Nghiên cứu sự thay đổi sức chịu tải tức thời và lâu dài của cọc bê tông cốt thép bằng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng

Trong giai đoạn trước đây, khi chưa có điều kiện thí nghiệm hiện trường, giá trị sức chịu tải lâu dài của cọc chỉ được tính bằng các số liệu thí nghiệm trong phòng, có thể dẫn đến sự sai

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Hiện nay, khi thiết kế các phương án móng sâu nói chung và móng cọc nói riêng, các kỹ sư chủ yếu dựa vào phương pháp truyền thống, là dùng các số liệu thí nghiệm trong phòng để tính toán Tuy nhiên, phương pháp dùng số liệu thí nghiệm trong phòng để tính toán sức chịu tải của cọc vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế do điều kiện lấy mẫu hiện trường và thí nghiệm trong phòng:

§ Trạng thái ứng suất của mẫu đất ở điều kiện trong phòng thí nghiệm không tương ứng với điều kiện thế nằm thực tế; điều kiện áp lực khí quyển, độ ẩm,

độ chặt, nhiệt độ, các đặc trưng cơ lý có thể khác biệt so với điều kiện thực tế thể hiện thông qua sự sai khác của trạng thái ứng suất tự nhiên, áp lực tiền cố kết và một

số các yếu tố khác

§ Trong công tác khoan khảo sát: số lượng mẫu lấy còn hạn chế (trung bình

2 m/mẫu), do vậy không miêu tả được đầy đủ và liên tục các số liệu địa chất cần thiết Đặc biệt, đối với các lớp cát, rất khó lấy mẫu nguyên dạng; nếu được thì mẫu vẫn bị xáo trộn hoặc bị nén chặt, không đúng trạng thái tự nhiên của đất

§ Trong công tác vận chuyển, bảo quản và quá trình thí nghiệm: do sai sót trong thao tác, máy móc hoặc mô hình thí nghiệm khác nhau, số liệu địa chất có thể không chính xác

Để khắc phục những nhược điểm trên, trong xu hướng hiện nay, ta có thể dùng các số liệu thí nghiệm hiện trường đáng tin cậy như thí nghiệm xuyên tĩnh CPT và thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT để tính toán sức chịu tải của cọc

Tuy nhiên, giá trị sức chịu tải của cọc tính được bằng các số liệu thí nghiệm hiện trường đa số là giá trị sức chịu tải tức thời Điều này thực sự không phù hợp với sự làm việc trong thực tế của cọc

§ Trong giai đoạn thi công, áp lực nước lỗ rỗng dưới mũi cọc và xung quanh cọc chưa tiêu tán, sức chịu tải của cọc trong giai đoạn này là sức chịu tải tức thời – không thoát nước

§ Khi cọc bắt đầu làm việc, dưới tác dụng của tải trọng công trình, áp lực nước lỗ rỗng dưới mũi cọc và xung quanh cọc đã tiêu tán một phần hoặc hoàn toàn, sức chịu tải của cọc trong giai đoạn này là sức chịu tải lâu dài – thoát nước

Trong giai đoạn trước đây, khi chưa có điều kiện thí nghiệm hiện trường, giá trị sức chịu tải lâu dài của cọc chỉ được tính bằng các số liệu thí nghiệm trong phòng,

có thể dẫn đến sự sai lệch với kết quả thực tế do các nguyên nhân vừa phân tích ở trên Chính nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị xuyên tĩnh CPT đã được lắp thêm vào đó bộ phận phục vụ việc đo áp lực nước lỗ rỗng trong suốt quá trình

xuyên và ghi nhận sự tiêu tán theo thời gian Từ đó, ta có thể biết được các kết quả thí nghiệm CPT tức thời và lâu dài thông qua các công thức qui đổi Với các kết quả thí nghiệm nhận được, người thiết kế có thể tính toán sức chịu tải lâu dài của cọc bằng các số liệu đầu vào tin cậy hơn

Chính vì lý do đó, sự thay đổi sức chịu tải tức thời và lâu dài của cọc Bê

tông cốt thép bằng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng là vấn đề cần thiết

và cấp bách cần phải nghiên cứu sâu để phục vụ cho việc tính toán thiết kế móng cọc một cách hợp lý, an toàn và kinh tế, phù hợp với sự làm việc thực tế của cọc

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu sự thay đổi sức chịu tải tức thời và lâu dài của cọc Bê

tông cốt thép bằng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng” được thực hiện

với các mục đích chính như sau:

• So sánh, phân tích và đánh giá độ chính xác, ưu và khuyết điểm của thiết

bị xuyên tĩnh CPT kiểu truyền thống – MCPT (đo bằng đồng hồ thuỷ lực)

và thiết bị xuyên tĩnh CPT kiểu hiện đại – ECPT (đo bằng điện tử) khi tiến hành thí nghiệm xuyên tĩnh ở cùng 1 địa điểm Số lượng hố khoan được tiến hành tương đối nhiều, đủ để thành lập công thức tương quan giữa 2 thiết bị thí nghiệm Từ đó, giúp người làm thực nghiệm có cơ sở để chọn thiết bị xuyên tĩnh phù hợp

• Áp dụng các phương pháp tính sức chịu tải của cọc bằng kết quả xuyên

tĩnh CPT đã được các tác giả nước ngoài nghiên cứu khá kĩ trong thời gian vừa qua để tính toán sức chịu tải của 1 cọc BTCT điển hình, kết hợp

so sánh với phương pháp tính sức chịu tải của cọc bằng phương pháp truyền thống, với số liệu địa chất được lấy ở cùng một khu vực Từ đó, có thể rút ra kết luận, đánh giá phương pháp phù cho việc tính toán sức chịu tải của cọc bằng kết quả xuyên tĩnh CPT

• Với số liệu thí nghiệm CPTu, tác giả sẽ tiến hành tính toán sức chịu tải

tức thời và lâu dài của cọc BTCT nhằm phân tích, đánh giá sự thay đổi của sức chịu tải theo thời gian, về mặt định tính cũng như định lượng để đưa ra các kết luận và kiến nghị về việc sử dụng số liệu thí nghiệm CPTu

để tính toán sức chịu tải lâu dài của cọc

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: nghiên cứu lý thuyết nguyên tắc hoạt động của các thiết bị xuyên tĩnh CPT và CPTu và các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc, đồng thời thực hiện các thí nghiệm hiện trường: khoan khảo sát

lấy mẫu để xác định các chỉ tiêu vật lý, cơ lý của đất, thí nghiệm CPT, CPTu để làm căn cứ phân tích, so sánh, đối chiếu kết quả

Sử dụng phần mềm Microsoft Excel và các phần mềm xử lý số liệu kết quả xuyên tĩnh CPT và CPTu để tự động hoá việc tính toán sức chịu tải của cọc bằng kết quả CPT và CPTu theo nhiều phương pháp khác nhau

Vận dụng các lý thuyết về tổng hợp số liệu thí nghiệm, thống kê, toán học kết hợp với việc tiến hành thực nghiệm tại hiện trường…để thiết lập các mối tương

quan giữa kết quả thí nghiệm của thiết bị xuyên tĩnh MCPT và ECPT

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu sự thay đổi sức chịu tải tức thời và lâu dài của cọc Bê

tông cốt thép bằng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng” mang ý nghĩa

khoa học cao: sử dụng số liệu thực nghiệm, chính xác để biểu diễn sự thay đổi của sức chịu tải của cọc theo thời gian, từ đó giúp xác định được sức chịu tải thực tế của cọc một cách chính xác Đề tài sẽ giúp cho người thiết kế có thêm một công cụ chính xác để tính toán sức chịu tải của cọc

5 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Trong giai đoạn phát triển vũ bão của lĩnh vực xây dựng như hiện nay, rất nhiều công trình dùng phương án móng sâu nói chung và móng cọc nói riêng đã và đang được xây dựng Điều này dẫn đến việc phải tìm ra các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc một cách tối ưu và chính xác hơn

Việc dùng các số liệu thí nghiệm hiện trường để tính toán sức chịu tải của cọc

đã rất phổ biến trên thế giới từ thập kỉ 80 bởi tính chính xác của nó so với các phương pháp còn lại Riêng tại Việt Nam, trước đây, do vấn đề chi phí và hạn chế về thiết bị nên các thí nghiệm hiện trường như CPT và CPTu chưa được phổ biến một cách rộng rãi Hiện nay, với chi phí chấp nhận được, các thí nghiệm hiện trường này

đã trở nên phổ biến

Vì vậy, đề tài nghiên cứu về các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc bằng số liệu CPT và CPTu cũng như sự thay đổi của sức chịu tải theo thời gian là hoàn toàn phù hợp với điều kiện địa chất, tình hình phát triển về khoa học công nghệ cũng như điều kiện áp dụng thực tế hiện nay ở Việt Nam nói chung và Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng

6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Trong nội dung nghiên cứu của mình, tác giả tập trung vào các vấn đề như sau:

§ Trong quá trình thực hiện, tác giả không tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cho cọc tại khu vực khảo sát để lấy số liệu làm căn cứ so sánh, phân tích,

từ đó đề nghị phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc tối ưu nhất Trong các nghiên cứu tiếp theo, tác giả dự kiến sẽ tiến hành một số thí nghiệm nén tĩnh cọc để việc nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc bằng số liệu xuyên tĩnh CPT

§ Trong phạm vi nghiên cứu, tác giả chỉ tiến hành thực nghiệm với 2 loại thiết bị xuyên tĩnh tiêu biểu: của thiết bị xuyên tĩnh CPT truyền thống Gouda, Hà Lan – MCPT đo bằng đồng hồ thuỷ lực của Châu Âu, rất bền

và chính xác – và thiết bị xuyên tĩnh CPT hiện đại JTY-3A– ECPT, đo bằng điện tử của Trung Quốc Thiết bị xuyên tĩnh CPT và CPTu sử dụng trong luận văn có tải trọng không lớn, nên không có khả năng xuyên sâu vào trong lớp đất cát pha hoặc sét cứng Điều này dẫn đến việc hạn chế trong việc khảo sát, không thể dùng số liệu để tính toán sức chịu tải cho các cọc có chiều sâu nằm trong lớp đất tốt khá lớn, đặc biệt là đối với cọc khoan nhồi

§ Bước đầu, tác giả tập trung nghiên cứu sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc khoan nhồi Các loại cọc khác sẽ được tác giả quan tâm nghiên cứu trong các đề tài tiếp theo

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH

1.1 Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (Cone Penetration Test)

1.1.1 Khái niệm và phân loại các thiết bị xuyên tĩnh CPT

Thiết bị xuyên tĩnh hay còn gọi là thiết bị xuyên côn CPT là thí nghiệm xuyên vào đất một mũi xuyên hình côn Lực làm chuỳ xuyên đi vào đất là lực tĩnh, nên còn gọi là thí nghiệm xuyên tĩnh Trong quá trình xuyên, có thể đo được sức kháng xuyên đơn vị của đất ứng với mũi xuyên, kí hiệu là qc, và sức kháng bên đơn

vị của đất, kí hiệu là fs

Có thể cho rằng, khảo sát đất bằng thí nghiệm xuyên có thể coi như là thí nghiệm nén thử cọc đường kính bé Các kết quả xuyên cho ta những số liệu khảo sát rất có giá trị, đặc biệt là cho việc thiết kế móng sâu vì có thể cung cấp cho các kỹ sư thiết kế mặt cắt địa chất cũng như các đánh giá về tính chất của đất một cách liên tục

và chính xác

Bảng 1.1: Ưu và khuyết điểm của thí nghiệm xuyên tĩnh

Ø Cho kết quả cấu tạo địa chất và

đặc trưng cơ lý nhanh và liên tục, có thể

vẽ mặt cắt địa chất công trình một cách

nhanh chóng và chính xác

Ø Thí nghiệm được thực hiện một

cách nhanh chóng và khá kinh tế so với

các phương pháp khảo sát khác

Ø Kết quả thí nghiệm chính xác, thu

thập trực tiếp tại hiện trường, không bị

can thiệp hay làm sai lệch

đá cuội (ngoại trừ một số loại CPT đặc biệt)

Phân loại theo sự vận hành mũi xuyên:

• Thiết bị xuyên có mũi xuyên di động: cho phép đo trị số áp lực mũi gây

ra tác dụng lên đất bằng cách cho mũi xuyên chuyển dịch trong khi cần xuyên bất động nhờ ma sát bên giữ lại

• Thiết bị xuyên có mũi xuyên cố định: mũi xuyên được ấn vào trong đất cùng lúc với cần xuyên Việc đo sức kháng mũi xuyên và ma sát bên được tiến hành liên tục và đồng thời

Phân loại theo kích thước đầu cone mũi xuyên:

Hiện nay trên thế giới, mũi xuyên tĩnh CPT thường có 2 loại góc mở: 60o và

90o Theo một số nghiên cứu của các tác giả châu Âu, [14], mũi xuyên có góc mở

60o sẽ cho kết quả chính xác hơn

Có hai loại kích thước mũi cone thông dụng nhất, với góc mở là 60o Đây là 2 dạng mũi xuyên thưòng được sử dụng nhất trong thực tế sản xuất

Bảng 1.2: Kích thước tiêu chuẩn của 2 loại mũi xuyên thông dụng với góc

Kích thước đầu cone tiêu chuẩn và dung saiLoại Diện tích

mũi cone (cm2)

Đường kính mũi cone

dc (mm)

Chiều cao mũi cone

lớn 15 43.7 (+0.3) 37.8 (+0.3) 5 ÷ 6 (±0.5) 200

Phân loại theo cách thu nhận kết quả thí nghiệm:

• Thí nghiệm CPT đo bằng cơ học (Mechanical CPT – MCPT): cơ cấu

vận hành bằng cơ, sử dụng 1 đồng hồ đo áp lực để ghi nhận số liệu xuyên qua các ty ở giữa cần xuyên Cứ khoảng 20 cm thì ghi nhận số liệu 1 lần

• Thí nghiệm CPT đo bằng điện (Electrical CPT – ECPT): sử dụng các

thiết bị cảm ứng – sensor hay strain gages đặt trong mũi xuyên để ghi

Hình 1.1 Kích thước tiêu chuẩn và dung sai của 2 loại đầu cone [9]

nhận số liệu xuyên và truyền qua các dây cáp luồng trong cần xuyên về bộ phận xử lý tính hiệu Số liệu được ghi nhận liên tục trong quá trình xuyên

• Thí nghiệm CPT đo bằng sóng chấn động (Seismic CPT – SCPT): sử

dụng các sensor (strain gages) đặt trong mũi xuyên để ghi nhận số liệu xuyên và truyền bằng sóng âm về bộ phận xử lý tính hiệu Thiết bị này không cần dây cáp truyền dẫn và các số liệu địa chất thu được rất thích

hợp cho việc thiết kế nền móng trong khu vực bị động đất

1.1.2 Nguồn gốc và lịch sử phát triển của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT 1.1.2.1 Nguồn gốc của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT [2]

Ngay từ buổi đầu phát triển của ngành cơ học đất theo khuynh hướng hiện đại, người ta đã sử dụng “mũi xuyên hình nón” trong phòng thí nghiệm Thí nghiệm này dựa trên cơ sở nghiên cứu các điều kiện ấn mũi xuyên với góc ở đỉnh 900 dưới tác dụng của tải trọng vào mẫu đất dính lí tưởng

Độ ngập sâu của mũi xuyên vào mẫu đất được đo theo từng cấp tải trọng tăng dần Vết thủng của mũi xuyên để lại trên bề mặt mẫu có thể xác định được bằng tính toán tùy theo độ xuyên của nó vào đất Giá trị của tải trọng tác dụng lên mũi chia cho diện tích vết thủng đo bằng bar và không thay đổi với các tải trọng khác nhau được gọi là “sức kháng mũi xuyên của đất” Rõ ràng, sức kháng mũi xuyên càng cao, chứng tỏ độ bền đất càng lớn

Thiết bị xuyên cầm tay của Đan Mạch hoặc của Thụy Điển đã được sử dụng có hiệu quả trong thực tiễn nghiên cứu đất để đánh giá gần đúng trị số lực dính của đất dính hoặc thậm chí cả trị số áp lực cho phép tác dụng lên đất

Tổng cục Đường sắt Thụy Điển từ năm 1917 đã hợp pháp hóa phương pháp thí nghiệm đất bằng thiết bị xuyên, mà ngày nay được ứng dụng rộng rãi Phương pháp này dùng cần có đường kính 19 mm ấn vào đất với cấp tải trọng 5, 15, 25, 50, 75 và 100kg Khi với cấp tải trọng 100 kg mà cần không thể dịch được nữa, người ta quay

nó bằng tay hoặc bằng động cơ

Theo tài liệu nghiên cứu của giáo sư Terzaghi, lần đầu tiên quá trình ghi nhận liên tục sự thay đổi sức kháng xuyên của đất cát khi ấn mũi xuyên thẳng đứng là vào năm 1929 ở New York Bằng cách này, giáo sư Terzaghi đã cố gắng đánh giá tính chất của cát băng tích tạo thành lớp dày 30m phủ trên đá gốc Ông cũng đã thiết lập phương pháp khảo sát đất bằng máy xuyên tĩnh thủy lực mà ở phần cuối của nó có gắn một mũi xuyên đặc biệt cho phép xói rửa đất Mũi xuyên ấn vào đất thực tế không bị giới hạn độ sâu Những mũi xuyên kiểu này hiện nay phổ biến dưới tên gọi “wash points”

Khi sử dụng máy xuyên thủy lực, thực tế ảnh hưởng của áp lực đất xung quanh mũi xuyên tác dụng lên máy xuyên bị loại trừ Cũng vào thời gian đó, giáo sư

Buismann ở Viện thí nghiệm cơ học đất ở Delft (Hà Lan) đã nghiên cứu điều kiện tiến hành xuyên tĩnh vào tầng cát mà không dùng bộ làm xói rửa đất

Những thí nghiệm đầu tiên sử dụng thiết bị xuyên như hiện nay được tiến hành trong những năm 1932 – 1937 khi Barentsen ở Bộ Giao Thông Hà Lan chế tạo dụng cụ cấu tạo từ các bộ phận: ống – cần – mũi (Cambridge, 1938) Barentsen đã nhận được bằng phát minh của Hà Lan số 43095 do công lao chế tạo bộ dụng cụ xuyên xách tay

Các thiết bị này đã được sử dụng ở trong phòng thí nghiệm cơ học đất ở Delft Các máy xuyên tĩnh được ấn ngập vào đất với một tốc độ không lớn và không đổi (20-40cm/phút) nhờ các kích và được dùng để xác định độc lập trị số sức kháng mũi xuyên và ma sát bên dọc theo cần của lớp đất đã xuyên qua Nhờ kết quả một loạt thí nghiệm đã tiến hành ở Bỉ và Hà Lan, việc ứng dụng phương pháp xuyên được phổ biến rộng rãi toàn châu Âu, đặc biệt sau hội nghị lần thứ hai về cơ học đất

ở Rotterdam năm 1948

Tại Pháp, khi đó còn lạc hậu về lĩnh vực này, theo sáng kiến của giáo sư Keriselle – Vụ trưởng của Bộ Khôi phục công trình, năm 1949 đã công bố mở cuộc thi về thiết bị xuyên tốt nhất để khảo sát đất

Để chỉnh lí đúng đắn về kết quả biểu đồ thí nghiệm xuyên (các kết quả ít nhiều khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu thiết bị) cần làm quen với những đặc điểm của thiết bị dùng để thí nghiệm

Van Der Veen yêu cầu tiêu chuẩn hoá các thiết bị xuyên để có so sánh tốt hơn

giữa các kết quả thí nghiệm với nhau mà như ông nói “Xuyên là phương pháp

ngày càng trở nên quan trọng hơn trong việc khảo sát đất tại hiện trường” 1.1.2.2 Lịch sử phát triển của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT [2]

Thí nghiệm CPT lần đầu tiên được thực hiện tại Hà Lan, năm 1931, được gia lực bằng cơ (truyền động bằng tay)

Năm 1946, Viện thí nghiệm Cơ học đất ở Deft và hãng “Goudsche Machinefabriek” ở Gouda chế tạo thiết bị xuyên Hà Lan với tải trọng 2.5 tấn và truyền động bằng tay Mũi xuyên lúc ban đầu không có áo ma sát, chỉ có phần mũi cone Sau này, phần áo ma sát mới được thêm vào mũi xuyên để đo fs

Đến năm 1949, với sự cải tiến của hệ thống truyền lực, tải trọng xuyên đã tăng lên đến 10 lần

Năm 1953, cơ cấu gia lực bằng thuỷ lực lần đầu tiên được giới thiệu ở Pháp Năm 1948, các công ty Hà Lan bắt đầu nghiên cứu và đưa ra loại mũi xuyên đo bằng điện, tự động hoá ghi chép các số liệu

Đến năm 1971, mũi xuyên cổ điển được cải tiến bằng cách thêm vào bộ phận

đo lực (load cell) và đo biến dạng (strain gage)

Ngày nay, hầu hết các thiết bị CPT hiện đại đều được đo bằng phương pháp

tự động hoá, giúp cho việc ghi nhận số liệu được liên tục trong suốt chiều dài hố

khoan, không phải theo dạng “điểm”, cách nhau 20 cm như thời kỳ đầu

1.1.3 Một số loại thiết bị xuyên tiêu biểu trên thế giới [2], [19]

1.1.3.1 Thiết bị xuyên của Hà Lan

Hầu hết các thiết bị xuyên của Hà Lan đều do hãng “Goudsche Machinefabriek” ở Gauda (nay đổi thành hãng GeoMil) chế tạo, sử dụng mũi xuyên với góc mở 60o và diện tích đầu cone là 10 cm2sau hàng loạt cải tiến

Đầu nhọn thiết bị hướng xuống dưới và có đường kính gần bằng 36mm Loại xuyên này có bộ truyền bằng cần Cần xuyên được chế tạo bằng thép đặc biệt Mũi xuyên được bảo vệ bằng áo bọc Máy được Viện thí nghiệm cơ học đất ở Delft của

Hà Lan cấp bằng phát minh số 66301

Số đo của áp kế thường xuyên được ghi thông thường cứ sau 20-25cm cần xuyên ngập vào đất Kết quả thí nghiệm được biểu diễn bằng đồ thị trong đó thể hiện: Độ sâu xuyên được đặt trên trục tung theo chiều tăng hướng xuống; đường cong sức kháng tổng (sức kháng mũi và ma sát bên) và cuối cùng là đường cong biễu diễn trị số ma sát bên bằng hiệu của hai trị số đầu

Trong những năm 1959–1960, hãng “Goudsche Machinefabriek” hợp tác với Viện thí nghiệm Delft đã tung ra thị trường thiết bị xuyên có tải trọng lên đầu xuyên

10 tấn truyền động bằng cơ học, còn những năm 1962-1963 lại đưa ra máy khoan lấy được mẫu đất dính Máy này có thể dễ dàng thích ứng để xuyên với sự truyền động cơ học Hai kiểu máy xuyên khác cũng của hãng này có thêm các bộ phận chuyên dùng để lấy mẫu Mẫu được lấy từ hệ tầng đất dính bằng cách ấn bộ dụng cụ lấy mẫu vào trong đất và cắt mẫu bằng cách quay ống mẫu một cách thận trọng (đường kính mẫu 35cm, chiều dài mẫu 25-30cm)

Các loại máy xuyên tải trọng 2,5 tấn truyền động bằng tay và loại 10 tấn truyền động cơ học đều đơn giản trong sử dụng và có thể dễ dàng dùng chúng trong điều kiện khó khăn nhất (trong những hố đào hẹp, khi cải tạo móng trong tầng hầm, v.v…) Các thiết bị rất nhạy và cho phép đánh giá độ bền với độ chính xác cao của các loại đất yếu có lực dính rất nhỏ (than bùn, bùn, đất sét trạng thái chảy) và kể cả của đất dính lí tưởng (φ=0)

Loại xuyên tĩnh của Hà Lan được phân thành 2 loại:

• Loại xuyên truyền động bằng tay

Thiết bị xuyên được cố định nhờ các chân neo hoặc đối trọng Hệ cần xuyên gồm cần ngoài và bên trong lõi là cần ti để truyền áp lực lên dụng cụ đo, gồm 1 buồng thủy lực, bên trên có gắn 1 áp kế

Trong các loại xuyên có tải trọng tác dụng lên mũi 2,5 tấn và 10 tấn, áp lực được thực hiện bằng kích truyền lực vít hoạt động bằng tay Hệ cần xuyên cho phép

hạ mũi xuyên xuống độ sâu lớn, có thể đến 30m Lực cần thiết để ấn ngập mũi xuyên và áo bọc của nó vào trong đất bằng lực cần thiết để thắng tổng sức kháng mũi xuyên của đất và ma sát bên dọc theo bề mặt áo bọc

Số liệu xuyên được ghi nhận thông qua số đọc áp kế, thông thường cứ sau 20– 25 cm cần xuyên ngập vào đất

Hạn chế: Cần xuyên có đường kính 12,5mm, được cho là hơi nhỏ Khi sử dụng nếu thiếu cẩn thận hoặc tận dụng hết công suất trong đất có sức kháng lớn thì

có thể làm cần xuyên bị uốn cong

• Loại xuyên thủy lực

Dàn thủy lực gồm 2 ống thủy lực dài 1m, đường kính 1,175mm

Lực ấn/ kéo lớn nhất: 10/14 T Tốc độ: 20 cm/s

Hai dàn chân neo, hệ thống đường ống thủy lực

Hình 1.2 Cấu tạo mũi xuyên Hà

Cơ chế vận hành tương tự như loại truyền lực bằng tay

1.1.3.2 Thiết bị xuyên của Đức và Hãng Jango Bonneton (Pháp)

Theo kết quả nghiên cứu do giáo sư Keriselle, người Pháp, công bố, giải nhất

về cấu tạo máy xuyên hoàn chỉnh nhất được trao cho Andina Năm 1950, Andina và Bauer thuộc công ty Jango Bonneton ở Lyon đã nhận được bằng phát minh loại máy xuyên có mũi cố định (góc 900) và bộ truyền bằng cần Để khai thác và sử dụng thiết

bị xuyên vừa sáng chế, họ đã thành lập “Công ty khảo sát đất nền” (S.E.S.F)

Máy xuyên đầu tiên do họ chế tạo có mũi xuyên đường kính 110 mm Nó được lắp trên một rơmooc tải trọng 45 tấn Cần ty truyền lực có đường kính 15 mm đặt trong cần xuyên ngoài có D = 35 mm

Nguyên tắc hoạt động tương tự như thiết bị xuyên của Hà Lan, nhưng kết cấu và khả năng ứng dụng thì hoàn toàn khác: việc hạ ống được thực hiện tự động nhờ trục tời Trục tời nằm ở phía trước của xe tải và khởi động bằng động cơ Để giảm vận tốc, dây cáp kéo được vòng qua hệ thống ròng rọc

Bộ thiết bị đo và cách bố trí mũi xuyên nhờ có vòng đo lực cho phép đo liên tục trị số tổng ứng lực tác dụng lên máy xuyên để hạ xuyên và ứng lực truyền cho mũi xuyên

1.1.3.3 Thiết bị xuyên De.Ge.Bo (Đức)

Thiết bị này cho phép đo liên tục áp lực do mũi gây ra tác dụng lên đất nhờ lực kế có dây dao động, ghép với mũi và nối với dụng cụ đo bằng dây điện Khả năng đánh giá trị số lực ma sát bên bị loại trừ, bởi vì các cần ống được sủ dụng rất mỏng (đường kính cần nhỏ hơn đường kính mũi) giống như máy xuyên Hà Lan tải trọng 2,5 tấn, như vậy khả năng sử dụng chúng để thí nghiệm đất ở rất sâu

1.1.3.4 Thiết bị xuyên kiểu kết cấu “Sol – Essais” (Pháp)

Thiết bị này do Paré chế tạo năm 1953 Nó được cấu tạo từ đầu xuyên mà mũi xuyên nhọn của nó được nối với pittông của kích thuỷ lực lắp ở đáy mỗi cần Dầu trong buồng xilanh sẽ truyền áp lực cho một loạt các áp kế đặt trên mặt đất Có một số kiểu thiết bị xuyên với đường kính 45, 75 và 100mm

Thiết bị xuyên đường kính 110mm có thể được trang bị một ống áp lực kép (kích thuỷ lực dạng vòng) cho phép đo ma sát bên phía trên mũi xuyên trong khoảng chiều dài định trước

1.1.3.5 Thiết bị xuyên của Meriss (Pháp)

Hình 1.4 Xuyên thủy lực Hà Lan

Thiết bị được chế tạo ở Carvin (Pas-de-Calais) Nó có nhiều điểm giống thiết

bị xuyên Hà Lan, tuy nhiên đường kính lớn hơn một chút (45mm) và cho phép lấy mẫu đất cách khoảng 25cm theo độ sâu thậm chí nhỏ hơn 25cm nếu điều đó là cần thiết

1.1.3.6 Thiết bị xuyên của Bỉ - kiểu G.C “Génie Civil”

Nguyên mẫu của thiết bị xuyên kết cấu G.C do Gamski nghiên cứu và chế tạo ở phòng thí nghiệm của viện “ Génie Civil” thuộc trường Đại học Tổng hợp Liège Đó là thiết bị xuyên hoạt động bằng tay được trang bị đầu xuyên tiêu chuẩn (10 cm2, 600) Đầu tiên, bằng mũi khoan thìa tiến hành thăm dò cổ điển bằng tay Sau khi đạt đến độ sâu cần thiết, mũi khoan được thay bằng mũi xuyên và được ấn thêm vào tầng đất đó một độ sâu 50 cm Lực kế dạnh vành xuyến cho phép đo trị số lực cần thiết để hạ mũi xuyên đến độ sâu đã nêu trên

Ý nghĩa của thiết bị không lớn, bởi vì phạm vi sử dụng rất bị hạn chế và các thông tin nhận được mang đặc trưng “điểm”

1.1.3.7 Thiết bị xuyên kiểu Franki (Bỉ)

Công ty cọc Quốc tế Franki ở Liège đã chế tạo một loại máy xuyên có kết cấu gần giống với máy xuyên Hà Lan

Ống bảo vệ là một cái áo có đường kính ngoài 35 mm và đường kính trong

15 mm Các cần xuyên được ấn vào đất nhờ một hệ thống thủy lực Lực kế thủy lực được bố trí ở giữa kích và cần nối, và được cấu tạo từ hai hộp thủy lực nối với các

áp kế, một mặt để đo sức kháng mũi xuyên của đất, mặt khác đo đồng thời sức kháng mũi xuyên và ma sát bên Bộ dụng cụ với hệ tải thủy lực được lắp trên rơmooc trọng tải 10 tấn Tiết diện mũi bằng 9.62 cm2, chiều dài các đoạn cần là 1 m

1.1.3.8 Thiết bị xuyên của Hefel Felman (Thụy Sĩ)

Thiết bị truyền lực bằng cần, có mũi xuyên di động cùng với khớp nối phía trên mũi Máy xuyên kiểu này là một dụng cụ hoàn thiện mà trước đây dùng để xác định độ chặt của lớp tuyết phủ Nó có thể hoạt động đồng thời như xuyên tĩnh và xuyên động

1.1.3.9 Thiết bị xuyên điện (Hà Lan)

Trong những trường hợp đặc biệt, Viện thí nghiệm cơ học đất Delft, trong các thí nghiệm của mình đã sử dụng máy xuyên có mũi đặc biệt, được lắp thêm cảm biến ứng suất “Straionauges”

Thiết bị này được chế tạo trong những năm 1963-1964 và có độ chính xác cao, thực tế không ứng dụng được ở các công trình ngoài trời, bởi vì thời tiết xấu và sự

rung ngẫu nhiên không thể tránh khỏi ở công trường xây dựng, sẽ làm sai lệch các chỉ số của nó

Trên trục tung theo chiều tăng hướng xuống – biểu diễn chiều sâu xuyên, còn trên trục hoành theo chiều tăng hướng sang phải – biểu diễn sức kháng xuyên đầu mũi đo được ở độ sâu đã biết

Để chỉnh lí dễ hơn các số liệu phân tán thuộc vùng ứng suất yếu Rp, người ta kiến nghị đưa vào báo cáo dưới dạng phụ lục cho các biểu đồ có bảng các số đo ứng suất với giá trị không vượt quá 20 bar Trong quá trình thí nghiệm các số liệu tích lũy được về bản chất của các lớp đất xuyên qua được đưa vào một cột dưới tiêu đề

“quan sát”

1.1.3.10 Thiết bị xuyên tự ghi kết quả (Mỹ)

Bengt, B.Broms và D.E.Brussard đã đăng tải một bài báo vào tháng 1-1965 trong tạp chí “Journal of Soil mechanic and foundation division”, ASCE, trong đó

mô tả máy xuyên tĩnh kiểu mới, tự ghi kết quả theo chiều sâu hạ xuyên vào đất Máy xuyên cho phép đo liên tục, nhanh và với độ chính xác cao sự thay đổi giá trị sức kháng xuyên đầu mũi, phụ thuộc vào chiều sâu và thời gian khi tải trọng không đổi Thiết bị này do hãng “Shell Canadian Exploration” ở Huston (Texas) sản xuất, sau khi đã được Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển ở Stockholm tiến hành thử nghiệm cẩn thận

Trong loại thiết bị xuyên này, tải trọng lớn nhất là 1200 funt (544 kg) tác dụng lên đầu xuyên có tiết diện 1,55 inch vuông (10 cm2) Bộ tự ghi của thiết bị được dự tính làm việc trong vòng ba tiếng đồng hồ Phần giữa của thiết bị với chiều dài 107 inch bao gồm 1 ống mẫu với đường kính ngoài 3 inch và một hệ thống khoan xoay với đường kính 3.5 inch

Bản thân mũi xuyên nằm dưới ống lấy mẫu 10 cm Để ghi lại, trị số áp lực, người ta sử dụng một hệ thủy lực chuyên dụng

1.2 Thiết bị xuyên tĩnh CPTu hay PCPT – Piezocone Penetration Test 1.2.1 Khái niệm thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu

Giữa thập niên 1970, một vòng đá thấm (hoặc bằng các vật liệu đặc biệt khác như ceramics, plastic, polypropylen…) để đo áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình xuyên lần đầu tiên được gắn thử nghiệm trên mũi xuyên, sáng chế ra thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu

Cấu tạo mũi xuyên và thiết bị xuyên CPTu, về cơ bản, giống thí nghiệm CPT Tuy nhiên, vì phải kết hợp đo áp lực nước lỗ rỗng, cách ghi nhận số liệu sẽ phức tạp hơn nhiều, không thể là loại thiết bị cơ học MCPT được Số liệu CPTu phải được ghi nhận tự động, loại ECPT hoặc SCPT

Bảng 1.3: Ưu và khuyết điểm của thí nghiệm CPTu so với CPT

Ø Có khả năng đo áp lực nước lỗ rỗng nhằm

thu được các kết quả thí nghiệm thoát nước hoặc

không thoát nước

Ø Có khả năng hiệu chỉnh kết quả thí

nghiệm xuyên do sự thay đổi áp lực nước lỗ

rỗng trong quá trình xuyên

Ø Có khả năng đánh giá tính thấm và đặc

tính cố kết của đất

Ø Có khả năng xác định mực nước ngầm và

gradient thủy lực của nước

Ø Tăng độ chính xác cho công việc khảo sát

địa chất và xây dựng mặt cắt địa chất công trình

Ø Thực hiện thí nghiệm nhanh, số liệu thu

thập được liên tục, tự động và chính xác

Ø Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn nhiều so với thí nghiệm CPT

Ø Trước khi tiến hành thí nghiệm phải hiệu chuẩn mũi xuyên, đặc biệt là phải giữ cho vòng đá thấm luôn trong điều kiện bão hòa

Ø Do việc số liệu được ghi tự động nên đòi hỏi thao tác vận hành máy phải chuẩn xác

1.2.2 Trình tự thí nghiệm và cấu tạo thiết bị xuyên tĩnh CPTu

Trình tự của thí nghiệm CPTu cũng tương tự như thí nghiệm CPT, hạ cần xuyên bằng tay – cơ học hay bằng thủy lực Tốc độ xuyên tiêu chuẩn vẫn là 2cm/s Tuy nhiên, có một số điểm khác biệt cơ bản như sau:

• Sau một thời gian sử dụng, thường là sau 1 năm, hoặc khi có bất kì sự sửa chữa hay tác động tới mũi xuyên, mũi xuyên phải được hiệu chuẩn bằng thiết bị load test về giá trị sức kháng mũi và sức kháng bên do ma sát Do việc ghi nhận số liệu thí nghiệm CPTu mang tính tự động, nên “hệ số vòng lực” của thiết bị load cell là hết sức quan trọng Việc hiệu chuẩn mũi xuyên

sẽ giúp chỉnh load cell không bị hai sai số do “hệ số vòng lực” không đúng

và giá trị ban đầu của vòng lực khác không

• Trước khi thí nghiệm phải tiến hành hiệu chuẩn mũi xuyên và bão hòa vòng

đá thấm để thí nghiệm đo áp lực nước lỗ rỗng được chính xác

Hình 1.6 Cấu tạo mũi xuyên tiêu chuẩn đo bằng điện [19]

Hình 1.5 Qui trình xuyên CPTu bằng thủy lực và các giá trị ghi nhận được [19]

(1) : Đầu cone, diện tích 10cm2

(2) : Load cell (bộ phận đo lực)

(3) : Strain gages (cảm biến, đo biến dạng)

Hình 1.7 Vị trí của ba loại thiết kế load cell điển hình trong mũi xuyên CPTu [14]

Số liệu thí nghiệm CPTu được ghi nhận thông qua các load cell đặt trong mũi xuyên sau đó truyền về hệ thống xử lý số liệu bằng dây điện (loại ECPT) hoặc truyền “không dây”, bằng sóng âm hoặc vi sóng (loại SCPT) Thông thường, có ba thiết load cell tiêu biểu, được sử dụng rộng rãi

• Mũi xuyên “trừ” được thiết kế với 2 load cell được nối kết với nhau Một load cell sẽ ghi nhận sức kháng mũi và một load cell ghi nhận sức kháng tổng, bao gồm sức kháng mũi và sức kháng ma sát bên Vì thế, sức kháng ma sát bên được xác định bằng cách lấy sức kháng tổng trừ đi sức kháng mũi

• Mũi xuyên “chịu nén” và mũi xuyên “chịu kéo” được thiết kế với 2 load cell độc lập nhau, một đo sức kháng mũi và một đo sức kháng ma sát bên Số liệu được ghi nhận khi mũi xuyên ở trong trạng thái chịu kéo hoặc chịu nén

Vì sức kháng ma sát bên thông thường sẽ bé hơn sức kháng mũi gần 10 lần, vì thế, thiết kế mũi xuyên “chịu nén” hoặc “chịu kéo” là chính xác hơn thiết kế mũi xuyên “trừ” vì load cell đo sức kháng ma sát bên sẽ được thiết kế với loại có độ nhạy cao hơn, đặc biệt trong lớp đất yếu Các Load cell trong thiết kế mũi xuyên

“trừ” chỉ được dùng ở cùng một độ nhạy nên số liệu kém chính xác hơn

Thiết kế mũi xuyên “chịu nén” là tối ưu nhất vì có thể hạn chế được sự hư hỏng của load cell do có bộ phận bảo vệ khi áp lực vượt quá giới hạn cho phép, tránh trường hợp mũi xuyên bị hư hỏng do xuyên trúng đất cứng, đá

Áp lực nước lỗ rỗng được đo bằng bộ cảm biến áp lực đặt trong mũi xuyên, ngay sau mũi cone kết hợp với vòng đá thấm, dày khoảng 5mm

Hình 1.8 Cấu tạo cảm biến áp lực và vị trí vòng đá thấm trong 2 loại mũi xuyên

CPTu [14]

1.2.3 Phân loại mũi xuyên CPTu

Hình 1.9 Cấu tạo và ba vị trí đặt vòng đá thấm trong mũi xuyên CPTu

Tương tự như thí nghiệm

CPT, mũi xuyên được dùng trong

thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu cũng

có 2 loại kích thước chính, diện

tích mũi cone là 10cm2 và15cm2,

có hoặc không có lớp áo ma sát

Tuy nhiên, người ta phân

loại mũi xuyên CPTu chủ yếu

nhau, giá trị áp lực nước lỗ rỗng

đo được sẽ khác nhau

• Loại 1: Vòng đá thấm được đặt ở giữa mũi cone để đo giá trị ut hoặc u1

• Loại 2: Vòng đá thấm được đặt cuối mũi cone để đo giá trị ubt hoặc u2

• Loại 3: Một số loại mũi xuyên còn có vòng đá thấm đo áp lực nước lỗ

rỗng trên áo ma sát

Campanella et al, 1982, [19], thông qua hàng loạt thí nghiệm với các loại mũi xuyên CPTu khác nhau đã nhận xét rằng:

• Trong đất sét yếu, bùn sét cố kết thường, u1 lớn hơn u2 từ 10% đến 20%

và lớn hơn giá trị áp lực nước lỗ rỗng cân bằng uo khoảng 3 lần, và có giá trị dương

• Trong đất sét cứng quá cố kết hoặc cát chặt, u1 có khuynh hướng tăng còn u2 lại có khuynh hướng giảm giá trị Vì thế, u1 luôn có giá trị dương, trong khi đó, u2 có giá trị nhỏ hơn uo và có thể mang giá trị âm

Vị trí của vòng đá thấm sẽ được chọn sao cho có thể thu được kết quả chính xác và vận hành thiết bị mũi xuyên được thuận tiện nhất Trong 3 loại vị trí vòng đá thấm vừa nêu, vị trí 2 là vị trí thuận tiện nhất cho việc bão hòa vòng đá thấm, kết quả thu được lại đáng tin cậy Vì thế, mũi xuyên CPTu loại 2, với vòng đá thấm ở ngay cuối mũi cone là xem là mũi xuyên CPTu tiêu chuẩn, được sử dụng trong đại

đa số các hoạt động khảo sát thương mại

Mũi xuyên CPTu loại 3 cho ta giá trị áp lực nước lỗ rỗng chính xác nhất, tuy nhiên lại rất khó bão hòa vòng đá thấm, vì thế, hiện nay, thường được sử dụng trong các hoạt động nghiên cứu Mũi xuyên CPTu loại 1 thông thường chỉ sử dụng cho đất sét quá cố kết, vì nó có khuynh hướng cho kết quả không chính xác đối với đất

cố kết thường

Hình 1.10 Các loại mũi xuyên CPTu với kích thước và vị trí vòng đá thấm khác nhau

Thông thường, mũi xuyên CPTu chuẩn, thường được sử dụng nhất là mũi xuyên 10cm2 và là loại 2, vòng đá thấm được đặt cuối mũi cone

Ta có thể ghi nhận giá trị áp lực nước lỗ rỗng tại khác thời điểm khác nhau:

• Áp lực nước lỗ rỗng ở thời điểm ban đầu

• Áp lực nước lỗ rỗng “động” – sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình xuyên (theo độ sâu)

• Áp lực nước lỗ rỗng “tĩnh” – sau khi xuyên đến cao độ cần thiết, giữ nguyên vị trí mũi xuyên à sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian

Ta có thể dùng số liệu này để nghiên cứu tốc độ cố kết và hệ số thấm của đất

Khi ta tiến hành xuyên trong các lớp đất loại cát, áp lực nước lỗ rỗng đo được

là áp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh uo, vì đất cát có hệ số thấm cao, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất sẽ bị tiêu tán trong khoảng thời gian rất ngắn sau khi xuyên Khi ta tiến hành xuyên trong các lớp đất loại sét, các kết quả xuyên là qc và fs

là giá trị không thoát nước Giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư thu được có thể dương hoặc âm tuỳ theo vị trí đặt vòng đá thấm trong mũi xuyên

Hình 1.11 Kích thước và vị trí vòng đá thấm của một số mũi xuyên CPT và

CPTu tiêu biểu

1.2.4 Một số cải tiến của thí nghiệm CPTu theo thời gian

Ở thời điểm vừa phát minh, dữ liệu ghi nhận được của thí nghiệm CPTu ở dạng nhị phân (analog), sau đó được chuyển thành dạng số để sử dụng Dữ liệu được truyền về bộ phận xử lý thông qua dây cáp luồng trong cần xuyên

Hiện nay, các thiết bị xuyên CPTu hiện đại dùng sóng âm hoặc vi sóng để truyền dữ liệu, không cần dùng dây cáp luồng trong cần xuyên nữa, tiết kiệm rất nhiều thời gian

Rất nhiều nghiên cứu để cải tiến thiết bị CPTu đã được thực hiện Nhiều bộ cảm biến đã được gắn thêm vào mũi xuyên để tăng độ chính xác cho thí nghiệm CPTu và để kết hợp khảo sát địa chất công trình một cách chính xác hơn như bộ cảm biến đo độ nghiêng của mũi xuyên (1986); điện trở (1994); bộ cảm biến đo gia tốc (1986); tia phóng xạ (1995), pressuremeter (1995)

Hình 1.12 Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu điển hình

1.3 Nhận xét chương 1

Có thể nhận thấy rằng, phương pháp xuyên tĩnh CPT đã được nghiên cứu, hoàn thiện và sử dụng rất nhiều trong công tác khảo sát đất Hình dạng, kích thước của mũi xuyên cũng như cơ chế truyền lực của thiết bị xuyên CPT đã được nghiên cứu khá kĩ Số liệu thí nghiệm rất đáng tin cậy và được sử dụng rỗng rãi Đặc biệt, nhờ vào khoảng cách ghi nhận số liệu nhỏ, các lớp thấu kính mỏng trong đất có thể được phát hiện dễ dàng

Sau nhiều lần cải tiến, thiết bị xuyên tĩnh hiện nay đã trở thành thiết bị CPTu

có thể cho phép đo sức kháng của đất (bao gồm sức kháng mũi và sức kháng bên), mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư do tác động của việc xuyên hay tải trọng bổ sung

Trong luận văn, mối tương quan giữa kết quả thí nghiệm CPT và CPTu sẽ được thiết lập đồng thời đánh giá độ chính xác của số liệu thí nghiệm, giúp cho người sử dụng có thể cơ sở để lựa chọn thiết bị xuyên phù hợp

Hình 2.1 Mũi xuyên Gouda, Hà Lan

Chương 2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT

QUẢ XUYÊN TĨNH CPT VÀ CPTU

2.1 Thiết bị nghiên cứu và qui trình thực hiện thí nghiệm

2.1.1 Thiết bị xuyên CPT (sử dụng tại Phòng Thí Nghiệm Địa cơ Nền

móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM)

2.1.1.1 Mô tả thiết bị thí nghiệm

Thiết bị xuyên tĩnh hiệu Gouda do Hà Lan sản xuất

• Khả năng xuyên lớn nhất (thiết bị nén thuỷ lực): 2,5 tấn

• Độ sâu xuyên (tùy loại đất) : 25-50 m

• Hệ thống đối trọng (>4 tấn): tải trọng máy xuyên và phụ tải

• Đường kính mũi xuyên: 35.7 mm

• Góc mở mũi xuyên: 60o

• Diện tích áo ma sát: 150 cm2

• Đường kính cần xuyên: 12,5 mm

• Chiều dài vỏ bọc và cần xuyên: 1000 mm

• Tốc độ xuyên trung bình: 2 cm/giây

2.1.1.2 Vận hành thiết bị xuyên

Thí nghiệm CPT được tiến hành theo TCVN

112 – 1984 và ASTM D3441 – 98

Dụng cụ thí nghiệm gồm mũi và cần xuyên

được nén vào đất bằng tay thông qua hệ thống tay

quay và sên truyền lực, kết quả ghi nhận lực nén

theo đồng hồ đo, thông qua các số đọc X, Y

Neo và lắp máy

Xác định vị trí cần thí nghiệm xuyên tĩnh, đặt

bệ và dầm máy để xác định vị trí neo Sau khi neo

xong, đặt tháp xuyên thẳng đứng, neo chặt bệ và

dầm máy xuống đất qua 4 vít neo Dùng cần điều

khiển để điều khiển tháp, lắp cần, ty xuyên và mũi

xuyên vào vị trí làm việc thẳng đứng xong sẽ tiến

hành thí nghiệm

Hình 2.2 Máy xuyên Gouda,

Hà Lan

Người ta dùng tay quay để ấn ngập cần xuyên và đầu xuyên đến độ sâu cần thí nghiệm Sau đó, đưa cần ty nằm trong cần xuyên vào trong vòng lực

Ấn ty xuống một đoạn dài 4 cm, lúc này chỉ có mũi xuyên chuyển động, vỏ bọc

ma sát đứng yên, ta xác định được sức kháng mũi qc thông qua số đọc X

Tiếp đến vỏ bọc ma sát tiến cùng mũi xuyên, xác định sức kháng ma sát thành

fs thông qua số đọc Y

Hành trình thí nghiệm ở từng khoảng độ sâu 20cm dừng lại đo sức kháng xuyên dưới mũi cone (sức kháng mũi xuyên – qc) và ma sát thành đơn vị (fs) một lần,

cứ tiến hành như vậy cho đến hết độ sâu thí nghiệm

Thường chúng ta nén khối nón một cách liên tục và nên dùng hai loại đồng hồ

đo để đo áp lực tùy theo sức kháng của đất

Vận tốc xuyên chuẩn quy định là 2 cm/giây Vận tốc này phải giữ ổn định trong suốt quá trình thí nghiệm

Hình 2.3: Xuyên tĩnh tại hiện trường

2.1.1.3 Tính toán số liệu thí nghiệm

Ø Sức kháng đơn vị mũi xuyên: c pistong

c

X A Q

f F q

Với: Apistong – diện tích tiết diện ngang của pistông (trong xylanh áp lực – nén thuỷ lực) = 20 cm2

Ac – diện tích tiết diện ngang của mũi cone = 10cm2

As – diện tích xung quanh áo ma sát = 150 cm2

2.1.2 Thiết bị xuyên CPTu (sử dụng tại Phòng Thí Nghiệm Địa cơ Nền Móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM)

2.1.2.1 Mô tả thiết bị thí nghiệm

Thiết bị xuyên tĩnh CPTu hiệu JTY-3A do Trung Quốc sản xuất

• Khả năng xuyên lớn nhất: 2 tấn Cơ chế truyền lực là thông qua hệ thống bánh xích và tay quay

• Độ sâu xuyên (tùy loại đất) : 15-40 m

• Hệ thống đối trọng: 2 chân neo xoắn

• Đường kính mũi xuyên: 35.7mm

• Góc mở mũi xuyên: 60o

• Diện tích áo ma sát: 150 cm2

• Đường kính cần xuyên: 10 mm, dài 1m

• Tốc độ xuyên trung bình: 2 cm/giây

Một số điểm cải tiến của máy xuyên xuyên tĩnh CPTu hiệu JTY-3A so với máy xuyên tĩnh CPTu, Hà Lan:

Ø Trong thí nghiệm CPTu, để đo áp lực nước lỗ rỗng u, giữa phần mũi cone và áo

ma sát (ngay sau mũi cone), người ta gắn thêm vào 1 vòng thấm bằng đá rỗng Đấy là loại mũi có kích thước tiêu chuẩn, loại 2, có vị trí của load cell được thiết

kế theo dạng mũi xuyên “ trừ”

Hình 2.4 Máy xuyên CPTu JTY 3A, với 2 neo xoắn, mũi xuyên và các cần xuyên với dây cáp luồng

vào bên trong

Ø Máy xuyên Gouda, Hà Lan là loại máy cơ cấu gia lực bằng thủy lực, số đọc trực tiếp từ đồng hồ nên cần xuyên được cấu tạo là ống rỗng, có ty bên trong, có thể chuyển động độc lập với nhau để ghi nhận số liệu qc và fs Ngược lại, thiết bị CPTu hiệu JTY-3A là thiết bị xuyên ghi nhận số liệu tự động, không cần dùng ty bên trong cần xuyên để đọc số Các số liệu thí nghiệm được các sensor ghi nhận thông qua load cell, truyền qua dây cáp được luồng bên trong cần xuyên đến máy

xử lý tính hiệu Bộ phận xử lý tín hiệu sẽ ghi nhận giá trị sức chịu mũi từ load cell, sau đó chia cho diện tích ngang của mũi xuyên và ghi nhận sức kháng ma sát bên và chia cho diện tích áo ma sát

Qui trình thí nghiệm CPTu và theo dõi sự phân tán áp lực nước lỗ rỗng được tiến hành theo ASTM D5778 – 1998 (chấp thuận năm 2000)

Hình 2.5 Các bộ phận của mũi xuyên CPTu

(1) : Mũi cone bằng inox, diện tích 10cm2

(2) : Vòng đệm giữa mũi cone và vòng đá thấm

(3) : Vòng đá thấm đo áp lực nước lỗ rổng

(4) : Ống ren, nối mũi xuyên và cần xuyên

(5) : Ống ren, gắn bên dưới load cell

(6) : Ống ren, gắn bên trên load cell

(7) : Phần đuôi của mũi xuyên

(8) : Bộ cảm biến đo áp lực nước lỗ rổng

(9) : Hệ thống load cell, gồm 2 load cell nhỏ nối với nhau

(10): Áo ma sát - Ống inox

2.1.2.2 Hiệu chuẩn mũi xuyên

Số liệu thí nghiệm CPTu như qc, fs, u

được ghi nhận số liệu từ load cell đặt trong

mũi xuyên Số liệu sức chịu mũi ghi nhận

được

Theo qui định, sau mỗi công trình hoặc

thời gian sử dụng tương đối dài, ta phải tiến

hành hiệu chuẩn mũi xuyên à hệ số lực cho

bộ xử lý số liệu

Thiết bị hiệu chuẩn gồm có 2 bộ phận

chính: 1 giá đỡ và hệ thống load cell gia lực

Ta tiến hành gia lực qua tối thiểu 3 cấp

(thiết bị cho phép tối đa 7 cấp) à bộ cảm biến ghi nhận số liệu à vẽ đồ thị à xác định hệ số lực Sau khi gia lực xong, tiến hành dỡ tải theo đúng các cấp đã gia lực nhằm đánh giá độ đàn hồi của hệ thống load cell

2.1.2.3 Bão hòa vòng đá thấm

Để đo được áp lực nước lỗ rỗng một cách chính xác, vòng đá thấm phải tuyệt đối bão hoà Trước khi xuyên, đặt cả mũi xuyên có gắn vòng đá thấm vào dung dịch nước cất, đặt trong 1 bình nối với máy hút chân không Bật máy chạy trong thời gian tối thiểu là 3h để đuổi hết bọt khí trong vòng đá thấm ra

Hình 2.6 Load cell

Hình 2.7 Giá đỡ và quá trình gia lực để hiệu chuẩn mũi xuyên

Sau khi lấy mũi xuyên ra, nhúng liền vào trong dung dịch nước cất và mang đến công trình Chỉ khi nào tiến hành thí nghiệm mới lấy mũi xuyên ra Theo qui định, nếu mực nước ngầm nằm ngay tại mặt đất, ta phải khoan lỗ trước khi tiến hành thí nghiệm CPTu Trước khi hạ mũi cone xuống lỗ, ta phải bọc mũi trong 1 màng cao su để không mất dung dịch Tại thời điểm mũi xuyên đụng đất, màng cao

su sẽ vỡ ra

2.1.2.4 Vận hành thiết bị xuyên CPTu

Hình 2.8 Luồng dây cáp tín hiệu vào cần

Quá trình xuyên có thể tổng quát thành các bước sau đây:

Xác định vị trí cần thí nghiệm xuyên tĩnh, đặt bệ và dầm máy để xác định vị trí neo Sau khi neo xong, đặt tháp xuyên thẳng đứng, neo chặt bệ và dầm máy xuống đất qua 4 vít neo

Luồng dây vào cần xuyên, một đầu cuộn dây nối với mũi xuyên được gắn ở đoạn cần đầu tiên, một đầu nối với bộ phận chuyển tính hiệu vào hộp xử lý tính hiệu

à ta phải luồng dây vào tất cả các đoạn cần xuyên

Dùng cần điều khiển để điều khiển tháp, lắp cần mũi xuyên vào vị trí làm việc thẳng đứng xong sẽ tiến hành thí nghiệm

Lắp bộ phận đo chiều sâu cần xuyên vào Nối dây vào hộp xử lý tính hiệu Dùng vít hiệu chỉnh cho các số đọc qc, fs, u trở về giá trị “0” qui ước (các giá trị số đọc từ các đầu đo điện tử này thường bị ản hưởng bởi các nhân tố môi trường bên ngoài như nhiệt độ, nước, không khí, từ trường…) nên mỗi lần đo đều phải hiệu chỉnh

Dụng cụ thí nghiệm gồm mũi và cần xuyên được nén vào đất bằng tay thông qua hệ thống tay quay và xích truyền lực Các kết quả thu nhận được nhờ hệ thống load cell cảm ứng tại đầu mũi xuyên, truyền qua dây trong lõi các cần xuyên, bề bộ phận xử lý tín hiệu Bên cạnh đó, tính hiệu từ bộ phận đo độ sâu cũng được ghi nhận

1 cách độc lập thông qua 1 bộ phận đếm riêng và cũng được truyền về bộ phận xử lý Tại đây, với hệ số lực đã có trong phần hiệu chỉnh, bộ phận xử lý sẽ tự động tính toán và xuất ra biểu đồ qc và fs và u

Người ta dùng tay quay để ấn ngập cần xuyên và mũi xuyên đến độ sâu cần thí nghiệm Tay quay sẽ tác động lên bộ phận truyền lực là hệ thống dây xích, trên hệ thống dây sên có 2 mắc sắt, đè vào cần xuyên, giúp cần xuyên đi xuống

Số liệu sẽ được ghi nhận liên tục, mỗi 0.1 m ghi nhận 1 giá trị, cứ tiến hành như vậy cho đến hết độ sâu thí nghiệm

Hình 2.12 Quay tay quay để hạ cần xuyên đến độ sâu cần thí nghiệm

2.1.2.5 Tính toán số liệu thí nghiệm CPTu

HIỆU CHỈNH SỐ LIỆU SỨC KHÁNG MŨI TRONG

THÍ NGHIỆM CPTu

Trong quá trình xuyên, áp lực nước sẽ tác dụng lên phần

mũi cone và phần áo ma sát Khi đó, giá trị sức kháng mũi qc và

sức kháng bên fs thu được sẽ bao gồm có áp lực nước, vì thế,

không thể hiện chính xác giá trị sức kháng của đất Do vậy,

phải tiến hành hiệu chỉnh giá trị sức kháng mũi đo được qc để

thu được giá trị sức kháng mũi chính xác của đất

Trong thực tế, có khá nhiều vị trí để đặt vòng đá thấm đo

áp lực nước lỗ rỗng Từ đó, có khá nhiều công thức hiệu chỉnh

sức kháng mũi qc khác nhau

Mũi xuyên được dùng trong thí nghiệm có vị trí vòng đá

thấm là ngay trên cổ cone, nên các công thức được thiết lập

dưới đây đều cho trường hợp mũi xuyên có một vòng đá thấm

và được đặt trên cổ cone (loại 2):

Gọi áp lực thực tác dụng lên mũi cone là qT Ta có:

qT.AT = qc.AT + uT.Asb

Trong đó:

qT : Sức kháng mũi hiệu chỉnh

AT : Tiết diện mũi cone (bằng 10 cm2) = πD2/4

AN : Tiết diện ngang mũi cone phía trong vòng đá thấm = πd2/4

Asb : Tiết diện ngang vòng đá thấm; Asb = AT - AN

d ; đối với mũi xuyên CPTu thông thường,

a có giá trị từ 0.6 đến 0.9 Đối với mũi xuyên đang dùng, a = 0.80

uT (còn ký hiệu là u hoặc ubt tức là ubehind tip ) là áp lực nước lỗ rỗng đo tại vòng đá thấm phía sau cổ cone

Nếu vòng đá thấm không ở sau cổ cone mà ở mũi hoặc ở lưng chùng mũi cone;

áp lực nước lỗ rỗng tại vòng thấm này là u1 thì uT được quy đổi như sau:

uT = u0 + k (u1 + u0 ) (2-5)

u0 là áp lực nước thủy tĩnh; k = 0 ÷ 0.9 tùy thuộc loại đất và vị trí của vòng thấm

Hình 2.13 Mô hình hiệu chỉnh

số liệu xuyên CPTu

D d

Us Us

qT

Lưu ý:

• Việc hiệu chỉnh số liệu thí nghiệm xuyên đặc biệt rất quan trọng khi ta tiến hành xyên trong các lớp đất sét yếu, vốn có giá trị áp lực nước lỗ rỗng khá lớn trong khi sức kháng mũi lại nhỏ Điều này dẫn tới việc có thể giá trị qc < u

• Sức kháng bên fs cũng phải được hiệu chỉnh nếu có vòng đá thấm phía trên áo ma sát (vị trí us hay u3) Tuy nhiên, việc hiệu chỉnh số liệu sức kháng bên không đóng vai trò quan trọng vì sai số không đáng kể do diện tích tiếp xúc của

áp lực nước lên áo ma sát khá nhỏ

• Đa số các phần mềm lưu giá trị qc ở file số liệu gốc (raw data); một số phần mềm (của hãng đi kèm với thiết bị) có thể đã hiệu chỉnh sẵn và lưu giá trị qT ở file này Trong phần mềm của máy JTY 3A, giá trị qc được lưu ở file gốc

Chuẩn hóa số đọc

Ngoài việc hiểu chỉnh qT = qc + uT (1- a) đối với CPTu (với CPT thường, qT =

qc), để diễn dịch kết quả CPT, ta cần một số chuẩn hoá sau:

1 Tỷ số kháng: s100%

f T

f R q

2 Sức kháng mũi chuẩn hoá (cũ) :

'

T cn

vo

q q σ

vo

q σ σ

− (2-9)

4 Tỷ số sức kháng chuẩn hoá: F = s 100

f x

2.1.2.6 Trình tự thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng

Khi ấn mũi xuyên vào trong lớp đất yếu, bão hòa nước, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ∆u được tạo nên trong quá trình xuyên Tuy nhiên, nếu mũi xuyên được giữ yên tại cùng một sâu thì áp lực nước lỗ rỗng u sẽ bị tiêu tán dần, cho đến khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ∆u = 0 Khi đó, áp lực nước lỗ rỗng sẽ có giá trị bằng giá trị áp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh u0

Thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng được thực hiện cùng với thí nghiệm CPTu tại một số hố xuyên xác định trước và với các cao độ xác định trước

Khi xuyên đến độ sâu cần thiết, cố định cần xuyên, quay tay quay để áp lực tác dụng lên cần xuyên Chọn chế độ đo sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng trong bộ điều khiển Ta theo dõi sự thay đổi của giá trị áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian, cho đến khi giá trị giảm xuống bằng áp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh hoặc bằng 50% giá trị áp lực nước lỗ rỗng ban đầu thì ngừng lại (thiết bị cho phép đo trong 10000 giây)

Lưu kết quả thí nghiệm, tháo dỡ thiết bị

Kết quả thí nghiệm được trình bày dưới dạng biểu đồ với trục tung là giá trị áp lực nước lỗ rỗng, trục hoành là giá trị thời gian, theo hệ tọa độ log

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc, sử dụng số liệu thí nghiệm CPT và CPTu

Theo Poulos, 1989, [15], các phương pháp tính sức chịu tải của cọc có thể chia thành 3 loại chính Loại 1 bao gồm các công thức thực nghiệm dựa trên kết quả của thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường Loại 2 bao gồm các công thức dựa trên sự nghiên cứu lý thuyết về sức chịu tải Loại 3 bao gồm các phương pháp số

Bảng 2.1.Phân loại các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc theo Poulos, 1989 [15]

_ Phương pháp α, ID,

I, Ic…

2 Các phương

pháp lý thuyết

_ Dựa trên ứng suất hữu hiệu

_ Dựa trên sự phát triển của vùng biến dạng dẻo dưới mũi cọc

_ Phương pháp β… _ Phương pháp tính sức chịu mũi của Terzaghi, Vesic…

3 Các phương

pháp số

Các phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phần tử biên (BEM)

Trong các phương pháp trên, phương pháp tính sức chịu tải của cọc bằng số liệu thí nghiệm CPT và CPTu cĩ nhiều ưu điểm: số liệu thí nghiệm chi tiết và đáng tin cậy, quy trình thí nghiệm xuyên tĩnh rất phù hợp với quá trình thi cơng cọc và mũi xuyên được xem như cọc cĩ đường kính nhỏ

Sức chịu tải của cọc theo số liệu thí nghiệm CPT hay sức chịu tải cực hạn của cọc gồm 2 thành phần: sức kháng mũi Qp và sức kháng bên Qs:

Q =Q +Q = A q +u∑f l (2-12) Trong đĩ: Ap: diện tích mặt cắt ngang cọc; qp sức kháng mũi đơn vị

li: chiều dài cọc đi qua lớp thứ i ; u: Chu vi tiết diện ngang thân cọc

fsi: Lực ma sát bên tại giữa lớp đất thứ i

Sức chịu tải cho phép của cọc:

FSs: hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên

FSp: hệ số an toàn cho thành phần sức chịu dưới mũi cọc

Tổng quát: cĩ 2 nhĩm phương pháp chính để ứng dụng kết quả thí nghiệm CPT và CPTu để tính tốn sức chịu tải của cọc:

• Phương pháp trực tiếp (Direct CPT Method): sử dụng các cơng thức

thực nghiệm của các tác giả về mối tương quan giữa kết quả thí nghiệm CPT và sức chịu tải của cọc: dùng trực tiếp số liệu xuyên tĩnh CPT hoặc CPTu để tính sức chịu tải của cọc, trong đĩ qc hoặc qT dùng để tính tốn sức kháng mũi; fs dùng để tính tốn sức kháng bên

• Phương pháp gián tiếp (Indirect CPT Method): sử dụng các cơng

thức thực nghiệm, biểu đồ… về mối tương quan của kết quả thí nghiệm CPT và các chỉ tiêu vật lý và cơ lý của đất Sau đĩ, dùng các chỉ tiêu vừa tìm như số liệu khảo sát địa chất để tính tốn sức chịu tải của cọc theo cách thơng thường

Các cải tiến khi dùng kết quả của thí nghiệm CPTu:

Với uT là giá trị áp lực nước lỗ rỗng tức thời (đo cùng lúc với qc, fs): cần hiệu chỉnh giá trị qT và fs tức thời à áp dụng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp để tính tốn sức chịu tải tức thời (khơng thốt nước) của cọc

Với uT là giá trị áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian: cĩ thể hiệu chỉnh được giá trị qT và fs lâu dài à áp dụng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp để tính tốn sức chịu tải lâu dài (thốt nước) của cọc

Vào năm 2007, Viện Giao Thông Hoa Kỳ (National Cooperative Highway Research Program NCHRP) đã thực hiện một cuộc khảo sát qui mô trên toàn nước

Mỹ và Canada về việc ứng dụng kết quả thí nghiệm CPT và CPTu trong việc khảo sát và thiết kế công trình Những bảng câu hỏi đã được gởi tới Phòng Giao Thông của 52 bang của Mỹ và 20 bang của Canada nhằm đánh giá mức độ áp dụng, thói quen sử dụng kết quả…của các kỹ sư xây dựng

Hình 2.15 Biểu đồ tỷ lệ sử dụng kết quả thí nghiệm CPT và CPTu để tính toán

sức chịu tải của cọc theo các phương pháp [20]

Hình 2.14 Biểu đồ thể hiện tỷ lệ số bang chọn số liệu thí nghiệm CPT và CPTu

để thiết kế ứng với các loại công trình địa kỹ thuật [20]

36 Bang trả lời

f : Kết quả giá trị ma sát bên đơn vị từ thí nghiệm CPT

αs: là hệ số hiệu chỉnh đối với đất cát, phụ thuộc vào tỷ số L/D, tra theo đồ thị 2.1

L: chiều dài cọc z: độ sâu tính toán của ma sát bên, tínhtừ mặt đất, tại vị trí chính giữa cọc

Trong đất dính:

s

Q = f A s s=α c .f A s s (2-15) Trong đó f s: Kết quả giá trị ma sát bên từ thí nghiệm CPT

αc: là hệ số hiệu chỉnh đối với đất sét, có giá trị từ 0.2 đến 1.25, phụ thuộc vào giá trị f s và vật liệu làm cọc, tra theo đồ thị 2.2

Schmertmann đề nghị lấy giá trị giới hạn của sức kháng bên đơn vị fs tính toán được là 120kPa

Sức kháng mũi đơn vị:

Theo Schmertmann, sức kháng mũi đơn vị của cọc chính bằng giá trị trung bình của sức kháng mũi đo được từ thí nghiệm CPT trong vùng giới hạn, khoảng cách 8D phía trên mũi cọc đến 0.7D ÷ 4D phía dưới mũi cọc Tuy nhiên, quá trình tính “trung bình” rất đặc biệt và hơi phức tạp:

qpL = 15000 kPa với đất rời chặt, rất chặt

qpL = 10000 kPa với các loại đất khác

• qc1: giá trị nhỏ nhất trong các giá trị qcx

αc

pháp Schmertmann

• qcx: giá trị trung bình của

c

q trong đoạn yD bên dưới mũi

cọc (giá trị thực, đoạn a-b-c-d), rồi

từ yD ngược lên đến mũi cọc (giá

trị nhỏ nhất, đoạn d-c-e) – Đường

liền nét là đường giá trị thực của

c

q và đường đứt nét là đường bao

các giá trị nhỏ nhất (Hình 2.15)

• y giá trị lấy từ 0.7 đến 4

• qc2: giá trị trung bình của

qc trong đoạn 8D bên trên mũi cọc

(giá trị nhỏ nhất, đường đứt nét,

đoạn e-f-g-h-i)

Phương pháp DE RUITER VÀ BERINGEN (1979) – phương pháp

Châu Âu: thích hợp cho cọc Bê tông cốt thép đúc sẵn [18]

Sức kháng cắt không thoát nước Su tại mũi cọc:

Với qc (side) là giá trị trung bình của q c trong suốt chiều dài đoạn cọc

Hình 2.16 Phương pháp Schertmann xác định sức kháng mũi của cọc

Ma sát bên (sức kháng bên) đơn vị:

Trong đất cát: sức kháng bên đơn vị fs là giá trị tối thiểu trong 3 giá trị sau:

f2 = 120 kPa (2-20)

f3 = c.qc (side) (2-21)

• Để tính sức chịu tải khi cọc chịu nén: c =1/300

• Để tính sức chịu tải khi cọc chịu kéo: c =1/400

Phương pháp BUSTAMANTE và GIANESELLI (1983) – phương

pháp LCPC hay phương pháp Pháp: thích hợp mọi loại cọc [7]

Phương pháp này được 2 tác giả Bustamante và Gianeselli thuộc Laboratoire

Central des Ponts et Chaussees (Phòng thí nghiệm trung tâm Cầu Đường) – Pháp

đề nghị, và được sử dụng khá phổ biến Đặc điểm nổi bật của phương pháp này là sức kháng mũi và kháng bên của cọc đều được tính dựa vào giá trị q c; giá trị f s

không được sử dụng trong phần tính toán

Phương pháp này được 2 tác giả để nghị dựa trên sự phân tích 197 thí nghiệm nén tĩnh của rất nhiều loại cọc trong những điều kiện địa chất khác nhau

Ma sát bên (sức kháng bên) đơn vị:

Các bước tính toán như sau:

• Bước 1: Dựa vào bảng 2.2 để xác định ký hiệu của nhóm cọc thiết kế

• Bước 2: Tra bảng 2.3 để tìm ký hiệu đường cong

• Bước 3: Tra đồ thị 2.4, 2.5 để tìm ma sát bên đơn vị fS của cọc

Bảng 2.2 Bảng phân loại nhóm cọc của phương pháp LCPC theo loại cọc

5.FPU Cọc khoan nhồi vào lổ đào thủ công

6.FIG-BIG Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (≤ 25 cm) có casing ( micro pile

loại I )

7.VMO Cọc xoắn vào đất cát trên mực nước ngầm hoặc vào đất sét

8.BE Cọc thép đóng có phủ bề mặt bằng vữa xi măng

9.BBA Cọc bêtông (có thể ứng lực trước) đóng hoặc rung và đóng

10.BM Cọc thép đóng không phủ bề mặt bằng vữa xi măng

11.BPR

Cọc rỗng, tròn bằng bêtông Các đoạn cọc thường dài từ 1.5÷3.0 m, đường kính ngoài 70 ÷ 90cm, đường kính trong 40 ÷ 60cm Cọc nối với nhau bằng ứng lực trước

12.BFR Cọc rỗng: Khi rút casing thì đổ vữa bê tông độ sụt nhỏ vào và đầm

chặt lên đế bêtông ở đáy

13.BMO Cọc rỗng đổ vữa ximăng độ sụt vừa

14.VBA Cọc ép bêtông

15.VME Cọc ép thép

16.FIP Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (< 25cm) ( micro pile loại II)

17.BIP Cọc phun dưới áp suất lớn, đường kính cọc >25cm

ĐẤT SÉT VÀ / HOẶC BỤI Đường

13 ÷ 15 cao thì nên dùng đường cong #1 cho an toàn

Với cọc đóng bêtông, nếu đất có tính dính thấp (đất lẫn nhiều cát cuội) thì ma sát bên có thể cao hơn, ta có thể dùng đường cong #3

4 >78.3 8, 12 Cho cát sỏi và cuội

5 >52.2 16, 17 Dùng nếu chất lượng thi công tốt

Đồ thị 2.3 Tương quan giữa q c và sức kháng bên đơn vị của cọc cho đất sét

và/hoặc bụi theo phương pháp LCPL

và/hoặc bụi theo phương pháp LCPL