Nghiên cứu các sự cố cọc khoan nhồi và các phương pháp xử lý

Thay thế cho cọc đóng ở những nơi không thể thực hiện được do địa tầng đất tốt ở sâu nếu dùng cọc đóng thì cọc có độ mảnh lớn gây nguy hiểm, địa tầng đất đá cứng không thể hạ cọc; - Thi

-o0o - -o0o -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN VĂN SĨ PHÁI: NAM

CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC

TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CÁC SỰ CỐ CỌC KHOAN NHỒI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 NHIỆM VỤ:

Nghiên cứu các sự cố và nguyên nhân gây ra sự cố khi thi công cọc khoan nhồi trong xây dựng cầu đường ở Việt Nam để có giải pháp phòng ngừa sự cố Và nếu sự cố xảy ra thì có phương pháp xử lý thích hợp cho từng trường hợp

2 NỘI DUNG:

Chương I: Tổng quan về các sự cố thường gặp khi thi công cọc khoan nhồi

Chương II: Các lý thuyết tính toán cọc khoan nhồi

Chương III: Công nghệ thi công và các phương pháp thử tải cọc khoan nhồi

Chương IV: Những sự cố cọc khoan nhồi và các phương pháp xử lý

Chương V: Ảnh hưởng của tải trọng động gần kề công trình tới việc thi công cọc

khoan nhồi

Chương VI: Kết luận và kiến nghị

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05/11/2007

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN BÁ HOÀNG

PGS.TS LÊ VĂN NAM CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 CHỦ NGHIỆM BỘ MÔN

TS NGUYỄN BÁ HOÀNG PGS.TS LÊ VĂN NAM TS LÊ THỊ BÍCH THỦY

Nội dung và đề cương luận án cao học đã được thông qua hội đồng chuyên ngành ngày … tháng … năm

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng bày tỏ Lòng biết

ơn sâu sắc Thầy TS Nguyễn Bá Hoàng và Thầy GS.TS Lê Văn Nam đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận văn Xin cảm ơn hai Thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt luận văn này!

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong bộ môn Cầu Đường – Trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ

em trong suốt thời gian mới bắt đầu bước chân vào đại học cho tới giờ!

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô phòng Quản Lý Khoa Học Khoa Sau Đại Học đã giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt những năm học cao học!

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn toàn thể gia đình, Ba mẹ, bè bạn, các đồng nghiệp và đặc biệt là vợ và con đã hỗ trợ động viên, tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học và hoàn hành luận văn này!

SVTH

Nguyễn Văn Sĩ

Nowaday, civil projects in bored pile foundation have many problem causes decreasing their longevity

Certain construction practices can lead to defects in drilled shafts Defects can occur in the form of voids; degraded or debonded concrete; entrapped cuttings, slurry, or groundwater; and geometric error They are considered generically according to the place in the construction cycle at which the defect occurs: general defects, defect due to drilling, defects arising from casing management, defects arising from slurry management, and defects related to design The suggestions are made for post-construction integrity evaluation techniques that might be effective

in locating a given defect and defining its extent Methods are also suggested for avoiding defects, which often involve subtle factors Because of modern construction techniques, experienced contractors, and knowledgeable inspectors, relatively few defective drilled shafts are currently constructed

This thesis has three parts, involves six chapters with appendixes Every chapter has comments about theory and practice

Overview part involve chapter I, presents and evaluates generally defects of drilled shafts foundation

Research and development part involve four chapters Chapter II presents methods to process bored pile, chapter III presents drilled shafts construction and methods of testing of drilled shafts, chapters IV and V are the focus of thesis Defects of drilled shafts due to construction, methods are suggested for avoiding defects, analyse and process when the defects occurs, results of calculation a practical project to compare

Conclusion and petition part involve chapter VI Relying on the results of previous chapters, especially chapter V, thesis presents conclusion and some problems about calculating vibration during pile installation and traffic moved

MỞ ĐẦU

Chương I TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG GẶP KHI THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

1.1 Phạm vi ứng dụng và ưu, khuyết điểm của cọc khoan nhồi và cọc đóng 3

1.2 Một số công trình xảy ra sự cố trong thi công cọc khoan nhồi 4

1.3 Các nghiên cứu liên quan đến sự cố cọc khoan nhồi 6

Chương II CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI

2.1 Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cường độ đất nền, tiêu chuẩn

2.1.3.1 Sức chịu tải của cọc trong đất dính 11 2.1.3.2 Sức chịu tải của cọc trong đất rời 11 2.1.4 Đánh giá sức chịu tải của cọc từ kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT) 11

2.1.4.1 Sức chịu tải của cọc trong đất rời 11 2.1.4.2 Sức chịu tải cho phép của cọc, Qa tấn, trong nền gồm

các lớp đất dính và đất rời tính theo công thức 12

2.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền, tiêu chuẩn TCXD

2.3 Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn thiết kế của Úc

2.4.1 Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (AASHTO-LRFD - 1998) 17

2.4.1.1 Sức kháng của cọc khoan trong đất dính 17 2.4.1.2 Sức kháng của cọc khoan trong đất rời 19 2.4.2 Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm trong quá

2.4.2.1 Xác định sức chịu tải theo tiêu chuẩn Việt Nam

3.1 Công tác vận hành các thiết bị trên sông nước và định vị vị trí thi công cọc 31

3.1.1 Công tác thi công khoan đào đất trong hố móng bằng

3.2 Công tác vận hành Bentonite dung dịch giữ thành vách hỗ trợ trong

3.2.3 Các yêu cầu về dung dịch Bentonite sử dụng trong quá trình

3.2.3.2 Trong quá trình đào đất hố khoan và quá trình làm

3.2.3.3 Trước khi lắp đặt lồng thép và đổ bêtông 37

3.3 Các thiết bị thi công sử dụng đào đất hố khoan 37 3.4 Đo kiểm tra độ thẳng đứng của hố khoan bằng thiết bị siêu âm

3.6.4 Vận chuyển bêtông 43

3.7 Đo kiểm tra tính đồng nhất bêtông cọc bằng thiết bị siêu âm 44

3.10.1.3 Phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ của sóng siêu âm trong bêtông 573.10.2 Nguyên lý cấu tạo thiết bị và phương pháp kiểm tra 58

3.10.3.2 Xác định vị trí và phạm vi khuyết tật 60 3.10.3.3 Xác định cường độ bêtông thân cọc 61

3.11.7 Các ảnh hưởng của búa đối với tỷ số khối lượng cọc 67 3.11.8 Mô hình phương trình sóng khối lượng tập trung 68

3.11.9 Phương pháp Case 70

3.11.11 Phần mềm CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program) 73

3.11.12 Thiết bị thử PDA (theo ASTM 4945: 1989) 80

3.12.3.4 Thiết bị ghi, xử lý và trình diễn số liệu 84

3.14.2 Phương pháp xây dựng biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị

3.14.4 Phương pháp đặt tải 97 3.15 Phương pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống 98

Chương IV:

NHỮNG SỰ CỐ CỌC KHOAN NHỒI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

4.2 Những sự cố cọc khoan nhồi thường gặp trong thi công 100

4.2.1 Những sự cố cọc khoan nhồi trong giai đoạn khoan tạo lỗ 101 4.2.2 Những sự cố cọc khoan nhồi trong giai đoạn thổi rửa, vệ sinh hố khoan 101 4.2.3 Những sự cố cọc khoan nhồi trong giai đoạn cấu tạo, gia công

4.2.4 Những sự cố cọc khoan nhồi trong giai đoạn đổ bêtông đúc cọc 102 4.3 Các nguyên nhân gây ra sự cố cọc khoan nhồi 102

4.3.1 Nguyên nhân gây sự cố trong giai đoạn khoan tạo lỗ 102

4.3.1.2 Sự cố rơi cần khoan hoặc kẹt cần khoan 102 4.3.1.3 Sự cố hố khoan bị vướng các chướng ngại vật bên dưới 103 4.3.1.4 Sự cố không rút được ống vách lên trong phương pháp

4.3.1.5 Sự cố trượt, tụt ống vách trong phương pháp giữ thành

4.3.1.6 Sự cố dung dịch bentonite đông tụ nhanh và lắng nhiều

4.3.1.7 Sự có lớp màng áo sét bám quanh vách hố khoan quá dày 104 4.3.1.8 Sự cố lỗ khoan bị mất vữa bentonite 104 4.3.1.9 Sự cố vữa trào lên miệng hố khoan 104

4.3.2 Nguyên nhân gây sự cố trong giai đoạn thổi rửa, vệ sinh hố khoan 105

4.3.2.1 Sự cố vệ sinh lớp bùn dưới đáy hố khoan không sạch 105 4.3.2.2 Sự cố thổi rửa quá mức yêu cầu gây sạt lở thành vách hố khoan 105 4.3.3 Nguyên nhân gây sự cố trong giai đoạn cấu tạo, gia công và

4.3.3.1 Sự cố không hạ được lồng cốt thép vào lỗ khoan 106

4.3.3.3 Sự cố lồng thép bị ngập trong đất 106

4.3.3.4 Sự cố tụt cốt thép chủ trong công nghệ khoan xoay vách 106

4.3.4.2 Sự cố nút cách nước kẹt trong ống dẫn 106 4.3.4.3 Sự cố trồi cốt thép khi đổ bêtông 107 4.3.4.4 Sự cố khối lượng bêtông bị hạ xuống khi rút ống vách lên 107 4.3.4.5 Sự cố cả khối bêtông trong ống vách bị kéo lên khi rút ống vách 107 4.3.4.6 Sự cố Bêtông thân cọc bị phân tầng, rỗ tổ ong và có

thấu kính bùn, đất, vữa bentonite 107

4.3.4.7 Sự cố lớp bêtông tốt dâng lên chưa đến cao độ thiết kế 108 4.3.4.8 Dưới mũi cọc có lớp bùn lắng với bề dày vượt quá mức

cho phép hay bêtông dưới mũi cọc không đảm bảo chất lượng dẫn

4.4 Các Giải Pháp Xử Lý Các Sự Cố Cọc Khoan Nhồi 108

4.4.1.3 Hố khoan bị vướng các chướng ngại vật bên dưới 110 4.4.1.4 Không rút được ống vách lên trong phương pháp thi

4.4.1.5 Trượt, tụt ống vách trong phương pháp giữ thành hố khoan

4.4.1.6 Dung dịch bentonite đông tụ nhanh và lắng nhiều xuống

4.4.1.7 Lớp màng áo sét bám quanh vách hố khoan quá dày 111

4.4.2 Trong giai đoạn thổi rửa, vệ sinh hố khoan 119

4.4.2.1 Vệ sinh lớp bùn dưới đáy hố khoan không sạch 119 4.4.2.2 Thổi rửa quá mức yêu cầu gây sạt lở thành vách hố khoan 119 4.4.3 Trong giai đoạn cấu tạo, gia công và hạ lồng thép 119

4.4.3.1 Không hạ được lồng cốt thép vào lỗ khoan 119

4.4.3.4 Tụt cốt thép chủ trong công nghệ khoan xoay vách 120

4.4.4.5 Cả khối bêtông trong ống vách bị kéo lên khi rút ống vách 121 4.4.4.6 Bêtông thân cọc bị phân tầng, rỗ tổ ong và có thấu kính

4.4.4.7 Lớp bêtông tốt dâng lên chưa đến cao độ thiết kế 122 4.4.4.8 Dưới mũi cọc có lớp bùn lắng với bề dày vượt quá mức

cho phép hay bêtông dưới mũi cọc không đảm bảo chất lượng dẫn

Chương V:

ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG GẦN KỀ CÔNG TRÌNH TỚI

VIỆC THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

5.1 Trường hợp cọc khoan nhồi thi công gần vị trí đóng cọc 131

5.1.2 Các công thức tính vận tốc sóng trong đất nền 133

5.2 Trường hợp cọc khoan nhồi thi công gần vị trí có đường xe chạy 138

Chương VI:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

6.1.1 Về các sự cố cọc khoan nhồi trong giai đoạn thi công

6.1.2 Về ảnh hưởng của tải trọng động gần kề công trình 141

6.1.2.1 Lý thuyết dao động truyền sóng trong nền đất 141 6.1.2.2 Tiêu chuẩn dao động truyền sóng trong nền đất 141 6.1.2.3 Kết quả phân tích dao động truyền sóng trong nền đất 141

6.2.1 Về các sự cố cọc khoan nhồi trong giai đoạn thi công

6.2.2 Về ảnh hưởng của tải trọng động gần kề công trình 145

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN PHỤC LỤC TÍNH TOÁN

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU:

- Đất nước ta đang chuyển mình trong công cuộc xây dựng phát triển kinh tế, công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong đó mục tiêu chiến lược là xây dựng cơ sở hạ tầng, với hệ thống công trình công cộng, điện nước, viễn thông, cấp thoát nước, xử lý chất thải và đặc biệt là hệ thống giao thông hệ thống giao thông đóng vai trò cực kỳ quan trọng, là huyết mạch của nền kinh tế quốc dân, là thước đo cho mức độ phát triển của một quốc gia

- Tuy nhiên, cho đến nay chúng ta vẫn chưa xây dựng được một hệ thống giao thông hiện đại, đáp ứng được tất cả những nhu cầu của một quốc gia đang trên đà phát triển với tốc độ phát triển đứng hàng thứ 2 Châu Á Hệ thống giao thông nội tỉnh, liên tỉnh, quốc lộ vẫn còn nhiều hạn chế Một trong những nhược điểm lớn là vấn đề tuổi thọ công trình, đặc biệt là các công trình cầu trên nằm trong vùng có địa chất phức tạp

- Với nhiệm vụ nặng nề đặt ra cho ngành giao thông như đã nói trên, việc nghiên cứu các sự cố trong thi công cọc khoan nhồi của các công trình xây dựng là hết sức cần thiết Nhằm tìm ra các biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi phù hợp nhất, đồng thời đánh giá và dự phòng các sự cố hư hại cọc, thông qua đó tìm được các giải pháp khắc phục Tùy theo địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn, phương pháp thi công mà mỗi vùng lại có những đặc điểm riêng của nó Trong phạm quy của luận án này, đối tượng được chọn nghiên cứu là các công trình xây dựng có hệ thống móng là cọc khoan nhồi Bỡi đây là hạng mục quyết định chất lượng khai thác của công trình và có giá thành cao nhất trong tất cả các hạng mục của công trình

2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

- Mục đích: Nghiên cứu các sự cố và nguyên nhân gây ra sự cố khi thi công cọc

khoan nhồi trong xây dựng cầu đường ở Việt Nam để có giải pháp phòng ngừa sự cố Và nếu sự cố xảy ra thì có phương pháp xử lý thích hợp cho từng trường hợp

- Đối tượng: sự cố cọc khoan nhồi trong các giai đoạn thi công:

+ Giai đoạn khoan tạo lỗ;

+ Giai đoạn thổi rửa, vệ sinh hố khoan;

+ Giai đoạn cấu tạo, gia công và hạ lồng thép;

+ Giai đoạn đổ bêtông đúc cọc

- Pham vi giới hạn: Do những hạn chế về thời gian, điều kiện thực tế, đề tài

nghiên cứu giới hạn trong phạm vi cụ thể như sau:

+ Đưa ra các lý thuyết tính toán, phương pháp thi công và phương pháp thử tải cọc khoan nhồi hiện đã và đang áp dụng ở Việt Nam, không nghiên cứu sâu vào các vấn đề này;

+ Nghiên cứu các sự cố thường gặp khi thi công cọc khoan nhồi trong điều kiện địa chất ở Việt Nam và nghiên cứu các phương pháp xử lý thích hợp khi sự cố xảy ra, không nghiên cứu khả năng làm việc của cọc sau khi xử lý;

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng động gần kề công trình do đóng cọc và

xe chạy tới việc thi công cọc khoan nhồi Tải trọng động đó được mô hình trong hai vùng địa chất yếu và tốt để so sánh

- Do những giới hạn trên, khi áp dụng các kết quả nghiên cứu vào các công trình cụ thể, chỉ nên tham khảo đối chiếu, cần phải tìm hiểu rõ nguyên nhân gây ra sự cố và có giải pháp xử lý hợp lý nhất Trong trường hợp ảnh hưởng của tải trọng động gần kề công trình đó là cơ sở tính toán lý thuyết, cần phải tiến hành thực nghiệm để đánh giá chính xác hơn

1.1.1 Phạm vi ứng dụng và các ưu điểm:

1.1.1.1 Cọc khoan nhồi

- Cọc khoan nhồi giải quyết các vấn đề kỹ thuật móng sâu có địa tầng cũng như địa hình phức tạp Thay thế cho cọc đóng ở những nơi không thể thực hiện được do địa tầng đất tốt ở sâu nếu dùng cọc đóng thì cọc có độ mảnh lớn gây nguy hiểm, địa tầng đất đá cứng không thể hạ cọc;

- Thi công ít ồn thích hợp trong vùng đông dân cư;

- Rung động ít nên ít gây thiệt hại các công trình lân cận;

- Thiết kế chọn kích thước mặt cắt ngang cọc linh hoạt từ 60cm đến 250cm phù hợp với với tải trọng công trình và địa tầng xây dựng thay đổi, chịu được tải trọng ngang lớn;

- Với đặc điểm thi công là công đọan khoan tạo lỗ trước nên có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất công trình của từng cọc và có thể dễ dàng thay đổi kích thước, nhất là chiều sâu để phù hợp với điều kiện địa chất công trình thực tế;

- Thích hợp với tất cả địa tầng là các loại đất đá, kể cả vùng hang động castơ;

- Thích hợp cho nền móng các công trình cầu vượt xây dựng trong thành phố hay đi qua khu dân cư đông đúc vì nó đảm bảo được các vấn đề về môi trường cũng như tiến độ thi công cầu;

- Thích hợp cho các công trình cầu lớn, tải trọng nặng, địa chất nền móng là đất yếu hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp

1.1.1.2 Cọc đóng:

- Thích hợp cho các loại công trình có tải trọng nhỏ, móng mố trụ cầu nhịp nhỏ và trung cầu có khẩu độ L 50m;

- Thiết kế và thiết bị thi công đơn giản;

- Thích hợp với khu vực có điều kiện địa hình địa chất không phức tạp như: địa tầng là đất á sét, sét dẻo, á cát và cát hạt nhỏ;

- Giá thành xây dựng công trình thấp

1.1.2 Các khuyết điểm:

1.1.2.1 Cọc khoan nhồi:

Tuy nhiên khi chọn phương án cọc khoan nhồi cần phải xét đến các nhược điểm có thể xảy ra sau:

- Giá thành trên 1m dài cọc hiện vẫn còn cao so với các loại hình cọc đóng, cọc ép, cọc rung hạ;

- Việc kiểm tra chất lượng cọc khoan thường chỉ thực hiện được sau khi đã thi công xong cọc Kinh phí thiết bị kiểm tra chất lượng tương đối cao Thí nghiệm thử tải cọc phức tạp giá thành cao;

- Suất huy động cường độ vật liệu cấu tạo cọc thấp;

- Chất lượng cọc tùy thuộc trình độ kinh nghiệm của công nhân và công nghệ thi công cọc;

- Sự chiết giảm ma sát hông và sức kháng mũi cọc nhiều hơn so với các loại cọc khác;

- Dễ sụt thành vách, điều đó ảnh hưởng đến tính chất làm việc của đất xung quanh cọc, tại chân cọc, làm thay đổi kích thước tiết diện cọc, tăng khối lượng bê tông và trọng lượng bản thân cọc một cách vô ích;

- Chí phí khảo sát địa chất công trình cho việc thiết kế móng cọc khoan nhồi cao hơn nhiều so với móng cọc khác Bởi vì, việc thiết kế cọc khoan nhồi cần biết chi tiết về tính chất cơ lý hoá của đất, nước và các hiện tượng cát chảy, đất sập

- Công trình cầu Bình Điền thi công cọc khoan nhồi bị sự cố Không hạ hết được chiều dài lồng thép theo thiết kế, sau đó quyết định cho rút lồng thép lên để thổi rửa lại, nhưng lại không rút lên được Mạc dù trước khi hạ lồng thép đã có công đoạn thổi rửa và kiểm tra chiều sâu lỗ khoan Nguyên nhân chủ yếu là do thành vách hố khoan bị sụp lở nhiều trong quá trình hạ lồng thép làm trồi lên đột ngột của đáy hố khoan và chôn vùi một đoạn lồng thép trong thời gian chờ quyết định xử lý, do đó lồng thép rút lên không được [5]

- Nhà máy xi măng Cần Thơ, thi công cọc khoan nhồi đường kính d=800mm, bị sự cố Khối lượng bêtông đổ vào hố khoan lớn hơn nhiều so với khối lượng tính toán theo lý thuyết và vách hố khoan bị trương phình trong lớp bùn, được trình bày ở hình I-2 [5]

- Cầu Mỹ Thuận cọc khoan nhồi trụ tháp bờ Bắc bị sự cố Bêtông bị phân tầng ở độ sâu -80m giữa hai lớp bêtông là lớp đất sét mùn khoan lẫn bentonite Nguyên

nhân chủ yếu xảy ra lúc mưa bão, sự cung cấp bêtông không liên tục dẫn đến khối lượng bêtông đã đổ trước đó bị đông cứng, sau đó nhà thầu tiếp tục đổ bêtông mới vào tạo nên sự không liên tục hay không đồng nhất của khối bêtông trong thân cọc, được trình bày ở hình I-3 [5]

Φ800mm

4 3

DD- BETONITE

2

1

-2.0M 0.0M

Mực nước tính toán để đổ bê tông

Ống chống vách

Vách bùn bị trương phình

vì yếu σ Ben

4.5m

100mm 100mm

lần 2 cao 27mét

do đất vách bị sập vào hố

Thực tế chiều cao bê tông đổ lần 2 chỉ cao 27mét và được hốt ra ngoài

chỉ đạt cao 7 mét lần thứ nhất dự kiến cao 9 mét Ciều cao bê tông đổ vào

Chiều cao Bentonite đông tụ lần thứ 2

đông tụ lần thứ 1 Chiều cao Bentonite

CH

CH

CL -32.0M

-46.0M

-20.0

Lớp bùn pha ít cát dẻo nhão xâm nhập vào bê tông

Hình I-1: Thân cọc bị hang hốc, lẫn tạp chất, Hình I-2: Thành vách hố khoan bị sập

đầu cọc bị cặn lắng bentonite và trương phình

- Các cầu trên đường Hồ Chí Minh thi công cọc khoan nhồi trong vùng hang động castơ thường gặp các sự cố: kẹt, trượt búa khoan cọc, tụt ống vách, dung dịch bentonite dân lên hoặc hạ xuống khi gặp hang castơ chết và hang castơ sống [6]

- Công trình cầu Thanh Trì khi thi công xong cọc khoan nhồi, tiến hành siêu âm phát hiện khuyết tật bêtông phần đáy cọc khoan nhồi không đồng nhất trong phạm

vi từ 1-5m, cá biệt có những cọc lớn hơn, được trình bày ở hình I-4 Nguyên nhân

-6.1M

-32.0M

- 37.0M

DUNG DỊCH ĐÔNG TỤ

CÁT CHẢY VÁCH HỐ BỒI LẮP ĐÁY HỐ

CỌC KHOAN NHỒI BÊ TÔNG

KHÔNG CÓ ỐNG CHỐNG VÁCH

CÁT MỊN PHA ÍT SÉT, DẺO MỀM - DẺO CỨNG

SÉT, XÁM VÀNG,DẺO MỀM - DẺO CỨNG

LOẢNG RỜI, DẺO MỀM CÁT MỊN PHA ÍT SÉT VÀNG NHẠT,

KHỐI CÁT PHA XÂM NHẬP VÀO BÊTÔNG

CÁT CHẢY RA BÊTÔNG TRÀN VÀO

do điều kiện địa tầng phức tạp, lớp cát dày có mạch nước ngầm làm cho thành vách hố khoan bị sập trong quá trình thi công [16]

Hình I-3: Bêtông cọc bị phân tầng

Hình I-4: Các nõn khoan bị gãy và lắng mùn khi khoan lấy mẫu

1.3 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN SỰ CỐ CỌC KHOAN NHỒI:

- Từ trước tới nay, trong nước đã có một số tác giả nghiên cứu về vấn đề liên quan đến các sự cố cọc khoan nhồi và đưa ra các phương pháp xử lý Có thể kể một số tác giả, đã có những công trình nghiên cứu áp dụng vào thực tế như: Nguyễn Hữu Đẩu, Nguyễn Bá kế, Nguyễn Viết Trung, Lê Thanh Liêm, Nguyễn Tuấn Anh, Nguyễn Thị Tuyết Trinh, Đỗ Hữu Trí, Bùi Đức Chính, Nguyễn Xuân Khang, Trịnh Việt Cường

- Các tác giả với các công trình nghiên cứu đã đưa ra nhiều sự cố trong thi công cọc khoan nhồi như đã nêu ở mục 1.2 trên Đồng thời các tác giả cũng đưa ra một số phương pháp xử lý khi gặp sự cố, điển hình như: dùng ống vách chống sụp lở thành vách hố khoang, dùng dung dịch bentonite với đặc tính kỹ thuật phù hợp cho từng loại địa chất để giữ thành vách [5], chọn phương pháp khoan phù hợp với loại địa

bùn đất bêtông bị đứt gãy, màu

CHƯƠNG II

CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI

- Hiện nay, có nhiều quy trình, tổ chức hiệp hội nghiên cứu và nhiều tác giả đã đưa ra một số phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn Cơ sở tính toán của các phương pháp này đều xuất phát từ 2 cơ sở lý thuyết sau:

+ Lý thuyết thứ 1: Dựa vào kết quả thí nghiệm mẫu đất trong phòng như các chỉ

tiêu cơ lý của đất và điều kiện phân bố môi trường để tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn Sức chịu tải này còn gọi là sức chịu tải theo công thức lý thuyết;

+ Lý thuyết thứ 2: Dựa vào kết quả khảo sát bằng thiết bị thí nghiệm hiện

trường để xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn Cơ sở lý thuyết này có sai số nhỏ hơn cơ sở lý thuyết thứ nhất nhưng thường có chi phí rất cao Thông thường cơ sở

lý thuyết này được phân theo 2 nhóm: Nhóm 1: Sử dụng các phương pháp xuyên tĩnh, động, v.v ; Nhóm 2: Sử dụng các phân tích về mối quan hệ độ lún và tải trọng trong

các thí nghiệm tĩnh, động, v.v

- Sau đây trình bày các lý thuyết tính toán sức chịu tải đơn của cọc khoan nhồi đã và đang sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới

2.1 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO CHỈ TIÊU

CƯỜNG ĐỘ ĐẤT NỀN, TIÊU CHUẨN TCXD 195:1997 : [8]

2.1.1 Sức chịu tải trong trường hợp tổng quát:

- Sức chịu tải của cọc bao gồm hai thành phần: ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc:

Trong đó:

Qu – Sức chịu tải cực hạn của cọc;

Qs – Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên;

Qp – Sức chịu tải cực hạn do mũi cọc;

fs – Ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất;

qp – Cường độ chịu tải đất ở mũi cọc;

As – Diện tích của mặt bên cọc;

Ap – Diện tích mũi cọc;

- Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức:

p p s

s u a

FS

Q FS

Q FS

Q

Trong đó: FSs, FSp và FS là hệ số an toàn

2.1.2 Sức chịu tải của cọc khoan nhồi từ kết quả thí nghiệm trong phòng:

- Ma sát trên đơn vị diện tích mặt bên của cọc, fs tính theo công thức:

a s v a

Trong đó:

+ ca – Lực dính giữa cọc và đất;

+ δv – Ứng suất theo phương thẳng đứng do tải trọng của cột đất;

+ Ka – Hệ số áp lực ngang trong đất;

+ ϕa – Góc ma sát giữa cọc và đất nền

- Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, qP tính theo công thức:

Trong đó:

+ δvp – Ứng suất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc;

+ γ - Trọng lượng thể tích của đất nền;

+ Ap – Diện tích mũi cọc;

+ d – Đường kính tiết diện cọc;

+ Nc, Nq, Nγ - Hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong ϕ của đất và hình dạng mũi cọc

2.1.2.1 Sức chịu tải của cọc trong đất dính:

- Sức chịu tải của mũi cọc trong đất dính được tính theo công thức:

Trong đó:

+ cu – Sức chống cắt không thoát nước của đất nền, xác định theo kết quả thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm cắt cánh tại hiện trường;

+ Nc – Hệ số sức chịu tải, lấy bằng 6,0

- Ma sát bên cọc trong đất dính theo công thức:

2.1.2.2 Sức chịu tải của cọc trong đất rời:

- Sức chịu tải của mũi cọc trong đất rời được xác định theo công thức:

Trong đó:

+ qp – Cường độ chịu tải đất ở mũi cọc;

+ δ’v – Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc;

+ Np – Hệ số sức chịu tải của cọc, xác định theo hình II-1

- Ma sát bên của cọc trong đất rời được tính bằng:

Trong đó:

+ Ks – Hệ số áp lực ngang trong đất;

+ δ’v – Ứng suất hữu hiệu tại độ sâu tính toán ma sát bên;

+ ϕa – Góc ma sát giữa mặt bên cọc và đất nền

+ Giá trị của Kstanϕa – xác định theo hình II-2

- Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, qp và ma sát bên của cọc, fs trong đất rời ở những độ sâu lớn hơn độ sâu tới hạn zc được lấy bằng các giá trị tương ứng ở độ sâu tới hạn:

fs (z > zc) = fs (z = zc)

qp (z > zc) = qp (z = zc) + Độ sâu tới hạn xác định theo góc ma sát trong của đất nền theo hình II-3, II-

Hình II-1: Xác định hệ số Nq

Hình II-2: Xác định hệ số Kstanϕa Hình II-3: Xác định tỷ số Zc/d

d

zcMNN

Hình II-4: Độ sâu tới hạn

1 10 100 1000

0 5 10 15 20 25 30 35

- Giá trị góc nội ma sát ϕ trong hình II-1, II-2 và II-3 lấy bằng ϕ = ϕ’1 – 3o trong

đó ϕ’1 là góc ma sát trong của đất nền trước khi thi công cọc

2.1.3 Sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo kết quả xuyên tĩnh:

2.1.3.1 Sức chịu tải của cọc trong đất dính:

- Tương quan giữa sức chống cắt không thoát nước và sức chống xuyên qc là:

+ Với giá trị của cu xác định từ tương quan trên, sức chịu tải của cọc được tính

toán theo phương pháp trình bày trong mục 2.a

- Hệ số an toàn khi sử dụng phương pháp nêu trong mục này có thể lấy bằng:

FS = 2,0 ÷ 3.0

FSs = l,5 ÷ 2,0

FSb = 2,0 ÷ 3,0

2.1.3.2 Sức chịu tải của cọc trong đất rời:

- Ma sát đơn vị tác dụng lên mặt bên cọc, fs kg/m2, được dự tính từ sức chống

xuyên đầu mũi, qc dưới dạng:

Trong đó: ns - là hệ số tương quan thực nghiệm, xác định theo bảng II-1

Bảng II-1 - Hệ số ns

Sức chống xuyên q c (kg/cm 2 ) Loại đất

25 100 200

- Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qp được tính từ sức chống xuyên đầu

mũi qc theo tương quan:

Trong đó: np - là hệ số tương quan được xác định theo bảng II-2

Bảng II-2 - Hệ số np

2.1.4 Đánh giá sức chịu tải của cọc từ kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT):

- Tuỳ theo điều kiện đất nền, sức chịu tải của cọc được tính theo từng trường hợp

cụ thể sau

2.1.4.1 Sức chịu tải của cọc trong đất rời:

- Ma sát đơn vị tác dụng lên mặt bên cọc trong lớp đất có chỉ số xuyên tiêu

chuẩn N được tính theo các tương quan:

+ fs = 0,018N (kg/cm2) cho cọc trong cát thô, cát trung, không sử dụng dung dịch bentonit;

+ fs = 0,03N +0,l (kg/cm2) cho cọc trong cát thô, cát trung, có sử dụng dung dịch bentonit

- Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc được tính theo công thức:

+ qp = K1N (kg/cm2) trong đó K1 là hệ số lấy theo bảng II-3

Bảng II-3: Hệ số K1

2.1.4.2 Sức chịu tải cho phép của cọc, Qa tấn, trong nền gồm các lớp đất dính và đất

rời tính theo công thức:

p s

s c

c p

Trong đó:

+ N - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn của đất;

+ N - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn trung bình của đất trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d dưới mũi cọc Nếu N > 60, khi tính toán N lấy N = 60; nếu N >50 thì trong công thức (II-13) lấy N = 50;

+ Nc - Giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp đất rời;

+ Ns - Giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp đất dính;

+ Ap - Diện tích tiết diện mũi cọc, m2;

+ Ls - Chiều dài phần thân cọc nằm trong lớp đất dính, m;

+ Lc - Chiều dài phần thân cọc nằm trong lớp tất rời, m;

+ Ω - Chu vi tiết diện cọc, m;

+ Wp - Hiệu số giữa trọng lượng cọc và trọng lượng của trụ đất nền do cọc thay thế, tấn

2.1.5 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

- Cọc được thiết kế như cấu kiện chịu nén đúng tâm

- Các chỉ tiêu tính toán của vật liệu và các yêu cầu về cấu tạo được lấy phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép kết hợp với các hệ số xét đến điều kiện thi công được quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc hiện hành

- Sức chịu tải của vật liệu cọc, P, tính theo công thức

Trong đó:

+ Ru – Cường độ tính toán của bêtông cọc nhồi, xác định như sau:

Đối với cọc đổ bê tông dưới nước hoặc dung dịch sét, Ru = R/4,5 nhưng không lớn hơn 60kg/cm2;

Đối với cọc đổ bê tông trong lỗ khoan khô, Ru = R/4,0 nhưng không lớn hơn 70kg/m2 + R - Mác thiết kế của bê tông cọc, kg/cm2;

+ Fb - Diện tích tiết diện cọc;

+ Fa - Diện tích tiết diện cốt thép dọc trục;

+ Ran - Cường độ tính toán của cốt thép, xác định như sau:

Đối với thép nhỏ hơn Þ28mm, Ran = Rc /l,5 nhưng không lớn hơn 2200kg/cm2; Đối với thép lớn hơn Þ28mm, Ran = Rc /l,5 nhưng không lớn hơn 2000kg/cm2+ Rc - Giới hạn chảy của cốt thép, kg/cm2

2.2 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA

ĐẤT NỀN, TIÊU CHUẨN TCXD 205:1998: [7]

- Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, theo đất nền, được tính:

tc

tc a

K

Q

Trong đó:

+ Qa- Sức chịu tải cho phép tính toán theo đất nền;

+ Qtc- Sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn;

+ Ktc- Hệ số an toàn,lấy bằng:

1,2- Nếu sức chịu tải xác định bằng nén tĩnh cọc tại hiện trường;

1,25- Nếu sức chịu tải xác định theo kết quả thử động cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của đất hoặc theo kết quả thử đất tại hiện trường bằng cọc mẫu;

1,4- Nếu sức chịu tải xác định bằng tính toán, kể cả theo kết quả thử động cọc mà không kể đến biến dạng đàn hồi của đất;

1,4 (1,25) Đối với móng mố cầu đài thấp, cọc ma sát, cọc chống, còn khi ở cọc đài cao- khi cọc chống chỉ chịu tải thẳng đứng, không phụ thuộc số lượng cọc trong móng;

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

+ Móng có trên 21 cọc: Ktc=1,4 (1,25);

+ Móng có từ 11 đến 20 cọc: Ktc= 1,55 (1,4);

+ Móng có từ 6 đến 10 cọc: Ktc= 1,65 (1,5);

+ Móng có từ 1 đến 5 cọc: Ktc=1,75 (1,6)

Số trong ngoặc đơn là trị số của Ktc khi sức chịu tải của cọc được xác định từ kết quả nén tĩnh ở hiện trường

- Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió thì được phép tăng tải trọng tính toán trên các cọc biên lên 20%

- Đối với móng chỉ có một cọc nhồi mang tải trọng 250 tấn (2500 kN) thì:

+ Ktc=1,4 - Nếu sức chịu tải xác định theo thử tĩnh cọc;

+ Ktc=1,6- Nếu sức chịu tải xác định theo các phương pháp khác;

+ Ktc=1- Độ lún giới hạn lớn hơn hoặc bằng 30cm (với số cọc lớn hơn 100), nếu sức chịu tải của cọc xác định theo thử tĩnh

- Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống trên đất ít nén co (khi Es= 500 kg/cm2) xác định theo công thức:

Trong đó:

+ m - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng m=1;

+ Ap - Diện tích tựa lên đất của cọc;

+ qp - Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, T/m2, lấy như sau: Đối với cọc nhồi ngàm vào đá không bị phong hoá (không có các phụ lớp yếu) không nhỏ hơn 0,5m, tính theo công thức:

)5,1d

h(k

qq

3

3

d

tc pn

kd - Hệ số an toàn theo đất, lấy bằng 1,4;

h3 - Độ chôn sâu tính toán trong đá, m;

d3 - Đường kính ngàm của phần chôn vào đá, m

- Khi cọc chống lên nền đá bị phong hoá cũng như có thể bị xói lở thì sức chống tiêu chuẩn của đất tc

pn

q phải dựa trên kết quả thử cọc bằng phương pháp tĩnh

- Sức chịu tải trọng nhổ cực hạn của cọc nhồi xác định theo công thức:

wlfmmu

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 các trường hợp còn lại lấy m=1;

+ u – Chu vi tiết diện ngang thân cọc;

+ li – Chiều dày lớp đất thứ i;

+ mf – Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc cho trong bảng II-4; + fi – Ma sát bên của lớp đất i ở mặt bên của thân cọc, T/m2, lấy theo bảng II-

5

Bảng II-4: Hệ số mf

Hệ số m f

Loại cọc và phương pháp thi công cọc Cát Á cát Á sét Sét

- Cọc khoan nhồi trong đó kể cả mở rộng

đáy, đổ bêtông:

+ Khi không có nước trong lỗ khoan (phương

pháp khô) hoặc khi dùng ống chống

+ Dưới nước hoặc dung dịch sét

+ Hỗn hợp bêtông cứng đổ vào cọc có đầm

(phương pháp khô)

0,7

0,6 0,8

0,7

0,6 0,8

0,7

0,6 0,8

0,6

0,6 0,7

- Cọc khoan nhồi, cọc có lỗ tròn rỗng ở giữa,

không có nước trong lổ khoan bằng cách

dùng lõi rung

0,8 0,8 0,8 0,7

Bảng II-5: Ma sát bên fi

Ma sát bên cọc, f i , T/m 2

Của đất cát, chặt vừa Thô và

Của đất sét khi chỉ số sệt I L bằng

10

2,3 3,0 3,5 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 5,1 5,6 6,1 6,6 7,0

1,5 2,1 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,4 3,8 4,1 4,4 4,7 5,0

1,2 1,7 2,0 2,2 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

0,5 1,1 1,2 1,6 1,7 1,8 1,9 1,9 2,0 2,0 2,0 2,1 2,2

0,4 0,7 0,8 0,9 1,0 1,0 1,0 1,0 1,1 1,2 1,2 1,2 1,3

0,4 0,5 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9

0,3 0,4 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8

0,2 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7

2.3 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO TIÊU

CHUẨN THIẾT KẾ CỦA ÚC (AUSTROADS-1992), ÁP DỤNG CHO CẦU MỸ THUẬN: [5]

- Sức chịu tải cực hạn Qu của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát mặt bên và sức chống mũi cọc:

Trong đó:

+ Qs - Sức chịu tải cực hạn do ma sát mặt bên;

+ Qp - Sức chịu tải cực hạn do sức chống mũi;

+ fi - Ma sát bên đơn vị giữa cọc và lớp đất thứ i;

+ Ap - Diện tích mũi cọc;

+ fi , qp - Được xác định như sau:

2.3.1 Đối với đất dính:

+ Nc - Hệ số sức chịu tải của đất dính dưới mũi cọc,lấy Nc=9;

+ α - Hệ số sức chịu tải của đất dính xung quanh thân cọc, lấy theo Hình II-5;

Hình II-5: Xác định hệ số α

2.3.2 Đối với đất rời:

+ z - Độ sâu xác định fi hay qp ;

+ zL , F, Nq - Độ sâu ngàm tới hạn, hệ số sức chịu tải của đất rời xung quanh cọc và hệ số sức chịu tải của đất rời dưới mũi cọc được xác định theo Bảng II-6;

+ d - Đường kính cọc;

Bảng II-6: Xác định ZL , F, Nq

2.4 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI THEO KẾT QUẢ

KHẢO SÁT BẰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG:

2.4.1 Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (AASHTO-LRFD - 1998): [15]

2.4.1.1 Sức kháng của cọc khoan trong đất dính:

- Phương pháp bán thực nghiệm có thể được dùng để ước tính sức kháng của cọc khoan trong đất dính Cọc khoan trong đất dính phải được thiết kế bằng phương pháp tổng ứng suất và ứng suất hữu hiệu đối với các điều kiện tải trọng thoát nước và không thoát nước tương ứng

- Cọc khoan trong đất rời phải được thiết kế bằng phương pháp ứng suất hữu hiệu đối với các điều kiện tải trọng thoát nước hoặc phương pháp bán thực nghiệm dựa trên các kết quả thí nghiệm hiện trường

- Các hệ số sức kháng đối với sức kháng bên và sức kháng mũi cọc được quy định trong Bảng II-7 sau

Bảng II-7: các hệ số sức kháng của các trạng thái giới hạn cường độ địa kỹ thuật trong

cọc khoan chịu tải trọng dọc trục

Phương pháp / đất / điều kiện Hệ số sức kháng

Sức kháng thành bên trong đất sét Phương pháp α (Reese & O’Naill 1988) 0,65 Sức kháng tại mũi

cọc đất sét Tổng ứng suất (Reese & O’Naill 1988) 0,55

Sức kháng thành bên trong cát

Touma & Reese (1974) Meyerhof (1976)

Quiros & Reese (1977) Reese & Wright (1977) Reese & O’Naill (1988)

Tham khảo cọc trong đất rời

Sức kháng tại mũi cọc trong đất

Touma & Reese (1974) Meyerhof (1976)

Quiros & Reese (1977) Reese & Wright (1977) Reese & O’Naill (1988)

Tham khảo cọc trong đất rời Sức kháng thành bên

trong đá Cater & Kulhawy (1988) Horvath & Kenney (1979) 0,55 0,65

Khả năng chịu

lực tới hạn của

cọc khoan đơn

phá hoại khối

Sức kháng tại mũi cọc trong đá

Hiệp hội địa kỹ thuật Canada (1985)

Phương pháp đo áp lực (Hiệp hội địa kỹ thuật

0,50 0,50

Canada 1985) Sức kháng thành bên

và sức kháng mũi

(Reese & O’Naill)

0,55 0,50

Tham khảo sức kháng nhổ cọc Cater & Kulhawy

Horvath & Kenney 0,45 0,55

Khả năng chịu

lực nhổ của

cọc khoan đơn

Đá

Khả năng chịu

lực nhổ của

nhóm cọc

Cát

2.4.1.1.1 Sức kháng bên của cọc khoan dùng phương pháp α

- Sức kháng bên đơn vị danh định (MPa) cho cọc khoan trong đất rời chịu tải dưới điều kiện tải trọng không thoát nước có thể tính như sau:

Trong đó:

Su – Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa);

α - Hệ số dính bám (DIM)

- Các phần sau đây của cọc khoan được minh hoạ trong Hình II-6 sẽ không được tính để đóng góp vào sự phát triển của sức kháng thông qua ma sát bề mặt:

+ Ít nhất 1500 mm trên cùng của bất kỳ cọc khoan nào;

+ Với cọc thẳng, chiều dài ở đáy của cọc khoan lấy bằng đường kính cọc;

+ Chu vi của đầu loe, nếu dùng;

+ Khoảng cách trên đầu loe lấy bằng đường kính cọc

- Các giá trị của α đối với các phần đóng góp của cọc khoan đào khô trong hố mở hoặc ống vách được cho chi tiết trong Bảng II-8

Bảng II-8: giá trị α dùng cho xác định sức kháng thành bên trong đất dính (Reese

O’Neill 1988)

0,20÷0,30 0,49 0,30÷0,40 0,42

0,40÷0,50 0,38 0,50÷0,60 0,35 0,60÷0,70 0,33 0,70÷0,80 0,32 0,80÷0,90 0,31

> 0,90 Xử lý như đối với đá cuội

Không tính 1500mm trên đỉnh

Không tính đoạn bằng

Không tính một khỏang bằng đường kính cọc trên đầu loe

Hình II-6: Các phần không xem xét trong tính toán của cọc khoan (Reese & O’Neill

1988)

2.4.1.1.2 Sức kháng mũi cọc:

- Đối với cọc chịu tải trọng dọc trục trong đất dính, sức kháng đơn vị mũi cọc danh định của cọc khoan (MPa) có thể tính như sau:

Trong đó:

D - Đường kính cọc khoan (mm);

Z - Độ xuyên của cọc khoan (mm)

Su - Cường độ kháng cắt không thoát nước (MPa)

- Giá trị của Su phải được xác định từ kết quả thí nghiệm hiện trường và/ hoặc trong phòng thí nghiệm của các mẫu nguyên dạng lấy trong khoảng sâu 2,0 lần đường kính dưới mũi cọc Nếu đất trong giới hạn 2,0 đường kính cọc có Su < 0,024 MPa, giá trị của Nc sẽ bị chiết giảm 1/3

- Đối với các cọc khoan trong đất sét với Su > 0.096 MPa với D > 1900 mm, và độ lún cọc không được đánh giá, giá trị của qp phải chiết giảm thành qpr như sau:

Trong đó:

0,1b760aD

0,12

760F

p

+

015,0D

Z0021,00071,0a

p

≤+

u

S0,245,1

Dp – Đường kính mũi cọc

2.4.1.2 Sức kháng của cọc khoan trong đất rời:

2.4.1.2.1 Sức kháng thân cọc:

- Sức kháng danh định của thân cọc khoan trong cát có thể được xác định bằng cách sử dụng một trong năm phương pháp quy định trong Bảng II-9 Chỉ có thể dùng các giá trị lớn hơn nếu nó được hiệu chỉnh bởi các thí nghiệm tải trọng

- Sức kháng bên của cọc khoan trong cát có thể ước tính bằng cách sử dụng: + Góc ma sát, ϕf , hoặc

+ Số nhát búa SPT, N

- Các ký hiệu sau đây được áp dụng trong bảng II-9:

+ N - Số búa SPT chưa hiệu chỉnh (Búa/300mm);

+ σ’v - Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng (MPa);

+ ϕf - Góc ma sát của cát (Độ);

+ K - Hệ số truyền tải trọng;

+ Db - Chiều sâu chôn cọc khoan trong tầng đất cát chịu lực (mm);

+ β - Hệ số truyền tải trọng;

+ z - Chiều sâu dưới đất (mm)

- Góc ma sát của cát có thể tương quan với số búa SPT hoặc là sức kháng xuyên hình nón được quy định trong Bảng II-10

Bảng II-9: Các phương pháp đánh giá sức kháng mặt bên qs (Mpa) trong đất cát

Touma & Reese (1974)

qs = Kσ’vtanϕf < 0,24 Mpa Trong đó:

K = 0,7 đối với Db ≤ 7500mm

K = 0,6 đối với 7500mm ≤ Db ≤ 12000mm

K = 0,5 đối với Db > 12000mm

Quiros & Reese (1977) qs = 0,0025N < 0,19 Mpa

Reese & Wright (1977) Với N ≤ 53 qs = 0,0028N

Với 53 < N ≤ 100 qs = 0,00021(N-53)+0,15Reese & O’Neill (1988) QTrong đó: s = βσ’v ≤ 0,19 Mpa với 0,25 ≤ β ≤ 1,2

z10

*7,75,

=β

Bảng II-10: Các góc ma sát của cát

2.4.1.2.2 Sức kháng mũi cọc:

- Sức kháng mũi cọc danh định có thể tính toán bằng cách dùng các phương pháp quy định trong Bảng II-11, với các ký hiệu sau đây được sử dụng:

+ Ncorr - Số búa SPT-N đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ (búa/300mm)

= [0,77 lg (1,92 / σ’v)] N;

+ N - Số búa SPT chưa hiệu chỉnh (búa/300mm);

+ D - Đường kính của cọc khoan (mm);

+ Dp - Đường kính mũi cọc khoan (mm);

+ Db - Chiều sâu chôn của cọc khoan trong lớp chịu lực là cát (mm);

+ σ’v – ng suất lực thẳng đứng hữu hiệu (MPa);

- Đối với các đường kính đáy lớn hơn 1270mm, qp phải chiết giảm như sau:

p p

D

1270

Bảng II-11: Các phương pháp dùng để ước tính sức kháng mũi cọc, qp (Mpa) của cọc

khoan trong cát

Touma & Reese (1974)

Rời: qp = 0,0 (Mpa) Chặt vừa:

K

5,1

qp = (Mpa) Rất chặt:

K

8,3

qp = (Mpa)

K = 1,0 đối với Dp ≤ 500mm

K = 0,0 đối với Dp ≥ 500mm Chỉ dùng khi Db > 10D Meyerhof (1976)

corr p

b corr

D

DN013,0

< 0,096Ncorr (Mpa) đối với bùn không dẻo

Reese & Wright (1977) qp = 0,064N (Mpa) đối với N ≤ 60

qp = 3,8 (Mpa) đối với N > 60 Reese & O’Neill (1988) qqp = 0,057N (Mpa) đối với N ≤ 75

p = 4,3 (Mpa) đối với N > 75

2.4.1.2.3 Sức kháng dọc trục trong đá:

- Để xác định sức kháng dọc trục của cọc khoan ngàm trong các hốc đá, có thể bỏ qua sức kháng mặt bên từ trầm tích đất phủ nằm trên

- Nếu đá bị xuống cấp, dùng các phương pháp thi công đặc biệt, đường kính hốc đá lớn hơn hoặc phải xét đến chiết giảm sức kháng hốc đá

- Các hệ số sức kháng cho cọc khoan ngàm trong đá phải được lấy như quy định trong Bảng II-7

2.4.1.2.4 Sức kháng nhổ cọc khoan:

- Sức kháng nhổ có thể được xem xét khi tải trọng hướng lên trên tác động lên các cọc khoan Các cọc khoan chịu các lực nhổ phải được điều tra nghiên cứu về sức kháng nhổ lên đối với cường độ kết cấu của chúng, và đối với cường độ của liên kết của chúng với các cấu kiện đỡ

- Sức kháng nhổ của cọc khoan đơn vách thẳng có thể ước tính theo cách tương tự như để xác định sức kháng bên đối với cọc khoan chịu nén như quy định trong các mục a và b đã trình bày ở mục trên Khi xác định sức kháng nhổ của cọc khoan loe có thể bỏ qua sức kháng bên phía trên phần loe và có thể giả thiết rằng phần loe làm việc như một neo

- Hệ số sức kháng đối với khả năng chịu nhổ của cọc khoan phải lấy như quy định trong Bảng II-7

- Khả năng chống nhổ tính toán của cọc khoan mở rộng mũi cọc trong đất dính,

Qr có thể được xác định như sau:

+ Nu - Hệ số dính bám nhổ lên;

+ Dp - Đường kính của phần mở rộng mũi cọc (mm);

+ Db - Chiều sâu chôn trong lớp móng (mm);

+ D - Đường kính của cọc khoan (mm);

+ Su - Cường độ kháng cắt không thoát nước lấy trung bình trên khoảng cách bằng 2 lần đường kính loe (2Dp) phía trên đáy (MPa);

+ ϕ - Hệ số sức kháng quy định trong Bảng II-7

- Nếu đất phía trên địa tầng móng là đất trương nở, Su phải lấy giá trị trung bình nhỏ hơn của 2.0Dp phía trên đáy của móng hoặc trên chiều sâu xuyên của cọc khoan trong địa tầng móng

- Giá trị của Nu có thể giả thiết thay đổi tuyến tính từ 0,0 tại Db/Dp = 0,75 đến giá trị 0,8 tại Db/Dp = 2,5, ở đây Db là chiều sâu dưới địa tầng móng Đỉnh của địa tầng móng phải được lấy từ đáy của vùng thay đổi độ ẩm theo mùa

2.4.2 Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm trong quá trình thử tải cọc khoan nhồi:

- Trong các loại cọc đang sử dụng trong ngành cầu đường Việt Nam ở nước ta hiện nay cọc khoan nhồi hiện tại đang sử dụng phổ biến cho các công trình chịu tải trọng lớn Sức chịu tải của cọc khoan nhồi rất lớn, nó thay đổi trong khoảng từ vài trăm tấn đến vài ngàn tấn Do đó các kỹ sư cầu đường cần phải chọn phương pháp thử tải thích hợp là rất quan trọng, vì nó quyết định đến giá thành

+ Dùng hệ cọc neo làm đối trọng, các cọc neo được liên kết với nhau bằng những dầm thép để tì kích thủy lực và nén cọc;

+ Dùng các khối vật liệu làm đối trọng thay cọc neo;

+ Dùng trọng lượng bản thân cọc và ma sát của đất xung quanh cọc làm đối trọng và dùng hộp tải trọng Osterberg để thử tải trọng cọc khoan nhồi;

2.4.2.1 Xác định sức chịu tải theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 196: 1997: [9]

- Các cọc thí nghiệm theo phương pháp giữ tải trọng từng cấp cho đến hai hoặc

ba lần tải trọng thiết kế Đối trọng có thể là các cọc neo hoặc chất vật nặng đặt trên một hệ dầm thép nằm bên trên dầm chính Các kích nén cọc được bố trí sao cho lực nén tổng nằm ở vị trí tâm cọc Từ 2 đến 4 đồng hồ thiên phân kế loại hành trình 5cm được dùng để đo chuyển vị ở đầu cọc Một máy kinh vĩ được dùng để kiểm tra độ chuyển dịch hệ gá đồng hồ (nếu có) và chuyển dịch của hệ đối trọng

- Quy trình này dựa theo BS8004 : 1986, ASTM và kinh nghiệm thực tế

- Quy trình thí nghiệm có thể được giải thích chi tiết trong bảng II-12

Bảng II-12: Quy trình thí nghiệm

STT Tải trọng (% tải trọng thiết kế) Thời gian giữ tải

nt cho đến lúc không đổi Đến khi tốc độ lún nhỏ hơn 0,25 mm trong 1 giờ

nt hoặc trong 6 giờ

- Gia tải bước 1:

+ Cọc được gia tải theo từng cấp 25%, 50%, 75% và 100% tải trọng làm việc và đọc đồng hồ đo lún tại các thời điểm 1, 2, 4, 8, 15, 60, 120, 180, 240 phút sau từng hai giờ một cho mỗi cấp nói trên;

+ Tăng tải trọng lên cấp mới khi tốc độ lún sau 1 giờ là nhỏ hơn 0,25mm;

+ Thời gian giữ tải cho một cấp không nhỏ hơn 1 giờ;

+ Tại cấp tải trọng thiết kế, thời gian giữ tải không ít hơn 6 giờ và có thể kéo dài đến 24 giờ;

+ Giảm tải qua các cấp 50%, 25% và 0%, đo chuyển vị hồi phục của cọc tại thời điểm 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60 phút Tại cấp tải trọng 0% theo dõi cho đến lúc trị chuyển vị là không đổi

- Gia tải bước 2:

+ Cọc được gia tải từng cấp 25, 50, 75, 100, 125, 200% (và có thể tăng đến các cấp 225 và 250%, tuỳ theo ý kiến thiết kế) và đọc đồng hồ đo lún tại các thời điểm 1,

2, 4, 8, 15, 20, 60, 90, 120, 180 và 240 phút và sau từng 2 giờ cho mỗi cấp;

+ Tăng tải trọng lên cấp mới khi độ lún sau 1 giờ nhỏ hơn 0,25mm;

+ Giữ tải trọng ở cấp 200% hoặc 250% trong 24 giờ hoặc cho đến lúc độ lún sau 1 giờ nhỏ hơn 0,25mm;

+ Giảm tải theo cấp 200, 150, 100, 50 và 0% tải trọng thiết kế và đọc chuyển vị hồi phục ở đầu cọc sau từng giờ cho đến đạt giá trị không đổi

- Cọc thí nghiệm được dừng thí nghiệm khi:

+ Kích hoặc đồng hồ đo biến dạng bị hư hỏng;

+ Liên kết giữa hệ thống gia tải, cọc neo không đảm bảo;

+ Đầu cọc bị nứt vỡ;

+ Số đọc cơ sở ban đầu không chính xác

- Cọc được coi là bị phá hoại khi:

+ Cọc bị phá hỏng do vật liệu và kích thước cọc không đảm bảo;

+ Độ lún lớn nhất của cọc tại cấp tải trọng bằng 2,0 lần tải trọng thiết kế sau

24 giờ lớn hơn 2% đường kính cọc;

+ Độ lún lớn nhất của cọc tại cấp tải trọng bằng 2,5 lần tải trọng thiết kế sau

24 giờ lớn hơn 2,5% đường kính cọc;

+ Độ lún dư lớn hơn 8mm

- Tải trọng cho phép được lựa chọn với trị nhỏ nhất theo các điều kiện sau:

+ Bằng 40% cấp tải trọng mà ở đó độ lún tăng liên tục;

+ Bằng 40% tải trọng gây ra độ lún bằng 2% đường kính cọc;

+ Bằng 40% tải trọng giới hạn xác định theo phương pháp tiếp tuyến trên biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún

2.4.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 269: 2002:

[10]

Phương pháp thí nghiệm:

- Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép cọc lún sâu thêm vào đất nền Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết hợp cả hai Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, biến dạng thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích, đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc trong đất nền

Thiết bị thí nghiệm:

- Thiết bị thí nghiệm bao gồm hệ gia tải, hệ phản lực và hệ đo đạc quan trắc

- Hệ gia tải gồm kích, bơm và hệ thống thủy lực phải bảo đảm 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 nâng 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 cộng với biến dạng của hệ phản lực;

+ Khi sử dụng nhiều kích, các kích nhất thiết phải cùng chuẩn loại, cùng đặc tính kỹ thuật và phải được vận hành trên cùng một máy bơm

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

- Hệ đo đạc quan trắc bao gồm thiết bị, dụng cụ đo tải trọng tác dụng lên đầu cọc, đo chuyển vị của cọc, máy thủy chuẩn, dầm chuẩn và dụng cụ kẹp đầu cọc

- Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được đo bằng đồng hồ áp lắp sẵn trong hệ thống thủy lực Đồng hồ áp lực nên hiệu chỉnh cùng với kích và hệ thống thủy lực với độ chính xác đến 5% Nếu không có điều kiện hiệu chỉnh đồng hồ thì có thể hiệu chỉnh riêng đồng hồ áp lực

- Chuyển vị đầu cọc được đo bằng 2 – 4 chuyển vị kế có độ chính xác đến 0,01mm, có hành trình dịch chuyển ít nhất 50mm hoặc đủ để đo được chuyển vị lớn nhất theo dự kiến

- Máy thủy chuẩn dùng để đo kiểm tra dịch chuyển, chuyển vị của gối kê dàn chất tải, hệ thống neo, dầm chuẩn gá lắp chuyển vị kế, độ vồng của dầm chính

… và chuyển vị đầu cọc Các số liệu đo chuyển vị đầu cọc bằng máy thủy chuẩn chỉ được dùng như là số liệu kiểm tra thô

- Các thiết bị đo tải trọng và chuyển vị phải được kiểm định và hiệu chỉnh định kỳ Các chứng chỉ kiểm định thiết bị phải trong thời gian hiệu lực

- Các bộ phận dùng để gá lắp thiết bị đo chuyển vị gồm dầm chuẩn bằng gỗ hoặc bằng thép và dụng cụ kẹp đầu cọc bằng thép bản phải đảm bảo ít bị biến dạng do thời tiết

- Hệ phản lực phải được thiết kế để chịu được phản lực không nhỏ hơn 120% tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến Tùy thuộc điều kiện thí nghiệm, có thể chọn một trong ba dạng kết cấu sau làm hệ phản lực:

+ Dầm chính (dầm chịu tải) kết hợp với dàn chất tải;

+ Dầm chính kết hợp với hệ dầm chịu lực liên kết với neo;

+ Phối hợp với cả hai dạng trên

- Các bộ phận cấu tạo của hệ phản lực phải bảo đảm các yêu cầu:

+ Mỗi loại dầm (dầm chính, dầm phụ dàn chất tải, dầm chịu lực liên kết với neo) phải cùng chủng loại, cường độ, độ cứng và kích thước;

+ Chiều sâu mũi neo (cọc neo hoặc neo đất) không lớn hơn chiều sâu mũi cọc thí nghiệm;

+ Tổng trọng lượng đối trọng kể cả dàn chất tải, dầm chính … không nhỏ hơn 120% tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến

Công tác chuẩn bị thí nghiệm:

- Những cọc sẽ tiến hành thí nghiệm cần được kiểm tra chất lượng theo các tiêu chuẩn hiện hành về thi công và nghiệm thu cọc

- Việc thí nghiệm cọc chỉ được tiến hành khi cọc đã đủ 21 ngày từ khi kết thúc thi công đến khi thí nghiệm để đảm bảo thời gian phục hồi cấu trúc của đất bị phá hủy trong quá trình thi công

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

+ Khoảng cách từ đầu cọc đến dầm chính phải đủ để lắp đặt kích và thiết bị đo; + Mặt đầu cọc được làm bằng phẳng, vuông góc với trục cọc, nếu cần thiết phải gia cố thêm để không bị phá hoại cục bộ dưới tác dụng tải trọng thí nghiệm;

+ Cần có biện pháp loại trừ ma sát phần cọc cao hơn cốt đáy móng nếu xét thấy nó có thể ảnh hưởng đết quả thí nghiệm

- Kích phải đặt trực tiếp trên tấm đệm đầu cọc, chính tâm so với tim cọc Khi dùng nhiều kích thì phải bố trí các kích sao cho tải trọng được truyền dọc trục chính tâm lên đầu cọc

- Hệ phản lực 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 thủ các quy định sau:

+ Dàn chất tải được lắp đặt trên các gối kê ổn định, hạn chế tối đa độ lún của các gối kê;

+ Dầm chính và hệ dầm chịu lực phải được kê lên các trụ đỡ hoặc các gối kê; + Khi sử dụng nhiều dầm chính, các dầm nhất thiết phải được liên kết cứng với nhau bằng hàn chịu lực, bảo đảm truyền tải trọng đồng đều lên đầu cọc;

+ Việc chất đối trọng phải cân bằng, nhẹ nhàng tránh các xung lực;

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

- Dụng cụ kẹp đầu cọc được bắt chặt vào thân cọc, cách đầu cọc khoảng 0,5 đường kính hoặc chiều rộng tiết diện cọc

- Các dầm chuẩn được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ dầm được chôn chặt xuống đất Chuyển vị kế được lắp đặt đối xứng hai bên đầu cọc và được gắn ổn định lên các dầm chuẩn, chân của chuyển vị kế được tựa lên dụng cụ kẹp đầu cọc hoặc tấm đệm đầu cọc (hoặc có thể lắp ngược lại)

- Khoảng cách lắp dựng thiết bị 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 của các 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 kê dàn chất tải ≥ 5D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 2,5m

Quy trình gia tải:

- Trước khi thí nghiệm chính thức, tiến hành gia tải trước 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 tải 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 chỉ được tăng hoặc giảm khi chuyển vị (độ lún) hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định

- Quy trình gia tải tiêu chuẩn được thực hiện như sau:

+ Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến, mỗi cấp gia tải không lớn hơn 25% tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng khi tốc độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước nhưng không quá 2 giờ Giữ cấp tải trọng lớn nhất cho đến khi độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc 24 giờ, lấy thời gian nào lâu hơn

+ Sau khi kết thúc gia tải, nếu cọc không bị phá hoại thì tiến hành giảm tải về

0, mỗi cấp giảm phải bằng 2 lần cấp gia tải và thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 phút, riêng cấp tải 0 có thể lâu hơn nhưng không quá 6 giờ

- Nếu có yêu cầu thí nghiệm chu kỳ thì thực hiện theo quy trình gia tải sau:

+ Chu kỳ thứ nhất: Gia tải đến tải trọng quy định (thông thường đến 100% tải trọng thiết kế), sau đó giảm tải về 0 Giá trị mỗi cấp gia tải, giảm tải và thời gian giữ tải như quy trình gia tải tiêu chuẩn;

+ Chu kỳ thứ hai: Gia tải lại đến cấp tải cuối của chu kỳ thứ nhất, thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 phút, tiếp tục gia tải đến cấp tải cuối của chu kỳ thứ hai, sau đó giảm tải về 0 như chu kỳ thứ nhất;

+ Gia tải các chu kỳ tiếp theo được lặp lại như chu kỳ thứ hai đến tải trọng phá hoại hoặc tải trọng lớn nhất theo dự kiến, theo nguyên tắc cấp tải cuối của chu kỳ sau lớn hơn chu kỳ trước đó

- Không phụ thuộc vào mục đích thí nghiệm, các giá trị thời gian, tải trọng và chuyển vị đầu cọc cần phải đo đạt và ghi chép ngay sau khi tăng hoặc giảm tải và theo khoảng thời gian như quy định ở bảng II-13 Có thể đo các giá trị dịch chuyển ngang của đầu cọc, chuyển dịch của hệ phản lực hoặc của dầm chuẩn

khi có yêu cầu

Bảng II-13: Thời gian theo dõi độ lún và ghi chép số liệu

Cấp tải trọng Thời gian theo dõi và đọc số liệu

Cấp gia tải

Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó Không quá 30 phút một lần cho 1 giờ tiếp theo Không quá 1 giờ một lần cho 10 giờ tiếp theo Không quá 2 giờ một lần cho >12 giờ sau cùng

Cấp gia tải lại và cấp giảm tải Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó

Không quá 1 giờ một lần cho thời gian > 1 giờ

- Tốc độ chuyển vị đầu cọc đạt giá trị sau đây được xem là ổn định quy ước: + Không quá 0,25mm/h đối với cọc chống vào lớp đất hòn lớn, đất cát, đất sét từ dẻo đến cứng;

+ Không quá 0,1mm/h đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mềm đến dẻo chảy

- Tải trọng thí nghiệm lớn nhất do thiết kế quy định, thường được lấy như sau: + Đối với cọc thí nghiệm thăm dò: bằng tải trọng phá hoại hoặc bằng 250 ÷ 300% tải trọng thiết kế;

+ Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra: 150 ÷ 200% tải trọng thiết kế

- Theo dõi và xử lý một số trường hợp có thể xảy ra trong quá trình gia tải:

+ Trị số cấp gia tải có thể được tăng ở các cấp đầu nếu xét thấy cọc lún không đáng kể hoặc được giảm khi gia tải gần đến tải trọng phá hoại để xác định chính xác tải trọng phá hoại;

+ Trường hợp cọc có dấu hiệu bị phá hoại dưới cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến thì có thể giảm về cấp tải trọng trước đó và giữ tải như quy định;

+ Trường hợp ở cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến mà cọc chưa bị phá hoại, nếu thiết kế yêu cầu xác định tải trọng phá hoại và điều kiện gia tải cho phép thì có thể tiếp tục gia tải, mỗi cấp tải nên lấy bằng 10% tải trọng thiết kế và thời gian gia tải giữa các cấp là 5 phút để xác định tải trọng phá hoại

- Tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị và chuyển vị thời gian theo từng cấp tải để theo dõi diễn biến quá trình thí nghiệm

- Trong thời gian thí nghiệm, phải thường xuyên quan sát và theo dõi tình trạng cọc thí nghiệm, độ co giãn của cần neo đất hoặc của thép liên kết cọc neo với hệ dầm chịu lực, độ chuyển dịch của dàn chất tải … để kịp thời có biện pháp xử lý

- Cọc thí nghiệm thăm dò được xem là bị phá hoại khi:

+ Tổng chuyển dịch đầu cọc vượt quá 10% đường kính hoặc chiều rộng tiết diện cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của cọc khi cần thiết;

+ Vật liệu cọc bị phá hoại

- Cọc thí nghiệm kiểm tra được xem là không đạt khi:

+ Cọc bị phá hoại theo quy định ở điều cọc thí nghiệm thăm dò được xem là bị phá hoại;

+ Tổng chuyển vị đầu cọc dưới tải trọng thí nghiệm lớn nhất và biến dạng dư của cọc vượt quá quy định

- Thí nghiệm được xem là kết thúc khi:

+ Đạt mục tiêu thí nghiệm theo đề cương;

+ Cọc thí nghiệm bị phá hoại

- Thí nghiệm phải tạm dừng nếu phát hiện thấy các hiện tượng sau:

+ Các mốc chuẩn đặt sai, không ổn định hoặc bị phá hỏng;

+ Kích hoặc thiết bị đo không hoạt động hoặc không chính xác;

+ Hệ phản lực không ổn định Việc thí nghiệm có thể được tiếp tục sau khi đã xử lý, khắc phục

- Thí nghiệm bị hủy bỏ nếu phát hiện thấy:

+ Cọc đã bị nén trước khi gia tải;

+ Các tình trạng nêu ở trên không thể khắc phục được

a) Xác định sức chịu tải của cọc:

- Từ kết quả thí nghiệm, sức chịu tải giới hạn của cọc đơn có thể xác định bằng các phương pháp:

+ Phương pháp đồ thị dựa trên hình dạng đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị: Trường hợp đường cong biến đổi nhanh, thể hiện rõ điểm tại đó độ dốc thay đổi đột ngột (gọi là điểm uốn), sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng tương ứng với điểm đường cong bắt đầu biến đổi độ dốc Nếu đường cong biến đổi chậm, khó hoặc không thể xác định chính xác điểm uốn thì căn cứ vào cách gia tải và quy trình thí nghiệm để chọn phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn;

+ Phương pháp dùng chuyển vị giới hạn tương ứng với sức chịu tải giới hạn: Sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng tương ứng với chuyển vị bằng 10% đường kính cọc;

+ Xét theo tình trạng thực kế thí nghiệm và cọc thí nghiệm: Sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng lớn nhất khi dừng thí nghiệm (trường hợp phải dừng thí nghiệm sớm hơn dự kiến do điều kiện gia tải hạn chế) Sức chịu tải giới hạn được lấy bằng cấp tải trọng trước cấp tải gây ra phá hoại vật liêu cọc;

- Sức chịu tải cho phép của cọc đơn thẳng đứng được xác định bằng sức chịu tải giới hạn chia cho hệ số an toàn

+ Có thể xem xét bổ sung hoặc tham khảo điều chỉnh các hệ số Kstanϕa và Nc cho phù hợp với khả năng chịu lực thực tế của cọc khoan nhồi trong điều kiện thi công có dùng vữa Bentonite sau:

Kstanϕa tra theo Hình II-2 có giá trị rất nhỏ (≈ 0), có thể điều chỉnh bằng cách: nhân Kstanϕa với hệ số β=20, nhưng β Kstanϕa ≤ 0,65;

Hệ số Nc=6, theo tiêu chuẩn này, sẽ cho giá trị sức chống mũi thấp hơn thực tế

Do đó có thể điều chỉnh hệ số này; lấy Nc = 6[1+0.2(h/d)] ; Nc ≤ 9 (h – chiều dài cọc

được chôn trong đất, d- đường kính cọc);

- Về tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272 – 05 với số liệu thí nghiệm hiện trường: + Sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo đất nền, tính theo công thức của tiêu chuẩn này cho kết quả rất khá gần với thực tế Hệ số sức kháng quy định cho từng lớp đất, do đó rất tiện lợi người thiết kế có thể kiểm tra khả năng chịu lực đối với từng địa tầng đất mà cọc xuyên qua Kiến nghị có thể dùng tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo đất nền

- Về tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002:

+ Quy định thời gian giữ tải tối thiểu tại cấp 200%PTK là 24h là không cần thiết Giả sử trong thời gian 5-10 giờ thí nghiệm mà cọc không bị lún thêm thì ta không cần kéo dài thời gian gia tải đến 24 giờ

+ Để xác định tải trọng giới hạn, tiêu chuẩn tiến hành chọn tải trọng tương ứng chuyển vị 10% đường kính cọc là không hợp lý, vì trong thực tế thí nghiệm cọc độ lún giới hạn của cọc thường khá lớn