THỬ TĨNH CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG

Phương pháp Osterberg dùng để xác định khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi và cọc Barrette, có sức chịu tải lớn, đặc biệt là tại khu vực mặt bằng chật hẹp khó có thể kiểm tra bằng phương pháp truyền thống. Phương pháp Osterberg là phương pháp thử tải tĩnh, vì thế tải trọng sẽ phản ánh trực tiếp trạng thái chịu lực của cọc trong mỗi bước thử. Tải trọng tĩnh dùng để thử được tạo ra bởi hộp tải Osterberg.

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

BỘ MÔN ĐỊA CƠ – NỀN MÓNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO

ĐỀ TÀI: THỬ TĨNH CỌC TẠI HIỆN TRƯỜNG THEO PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG ĐỐI VỚI CỌC KHOAN NHỒI VÀ CỌC BARRETTE

GVHD: PGS TS VÕ PHÁN NHÓM THỰC HIỆN: Nhóm 3

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 2

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 4

1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng trong và ngoài nước – tính cấp thiết: 4

1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 4

1.3 Phương pháp nghiên cứu: 4

1.4 Tính khoa học: 4

1.5 Tính thực tiễn: 4

1.6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu: 4

PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 5

2.1 Thí nghiệm nén tĩnh cọc (phương pháp truyền thống): 5

2.2 Thí nghiệm Osterberg: 5

2.3 Thí nghiệm thử động biến dạng lớn: 5

2.4 Khuyết điểm của phương pháp thử tĩnh cọc hiện nay: 5

PHẦN 3: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI TRỌNG TĨNH BẰNG HỘP TẢI TRỌNG OSTERBERG 7

3.1 Lịch sử nghiên cứu và hình thành thí nghiệm: 7

3.2 Một số thí nghiệm tiêu biểu đã được thực hiện trên Thế giới và trong nước: 7 3.3 Tình hình áp dụng thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg tại các công trình hiện nay: 8

PHẦN 4: NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP VÀ VẤN ĐỀ ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TRỌNG TĨNH BẰNG HỘP TẢI TRỌNG OSTERBERG 9

4.1 Nguyên lý hoạt động của phương pháp Osterberg: 9

4.2 Các giả thiết sử dụng trong phương pháp thử tải trọng tĩnh Osterberg: 13

4.3 Phương pháp xây dựng đường cong chuyển vị - tải trọng đầu cọc tương đương từ kết quả thí nghiệm Osterberg: 15

4.4 Đánh giá độ chính xác của kết quả thử tải theo phương pháp Osterberg: 22

4.5 Nhận xét: 23

PHẦN 5: CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TRỌNG TĨNH CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG 24

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 3

5.1 Hộp tải trọng Osterberg: 24

5.2 Một số thiết bị khác hỗ trợ thí nghiệm: 27

PHẦN 6: TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TĨNH THEO PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG 31

6.1 Chuẩn bị, lắp đặt hộp kích và các thiết bị hỗ trợ đo đạc: 31

6.2 Thi công cọc thử: 34

6.3 Lắp đặt hệ thống đo đạc và thu nhận số liệu: 35

6.4 Gia tải sau khi bê tông đủ cường độ: 38

6.5 Công tác bơm vữa sau sau khi tiến hành thử: 41

6.6 Báo cáo thí nghiệm: 43

6.7 Quản lý chất lượng quá trình thí nghiệm: 43

PHẦN 7: ƯU ĐIỂM – NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP THỬ TĨNH BẰNG HỘP OSTERBERG VÀ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ ÁP DỤNG 45

7.1 Ưu điểm của phương pháp thử tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg: 45

7.2 Nhược điểm của phương pháp thử tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg: 45

7.3 Hình ảnh các dự án Techcombank Hà Nội thực tế áp dụng khi sử dụng phương pháp thí nghiệm Osterberg: 46

PHẦN 8: KẾT LUẬN 54

8.1 Kết luận: 54

8.2 Kiến nghị: 54

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 4

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng trong và ngoài nước – tính cấp thiết:

- Do yêu cầu quản lý chất lượng và hạ giá thành xây dựng nên việc đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi, cọc barrette có sức chịu tải lớn rất thường xuyên, công việc này gặp khó khăn về mặt bằng, tiến độ thi công và nhất là giá thành cao Do vậy, việc áp dụng những công nghệ mới, tin cậy với giá thành hợp lý là rất cần thiết Bên cạnh phương pháp thử tĩnh truyền thống, phương pháp thử động PDA, phương pháp thử tĩnh bằng hộp tải Osterberg cung cấp một giải pháp tối ưu hơn, kinh tế hơn trong giải quyết vấn đề xác định sức chịu tải của cọc

1.2 Mục tiêu nghiên cứu:

- Tìm hiểu các vấn đề liên quan đến thí nghiệm thử tĩnh bằng hộp tải Osterberg về cơ sở

lý thuyết và thực tiễn hiện trường

1.3 Phương pháp nghiên cứu:

- Tìm hiểu lý thuyết và ứng dụng thực tế từ các tài liệu, đề cương, hồ sơ báo cáo từ các công trình thực tế

1.4 Tính khoa học:

- Dựa trên các lý thuyết về cơ học đất, nền móng

- Dựa trên các tài liệu khoa học liên quan

- Dựa trên các đề cương, báo cáo thí nghiệm từ những công trình thực tế

1.5 Tính thực tiễn:

- Có thể ứng dụng phương pháp thử tĩnh cọc bằng hộp tải trọng Osterberg vào các công trình xây dựng ở Việt Nam hiện nay

1.6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu:

- Trong báo cáo tiểu luận, học viên chỉ trình bày đến Giảng viên hướng dẫn các vấn đề về

lý thuyết và thực hành cơ bản

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 5

PHẦN 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU

TẢI CỌC NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 2.1 Thí nghiệm nén tĩnh cọc (phương pháp truyền thống):

- Thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục áp dụng cho cọc đơn thẳng đứng, cọc đơn xiên không phụ thuộc kích thước và phương pháp thi công (đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn, khoan nhồi, …) trong các công trình xây dựng

2.2 Thí nghiệm Osterberg:

- Phương pháp Osterberg dùng để xác định khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi và cọc Barrette, có sức chịu tải lớn, đặc biệt là tại khu vực mặt bằng chật hẹp khó có thể kiểm tra bằng phương pháp truyền thống

- Phương pháp Osterberg là phương pháp thử tải tĩnh, vì thế tải trọng sẽ phản ánh trực tiếp trạng thái chịu lực của cọc trong mỗi bước thử Tải trọng tĩnh dùng để thử được tạo ra bởi hộp tải Osterberg

2.3 Thí nghiệm thử động biến dạng lớn:

- Phương pháp thử động biến dạng lớn được tiến hành bằng việc thu nhận và phân tích dữ liệu về lực và vận tốc của cọc dưới tác dụng của lực xung kích để đánh giá SCT của cọc,

độ đồng nhất và tương quan về độ lún – tải trọng

- Thử nghiệm cọc theo phương pháp biến dạng lớn là phương pháp thử nghiệm không phá hủy, nhanh chóng, nhằm đảm bảo cọc này vẫn đáp ứng về điều kiện làm việc sau khi thử

- Mục đích của thí nghiệm là xác định SCT của cọc đóng/ cọc ép/ cọc khoan nhồi/ cọc barrette dựa trên sóng và ứng suất đo được tại đầu cọc dùng phương pháp CASE hoặc CAPWAP

2.4 Khuyết điểm của phương pháp thử tĩnh cọc hiện nay:

- Hiện nay, phương pháp nén tĩnh được sử dụng phổ biến trong các dự án, tuy nhiên vẫn còn một số khuyết điểm:

+ Không thể hoặc khó khăn trong việc tạo đối trọng thí nghiệm cho những cọc có sức chịu tải lớn (đặc biệt là cọc khoan nhồi, barette và các móng đài cao) Thông thường giới hạn tối đa là 3000T trong điều kiện địa chất yếu và 3500T trong điều kiện địa chất tốt.+ Cần yêu cầu không gian rộng để tiến hành thí nghiệm

+ Hạn chế về mặt tiến độ thí nghiệm vì phải vận chuyển hệ đối trọng

+ Không thể kiểm tra riêng biệt sức kháng ma sát và sức kháng mũi cọc

+ Không kiểm tra được biến dạng đàn hồi thân cọc

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 6

+ Trong 1 số trường hợp kinh phí thí nghiệm khá lớn

- Với những lý do nêu trên, thí nghiệm osterberg đã ra đời để có thể giải quyết được những khiếm khuyết hạn chế của các phương pháp nén tĩnh bằng đối trọng thông thường

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 7

PHẦN 3: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP THỬ TẢI TRỌNG TĨNH

BẰNG HỘP TẢI TRỌNG OSTERBERG

3.1 Lịch sử nghiên cứu và hình thành thí nghiệm:

- Thí nghiệm Osterberg là công nghệ nén tĩnh cho cọc được

phát minh bởi giáo sư người Mỹ Jorj Osterberg từ những năm

1970 và lần đầu áp dụng năm 1984

- Ở Việt Nam, phương pháp này cũng đã được ứng dụng thành

công để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính

lớn và cọc Barrette tại một số công trình lần đầu tiên như: Tòa

nhà Vietcombank (198 Trần Quang Khải – Hà Nội), Trụ cầu

dây văng Mỹ Thuận, …v.v

- Theo thông tin từ công ty Loadtest (độc quyền về thí nghiệm

Osterberg), khả năng thử tải lớn nhất của thí nghiệm Osterberg

là 36.067 tấn thực hiện vào năm 2010 tại St Louis, Missouri Giáo sư Jori Osterberg

- Loadtest cũng là nơi độc quyền về thiết bị thí nghiệm với giá thành khá cao Hiện nay, một số nước đã chế tạo lại theo nguyên lý trên để giảm giá thành tuy vẫn phải tốn một

khoản để mua bản quyền

- Ngày nay, thí nghiệm Osterberg được thực hiện dựa trên tiêu chuẩn: “ASTM – D1143: Standard Test Method for Piles Under Static Axial Load – Quick load test”

3.2 Một số thí nghiệm tiêu biểu đã được thực hiện trên Thế giới và trong nước:

- Ở Việt Nam từ năm 1995 đã, thực hiện thí nghiệm cho tòa nhà Vietcombank – Hà Nội: thử tĩnh cho cọc Barrette 1200 tấn

- Năm 1997, đã thực hiện cho cầu dây văng Mỹ Thuận: thử tĩnh cho cọc khoan nhồi 3600 tấn

- Năm 2002, đã thực hiện cho công trình 27 Láng Hạ - Hà Nội: loại cọc Barrette 2380 tấn

- Năm 2016, Vincom Bason – Hồ Chí Minh Đơn vị thực hiện: Fugro Singapore Pte Ltd – nhà thầu thi công: Bachy Soletanche Viet Nam

+ Barrette 2800mm x 800mm:

+ Cọc khoan nhồi đường kính 1500mm:

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 8

- Năm 2019, tòa nhà Techcombank – Hoàn Kiếm Hà Nội Đơn vị thực hiện: Công ty

Kỹ thuật Xây dựng Tung Feng Việt Nam

- Trên Thế giới:

2014 UMPC Bio Engineering

Building

College Park, MD 2 798 kips

2017 – 2018 Gerald Desmond Bridge Long Beach, CA 26 200 kips

2013 Ohio river bridges

downtown crossing

2017 US95/CC-215 Interchange Las Vegas, NV 9 000 kips

2012 Nuevo Eden de San Juan

Bridge

EI Salvador, Central America

10.15 MN

2016 Atlantic Bridge over

Panama Canal

Corozal west, Republic of Panama

160 MN

2018 Transbay Tower San Francisco, CA 27 00 kips

3.3 Tình hình áp dụng thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg tại các công trình hiện nay:

- Theo mục trên, tình hình hiện nay việc sử dụng công nghệ thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg đang dần trở nên phổ biến và sẽ thay thế cho công nghệ thử tải tĩnh truyền thống trong tương lai

- Tuy nhiên, tại Việt Nam hiện nay tỷ lệ các công trình sử dụng công nghệ Osterberg chiếm

tỷ lệ nhỏ, chưa phổ biến đại trà do một phần phụ thuộc vào năng lực của nhà thầu thi công

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 9

PHẦN 4: NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP VÀ VẤN ĐỀ ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TRỌNG

TĨNH BẰNG HỘP TẢI TRỌNG OSTERBERG 4.1 Nguyên lý hoạt động của phương pháp Osterberg:

- Phương pháp Osterberg thực chất là thí nghiệm nén tĩnh cọc, về mặt nguyên lý hoàn toàn giống với thí nghiệm nén tĩnh, chuyên dụng cho các cọc khoan nhồi và barrette

- Nguyên tắc thí nghiệm là đặt tải trực tiếp tại mũi hay thân cọc bằng một thiết bị gọi là hộp Osterberg (hay O-cell) Thiết bị này được đặt tại một cao trình (thường được đặt ở đáy cọc) hoặc tại nhiều cao trình trên chiều dài thân cọc Lý tưởng hơn là trên thân cọc ở tại nơi sao cho đối trọng của phần cọc trên hộp tải và phần cọc dưới hộp tải xấp xỉ bằng nhau

Hình 1: Vị trí đặt các hộp tải trọng Osterberg trong thí nghiệm thực tế tại dự án “Cầu

Phú Mỹ”

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 10

- Nhờ có nguyên tắc trên (nguyên tắc đặt hộp tải trọng O-cell), có thể thử được cấp tải trọng tiến gần tới mức giới hạn hơn:

G+ + F+ = (F- + Fe) – GTrong đó:

+ G+, G- - tương ứng là trọng lượng của phần cọc trên và phần cọc dưới hộp tải trọng có xét đến hiệu ứng đẩy nổi khi nằm dưới mực nước ngầm

+ F+, F- - tương ứng là tổng sức kháng cắt của đất nền quanh thân cọc của phần cọc trên hộp tải và phần cọc dưới hộp tải

+ Fe – sức kháng nén của đất nền dưới mũi cọc

- Do mũi cọc khoan nhồi được hạ trong lớp đất chịu lực tốt có sức kháng mũi cao nên theo nguyên tắc nêu trong công thức trên, vị ví của hộp O-cell thường nằm gần mũi cọc

- Mặt khác, xác định vị trí hộp O-cell được dựa trên dữ liệu đất nền Điều này được sử dụng giống như nền tảng để tính toán ma sát hông dự kiến và khả năng chịu tải của mũi cọc

- Mục đích chính của việc xác định vị trí bộ kích thủy lực là nhằm cân bằng các lực theo 2 phương trong cọc, do đó sự cố theo 1 phương sẽ không xảy ra sớm Các yêu cầu chi tiết về việc xác định vị trí được tính toán dựa trên việc thiết kế cọc của đơn vị tư vấn và các điều kiện đất nền như đã được thể hiện trong hồ sơ của lỗ khoan

- Các hộp O-cell được đặt sẵn trong thân cọc trước khi đổ bê tông cọc khoan nhồi hay cọc barrette Hộp tải thực chất là một bộ kích thủy lực hoạt động nhờ áp lực của bơm thủy lực đặt trên mặt đất truyền theo ống dẫn vào trong hộp tải

- Số lượng kích làm thành tồ hợp hộp Osterberg phụ thuộc vào dự tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi hoặc cọc barrette khi thí nghiệm

+ Hộp tải hoạt động theo 2 chiều đối nhau: đẩy phần cọc trên hộp tải lên phía trên phá sức kháng cắt của đất nền quanh thân cọc của phần cọc này; đẩy phần cọc dưới hộp tải xuống phía dưới phá sức kháng nén của đất nền dưới mũi cọc cùng với sức kháng cắt của đất nền quanh thân cọc của phần cọc này

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 11

Hình 2: Mô hình của thí nghiệm Osterberg

- Đối trọng dùng cho việc thử được tạo bởi chính trọng bản thân cọc và sức kháng thành bên của cọc

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 12

Hình 3: Nguyên lý của thí nghiệm Osterberg

- Hình 3 cho thấy: hộp tải trọng Osterberg gây ra lực nén O0 lên trên và O0 xuống dưới

- F1 là sức kháng ma sát bên từ vị trí hộp O-cell trở lên

- F2 là sức kháng ma sát bên từ vị trí hộp O-cell trở xuống

- Q2 là sức kháng mũi

- W1 và W2 lần lượt là trọng lượng bản thân của đoạn cọc từ vị trí hộp O-cell trở lên và trở xuống (Cả W1 và W2 đều tính với trọng lượng riêng đẩy nổi cho phần cọc dưới mực nước ngầm

- Như vậy, ta có:

F1 = O1 – W1

Q2 + F2 = O1 + W2

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 13

- Thí nghiệm được xem là kết thúc nếu đạt một trong các điều kiện sau đây:

+ Cọc thí nghiệm đạt tải trọng tối đa trong cả 2 chiều đi lên và đi xuống (khi chuyển

vị của một chiều đi lên hoặc đi xuống đạt giới hạn thiết kế lập bởi người thiết kế hay quá 10% đường kính cọc, tùy cái nào thấp hơn)

+ Cọc bị phá hoại ở thành hoặc ở mũi (cọc đạt đến sức kháng ma sát hoặc sức chống mũi giới hạn)

+ Kích thủy lực đạt tải trọng tối đa

+ Kích thủy lực đạt hành trình tối đa Hoặc đạt giới hạn bởi người thiết kế

- Kết quả thu được là các đường cong biểu thị quan hệ tải trọng – chuyển vị (lên và xuống) của đỉnh và mũi cọc Từ kết quả đó, cùng với việc dựa vào một số giả thiết cơ bản xây dựng được biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị tương đương như trong thử tải trọng tĩnh truyền thống Phương pháp thử tải bằng hộp tải trọng Osterberg cho phép xác định được riêng rẽ hai thành phần: sức kháng thành bên và sức kháng mũi cọc

4.2 Các giả thiết sử dụng trong phương pháp thử tải trọng tĩnh Osterberg:

- Như đã trình bày ở phần trên, trong phương pháp thử tải trọng tĩnh bằng hộp Osterberg,

sơ đồ chịu tải của cọc khác với sơ đồ chịu tải của cọc trong phương pháp thử tải tĩnh truyền thống

Hình 4: So sánh sơ đồ đặt lực trong chất tải truyền thống và thử tải bằng

phương pháp Osterberg

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 14

- Trong phương pháp thử tải trọng tĩnh theo truyền thống:

+ Tải trọng thử đặt trên đầu cọc Khi tăng tải, cọc chuyển dịch xuống phía dưới, lực kháng ma sát của đất xung quanh thân cọc và lực kháng của đất ở mũi cọc cùng có chiều hướng lên trên ngăn cản chuyển dịch đi xuống của cọc

+ Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị thu được là quan hệ giữa tải trọng đặt trên đầu cọc và chuyển vị đi xuống của cọc Tải trọng đầu cọc luôn cân bằng với tổng lực kháng ma sát của đất xung quanh cọc và lực kháng của đất ở mũi cọc

- Trong phương pháp thử tải trọng tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg:

+ Tải trọng thử không đặt trên đầu cọc mà ở mũi hoặc thân cọc Khi tăng tải, cọc chuyển dịch lên phía trên (trường hợp hộp tải trọng đặt ở mũi cọc), hoặc có đoạn cọc chuyển dịch lên phía trên và có đoạn cọc chuyển dịch xuống phía dưới (trường hợp hộp tải trọng đặt ở khoảng giữa thân cọc)

+ Trong phương pháp này, đoạn cọc phía trên hộp tải trọng có lực kháng ma sát của đất xung quanh thân cọc có chiều hướng xuống dưới ngăn cản chuyển dịch đi lên, đối với đoạn cọc phía dưới hộp tải trọng lực kháng ma sát của đất xung quanh thân cọc và lực kháng của đất mũi cọc có chiều hướng lên trên ngăn cản chuyển dịch đi xuống của đoạn cọc đó và của mũi cọc

+ Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị thu được là các quan hệ riêng rẽ giữa tải trọng do hộp O - cell gây ra cho cọc và các chuyển vị đi xuống hoặc đi lên của cọc hay các đoạn cọc tùy theo sơ đồ đặt hộp

- Do kết quả thu được trong thí nghiệm thử tải trọng tĩnh theo phương pháp Osterberg là hai biểu đồ tải trọng – chuyển vị mũi cọc độc lập 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 tĩnh truyền thống Để thực hiện việc đó, ta dựa vào các giả thiết cơ bản sau đây:

1/ Đường cong chuyển vị - tải trọng mũi cọc trong cọc được chất tải truyền thống giống như đường cong chuyển vị - tải trọng xây dựng với chuyển dịch đi xuống của hộp tải trọng đặt tại đáy

2/ Đường cong chuyển vị - tải trọng ma sát bên của chuyển dịch đi lên trong thí nghiệm Osterberg giống như dịch chuyển đi xuống trong thí nghiệm chất tải truyền thống

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 15

3/ Bỏ qua độ nén trong thân cọc khi xem nó là vật rắn

4.3 Phương pháp xây dựng đường cong chuyển vị - tải trọng đầu cọc tương

đương từ kết quả thí nghiệm Osterberg:

- Căn cứ theo sự hợp lý và thiên về an toàn, đã sử dụng các giả thiết sau đây để xây dựng đường cong chuyển vị - tải trọng đầu cọc tương đương từ kết quả thí nghiệm Osterberg: 1/ Đường cong chuyển vị - tải trọng mũi cọc trong cọc chất tải đầu cọc có cùng tải trọng net (đã trừ trọng lượng đẩy nổi của cọc phía trên hộp Osterberg) đối với một chuyển vị cho trước đối với đường cong chuyển vị - tải trọng mũi cọc phát triển ở đáy hộp tải trọng Osterberg khi nó đặt ở mũi cọc hay gần mũi cọc

2/ Đường cong chuyển vị - tải trọng trượt thành bên trong cọc chất tải đầu cọc có cùng sức kháng thành bên net, đã nhân với hệ số hiệu chỉnh “F” đối với một chuyển vị đi xuống đã cho như xảy ra trong thí nghiệm Osterberg mà đỉnh hộp có cùng chuyển vị như thế theo hướng đi lên Tương tự như vậy cho chuyển vị đi lên trong thí nghiệm kéo chất tải đầu cọc Trừ những trường hợp có lưu ý khác đi, trong phương pháp này đã sử dụng các hệ số hiệu chỉnh như sau:

+ F = 1: trong mọi cọc chống trên đá và đất chủ yếu là loại đất dính chịu nén

+ F = 0.95: trong đất chủ yếu là loại không dính

+ F = 0.8: cho mọi loại đất khi chịu tải kéo trên đầu cọc

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 16

Trình tự I:

Hình 5: Đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị từ kết quả thí nghiệm

Osterberg 3/ Ban đầu giả thiết cọc làm việc như một vật rắn nhưng có độ nén đàn hồi tham gia trong

số liệu chuyển vị thu được trong thí nghiệm Dùng giả thiết này sẽ xây dựng đường cong chuyển vị thí nghiệm tải trọng đỉnh tương đương theo phương pháp mô tả trong Trình tự

I Sau đó dùng Trình tự II để hiệu chỉnh ảnh hưởng của độ nén đàn hồi trong số liệu chuyển

vị thu được từ thí nghiệm Osterberg

4/ Xét đến trường hợp có một hay nhiều hơn cao độ đặt hộp tải Osterberg đặt cách mũi cọc một khoảng cách nào đó, giả thiết phần cọc bên dưới hộp Osterberg, mà đang chịu tải trọng trên đầu, có cùng ứng xử chuyển vị - tải trọng như khi chất tải trên đầu toàn bộ cọc Do đó,

“đường cong chuyển vị - tải trọng mũi” chỉ là chuyển vị của toàn bộ chiều dài cọc bên dưới hộp tải Osterberg

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 17

Hình 6: Đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị khi kết hợp cả hai thành phần ma sát và sức chống mũi đo được từ thí nghiệm Osterberg Bước 1: Đổi các tải trọng Gross từ các số liệu Osterberg thành các tải trọng Net (xét đến lực đẩy nổi)

Bước 2: Xây dựng từng điểm của đường cong tương đương theo cách lấy hai điểm

có cùng chuyển vị trên hai đường cong từ thí nghiệm Osterberg, lấy tổng tải trọng thành bên và tải trọng mũi ta sẽ có tải trọng cho đường cong tương đương ứng với chuyển vị đó

có số liệu đầy đủ để nhận được các đường cong t-y đó vì vậy thường dùng phương pháp gần đúng sau đây

- Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm Osterberg dựa theo sự phát triển của ứng suất cắt thành bên:

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 18

Hình 7: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm Osterberg dựa

theo sự phát triển của ứng suất cắt thành bên

 Trường hợp chất tải một tầng hộp Osterberg (chỉ có Q’A):

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 20

Hình 8: Sơ đồ tính độ nén đàn hồi lý thuyết trong thí nghiệm chất tải đầu cọc

dựa theo sự phát triển của ứng suất cắt thành bên

 Thí nghiệm chất tải đầu cọc:

Tải trọng net và tương đương:

Các tải trọng thành phần Q chọn với cùng (±)ΔOLT

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 21

 Ví dụ tính toán hiệu chỉnh độ nén đàn hồi bổ sung cho thí nghiệm chất tải O- Cell một tầng:

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 22

4.4 Đánh giá độ chính xác của kết quả thử tải theo phương pháp Osterberg:

- Để đánh giá ảnh hưởng của các giả thiết đến độ chính xác của kết quả thử tải theo phương pháp Osterberg, các kỹ sư của Loadtest và các nhà nghiên cứu của Trường Đại học Florida

đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng ngược hướng tải trọng này (so với thử tải truyền thống) bằng phương pháp PTHH và thông qua các kết quả thực tế Các kết quả đã nghiên cứu cho nhận xét chung là phương pháp Osterberg thường cho ma sát bên nhỏ hơn một chút so với chất tải đầu cọc Một vài thí nghiệm tỷ lệ thật cũng đã khẳng định điều này Tuy nhiên, sai lệch này nhỏ có thể bỏ qua với độ an toàn nhất định

- Tại Osaka – Nhật Bản người ta đã tiến hành thực hiện bốn seri thí nghiệm để đánh giá độ chính xác của đường cong chất tải đầu cọc tương đương Đã thực hiện so sánh trực tiếp chất tải đầu cọc tỷ lệ thực và ứng xử chuyển vị của nó với các ứng xử tương đương của thí nghiệm Osterberg Cọc khoan nhồi có đường kính lớn nhất 1.2m và dài 37m Để mô phỏng điều kiện làm việc của tầng hầm đã dùng một ống vách rộng hơn ở đoạn 18m phía trên để loại bỏ ma sát thành bên của cọc Một cọc khác (thí nghiệm A) có hộp tải trọng ở đáy và cũng bị loại ma sát đến độ sâu 18m Cọc thứ ba (thí nghiệm B) cũng có hộp tải trọng ở đáy nhưng không loại ma sát ở phần 18m phía trên

Hình 9: Các kết quả thí nghiệm ờ Osaka – Nhật Bản

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 23

- Theo hình trên cho thấy đường cong sức chống mũi cọc – chuyển vị nhận được từ thí nghiệm truyền thống bằng cách lấy tải trọng tổng cộng đặt trên đỉnh cọc trừ đi phần ma sát bên trên nhận được từ các đầu đo ứng suất rất trùng với đường cong sức chống mũi cọc – chuyển vị nhận được trực tiếp từ hộp tải trọng trong thí nghiệm A Thí nghiệm B cũng khá trùng cho biết ảnh hưởng của phần ma sát bên trên 18m là không đáng kể Điều này chứng

tỏ trong trường hợp này ma sát tương tự nhau khi cọc bị nâng lên từ đáy hoặc bị ấn xuống

- Có thể thấy rằng, giả thiết đầu tiên ảnh hưởng nhiều nhất đến độ chính xác của phương pháp thử vì nó không xét đến sự làm việc đồng thời của hai thành phần sức kháng thành bên và sức kháng mũi

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 24

PHẦN 5: CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TRỌNG TĨNH CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP OSTERBERG

5.1 Hộp tải trọng Osterberg:

- Hộp tải trọng Osterberg là bộ phận quan trọng nhất của công nghệ này

- Hộp Osterberg được đặt sẵn trong thân cọc trước khi thực hiện quá trình đổ bê tông cọc khoan nhồi hay cọc barrette

- Hộp tải trọng Osterberg là một hộp kích thủy lực, có hình lăng trụ tròn khi dùng cho các cọc khoan nhồi và hình hộp vuông hay chữ nhật khi dùng cho cọc đóng Chất lỏng dùng

để tạo áp lực là hỗn hợp dầu và nước sạch

Hình 10: Chi tiết cấu tạo thực tế hộp tải trọng Osterberg (cọc khoan nhồi)

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 25

Hình 11: Chi tiết cấu tạo thực tế hộp tải trọng Osterberg (cọc barrette)

- Hiện nay, công ty Loadtest giữ độc quyền về công nghệ sản xuất Một vài thông số điển hình của hộp Osterberg do công ty chế tạo được thể hiện qua bảng sau:

Khả năng sinh

tải (T)

Đường kính (inch) Chiều cao (inch)

Hành trình (inch)

Tải trọng bản thân (Kg)

Bảng 1: Các thông số hộp Osterberg đối với cọc khoan nhồi và cọc barrette

- Đối với cọc nhồi và cọc barrette, phía trên và phía dưới của kích Osterberg là tấm thép dày, nằm vừa khít và hàn vào lồng thép

- Trên các tấm thép có bố trí các lỗ để bê tông có thể chảy qua trong quá trình đổ bê tông cọc cũng như dùng để lắp đặt các máy cảm biến hỗ trợ kiểm tra chuyển vị cọc, trong một

số trường hợp có thể có lỗ dành cốt thép chủ của cọc khoan nhồi hoặc cọc barrette

Nhóm thực hiện: Nhóm 3 26

Hình 12: Chi tiết cấu tạo tấm thép mặt trên hộp tải trọng Osterberg

Hình 13: Chi tiết cấu tạo tấm thép mặt dưới hộp tải trọng Osterberg