Xác định sự phân bố lực ma sát bên bằng thiết bị strain gage trong quá trình thí nghiệm nén tải tĩnh cho cọc khoan nhồi dưới hệ thống tải trọng kết hợp với cọc neo

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ I- TÊN ĐỀ TÀI: Xác định sự phân bố lực ma sát bên bằng thiết bị đo biến dạng strain gage trong quá trình thí nghiệm nén tải tĩnh cho cọc khoan nhồi dưới hệ thốn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT

Mã số ngành: 60.44.68

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS NGUYỄN ĐÌNH TỨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2011

  CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đình Tứ Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Võ Phán Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS Huỳnh Thanh Sang Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 7 năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 PGS TS Đậu Văn Ngọ (Chủ tịch hội đồng)

2 TS Nguyễn Đình Tứ (Ủy viên)

3 PGS TS Võ Phán (Phản biện)

4 PGS TS Huỳnh Thanh Sang (Phản biện)

5 TS Võ Đại Nhật (Ủy Viên + Thư Ký)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I- TÊN ĐỀ TÀI: Xác định sự phân bố lực ma sát bên bằng thiết bị đo biến dạng strain gage trong quá trình thí nghiệm nén tải tĩnh cho cọc khoan nhồi dưới hệ thống tải trọng kết hợp với cọc neo

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

− Thu thập các tài liệu, tiêu chuẩn liện quan đến đề tài như: ứng xuất và biến dạng, thiết bị đo biến dạng strain gage, quy trình nén tải tĩnh cho cọc khoan nhồi, phương pháp tính toán sức chịu tải nhổ cho cọc neo, tài liệu địa chất liện quan đến khu vực nghiên cứu…

− Nghiên cứu số liệu của một số công trình liên quan đến đề tài

− Tính toán thiết kế hệ thống cọc neo phục vụ công tác thí nghiệm nén tải tĩnh

− Tính toán sự phân bố ma sát thành và sức kháng đầu mũi cọc từ số liệu strain gage Phân tích, đánh giá tình trạng làm việc thực tế của cọc và rút ra các mối tương quan đến sự phân bố lực trong cọc

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/ 07/ 2010

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/ 6/ 2011

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô Bộ môn Địa

Kỹ Thuật, Khoa Kỹ Thuật Địa chất & Dầu Khí của Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia – TP HCM

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Địa Kỹ Thuật, Khoa Kỹ Thuật Địa chất & Dầu Khí của Trường Đại Học Bách Khoa đã tận tình giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian theo học tại trường Đó là cơ sở, nền tảng giúp tôi học tập, nghiên cứu và ứng dụng những điều đã học để hoàn thành khóa học

Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Đình Tứ đã nhiệt

tình chỉ bảo và hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành luận văn này

Nhân đây, tôi cũng xin được cảm ơn tất cả anh chị trong công ty

FUGRO, các bạn học, những người đã cung cấp và chia sẻ những tài liệu,

thông tin quý báu trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này

Xin cảm ơn mọi người trong gia đình đã động viên, tạo điều kiện để tôi học tập và hoàn thành chương trình cao học này

Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành luận văn nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo của quý thầy cô, đồng nghiệp và các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Trần Duy Khánh

sức kháng mũi cọc) là vấn đề rất quan trọng để đánh giá chính xác tình trạng làm việc thực tế của cọc cũng như công trình Dựa trên lý thuyết cảm biến điện để xây dựng phương pháp quan trắc biến dạng bằng dây rung và phương pháp truyền thống: thu thập dữ liệu hiện trường kết hợp với lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng để phân tích dữ liệu nhằm: - Đánh giá sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh - Xây dựng biểu đồ phân bố lực ma sát bên và lực chịu mũi giữa cọc và đất - Đánh giá tình trạng làm việc thực tế của cọc khoan nhồi từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh và sự phấn bố lực ma sát bên giữa cọc và đất

Ứng dụng phương án thi công cọc neo phục vụ cho công tác thí nghiệm nén tải tĩnh tại những khu vực có mặt bằng hẹp hoặc điều kiện đất nền yếu Tiết kiệm chi phí vận chuyển tải, thời gian thi công cũng như nguồn nhân lực

1 Tính cấp thiết 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Điểm mới của luận văn 2

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

7 Cơ sở tài liệu của đề tài 4

8 Sản phẩm của luận văn 4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG PHÂN BỐ TRONG THÂN CỌC BẰNG STRAIN GAGE 6

1.1 Khái niệm biến dạng 6

1.2 Lý thuyết quan trắc biến dạng bằng cảm biến dây rung 8

1.3 Ứng dụng của đầu đo biến dạng - Strain gage 11

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC KHOAN NHỒI VÀ PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM TẠI CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG CAO TỐC LONG THÀNH GIẦU DÂY, QUẬN 9-TP.HCM 16

2.1 Đặc điểm địa chất công trình 16

2.2 Chi tiết thiết kế cho cọc khoan nhồi 17

2.3 Phương án cọc neo phục vụ công tác thí nghiệm nén tải tĩnh .29

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THIẾT BỊ ĐO BIẾN DẠNG TRONG THÍ NGHIỆM NÉN TẢI TĨNH CHO CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG CAO TỐC LONG THÀNH – GIẦU DÂY, QUẬN 9-TP.HCM 44

3.1 Thiết lập hệ thống cọc neo 44

3.2 Lắp đặt và kiểm tra thiết bị đo biến dạng trong cọc khoan nhồi 47

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN SỰ PHÂN BỐ MA SÁT BÊN VÀ ĐÁNH GIÁ LẠI KHẢ NĂNG CHỊU TẢI THỰC TẾ CỦA CỌC KHOAN NHỒI D1200 –

4.1 Tính toán sự phân bố ma sát bên cho cọc khoan nhồi 53

4.2 Đánh giá khả năng làm việc thực tế của cọc khoan nhồi 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO … ………76 PHỤ LỤC

Phụ Lục A: Bản vẽ chi tiết cách bố trí Straingage

Phụ Lục B:

1 Bảng số đọc và kết quả tính toán biến dạng của Straingage,

2 Bảng kết quả biến dạng trung bình của từng cao trình bố trí Straingage,

3 Bảng kết quả tính toán lực dọc trục theo từng cao trình bố trí Straingage (từ SG01 đến SG21)

Phụ Lục C: Bảng kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc T50

Phụ Lục D: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất nền tại T50

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT

Trong quá trình hội nhập của đất nước, cải tạo và xây dựng cơ sở hạ tầng là vấn đề quan trọng và cấp thiết Nhiều công trình với tải trọng rất lớn như nhà cao tầng, cầu vượt, cảng nước sâu… đang được thi công, đây là những công trình được thiết kế bằng phương án móng sâu là chủ yếu

Công nghệ móng cọc khoan nhồi đã ra đời từ rất lâu và cũng đã đáp ứng tốt yêu cầu về kỹ thuật nói riêng và vấn đề kinh tế nói chung Tuy nhiên để thiết kế và thi công móng cọc khoan nhồi đạt hiệu quả tốt nhất vẫn là bài toán được mọi người đặc biệt quan tâm

Hiện nay khối lượng thi công cọc khoan nhồi cũng như cọc barret là rất lớn, yêu cầu cần kiểm tra chính xác khả năng chịu tải của cọc là vấn đề rất quan trọng Thí nghiệm nén tĩnh được xem là phương pháp có độ tin cậy cao nhất để xác định sức chịu tải dọc trục của cọc Kết quả chính của thí nghiệm này là quan hệ giữa tải trọng và độ lún của cọc Thông qua quan hệ này, người thiết kế có thể xác định sức chịu tải cho phép của cọc, từ đó bố trí một số lượng cọc phù hợp đảm bảo an toàn cho công trình

Để tiến hành công tác thí nghiệm nén tải tĩnh, vấn đề khó khăn thường gặp nhất là mặt bằng thí nghiệm giới hạn hoặc điều kiện đất nền yếu, không đủ đáp ứng cho công tác chất tải Thứ hai, việc xác định tình trạng làm việc thực tế của thân cọc, sức chịu tải mũi cũng như sự phân bố ma sát bên

Trên quan điểm đó, đề tài “Xác định sự phân bố ma sát bên bằng thiết bị

Strain Gage trong quá trình thí nghiệm nén tải tĩnh cọc khoan nhồi dưới hệ thống tải trọng kết hợp cọc neo” sẽ cung cấp phương pháp xác định sự phân bố

lực ma sát bên giữa đất và thân cọc khoan nhồi, từ đó đánh giá lại chính xác tình trạng làm việc thực tế của công trình, đảm bảo tính an toàn cũng như tiết kiệm chi phí cho công trình Phương pháp thi công cọc neo là phương pháp hiệu quả phục vụ công tác thí nghiệm nén tải tĩnh ở những khu vực giới hạn về mặt bằng thi công hay điều kiện đất nền yếu

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

2.1 Tổng quan một số công trình có liên quan đến đề tài:

Tại Việt Nam, tính đến thời điểm hiện tại (2011), việc sử dụng đầu đo biến dạng nhằm xác định sự phân bố ứng suất và biến dạng cho cọc khoan nhồi là chưa nhiều Do liên quan chủ yếu đến vấn đề kinh phí nên phần lớn chỉ được áp dụng cho các công trình trọng điểm có tầm quan trọng quốc gia hay các công trình có vốn đầu

tư nước ngoài có tải trọng thiết kế lớn Ví dụ:

- Công trình nhà cao cấp thuộc khu vực Đảo Kim Cương (Diamond Island), quận 2, TP.HCM

- Công trình đường cao tốc Long Thành - Dầu Giây, quận 9, TP.HCM

- Cọc khoan nhồi đường kính 2,5m cho trụ cầu dây văng Mỹ Thuận

- Cọc khoan nhồi đường kính 2,2m cho trụ cầu dây văng Phú Mỹ nối quận 7

và quận 2, TP.HCM

- Cọc barret kích thước 0.8x2.8x55m cho móng công trình Vietcombank tại

198 Trần Quang Khải – Hà Nội

- Cọc barret tiết diện 1.0x2.8m và 1.5x2.8m của công trình nhà ở cao tầng 27 Láng Hạ…

Các công trình này đã được thi công xong, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, tuy nhiên vẫn chưa có một nghiên cứu đầy đủ, chi tiết có thể đúc kết những kinh nghiệm cho những công trình tương tự

2.2 Mục đích của đề tài:

Đánh giá sức chịu tải tới hạn của cọc khoan nhồi từ kết quả thí nghiệm nén tải tĩnh Thu thập dữ liệu từ đầu đo biến dạng để phân tích, tính toán sự phân bố ứng suất và biến dạng dọc thân cọc khoan nhồi, đánh giá tình trạng làm việc thực tế của cọc khoan nhồi

Đưa ra lý thuyết tính toán và phương pháp thi công cọc neo phục vụ công tác thí nghiệm nén tải tĩnh ở những khu vực có mặt bằng thi công giới hạn hay điều kiện đất nền yếu

3 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN:

Kết hợp giữa phương pháp thí nghiệm nén tĩnh truyền thống và công nghệ đo biến dạng bằng Strain Gage để đánh giá sự phân bổ sức chịu tải đầu mũi cũng như

ma sát bên của cọc khoan nhồi Đánh giá tình trạng làm việc thực tế của cọc khoan nhồi dưới điều kiện địa chất nhất định đã biết trước

So với công tác thi công thí nghiệm nén tĩnh truyền thống đòi hỏi phải có mặt bằng rộng để xây dựng hệ đối trọng phục vụ thí nghiệm Luận văn cũng muốn giới thiệu một biện pháp thi công cọc neo nhằm đáp ứng tốt cho các công trình có mặt bằng thí nghiệm giới hạn hoặc nền đất tại khu vực thí nghiệm tương đối yếu

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu sự phân bố lực ma sát bên và khả năng chịu tải ở mũi cọc khoan nhồi khi chịu tải trọng tác dụng trong điều kiện địa chất nhất định

- Nghiên cứu khả năng chịu tải của cọc neo phục vụ công tác thí nghiệm nén tải tĩnh cho cọc khoan nhồi

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dựa trên lý thuyết cảm biến điện để xây dựng phương pháp quan trắc biến dạng bằng dây rung

Sử dụng phương pháp truyền thống: thu thập dữ liệu hiện trường kết hợp với

lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng để phân tích dữ liệu nhằm:

- Đánh giá sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh

- Xây dựng biểu đồ phân bố lực ma sát bên và lực chịu mũi giữa cọc và đất

- Đánh giá tình trạng làm việc thực tế của cọc khoan nhồi từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh và sự phấn bố lực ma sát bên giữa cọc và đất

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Ý nghĩa khoa học:

- Xác định sức chịu tới hạn tải dọc trục của cọc bằng thí nghiệm gia tải tĩnh Phản ánh rõ ràng sự phân bố lực ma sát hông và lực chịu tải đầu mũi của cọc

khoan nhồi từ thiết bị quan trắc biến dạng Strain Gage

- Phản ánh tình trạng làm việc thực tế của cọc khoan nhồi với điều kiện địa chất tương ứng tại khu vực thi công công trình

Ý nghĩa thực tiễn:

- Đánh giá lại thiết kế, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình, tiết kiệm chi phí thi công

- Phương án thi công cọc neo là giải pháp tốt nhất cho công tác thí nghiệm nén tải tĩnh tại những khu vực có mặt bằng hẹp hoặc điều kiện đất nền yếu Tiết kiệm chi phí vận chuyển tải, thời gian thi công cũng như nguồn nhân lực

7 CƠ SỞ TÀI LIỆU CỦA LUẬN VĂN

Đề tài của luận án được xây dựng trên cơ sở:

- Lý thuyết quan trắc bằng cảm biến điện và thu thập dữ liệu – “Geotechnical Instrumentation For Monitoring Field Performance” của John Dunnicliff

- Lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng “Geotechnical Instrumentation For Monitoring Field Performance” của John Dunnicliff (1988)

- Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng thông qua Môdun đàn hồi của bêtông – “Civil engineering Reference Manual for The PE Exam” của Michael R Lindeburg, PE (2006)

- Quy trình lắp đặt thiết bị, thu thập dữ liệu, hiệu chỉnh dữ liệu từ chỉ dẫn của nhà sản xuất thiết bị Geokon

- Tài liệu địa chất công trình “Đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây”, quận 9-TP.HCM (2008)

- Quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn Việt Nam – TCVDVN 269:2002

- Lý thuyết tính toán thiết kế cọc neo phục vụ công tác thí nghiệm gia tải tĩnh theo Mitsch và Clemence (1985)

8 SẢN PHẨM CỦA LUẬN VĂN

- Sơ đồ phân bố tải trọng và độ lún; độ lún theo thời gian và mối quan hệ giữa tải trọng – độ lún – thời gian

- Số liệu thu thập từ đầu đo biến dạng Strain Gage kèm theo sơ đồ phân bố lực trong cọc theo từng cấp tải trọng

- Sơ đồ phân bố và mối quan hệ giữa lực ma sát bên và sức chịu tải đầu mũi cọc

- Các phân tích, nhận định về quan hệ giữa tải trọng và độ lún, giữa sự biến dạng và lực, ma sát bên và sức chịu tại mũi… của cọc khoan nhồi tại khu vực nghiên cứu

- Phương pháp thi công cọc neo phục vụ công tác thí nghiệm nén tải tĩnh hiện trường

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG PHÂN BỐ TRONG THÂN CỌC BẰNG THIẾT BỊ STRAIN GAGE

1.1 KHÁI NIỆM BIẾN DẠNG

Trong khoa học vật liệu, biến dạng là một khái niệm chỉ sự thay đổi trong hình dạng hoặc kích thước của một đối tượng do một lực tác dụng Điều này có thể

là một kết quả của sự căng (kéo), nén (đẩy), cắt hoặc uốn (xoắn) của lực Biến dạng thường được mô tả là căng (strain)

Khi xảy ra biến dạng, nội lực liên phân tử được phát sinh chống lại lực tác dụng Nếu lực tác dụng không quá lớn thì nội lực này có thể là đủ để hoàn toàn chống lại lực tác dụng, cho phép các đối tượng chuyển sang một trạng thái cân bằng mới và sẽ quay trở lại tình trạng ban đầu khi tải được lấy ra Nếu lực tác dụng lớn hơn có thể dẫn đến biến dạng thường trú của đối tượng hoặc thậm chí đến sự thay đổi về cấu trúc của nó

Trong hình 1.1 có thể thấy rằng các tải nén (chỉ báo bằng mũi tên) đã gây ra biến dạng làm hình dạng ban đầu của vật thể bị thay đổi (biến dạng) thành một vật thể mới phồng lên Các bên phồng lên bởi vì loại vật liệu, mặc dù đủ mạnh

để không bị gãy, nhưng không đủ mạnh để chống lại sự biến dạng, do đó các vật liệu bắt buộc phải phản ứng theo chiều ngang của nó (biến dạng)

Các loại biến dạng cơ bản của vật liệu:

Tùy thuộc vào loại vật liệu, kích cỡ và hình học của đối tượng và các lực tác dụng, sẽ có loại biến dạng điển hình Hình 1.2 bên dưới biểu thị mối quan hệ

Hình 1.1: Đường cong ứng suất – biến dạng của kim loại chịu uốn

giữa ứng suất và biến dạng của một loại vật liệu mỏng manh điển hình như thép

Biến dạng đàn hồi: đây là loại biến dạng thuận nghịch Một khi các lực tác

dụng không còn được áp dụng, đối tượng trở về hình dạng ban đầu của nó Biến dạng đàn hồi tuyến tính được quy định bởi định luật Hooke:

(1) Trong đó:

biến dạng (strain) E: modun đàn hồi của vật liệu (Modun Young) (kPa) σ: ứng suất (kPa)

Mối quan hệ này chỉ áp dụng trong phạm vi đàn hồi và chỉ ra rằng độ dốc của đường cong ứng suất và biến dạng có thể được sử dụng để tìm module Young của vật liệu Phạm vi vật chất đàn hồi kết thúc khi đạt đến điểm (yield strength) trên đồ thị (hình 1.2) Bắt đầu từ điểm này, vật chất bắt đầu chuyển sang biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo: Loại biến dạng này không thuận nghịch Tuy nhiên, một vật

liệu để đạt được biến dạng dẻo đầu tiên sẽ phải trải qua biến dạng đàn hồi và

Hình 1.2: Biểu đồ ứng suất – biến dạng điển hình với các giai đoạn khác nhau của sự biến dạng

có thể thuận nghịch, do đó, đối tượng sẽ trở lại cách một phần hình dạng ban đầu của nó

Biến dạng mỏi: Một cơ chế biến dạng khác của kim loại là biến dạng mỏi,

biến dạng này không thuận nghịch, xảy ra chủ yếu trong các kim loại dễ uốn Ban đầu nó được nghĩ rằng một vật liệu bị biến dạng chỉ trong giới hạn đàn hồi hoàn toàn trở lại tình trạng ban đầu khi các lực lượng đã được gỡ bỏ.Tuy nhiên, vết nứt xuất hiện tại mỗi cấp biến dạng Sau khi biến dạng rất nhiều, gãy sẽ bắt đầu xuất hiện, không xuất hiện biến dạng dẻo rõ ràng ở giữa các giai đoạn

Biến dạng gãy: Loại biến dạng cũng không thuận nghịch Gãy xảy ra sau khi

vật liệu đã đạt đến sự kết thúc của biến dạng đàn hồi, sau đó là biến dạng dẻo,

và phạm vi biến dạng Vào lúc này lực tác dụng được tích lũy cho đến khi nó

đủ để gây ra biến dạng gãy Tất cả các vật liệu cuối cùng sẽ gãy, nếu như đủ lực tác dụng

1.2 LÝ THUYẾT QUAN TRẮC BIẾN DẠNG BẰNG CẢM BIẾN DÂY RUNG

Bộ chuyển tín hiệu bằng dây rung (Dreyer, 1977; Thomas, 1966) được sử dụng trong những cảm biến áp lực cho Piezometer, hộp đo áp lực đất, trong rất nhiều các đầu đo biến dạng, và hộp gia tải… nó được lắp đặt trực tiếp trên bề mặt (surface strain gages) hoặc gắn bên trong vật liệu cần đo (embedment strain gages)

1.2.1 Nguyên lý đo biến dạng bằng cảm biến dây rung

Nguyên lý vận hành chính:

Một sợi dây thép dài được kẹp 2 đầu và được kéo căng, nó có thể dao động tự

do với tần số tự nhiên khi không bị lực tác dụng Như sợi dây đàn, một sự dao động nhỏ giữa hai đầu kẹp sẽ làm cho dây dao động với tần số khác nhau Vì thế dây rung này có thể được sử dụng như một thiết bị đo biến dạng strain gage bằng cách gảy rung dây, đo tần số tự nhiên, và tìm mối quan hệ giữa tần

số rung và biến dạng Dây được gảy rung từ tính bằng một lõi điện từ gắn vào giữa sợi dây để đo tần số rung của dây

Phương pháp đọc:

Có 2 phương pháp:

 Phương pháp đánh dây và đọc,

 Phương pháp kích thích liên tục (cộng hưởng tự động)

Phương pháp kích thích liên tục cho phép đo được biến dạng động với tần số thấp Phương pháp đánh dây và đọc đòi hỏi phải có một hay nhiều sự dao động điện áp tác động tới lõi điện từ, bằng cách đó, việc tạo ra sức hút điện từ

sẽ làm cho dây bị rung Dây rung gây ra điện áp qua lại tác động lên lõi điện

từ, và như thế lõi điện từ trở thành thiết bị thu nhận tần số của dây rung Tín hiệu điện áp sẽ được truyền dọc theo cáp tín hiệu đến đầu đọc tần số, đầu đọc tần số được sử dụng để đo thời gian cho số lượng chu kỳ rung định trước

Phương pháp kích thích liên tục (cộng hưởng tự động) yêu cầu một cách thức tương tự để khởi đầu sự rung động, và một lõi điện từ thứ hai được sử dụng

để dò tìm tần số Tín hiệu sẽ được phản hồi đến lõi điện từ với một tần số nhất định vì thế nó được áp dụng làm tần số tự nhiên cho dây rung Khi dây rung, tần số dao động, và tần số của dây có thể xác định bằng cách đo thời gian của

số lượng chu kỳ rung

Hình 1.3: Bộ chuyển tín hiệu bằng dây rung sử dụng cho đầu đo biến dạng bề mặt

1.2.2 Mối quan hệ giữa tần số và biến dạng:

Phương trình thể hiện mối quan hệ giữa tần số và biến dạng của dây rung trong giới hạn của ướng suất của dây (Hawkes và Bailey, 1973) như sau [1]:

12

g f

Trong giới hạn biến dạng của dây:

12

Eg f

E: modun đàn hồi của dây (lb/in.3)

ε: biến dạng của dây (strain)

1.2.3 Lợi ích chính của tín hiệu tần số:

Tín hiệu đầu ra chứa đựng thông tin mong muốn dưới dạng tần số tốt hơn trở kháng hoặc điện áp, và vì thế những ảnh hưởng không như mong muốn như tín hiệu điện trở xuất của dây, điện trở xuất tiếp xúc, sự hao tổn hoặc chiều

dài cáp tín hiệu… sẽ không đáng kể Sự ổn định của tín hiệu tần số có thể được chứng minh bằng cách bỏ dây dẫn trần vào trong nước và quan sát thì thấy tần số không thay đổi Đây là nguyên nhân chính cho thấy rằng ứng dụng rộng rãi của tín hiệu tần số hơn là điện trở kháng hay tín hiệu điện áp khi áp dụng trong lĩnh vực môi trường

1.2.4 Nguyên nhân gây lỗi cho thiết bị truyền tín hiệu bằng dây rung:

Những bất lợi chính của thiết bị truyền tín hiệu bằng dây rung là sự ăn mòn dây, sự dão (mỏi) của dây rung khi bị kéo căng trong thời gian dài và sự sai lệch tại những điểm kẹp dây, tất cả những yếu tố trên sẽ làm giảm tần số của dây rung

Sự ăn mòn có thể được giảm thiểu tối đa bằng cách dùng những vật liệu không bị ăn mòn, nhanh khô và có vỏ bọc

1.3 ỨNG DỤNG CỦA ĐẦU ĐO BIẾN DẠNG - STRAIN GAGE

1.3.1 Khái niệm về đầu đo biến dạng Strain gage:

Strain gage là thiết bị đo biến dạng bằng dây rung được thiết kế để ứng dụng cho công tác đo biến dạng theo thời gian đối với các khối bê tông lớn, trong các cấu trúc của móng, cọc, cầu, đập, đường hầm… Từ mối liên hệ giữa biến dạng và ứng suất ta có thể tính toán và kết luận được tình trạng làm việc thực

tế của công trình Đảm bảo tính an toàn tối đa cho công trình cũng như con người sử dụng công trình đó

1.3.2 Phân loại và ứng dụng của đầu đo biến dạng Strain gage:

Hình 1.4: Đầu đo biến dạng bằng dây rung kiểu VCE-4200-Geokon

 Strain gage được gắn bên trong vật cần đo (Embedment strain gage):

Loại strain gage này được thiết kế để đo biến dạng động của các cấu trúc bêtông, đập đất đắp hay trong đất, đây là loại có thể hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao vì thế có thể đo biến dạng trong nhựa đường

 Strain gage cung có thể hàn vào cấu trúc cần đo (Arc weldable strain gage):

Loại strain gage này được thiết kế chính cho việc đo biến dạng cấu trúc cốt thép, đường hầm, thanh chống cho công trình đào, cọc, cầu… bằng cách hàn strain gage thẳng vào các cấu trúc thép cần đo biến dạng

 Strain gage dùng trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường (Fiber optic strain gage):

Loại strain gage này được thiết kế để sử dụng trong lĩnh vực môi trường mà

ở đó khó có thể sử dụng những loại strain gage thông thường do điều kiện về không gian làm việc hoặc trong môi trường có điện áp cao hay những vật có tính quan trọng cao nằm bên trong nó Strain gage này có hệ số giãn nở nhiệt thấp và có thể được sử dụng để đo biến dạng trong cả lĩnh vực cơ học và nhiệt cơ học cho nhiều loại vật liệu khác nhau

 Cảm biến biến dạng động (Dynamic strain transducer):

Cảm biến này được sử dụng cho những thí nghiệm cấu trúc và ghi nhận biến dạng trong cấu trúc thép, sự kéo căng đột ngột và dự ứng lực trước trong cấu trúc bê tông… và cho bất kỳ công trình nào có hoạt tải diễn ra trong thời gian ngắn đều có thể áp dụng

 Strain gage dán trên bề mặt (Surface mount strain gage):

Loại strain gage này rất hữu dụng trong việc đo biến dạng cho những môi trường có biến dạng lớn như ống nhựa, cọc hoặc trong những bộ phận có cấu trúc sợi thủy tinh

 Strain gage gắn bên trong khối bê tông (Concrete embedment strain gage):

Loại strain gage này được gắn trực tiếp vào bên trong khối bê tông để đo biến dạng của móng, cầu, cọc, đập, đường hầm…

1.3.3 Phân tích ma sát dọc thân cọc khoan nhồi bằng thiết bị đo biến dạng

Strain gage:

Để đánh giá chính xác lực phân bố dọc thân cọc thì trong quá trình thi công cọc khoan nhồi, một thiết bị đo biến dạng strain gage được gắn trực tiếp vào lồng thép để theo dõi ứng suất dọc thân cọc

Tính toán độ gia tăng biến dạng Δmicrostrain (Δε):

Độ gia tăng biến dạng Δmicrostrain (Δε) xuất hiện trong cọc tại cấp tải thứ i

so với cấp tải ban đầu 0 được tính toán như sau [8]:

 i (R iR0)B(T i T0) ( C iC0) (7) Trong đó:

Ri: Số đọc của Straingage tại cấp tải thứ i

R0: Số đọc của Straingage tại cấp tải 0 B: Hệ số chuyển đổi (do nhà sản xuất cung cấp), 0.975 đối với loại VCE-4200-Geokon [9]

Ti: Số đọc nhiệt độ tại cấp tải thứ i

To: Số đọc nhiệt độ tại cấp tải ban đầu 0

C1: Hệ số giãn nở của thép (lấy xấp xỉ = 12.2 µstrain/0C) [8]

C0: Hệ số giãn nở của bê tông (lấy xấp xỉ = 10 µstrain/0C) [8]

Δεi: Độ gia tăng biến dạng của Straingage tại cấp tải thứ i (µS)

Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng [1]:

Tại mỗi cao trình thứ i và cấp tải tác dụng lên đầu cọc nhất định, ứng với độ gia

tăng biến dạng Δε i , tải trọng dọc trục tại cao trình thứ i sẽ được tính theo công thức

sau [7]:

F i = (A bê tông *E bê tông + A thép *E thép )* Δε i (8)

Trong đó:

Fi: tải trọng dọc trục tại cấp tải thứ i (tấn)

Δεi: Độ gia tăng biến dạng tại cấp tải thứ i (strain)

A bê tông: diện tích mặt cắt ngang bê tông thân cọc (mm2)

A thép: diện tích cốt thép mặt cắt ngang thân cọc (mm2)

E  W  f , lấy xấp xỉ 279.260kG/cm2)

SF1-2: ma sát thành đơn vị (tấn/m2)

F1: tải trọng tính toán tại cao trình 1 (tấn)

F2: tải trọng tính toán tại cao trình 2 (tấn)

C: chu vi cọc tại cao trình tính toán (m)

L1-2: khoảng cách giữa hai cao trình tính toán (m)

Mối quan hệ giữa lực ma sát thành và lực kháng đầu mũi cọc [2]:

Dữ liệu biến dạng của Straingage tại cao trình thấp nhất (gần mũi cọc nhất) sẽ được

sử dụng tính toán lực chịu mũi (bỏ qua lực ma sát thành) Khi đó, lực chịu mũi Fmũi:

Fmũi-i = (A bê tông *E bê tông + A thép *E thép )* Δε mũi (10) Tổng ma sát thành tại cấp tải thứ i khi đó sẽ là:

Pi: Lực tác dụng lên đầu cọc tại cấp tải thứ i (tấn)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

VÀ PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM TẠI CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG CAO TỐC LONG THÀNH – DẦU GIÂY, QUẬN 9-TP.HCM

2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Công trình đường giao thông, gói thầu 1A tại quận 9 - TP HCM với chiều dài 4200m, đây là công trình “cầu cạn” với 84 trụ cầu (từ T1 đến T84) và 02

mố cầu (M1 và M2), mỗi trụ và mố cầu có 12 cọc khoan nhồi với chiều dài thay đổi từ 58m tới 78m, công tác khoan khảo sát địa chất bố trí 1 hố khoan tại mỗi mố cầu với chiều sâu mỗi hố là 90m

Dựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng và các tài liệu thu thập ngoài hiện trường, theo đó đã xác định được 6 đơn nguyên địa chất công trình từ 2 hố

khoan (T49 và T50) xung quanh khu vực thi công cọc thử [5]

Lớp 1: MH

Bụi dẻo mềm lẫn cát mịn, màu nâu đen, xám xanh, trạng thái từ mềm đến rất mềm Bề dày trung bình khoảng 2.00m Số búa SPT trung bình là 1 búa

Lớp 2: CL

Sét pha, màu xám nâu, xám xanh, trạng thái cứng đến rất cứng Phân bố từ

độ sâu 2.00m đến 8.90m, bề dày trung bình khoảng 6.90m Số búa SPT trung bình là 12 búa

Lớp 3: SC

Cát pha, xám trắng đến xám vàng, trạng thái từ chặt vừa đến chặt, một vài chỗ rất chặt Phân bố từ độ sâu 8.90m đến 14.50m, bề dày trung bình khoảng 5.60m Số búa SPT trung bình là 16 búa

Lớp 4: CL

Sét gầy, xám nâu đến xám xanh trắng, trạng thái cứng Phân bố từ độ sâu 14.50m đến 17.80m, bề dày trung bình khoảng 3.30m Số búa SPT trung bình là 13 búa

Lớp 5: SC

Cát pha, xám trắng đến xám vàng, trạng thái chặt vừa đến chặt, một vài chỗ rất chặt Phân bố từ độ sâu 17.80m đến 74.00m, bề dày trung bình khoảng 56.20m Số búa SPT trung bình là 32 búa

Lớp 6: CL

Sét pha, xám xanh đến xám nâu, trạng thái cứng đến rất cứng Phân bố từ độ sâu 74.00m đến 75.00m (chiều sâu kết thúc hố khoan khảo sát) Số búa SPT trung bình là 36 búa

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của 6 đơn nguyên địa chất [5]:

2.2 CHI TIẾT THIẾT KẾ CHO CỌC KHOAN NHỒI:

2.2.1 Các phương pháp tính toán sức chịu tải cho cọc khoan nhồi đơn:

Có nhiều phương pháp để tính toán sức chịu tải theo phương thẳng đứng của cọc khoan nhồi như sau:

Cách thứ 1: Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn dựa trên các chỉ

tiêu cơ lý của đất nền bằng các thí nghiệm đất trong phòng

Cách thứ 2: Dựa vào kết quả khảo sát bằng các thiết bị thí nghiệm hiện

trường để xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn Kết quả thu được có sai số nhỏ hơn cách thứ 1 nhưng đòi hỏi chi phí cao Thông thường chúng ta

có thể dựa vào các thí nghiệm như: xuyên tĩnh, xuyên động… để tính toán sức chịu tải cho cọc

2.2.1.1 Xác định sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền

Sức chịu tải của cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lý đất nền được tính như sau [3]:

tc a

tc

Q Q

k

Trong đó:

Qa: Sức chịu tải cho phép của cọc (kN)

Qtc: Sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền (kN)

ktc: Hệ số an toàn được lấy như sau:

Đối với đài cao hoặc đài thấp mà đáy của nó trên đất có tính nén lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trọng nén cũng như bất kỳ đài nào mà cọc treo, cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số lượng cọc trong móng trí số ktc được lấy như sau:

Nếu việc tính móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải trọng cầu trục thì được phép tăng tải trọng tính toán trên các cọc biên lên 20% trừ móng trụ đường dây tải điện

Sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền có và không có mở rộng đáy cũng như của cọc chịu tải trọng nén đúng tâm xác định theo [3] công thức sau:

Q  m m  q  A   u m  f  l (11)

Trong đó:

m: hệ số điều kiện làm việc, trong điều kiện tựa lên đất sét có

độ no nước G < 0.85 lấy m = 0.8, còn trong đó các trường hợp còn lại lấy m = 1;

mR: hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc Lấy mR =

1 trong mọi trường hợp trừ khi cọc mở rộng đáy bằng cách nổ mìn Đối với trường hợp này mR = 1.3, còn khi thi công cọc có mở rộng đáy bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước thì lấy mR = 0.9;

Qp: cường độ của đất dưới mũi cọc, kN/m2

Ap: diện tích mũi, m2, lấy như sau:

 Đối với cọc khoan nhồi không có mở rộng đáy và đối với cọc lấy bằng diện tích tiết diện của chúng;

 Đối với cọc khoan nhồi có mở rộng đáy lấy bằng tiết diện ngang của phần mở rộng tại chỗ đường kính lớn nhất của cọc;

 Đối với cọc ống có nhồi bê tông lấy bằng diện tích tiết diện ngang của ống kể cả thành ống;

 Đối với cọc ống có nhân đất (không nhồi ruột cọc bằng bê tông), lấy bằng diện tích tiết diện ngang của thành ống;

mf: hệ số điều kiện làm việc của đất ở bên trong của cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ khoan, lấy theo bảng 2.3

fsi: ma sát bên của lớp đất thứ i ở mặt bên của thân cọc, kN/m2, lấy theo bảng 2.2 Ma sát do lớp cát ở mặt bên của cọc có mở rộng đáy được tính trong khoảng từ mức san bằng đến độ sâu tương ứng với chỗ giao nhau của thân cọc với mặt bằng hình nón tưởng tượng với đường sinh tựa lên ranh giới mở rộng

dưới một góc φi so với trục cọc, trong đó φi là giá trị tính toán trung bình (theo từng lớp) (TTGH i) so với trục cọc, của góc ma sát trong của đất nằm trong phạm vi hình nón nói trên Các giá trị tính γi, φvà c của đất nền xác định theo các yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình, lúc này sử dụng hệ

số an toàn bằng 1, 1 cho φi và 1.5 cho ci Đối với đất sét, cho phép kể đến ma sát bên trên toàn bộ chiều dài tính toán của thân cọc

Bảng 2.3: Sức kháng không đơn vị của đất ở bên hông cọc f s :

Độ

sâu

(m)

Lực ma sát đơn vị fs, T/m2 Cho đất cát chặt vừa Thô Mịn Bụi

β = 0.43 cho đất dính; β = 0.15 cho đất rời

2.2.1.3 Xác định sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT), sức chịu tải cực hạn của 1 cọc:

- fsi: lực ma sát đơn vị của lớp đất thứ I và được xác định theo sức kháng mũi qc ở cùng độ sâu, theo công thức:

Su: cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa) η: hệ số sức kháng bên (0,65 đối sét, 0,55 đối với cát)

0,6 – 0,7 0,33

>0,9 Xử lý như đối với đá cuội

 Sức kháng mũi cọc đơn vị (sử dụng phương pháp Meyerhof (1976) cho đất loại cát; Reese and O'Neill cho đất loại sét):

- Đối với đất không dính: qs = 0,013*Ncorr*(Db/Dp) < 0,13*Ncorr với Ncorr = 0,77*lg[1,92/σ’v]*N

- Đối với đất dính: qs = Nc*Su với Nc = 6*[1 + 0,2*(Z/D)] < 9

 Tổng sức kháng mũi cọc:

- Đối với đất không dính: Qp = qs*Ab*ηsét

- Đối với đất dính: Qp = qs*Ab**ηcátTrong đó:

Ncorr và N: hệ số SPT đã hiệu chỉnh và chưa hiệu chỉnh

Db: chiều sâu chôn cọc trong tầng đất cát chịu lực (mm)

Dp : đường kính mũi cọc (mm) σ’v : ứng suất hữu hiệu thẳng đứng (MPa)

γc : trọng lượng riêng của bê tông (kN/m3)

2.2.2 Phương Án Thi Công Cọc Khoan Nhồi – Công Trình Đường Cao Tốc

Long Thành Dầu Giây, Quận 9, TP HCM:

2.2.2.1 Thông tin cọc khoan nhồi:

- Gói thầu: 1A, trụ T50

- Chu vi mặt cắt ngang của cọc: P = 3.770 m

- Trọng lượng riêng của bê tông: γc = 24,5 kN/m3

- Tiết diện mặt cắt ngang của cọc: Ab = 1.131 m2

- Cường độ bê tông cọc: f’c = 30.0 Mpa

- Trọng lượng đơn vị của bê tông: gc = 24.5 kN/m3

- Trọng lượng khối lượng hữu hiệu của đất: geff = 7.4 kN/m3

- Áp lực cột đất hữu hiệu: Pd = 13.32 kPa

2.2.2.2 Tính toán khả năng chịu tải cọc – theo TCN 272-05:

Bảng 2.5: Bảng tính toán sức chịu tại cọc nhồi T50:

Như vậy, với yêu cầu về khả năng chịu tại của cọc T50L là 512.7 tấn, theo bảng tính toán với chiều dài cọc là 61.89m  sức chịu tải giới hạn của cọc là 544.5 tấn (trong đó: ma sát thành Qs = 812,8*0,70  569 tấn; sức kháng mũi Qp= 112,2*0,70

 78,5 tấn; khối lượng cọc đã trừ lực đẩy nổi Wp= 103 tấn) tương ứng với chiều dài cọc làm việc là 62m

2.2.2.3 Quy trình thi công cọc khoan nhồi – công trình đường cao tốc Long

Thành – Dầu Giây, Quận 9 - TP.HCM:

- Tiến hành khoan đến độ sâu thiết kế, sau khi khoan xong, dừng 30 phút

để đo độ lắng Độ lắng được xác đinh độ lắng bằng chêng lệch giữa 2 lần

đo lúc khoan xong và sau 30 phút Nếu độ lắng vượt quá giới hạn cho phép thì tiến hành thổi rửa cho tới khi đạt yêu cầu

- Dung dịch khoan bao gồm nước sạch và bentonite, phụ gia (nếu có)… để giữ thành hố khoan, chuyển bùn tự nhiên lên hố lắng, cân bằng thủy tĩnh

để vách hố khoan không bị sập…

2.2.2.3.3 Kiểm tra địa tầng:

- Đọc kỹ hồ sơ khảo sát địa chất để nắm rõ chiều dày các lớp đất mà cọc phải đi qua, tính chất của các lớp đất

- Tại mỗi lỗ khoan, cần phải ghi rõ trong “Hồ sơ lý lịch cọc” các yếu tố: tốc độ xuống của mũi khoan, màu sắc của dung dịch, thành phần của bùn Nếu địa tầng thực tế có khác nhiều so với hồ sơ khảo sát địa chất thì giám sát thi công báo cáo cho bên tư vấn biết

2.2.2.3.4 Kiểm tra độ sâu hố khoan:

- Dùng thước dây có treo quả dọi thả xuống hố khoan sau khi vệ sinh hố khoan, hoặc đo chiều dài của từng cần khoan để xác định độ sâu của hố khoan

2.2.2.3.5 Vệ sinh hố khoan:

- Dùng ống kim loại có đường kính từ 60-100mm (càng lớn càng dễ bơm) đưa xuống tới đáy hố khoan, dùng khí nén bơm ngược tự nhiên trong hố khoan ra ngoài, các mùn khoan có xu hướng lắng xuống sẽ bị đẩy ngược lên và thoát ra ngoài lỗ khoan cho đến khi không còn cặn lắng là đạt yêu cầu

- Trong quá trình bơm khí nén, hố khoan phải luôn luôn được cung cấp đầy dung dịch để xác định độ sạch hố khoan

2.2.2.3.6 Công tác cốt thép:

- Căn cứ vào bản vẽ thiết kế để gia công thép cho cọc

- Con kê dùng định vị lồng thép trong lỗ khoan có chiều dài bảo vệ là 50mm Số lượng con kê phải đủ để hạ lồng thép chính tâm

- Nối các đoạn lồng thép với nhau bằng bulon đảm bảo lồng thép không bị tụt khi hạ

2.2.2.3.7 Xử lý cặn lắng đáy hố khoan trước khi đổ bêtông:

- Sau khi hạ xong cốt thép mà cặn lắng vẫn quá quy định thì phải tiếp tục thổi rửa để làm sạch đáy Trong quá trình xử lý mùn lắng phải bổ sung dung dịch đảm bảo cao độ dung dịch theo quy định

2.2.2.3.8 Công tác bêtông:

- Đáy ống đổ bêtông phải luôn ngập trong bêtông ≥ 1.5m

- Dùng nút dịch chuyển tạm thời (nút cao su hay nhựa có vát côn) đảm bảo cho mẻ bêtông đầu tiên không tiếp xúc trực tiếp với dung dịch khoan trong ống đổ bêtông và loại trừ khoảng chân không khí đổ bêtông

- Bêtông không được gián đoạn trong thời gian dung dịch khoan có thể giữ

hố khoan (khoảng 4 giờ)

- Chất lượng của các vật liệu bêtông phải đảm bảo, tránh các tạp chất

- Khối lượng bêtông thực tế so với kích thước hố khoan theo lý thuyết không được > 20% Khi tổn thất bêtông lớn phải kiểm tra lại biện pháp giữ thành hố khoan

- Lấy mẫu bêtông để kiểm tra chất lượng của bêtông

2.2.2.3.9 Kiểm tra và nghiệm thu:

Kiểm tra dung dịch khoan:

- Dung dịch khoan phải được chuẩn bị trong các bồn chứa có dung tích đủ lớn, pha trộn với nước sạch, cấp phối tùy theo chủng loại Bentonite

- Bề dày lớp cặn lắng đáy cọc ≤ 10cm (đối với cọc chống và ma sát)

- Trước khi đổ bêtông nếu kiểm tra mẫu dung dịch tại độ sâu 0.5m từ đáy lên có khối lượng riêng > 1.25g/cm3, hàm lượng cát > 8%, độ nhớt > 28 giây thì phải thổi rửa lại đáy hố khoan để đảm bảo chất lượng cọc

Kiểm tra lồng thép:

- Kiểm tra việc lắp đặt lồng thép với sai số cho phép do thiết kế quy định

Kiểm tra bêtông:

- Bêtông trước khi đổ phải lấy mẫu, mỗi cọc 3 tổ mẫu lấy cho 3 phần: Đầu, giữa, cuối; mỗi tổ 3 mẫu Kết quả nén mẫu kèm theo lý lịch cọc

- Cần kết hợp từ 2 phương pháp khác nhau trở lên để kiểm tra bêtông Khi cọc có chiều sâu > 30 lần đường kính thì phải dùng phương pháp kiểm tra qua ống đặt sẵn

- Khi phát hiện khuyết tật, nếu còn nghi ngờ cần kiểm tra bằng khoan lấy mẫu và các biện pháp khác để khẳng định khả năng chiụ tải lâu dài của

nó trước khi quyết định xử lý sửa chữa hoặc phải thay thế bằng cọc khác Quyết định cuối cùng do thiết kế kiến nghị, chủ đầu tư chấp thuận

Kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn:

- Sức chịu tải của cọc đơn do thiết kế xác định Tùy theo mức độ quan trọng của công trình và tính phức tạp của điều kiện địa chất công trình mà thiết kế quy định số lượng cọc cần kiểm tra sức chịu tải

- Số lượng cọc cần kiểm tra sức chịu tải được quy định dựa trên mức độ hoàn thiện công nghệ của nhà thầu, mức độ rủi ro khi thi công, tầm quan

trọng của công trình Tối thiểu mỗi loại đường kính 1 cọc Tối đa là 2% tổng số cọc

- Kết quả thí nghiệm là căn cứ pháp lý để nghiệm thu móng cọc

- Phương pháp kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn chủ yếu là thử Tĩnh (nén tĩnh, nhổ tĩnh, nén ngang)

- Tiến hành thử tĩnh cọc có thể trước hoặc sau khi thi công cọc đại trà Đầu cọc thí nghiệm nén tĩnh phải cao hơn mặt đất xung quanh 20 – 30cm và

có ống thép dày 5 – 6mm, dài khoảng 1m để đảm bảo không bị nứt khi thí nghiệm và phản ánh đúng chất lượng thi công

Nghiệm thu: Dựa trên cơ sở các hồ sơ sau:

- Hồ sơ thiết kế được duyệt

- Biên bản nghiệm thu trắc đạc định vị trục móng cọc

- Kết quả kiểm định chất lượng vật liệu, chứng chỉ xuất xưởng của các vật liệu chế tạo trong nhà máy

- Kết quả thí nghiệm mẫu bêtông

- Hồ sơ nghiệm thu từng cọc

- Bản vẽ hoàn công cọc có thuyết minh sai lệch theo mặt bằng và chiều sâu cùng các cọc bổ sung và các thay đổi thiết kế đã được chấp thuận

- Các kết quả thí nghiệm độ toàn khối của cây cọc (thí nghiệm biến dạng nhỏ PIT …) theo quy định của thiết kế

- Các kết quả thí nghiệm kiểm tra sức chịu tải của cọc

2.3 PHƯƠNG ÁN CỌC NEO PHỤC VỤ CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM NÉN

2.3.1.2 Một số vấn đề chung:

Thí nghiệm nén tĩnh cọc có thể thực hiện ở giai đoạn: thăm dò thiết kế, kiểm tra chất lượng công trường

Thí nghiệm thăm dò được thực hiện trước khi thi công cọc đại trà, nhằm xác định số liệu cần thiết về cường độ biến dạng và mối quan hệ tải trọng-chuyển

vị làm cơ sở cho thiết kế hoặc điều chỉnh đồ án thiết kế, chọn thiết bị thi công phù hợp Cọc thí nghiệm thăm dò được thí nghiệm thi công riêng biệt ngoài phạm vi móng công trình Tuy nhiên có thể chọn cọc của móng công trình làm cọc thăm dò với điều kiện phải có cường độ chịu tải lớn nhất theo

dự kiến và phải dự báo trước chuyển vị của cọc để không gây ảnh hưởng xấu đến kết cấu công trình sau này Cọc thí nghiệm thăm dò phải có cấu tạo, vật liệu kích thước và phương pháp thi công giống như cọc chịu lực của móng công trình Nếu biết rõ điều kiện đất nền và có kinh nghiệm thiết kế cọc khu vực lân cận thì không nhất thiết phải tiến hành thí nghiệm thăm dò

Thí nghiệm nén tĩnh cọc ở giai đoạn kiểm tra chất lượng công trình được tiến hành trong thời gian thi công hoặc sau khi thi công xong cọc nhằm kiểm tra sức chịu tải cọc theo thiết kế và chất lượng thi công cọc Cọc thí nghiệm kiểm tra được chọn trong các cọc của móng công trình

Vị trí cọc thí nghiệm do thiết kế quy định, thường những điểm có điều kiện đất nền tiêu biểu yếu Trong trường hợp địa chất phức tạp hoặc ở khu vực tập trung tải trọng lớn thì nên chọn cọc thí nghiệm tại vị trí bất lợi nhất Khâu chọn cọc thí nghiệm để kiểm tra thì cần chú ý đến chất lượng thi công thực

tế

Số lượng cọc thí nghiệm do thiết kế quy định tùy theo mức độ quan trọng của công trình, mức độ phức tạp của điều kiện địa chất, kinh nghiệm thiết kế, chủng loại cọc sử dụng Số lượng cọc thí nghiệm được lấy bằng 1% tổng số cọc của công trường nhưng trong mọi trường hợp không ít hơn 2 cọc

Công tác khảo sát địa kỹ thuật được tiến hành trước khi thí nghiệm nén tĩnh cọc Các hố khoan khảo sát và các điểm thí nghiệm hiện trường nên được bố trí gần cọc thí nghiệm, thường nhỏ hơn 5m tính từ cọc dự kiến thí nghiệm

2.3.1.3 Phương pháp thí nghiệm:

Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền Tải trong tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ phản lực (đối trọng) là dàn chất tải, hệ cọc neo hoặc kết hợp dàn tải với cọc neo

Các số liệu về tải trọng chuyển vị và biến dạng… thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích, đánh giá sức chịu tải cọc và mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc trong đất nền

2.3.1.4 Bố trí thiết bị thí nghiệm:

Hệ kích thủy lực phải đảm bảo không bị rò rỉ, hoạt động an toàn dưới áp lực không nhỏ hơn 150% áp lực làm việc Kích thủy lực phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Có sức đáp ứng tải trọng lớn nhất theo dự kiến

 Có khả năng gia tải, giảm tải với cấp tải trọng phù hợp với đề cương thí nghiệm

 Có khả năng giữ tải ổn định không ít hơn 24 giờ

 Có hành trình đủ để đáp ứng chuyển vị đầu cọc lớn nhất theo dự kiến công với biến dạng của hệ phản lực

Khi sử dụng nhiều kích, các kích phải cùng chủng loại, cùng đặc tính kỹ thuật và vận hành trên cùng một trạm bơm

Tấm đệm đầu cọc và đầu kích bằng thép bản có đủ cường độ và độ cứng đảm bảo phân bố tải trọng đồng đều của kích lên đầu cọc

Hệ quan trắc bao gồm: thiết bị, dụng cụ đo tải trọng tác dụng lên đầu cọc; hệ

đo chuyển vị đầu cọc, máy thủy chuẩn quan trắc chuyển vị của dầm chuẩn; dầm chuẩn

Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được đo bằng đồng hồ áp lắp sẵn trong hệ kích thủy lực Đồng hồ đo áp lực đồng bộ với hệ kích thủy lực với độ chính xác 5%

Chuyển vị đầu cọc được đo bằng 4 đồng hồ xo có độ chính xác 0.01mm với hành trình 50-100mm

Máy thủy chuẩn dùng để kiểm tra dịch chuyển của dầm chuẩn, gối kê dàn chất tải

Các bộ phận dùng gá lắp thiết bị đo chuyển vị gồm dầm chuẩn bằng gỗ, thép, dụng cụ kẹp thanh dầm chuẩn, đầu cọc ít chịu biến dạng do thời tiết

Hệ phản lực đối trọng trên dàn thí nghiệm không nhỏ hơn 120% tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến

2.3.1.5 Chuẩn bị thí nghiệm:

Thời gian nghỉ từ khi kết thúc thi công đến khi thí nghiệm được quy định như sau:

Tối thiểu 21 ngày đối với bê tông cọc khoan nhồi

Tối thiểu 7 ngày đối với cọc đóng hoặc ép

Đầu cọc thí nghiệm có thể được cắt bớt hoặc nối thêm nhưng phải được gia công để đảm bảo:

 Khoảng cách từ đầu cọc đến dầm chính phải đủ để đặt kích và các thiết bị

đo

 Mặt đầu cọc phải được làm phẳng, vuông góc với trục cọc, nếu cần thiết phải gia cố thêm để không bị phá hoại cục bộ dưới tác dụng của tải trọng thí nghiệm

 Cần có biện pháp loại trừ ma sát phần cọc cao hơn cốt đáy móng nếu xét thấy có thể làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

 Kích phải được đặt trực tiếp lên tấm đệm đầu cọc, chính tâm so với tim cọc, khi dùng nhiều kích phải bố trí các kích sao cho tải trọng chuyền chính trục, chính tâm đầu cọc

Hệ phản lực (đối trọng) phải lắp đặt theo nguyên tắc cân bằng, đối xứng qua trục cọc, bảo đảm truyền tải trọng dọc trục, chính tâm lên đầu cọc, đồng thời tuân theo các nguyên tắc sau:

 Dàn chất tải phải lắp đặt lên các gối kê ổn định, hạn chế tối đa độ lún của gối kê

 Dầm chính và hệ dầm chính chịu lực phải được kê lên trụ đỡ hoặc các gối

kê

 Khi sử dụng nhiều dầm chính, các dầm chính nhất thiết phải được liên kết cứng với nhau bằng dầm chịu lực, bảo đảm truyền tải trọng đồng đều lên đầu cọc

 Việc chất tải phải cân bằng và phải đảm bảo an toàn

 Bố trí neo (cọc neo hoặc neo đất) đối xứng qua trục cọc Khi thí nghiệm cọc xiên, phải thi công theo chiều và góc nghiêng của cọc xiên

 Khi lắp dựng xong dàn thí nghiệm, đầu cọc không bị nén trước khi thí nghiệm

Dầm chính được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ dầm được chôn chặt xuống đất Các chuyển vị kế được lắp đối xứng hai bên đầu cọc và được gắn ổn định lên trên các dầm chính, chân của chuyển vị kế được tựa lên đầu cọc hoặc tấm đệm đầu cọc

Khoảng cách lắp dựng các thiết bị thí nghiệm được quy định như sau:

 Từ tâm cọc thí nghiệm đến tâm cọc neo hoặc cánh neo đất ≥3D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 2m

 Từ cọc thí nghiệm đến điểm gần nhất gối kê ≥3D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 1.5m

 Từ cọc thí nghiệm đến các gối đỡ dầm chuẩn ≥1.5m

 Từ mốc chuẩn đến cọc thí nghiệm, neo và gối đỡ giàn chất tải ≥5D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 2.5m

2.3.1.6 Quy trình gia tải:

Trước khi thí nghiệm chính thức, tiến hành gia tải nhằm kiểm tra hoạt động của thiết bị thí nghiệm và tạo tiếp xúc tốt giữa thiết bị và đầu cọc Gia tải trước được tiến hành bằng cách tác dụng lên đầu cọc khoảng 5% tải trọng thiết kế sau đó giảm về 0 theo dõi hoạt động của thiết bị thí nghiệm Thời gian gia tải và thời gian giữ tải ở cấp 0% khoảng 10 phút Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp tính bằng % tải trọng thiết kế Cấp tải mới được tăng hoặc giảm khi chuyển vị độ lún hoặc độ phục hồi cọc đạt độ ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định