽ dưọ'c các bicLi dồ lải trong - chuyển vị STN

Các kết qua STN dã đirợc phàn lích iheo phương pháp điểm dỡ tải (Middendorp,

1993) Với phươim pháp nàv sức kháns: lình lại chLVỹến vị lớn nhất đẩu tiên được tính và

sau dó lấy lực can độiiíi Lực can (lộn2 và lưc quán lính được loại khỏi các số đo STN và kêl quá sc llni được một đườim cono: hypcrbolic lái irọnoi - chuyển vị khi dự báo sự ứng

xử lai irọim tĩnh của cọc

Báo cáo dự báo vc tái trọn" lĩnh - chuycn vị đirợc trình bày trên hình 5.18 Mặc dù các thí nuhiệm STN tiến hành sau thí níiliiệm lái Irọng tĩnh, nhưníĩ quan hệ tải trọng - chuvên vị của các cọc TNO dã khòim biét tại ihời điểm báo cáo để các số liệu được

Thòi ỉirựim ( ! ’) cúa tái

iroHỊ: STN clid lất C';'i các ihí

n g h iẹm vao klioanu 0, !s.

(MiddeiKÌoip, 1995) có ihc áp

dụng đê kicm lia vãn dc sóiií:

ứng suáì Sc) sóim ứnu suàì

này đirợc dinh Iiíỉhĩa như

chicLi dài sórm chia cho

chiều dài cọc (N,^ = c 'r/L)

l lic o qu\' lãc cộim lác dụnc

đôi với các ịiiá irị số scSim

suât có lliể bó qua Các ỉziá

trị số sóng ÚÌIỈỈ siiâì dối với

các cọc bê lỏng N\, = 13

(c = 4000 in/s) và vừa đạt

đicu kiện này Các cọc ihcp

có các íỉiá Irị số sóim ứim

-Hình 5.17 : Biéii íliêii lìii lì^liiệiìi a I N

Các tin hiệu STN, cọc I, thép II

Các tin N ệu STN coc 3 thépH

H h i h 5 18 : Cúc tiìì liiệií S Ĩ N cihí các cọc íhép

Các tin hièu STN, cọc 6 bè tòng đúc sẳn

Các !in hiệu STN cọc 10 bè tông đúc sẳn

H ình 5 A 9 : Cúc tin lìiệiỉ STN của cúc cọc bê ĩôniị

So sánh các kết I/Iiả thử tcìi tinh vù thử S T N :

Đối với cọc thép có Ihể dưa ra các kết luận sau đây : Các cọc thép 2 và 3 cho thấy sự phù hcTỊ-) tốt uiCra STN và SLT (thử tải tĩnh) Đối với cọc thép 1, độ cứng theo STN sau khi tải trọim làm việc thấp hơn một chút so với SLT Dự báo sức chịu tải khá phù hợp.Các kc't quà STN của các cọc bê lông cốt thép cho ihấy độ cúng cao hơn SLT Các sức chịu lái thu được từ STN là cao hơn 10 đến 24% so với SLT

Bãne cách so sánh các kết quả STN và SLT có thể xem sự khác biệt về thời gian giữa hai thí níỉhiệm và việc tiến liành STN sau SLT như mộl chu kỳ chất tải tiếp theo đã ảnh hưỏns đến quan liộ tái trọiiỉĩ - chuyển vị của cọc

Nơi thí nghiệm gồm một lớp mùn dày 2,7m, dưới có các lớp sét và cát mịn Mặt cắt đất và các số liệu thí nghiệm cho trong hình 5.29 5.30 và 5.31

Lưu ý ; Mực nước ngầm khi thí nghiệm 1994 ở độ sâu 4m kể từ mặt đất, đến năm

1995 hạ thấp đến -16m mà chưa giải thích được nguyên nhân Có điểu ghi nhận là các thí nghiệm năm 1995 được thưc hiện khoảng 2 tháng sau trận động đất lổfn ở Kobe mặc

dù Shonan cách Kobe 600 kin

Tổng cộng có 6 cọc thí nghiệm : 1994 có từ TI đến T5, 1995 có T6 Có 1 SPT làmcách TI 20m và 5 piezocone (CPT) làm tại các điểm C1 đến C5

C oc PHC

1995

Coo T6 (19&5)

C oc ỏng thép

Hì nh 5.29 : Mặ ĩ cắĩ cíấĩ vù các \>iủ ĩrị N cúiỉ SPT và dộ sâu l úc cọc lỉiíí'

Hìiih 5, 30 : Kếi cỊiici ílií /ìíỉlìiệỉ}! Pie:ocoỉìe ĩại (Ìiểỉìì

C ĩ làỉìì íroiỉi’ dìKơìi^ trìnlì ílìí Ịìịịlììéiìì tiílỉìì Ỉ 9 9 4