Đang tải... (xem toàn văn)
Cung cấp cho sinh viên những hiểu biết cụ thể hơn, chi tiết hơn về cách thi công ,thực hiện các loại cọc trên thực tế ;những sai sót thường nảy sinh trong quá trình này và ảnh hưởng của chúng tới sự làm việc của cọcchất lượng cọc .Đồng thời cũng trình bày ,chỉ dẫn cho sinh viên cách thức tiến hành các thí nghiệm trên cọc để kiểm tra chất lượng cọcvà kiểm tra sức chịu tải của cọc đặc biệt là hiểu cách diễn dịch các kết quả thí nghiệm .Tất cả những điều trên ,cụ thể ,chi tiết ,mang tính thực hành cao đã không thể trình bày khi học về móng cọc trong chương trình Nền móng tổng quát
TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA SAU ĐẠI HỌC **************************** CÔNG NGHỆ CỌC Bài giảng cho lớp Cao học Địa kỹ thuật GS.TS Vũ Công Ngữ - TS Trịnh Việt Cƣờng Tháng 6/2013 ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT MÔN HỌC CƠNG NGHỆ CỌC Mã mơn học: CDDC521 (586021) Số tín chỉ: Loại mơn học: Tự chọn Giờ tín hoạt động - Lý thuyết: 70% - Bài tập lớp, thảo luận: 30% - Tự học: Thời lƣợng phần khoảng 12-15 tiết Nếu có thời gian bố trí nhiều dùng cho sinh viên viết chuyên đề ngắn theo hƣớng dẫn yêu cầu thày Mục tiêu môn học: Cung cấp cho sinh viên hiểu biết cụ thể hơn, chi tiết cách thi công ,thực loại cọc thực tế ;những sai sót thƣờng nảy sinh q trình ảnh hƣởng chúng tới làm việc cọc-chất lƣợng cọc Đồng thời trình bày ,chỉ dẫn cho sinh viên cách thức tiến hành thí nghiệm cọc để kiểm tra chất lƣợng cọc kiểm tra sức chịu tải cọc đặc biệt hiểu cách diễn dịch kết thí nghiệm Tất điều ,cụ thể ,chi tiết ,mang tính thực hành cao khơng thể trình bày học móng cọc chƣơng trình Nền móng tổng qt Nội dung chi tiết môn học: CHƢƠNG I TỔNG QUÁT VỀ CỌC I.1 Khái quát móng cọc I.2 Phân loại cọc I.2.1 Phân loại theo vật liêu I.2.2 Phân loại theo qui trình chế tạo I.2.3 Phân loại theo tƣơng tác đất – cọc CHƢƠNG II CỌC CHẾ TẠO SẴN II.1 Các loại cọc chế tạo sẵn II.1.1 Cọc thép II.1.2 Cọc BTCT thƣờng II.1.3 Cọc ống hạ phƣơng pháp rung II.1.4 Cọc bê tông ứng suất trƣớc II.2 Giải pháp thi công cọc đúc sẵn II.2.1 Cọc hạ búa II.2.1.1 Búa rung II.2.1.2 Búa đơn động II.2.1.3 Búa diezen đơn động song động II.2.2 Chọn sơ búa đóng cọc II.2.3 Cọc hạ máy ép II.2.4 Những vấn đề nảy sinh hạ cọc II.2.5 Khoan dẫn CHƢƠNG III CỌC ĐỔ TẠI CHỖ III.1 Giới thiệu chung III.2 Các phƣơng pháp khoan tạo lỗ, khả phạm vi áp dụng III.2.1 Khoan guồng xoắn (auger) III.2.2 Khoan thổi rửa (washing boring) III.2.2.1 Khoan tuần hoàn thuận III.2.2.2 Khoan tuần hoàn nghịch III.2.3 Khoan thùng quay (rotary bucket drill) III.2.4 Khoan gầu đào (ben) III.2.5 Đào lỗ thủ công III.3 Chế tạo lồng cốt thép hạ lồng cốt thép lỗ tạo trƣớc III.4 Chế tạo bê tông đổ bê tông vào lỗ tạo sẵn III.5 Sự cố phƣơng pháp xử lý CHƢƠNG IV THÍ NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG CỌC IV.1 Thí nghiệm biến dạng nhỏ (PIT) IV.1.1 Vấn đề chung IV.1.1.1 Nguyên lý phƣơng pháp thí nghiệm IV.1.1.2 Ƣu điểm hạn chế phƣơng pháp IV.1.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm IV.1.3 Thiết bị thí nghiệm IV.1.3.1 Thiết bị tạo xung lực IV.1.3.2 Thiết bị đo sóng IV.1.3.3 Thiết bị thu nhận xử lý số liệu sơ IV.1.3.4 Máy tính phần mềm xử lý số liệu IV.1.4 Phân tích kết đo sóng đánh giá mức độ khuyết tật IV.1.4.1 Phân tích theo tần số dao động IV.1.4.2 Phân tích theo thời gian IV.1.4.3 Phân tích theo phƣơng pháp tín hiệu phù hợp IV.1.5 Một số sai sót gặp thí nghiệm PIT IV.2 Thí nghiệm siêu âm IV.2.1 Vấn đề chung IV.2.1.1 Nguyên lý phƣơng pháp IV.2.1.2 Ƣu điểm phƣơng pháp IV.2.1.3 Các hạn chế phƣơng pháp IV.2.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm IV.2.3 Thiết bị thí nghiệm IV.2.3.1 Đầu phát thu siêu âm IV.2.3.2 Bộ phận đo chiều dài IV.2.3.3 Bộ thu nhận tín hiệu xử lý sơ IV.2.3.4 Máy tính phần mềm xử lý số liệu IV.2.4 Diễn giải kết thí nghiệm IV.2.4.1 Đánh giá định tính IV.2.4.2 Đánh giá định lƣợng IV.2.5 Một số sai sót gặp thí nghiệm CHƢƠNG THÍ NGHIỆM SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC V.1 Đánh giá khả chịu tải cọc công thức động V.1.1 Vấn đề chung V.1.2 Một số công thức động phổ biến V.1.2.1 Công thức động tiêu chuẩn Việt nam V.1.2.2 Cơng thức động phổ biến nƣớc ngồi V.1.3 Xác định độ chối đóng cọc V.1.4 Kinh nghiệm áp dụng cơng thức động ngồi nƣớc V.2 Thí nghiệm gia tải động biến dạng lớn (PDA) V.2.1 Nguyên lý chung V.2.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm V.2.3 Thiết bị thí nghiệm V.2.3.1 Thiết bị tạo xung V.2.3.2 Thiết bị đo sóng V.2.3.3 Thiết bị thu nhận xử lý số liệu sơ V.2.3.4 Máy tính phần mềm xử lý số liệu V.2.3 Một số vấn đề truyền sóng ứng suất cọc V.2.3.1 Một số quan hệ V.2.3.2 Truyền sóng cọc V.2.3.2.1 Trƣờng hợp cọc “tự do” V.2.3.2.2 Trƣờng hợp cọc chống V.2.3.3 Phân tích sơ số liệu V.2.3.3.1 Trƣờng hợp sức kháng thấp V.2.3.3.2 Trƣờng hợp cọc chống (sức kháng mũi cao) V.2.3.3.3 Trƣờng hợp cọc có ma sát bên (khơng có sức kháng mũi) V.2.3.3.4 Trƣờng hợp cọc chịu ma sát bên sức kháng mũi – Phƣơng pháp CASE V.2.3.4 Đánh giá khả chịu tải cọc phƣơng pháp CAPWAP V.2.3.4.1 Mô hình cọc Smith V.2.3.4.2 Kết phân tích CAPWAP V.2.5 Một số sai sót gặp thí nghiệm PDA V.3 Thí nghiệm gia tải tĩnh V.3.1 Nguyên lý thí nghiệm V.3.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm V.3.3 Thiết bị thí nghiệm V.3.4 Qui trình thí nghiệm V.3.5 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến kết thí nghiệm nén tĩnh V.3.5.1 Ảnh hƣởng lún gối kế đối trọng V.3.5.2 Ảnh hƣởng chuyển vị cọc thí nghiệm kết đo V.3.5.3 Ảnh hƣởng cọc neo kết đo V.3.6 Diễn giải kết thí nghiệm nén tĩnh cọc V.3.6.1 Xác định Qu theo chuyển vị giới hạn qui ƣớc V.3.6.2 Xác định Qu theo độ lún dƣ (không phục hồi) V.3.6.3 Xác định Qu theo độ lún/tải trọng V.3.6.4 Xác định Qu phƣơng pháp đồ thị V.3.6.5 Một số nhận xét CHƢƠNG I TỔNG QUÁT VỀ CỌC I.1 Khái quát móng cọc Móng cọc loại móng đƣợc dùng rộng rãi nhất.Từ năm 60 thập kỷ trƣớc có thống kê nói móng cọc chiếm 70% móng cơng trình xây dựng Ở Việt nam , nay, chƣa có thống kê nhƣng ƣớc lƣợng nhƣ ( móng cọc chiếm phân lƣợng 70% ) Ở nhƣng chỗ trƣớc dùng loại móng sâu khác (giếng chìm, giếng chìm ép) dùng móng cọc Thƣờng xun xảy tình trạng chất lƣợng cọc , móng cọc làm việc móng cọc thực tế khác xa phân tích dự báo nhà tƣ vấn Việc chế tạo cọc nhƣ hạ cọc vào đất trình gồm nhiều cơng đoạn , chất lƣợng cọc, chất lƣợng móng cọc phụ thuộc vào cơng đoạn Vì vậy, ngƣời xây dựng sử dụng móng cọc mặt biết phân tích dự báo, đồng thời cần hiểu sâu, tỷ mỷ tất trình tạo hạ cọc đất để chủ động đảm bảo cho yêu cầu mà ta muốn có đƣợc thực thực tế I.2 Phân loại cọc I.2.1 Phân loại cọc theo vật liệu: ta phân làm cọc gỗ, cọc bê tông cốt thép, cọc thép Cọc gỗ :dùng CT nhỏ tạm thời Ưu điểm: cọc gỗ nhẹ vận chuyển dễ dàng, chế tạo đơn giản, không cần thiết bị đóng lớn, cọc gỗ ln nằm dƣới mực nƣớc ngầm thời gian sử dụng lâu Nhược: Sức chịu tải nhỏ, hạn chế chiều dài Dễ bị xâm thực & dễ bị phá hoại đóng - cần ngâm tẩm Creozot áp lực cao) Khi dùng cọc gỗ y/c ý điểm sau: - Đ/k thƣờng chọn d = 20 † 30 cm, L= † 8m, gỗ dùng cọc nên chọn loại gỗ cứng thẳng, độ cong không nên 1/100 so với chiều dài - Đỉnh cọc đƣợc bảo vệ đai thép dày 8mm rộng 7†10cm, mũi vát nhọn, bịt thép để dễ đóng, khơng bị dập nát - Do gỗ nên dùng Cọc thép có nhiều lợi : nhẹ , dễ hạ, dễ nối nên thi công nhanh , độ bền cao khả chịu lực cao Nhƣợc điểm chủ yếu cọc thép giá thành cao nên thƣờng nƣớc giàu ( Mỹ,Nhật ) dùng nhiều Những nƣớc nghèo nhƣ nƣớc ta dùng cọc thép bắt buộc phải dùng Cọc bêt tông cốt thép loại cọc phổ dụng Xuất từ cuối kỷ 19 đầu kỷ 20 trải qua trăm năm , vật liệu bê tông ngày phát triển loại kết cấu cơng trình ƣu điểm : thuận lợi chế tạo, có độ bền cao, tuổi thọ cao Trong móng cọc vậy, có lẽ vài thập kỷ tới Việt nam ta dùng cọc bê tông cốt thép chủ yếu I.2.2 Phân loại cọc theo trình chế tạo Cọc chế sẵn cọc đƣợc chế tạo thành cọc sau hạ vào đất Vì việc chế tạo cọc đƣợc thực xƣởng, nhà máy nên trình chế tạo đƣợc theo dõi kiểm tra thuận lợi chất lƣợng cọc có độ tin cậy cao Nhƣng sau có cọc phải vận chuyển cọc đến vị trí cơng trình, hạ cọc vào đất ( ép, đóng, rung ) mà công cụ vận chuyển hạ cọc có cơng suất giới hạn nên thực tế khơng thể làm cọc tiết diện lớn khả năng, dài khả , không làm đƣợc đất phức tạp khơng đóng, ép đƣợc; việc sử dụng cọc chế sẵn bị giới hạn Tuy ta nói nguyên tắc nên theo : trƣờng hợp, dùng cọc chế sẵn tốt Cọc đổ chỗ ngƣời ta khoan đào tạo sẵn đất lỗ đổ bê tông vào lỗ có sẵn để tạo thành cọc Ngƣời ta khoan, đào lỗ tiết diện lớn, chiều sâu lớn nên tạo cọc đổ chỗ có sức chịu tải lớn Hơn nữa, có cơng nghệ khoan cho phép khoan điều kiện đất đá xen kẹp phức tạp Đấy ƣu điểm lớn cọc đổ chỗ khiến cho nhiều trƣờng hợp ngƣời ta bắt buộc phải chọn dùng cọc đổ chỗ Nhƣng công nghệ tạo nên cọc đổ chỗ, gồm nhiều công đoạn phức tạp mà công đoạn ảnh hƣởng đến chất lƣợng cọc , thí nghiệm, kiểm tra không soi xét hết đƣợc nhƣợc điểm lớn cọc đổ chỗ lo ngại độ tin cậy I.2.3 Phân loại theo tƣơng tác đất-cọc Cọc có ép đất cọc không ép đất ( displacement pile & non-displacement pile ) cách phân loại ( gọi tên ) cọc vào tƣơng tác đất-cọc mà châu Âu dùng thập kỷ gần Cọc chế sẵn đóng , ép vào đất thơng thƣờng cọc có ép đất Nhƣng cọc đổ chỗ cọc ép đất ngƣời ta tạo lỗ cách đóng, ép trƣớc ống thép đổ bê tơng vào ống thép , ống rút lên để lại ln Ngƣợc lại cọc chế sẵn cọc khơng ép đất cọc chế sẵn hạ vào lỗ khoan, đào trƣớc Nhƣ việc phân loại cọc theo cách có tính tổng qt CHƢƠNG II CỌC CHẾ TẠO SẴN II.1 Các loại cọc chế tạo sẵn II.1.1 Cọc thép Nói chung loại thép cán hình dùng làm đƣợc nhƣng phổ biến ngƣời ta dùng cọc thép dạng ống cọc thép dạng chữ H Khi sử dụng cọc thép ta bắt buộc phải để ý đến vấn đề ăn mịn, thép cọc đƣợc sản xuất theo phẩm chất riêng đặc thù Cọc thép đƣợc thi công theo phƣơng pháp thông dụng nhƣ đóng, ép hay rung Ưu điểm: - Điều kiện áp dụng rộng rãi , tiết diện, chiều dài theo ý muốn, cƣờng độ vật liệu cọc tƣơng đối lớn, chất lƣợng cọc cao, thi công thuận lợi Nhược điểm: - Trong mơi trƣờng xâm thực bị ăn mòn , tuổi thọ bị giảm, giá thành cao II.1.2 Cọc BTCT thƣờng Cọc BTCT thƣờng loại cọc phổ biến đƣợc sử dụng, đƣợc cấu tạo từ hay vài đoạn tùy theo yêu cầu cụ thể, khả vận chuyển thi công đóng cọc Tiết diện: vng (phổ biến), trịn, tam giác, I, T, rỗng Với cọc BTCT thơng thƣờng có cấu tạo nhƣ sau: L = 4†25m có tới 100m, đoạn thƣờng 6†8 m nối lại với hạ Đỉnh cọc tăng cƣờng lƣới thép a = 50mm để chịu lực thi công; Mũi tăng cƣờng thêm thép dọc để khắc phục dị vật cứng đất; Thép đai CT3, dùng đai xoắn, đai thép đai hai đầu dày a= 5÷10cm thép 6÷8mm Thép dọc 4-8 CT5 Có móc để treo cọc vận chuyển Lớp bê tông bảo vệ: a 3cm Thơng thƣờng ngƣời ta bố trí cốt thép nhƣ sau: Cọc 20 20 dùng 414 ; Cọc 25 25 dùng 416 ; Cọc 30 30 dùng 418 ; Mối nối cần đạt đƣợc khả chịu tải tƣơng tự nhƣ tiết diện khác cọc, tốt dùng liên kết bu lông chịu tốt tải trọng động thi công Bê tông cọc M 250 ( thƣờng dùng 300) Nói chung, cọc BTCT đúc sẵn cần khối lƣợng thép lớn cho vận chuyển, cẩu lắp Sự cố thƣờng gặp thi công cọc bị nứt vận chuyển, cẩu lắp ( khắc phục cách dùng BTCT ứng suất trƣớc), đóng (khắc phục lƣới cốt thép đầu cọc, chọn búa thích hợp ) Lưu ý: Với cọc có yêu cầu kỹ thuật cao( địa chất phức tạp, tải lớn, điều kiện thi công khó khăn ) cần chế tạo cọc có lỗ rỗng với đ/kính khơng < 30mm để kiểm tra độ thẳng đứng cọc sau thi công Mèi nèi cäc Đoạn nối Đoạn nối L đ1 Đoạn mũi cọc L ®2 L ®3 Lc b Mãc cÈu a ThÐp däc a (thép AI) Lđ Mũi cọc Đầu cọc b b 31 40 a a 20 30 70 86 A-a 350 290 30 D 30 =D D 50 50 50 50 50 A 100 100 100 350 20 30 290 30 350 B-B 1 *Tóm lại: Loại cọc chế tạo trước đưa đến vị trí hạ cọc phương pháp đóng Ưu điểm: Chất lượng thân cọc kiểm sốt dễ dàng loại bỏ phát thấy không đảm bảo, tốc độ thi công nhanh thuận lợi Nhược điểm: Với cọc đóng tiếng ồn rung động II.1.3 Cọc ống (hạ cọc phƣơng pháp rung) Cấu tạo: Cọc ống kết cấu vỏ mỏng thép BTCT có dạng hình ống Cách hạ: Do tác dụng rung máy chấn động Ưu điểm: Có thể cơng nghiệp hố, dùng hiệu loại đất rời Tốn vật liệu, tận dụng cao khả làm việc vật liệu móng Có thể đƣa móng xuống sâu mà khơng cần đến móng giếng chìm (là loại móng có hại cho sức khoẻ) Có thể thi cơng quanh năm tồn cơng tác mặt nƣớc cải thiện đ/kiện lao động Việt nam: cọc cầu Hàm rồng đ/k = 1,55m Nƣớc ngoài: đ/k đến 6m II.1.4 Cọc chế sẵn bê tông ứng suất trƣớc Cọc ống ly tâm ứng lực trƣớc cắm sâu nhiều so với cọc bê tông cốt thép thƣờng nên tận dụng đƣợc khả chịu tải đất 10 d) Phân bố tải trọng dọc trục tổng lực ma sát ứng với phần tử cọc 77 Bảng V.3 Tổng hợp kết phân tích CAPWAP V.2.5 Một số sai sót gặp thí nghiệm PDA Bên cạnh thí nghiệm đƣợc thực qui trình kỹ thuật, thực tế áp dụng Việt Nam có số sai sót cần lƣu ý, nhƣ: a) Thiết bị tạo xung lực (búa) khơng đủ lượng: Thí nghiệm biến dạng lớn đòi hỏi xung lực phải đủ mạnh để gây độ lún đủ để phát huy sức kháng 78 đất nền, ASTM D 4945 khuyến cáo độ lún cọc nhát búa thí nghiệm gây cần đạt mm Thực tế cho thấy độ lún nhiều cọc nhồi thí nghiệm PDA nhỏ, chí coi nhƣ khơng đáng kể lƣợng búa nhỏ Để khắc phục tƣợng ngƣời thí nghiệm phải thực tính tốn để lựa chọn búa cần điều chỉnh chiều cao rơi búa trình thí nghiệm trƣờng b) Chất lượng tín hiệu thu từ thí nghiệm trường thấp: Yêu cầu cơng tác thí nghiệm trƣờng phải thu đƣợc tín hiệu có chất lƣợng tốt phục vụ cho phân tích khả chịu tải cọc Kinh nghiệm cho thấy biến động nhỏ tín hiệu đo gây ảnh hƣởng đáng kể kết tính tốn phân bố sức kháng quan hệ tải trọng-độ lún cọc Hình V.16 thể biểu đồ sóng ứng suất đo đƣợc cọc khoan nhồi địa bàn TP Hồ Chí Minh Có thể nhận xét sóng có dạng khơng bình thƣờng, vì: Tại thời điểm bắt đầu xảy tác động búa, giá trị vận tốc đo đƣợc nhân với kháng trở cọc khoảng 55% so với giá trị lực đo đƣợc, hai giá trị phải xấp xỉ thí nghiệm khơng có sai sót; Lực tác dụng lên cọc không trở tác động nhát búa thí nghiệm kết thúc Sau thời điểm 6L/c biểu đồ đo sóng ứng suất thể lực tác dụng lên cọc có cƣờng độ khơng đổi khoảng 80 T Qua kiểm tra kết thí nghiệm PDA nhiều đơn vị thí nghiệm nhận xét tƣợng nhƣ mô tả thƣờng xảy số đơn vị định Điều cho thấy nguyên nhân dẫn đến tƣợng thao tác gắn đầu đo lực vào thân cọc thí nghiệm viên chƣa tốt phụ kiện để gắn đầu đo vào cọc (thƣờng vít nở) có chất lƣợng thấp Tín hiệu với chất lƣợng khơng tốt nhƣ đƣợc sử dụng để tính tốn khả chịu tải cọc, kết thí nghiệm đƣợc đánh giá tin cậy Điều đƣợc thể nhiều khía cạnh, đáng ý phân bố sức kháng bên (tính toán phần mềm CAPWAP) cọc đặt điều kiện địa chất nhƣng khác Hình V.17 cho thấy phần lớn sức kháng cọc TP-3 ma sát bên nửa bên dƣới thân cọc, khả chịu tải cọc TP-4 phụ thuộc chủ yếu vào ma sát gần bề mặt đất 79 Hình V.16 Biểu đồ sóng ứng suất 10 Ma sát (T/m2) TP-3 TP-4 11 13 15 17 19 21 23 25 Phần tử cọc Hình V.17 Phân bố ma sát bên dọc thân cọc điều kiện địa chất 80 V.3 Thí nghiệm gia tải tĩnh V.3.1 Nguyên lý chung Thí nghiệm cọc đơn nhóm cọc tải trọng tĩnh đƣợc thực cách cho lực tác dụng lên cọc để mơ tác động tải trọng cơng trình đồng thời tiến hành quan trắc nhằm xác định phản ứng cọc Lực tác dụng lực dọc trục (nén kéo) lực vng góc với trục cọc (tải trọng ngang) Vì cọc nhóm cọc chịu tác động tải trọng gần giống với điều kiện làm việc thực tế sau này, số liệu thu thập đƣợc q trình thí nghiệm sở đáng tin cậy để đánh giá làm việc lâu dài cọc Thí nghiệm gia tải cọc đƣợc thực nhằm mục tiêu: - Xác định sức chịu tải giới hạn; - Kiểm chứng kết dự báo sức chịu tải; - Kiểm chứng hiệu chỉnh kết thí nghiệm cọc phƣơng pháp khác nhƣ PDA công thức động; - Xác định quan hệ tải trọng – chuyển vị cọc đơn để dự báo chuyển vị cơng trình; - Nghiên cứu làm việc cọc đất Từ thí nghiệm nén tĩnh cọc thu đƣợc thơng tin sau: - Quan hệ tải trọng – chuyển vị toàn cọc phần cọc; Khả chịu tải giới hạn cọc (với điều kiện toàn khả chịu tải phải đƣợc huy động trình thí nghiệm); Chuyển vị cọc q trình thí nghiệm; Khả chịu tải ma sát bên sức chống dƣới mũi cọc (với điều kiện có sử dụng biện pháp đo phân bố tải trọng dọc thân cọc) Vì nén tĩnh dạng thí nghiệm phổ biến đƣợc yêu cầu thực cho hầu hết cơng trình xây dựng nên đề cập đến loại thí nghiệm V.3.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm Nhiều tiêu chuẩn thí nghiệm gia tải cọc đƣợc ban hành nƣớc giới Ở nƣớc ta tiêu chuẩn thí nghiệm Việt Nam, Mỹ Anh thƣờng đƣợc áp dụng Các tiêu chuẩn Việt Nam gồm có: TCVN 9393:2012 "Cọc - Phƣơng pháp thử nghiệm trƣờng tải trọng tĩnh ép dọc trục ” (TCXDVN 269-2002 cũ) TCXD 88:82 “Cọc – Phƣơng pháp thí nghiệm trƣờng” ASTM D1143 / D1143M - 07e1 Standard Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Compressive Load 81 Trong tiêu chuẩn kể TCVN 9393:2012 áp dụng cho thí nghiệm nén tĩnh cọc TCXD 88:82 có phạm vi áp dụng rộng hơn, bao gồm thí nghiệm nén ngang kéo (nhổ) cọc nhƣng TCXD hết hiệu lực Trong số tiêu chuẩn nƣớc ngồi hệ thống Hiệp hội vật liệu thử nghiệm Mỹ (ASTM) phong phú đƣợc phổ biến Một số tiêu chuẩn có liên quan là: Nén tĩnh: ASTM D1143 Standard Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Compressive Load Kéo (nhổ): ASTM D3689 Standard Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Tensile Load Nén ngang: ASTM D3966 Standard Test Methods for Deep Foundations Under Lateral Load Nén tĩnh cọc đất đóng băng vĩnh cửu: ASTM D5780 - 10 Standard Test Method for Individual Piles in Permafrost Under Static Axial Compressive Load Ngồi qui trình thí nghiệm cọc theo tiêu chuẩn Anh BS 8004 Foundations đƣợc áp dụng tƣơng đối phổ biến nƣớc V.3.3 Thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm nén tĩnh gồm phận nhƣ sau: - Thiết bị gia tải: Thơng thƣờng kích thủy lực đƣợc sử dụng để tạo lực tác dụng lên đầu cọc (hình V.18), sử dụng đối tải nhƣ nặng, thép, đất vật liệu khác với trọng lƣợng xác định để gia tải cọc (hình V.19) - Hệ đối tải: Trƣờng hợp sử dụng kích để gia tải đối tải cọc neo, neo đất nặng (hình V.19) Ở Việt Nam hầu hết thí nghiệm nén tĩnh sử dụng đối tải khối bê tông Cũng sử dụng cọc neo neo đất để tạo đối tải cho thí nghiệm (hình V.18) - Thiết bị đo chuyển vị đầu cọc: Thông thƣờng sử dụng 2-4 chuyển vị kế học chuyển vị kế điện tử kết nối với máy tính để theo dõi chuyển vị cọc q trình thí nghiệm Ngồi ra, để đo chuyển vị cọc phải sử dụng dầm chuẩn số dụng cụ phụ trợ khác - Thiết bị đo sâu (tùy chọn): Trong số trƣờng hợp cần xác định phân bố sức kháng đất dọc thân cọc, xác định thành phần sức chống dƣới mũi cọc xác định quan hệ tải trọng – độ lún độ sâu định cần bố trí dọc thân cọc thiết bị chuyên dụng để đo biến dạng, chuyển vị lực Do chi phí thực thí nghiệm loại cao nên phạm vi áp dụng bị hạn chế 82 Hình V.18 Thí nghiệm nén tĩnh sử dụng đối tải cọc neo Hình V.19 Thí nghiệm nén tĩnh sử dụng đối tải nặng V.3.4 Qui trình thí nghiệm Qui trình nén tĩnh bao gồm nội dung chính: - Cơng tác chuẩn bị: Chuẩn bị đầu cọc, lắp đặt thiết bị gia tải, hệ đối tải, thiết bị theo dõi chuyển vị; - Gia tải cọc theo phƣơng pháp yêu cầu; - Theo dõi ghi chép số liệu; - Lập báo cáo kết thí nghiệm cọc Các nội dung kể đƣợc qui định chi tiết tiêu chuẩn thí nghiệm nén tĩnh cọc nên tài liệu khơng nhắc lại nội dung Trong số phƣơng pháp gia tải đƣợc khuyến cáo tiêu chuẩn, trì tải phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhiều Cọc đƣợc gia tải qua 83 cấp tải trọng cấp đƣợc giữ không đổi khoảng thời gian qui định Phƣơng spháp gia tải mô trạng thái làm việc cọc dƣới móng cơng trình có tải trọng tăng dần trình xây dựng sau cơng trình đƣợc đƣa vào sử dụng tải trọng thay đổi khoảng không lớn nhƣ trƣờng hợp cơng trình dân dụng số dạng cơng trình cơng nghiệp giao thơng Phƣơng pháp thí nghiệm với tải trọng lặp thích hợp cho cọc thƣờng xuyên chịu tác động chu trình tăng hạ tải Thí nghiệm theo qui trình đƣợc áp dụng phổ biến cho cọc chịu tải trọng ngang Thí nghiệm nén lặp đƣợc thực hơn, thực tế ghi nhận số thí nghiệm cho cọc móng máy, cọc kè chắn sóng cọc đỡ ray đƣờng xe lửa (O‟Riordan, 2003) Thí nghiệm cọc theo qui trình tốc độ biến dạng khơng đổi (CRP) tƣơng tự thí nghiệm nén mẫu bê tơng, cọc chịu chuyển vị cƣỡng với tốc độ không đổi đạt tải trọng giới hạn Kết thí nghiệm đƣợc thể dƣới dạng biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún Ở Việt Nam phƣơng pháp gia tải đƣợc ý đến thiếu thiết bị thí nghiệm chuyên dùng Thực tế cho thấy tốc độ biến dạng có ảnh hƣởng mạnh sức chịu tải (hình V.20), độ tin cậy thí nghiệm cọc theo qui trình phụ thuộc nhiều vào việc xác định tốc độ biến dạng hợp lý Hình V.20 Kết gia tải theo phƣơng pháp khác (Goble, 2000) Trong thí nghiệm theo phƣơng pháp trì tải, việc gia tải giảm tải đƣợc thực qua nhiều cấp Các tiêu chuẩn thí nghiệm cọc qui định gia tải qua 8-10 cấp để đạt tới tải trọng lớn dự kiến đạt đƣợc thí nghiệm Tóm tắt qui định cấp gia tải giảm tải đƣợc trình bày bảng V.4 Nói chung, việc lựa chọn cấp tải trọng nên đƣợc thực nhƣ sau: 84 - Ở cấp tải tƣơng đối nhỏ, ví dụ NPthiết kế lấy =25% Pthiết kế để khơng kéo dài thời gian thí nghiệm cách khơng cần thiết; - Tải trọng cao độ lớn cấp tải nhỏ Nếu có dấu hiệu cọc đạt tải trọng giới hạn nên áp dụng cấp tăng tải khoảng 10% Pthiết kế để xác định xác giá trị sức chịu tải giới hạn Bảng V.4 Độ lớn cấp gia tải Tiêu chuẩn Độ lớn cấp tăng tải ASTM D1143 25% Pthiết kế BS 8004 Ghi =25% Pthiết kế N Pthiết kế Pthiết kế TCVN 9393:2012 (TCXDVN 2692002 cũ) 25% Pthiết kế Có thể lấy =10%, 15% 20% tải thiết kế Các tiêu chuẩn thí nghiệm nén tĩnh cọc ASTM D1143 TCVN 9393:2012 đƣa qui trình thí nghiệm chuẩn với chu kỳ Thí nghiệm qua nhiều chu kỳ đƣợc coi để lựa chọn Tuy hầu hết thí nghiệm nén tĩnh đƣợc thực qua 2-3 chu kỳ nhƣng thông tin nén qua nhiều chu kỳ mang lại không đƣợc quan tâm đến diễn giải kết thí nghiệm Nhƣ trƣờng hợp không cần số liệu ứng xử cọc nén lặp (ví dụ để phân tách sức kháng mũi ma sát bên) nên nén tĩnh theo qui trình tiêu chuẩn V.3.5 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến kết thí nghiệm nén tĩnh V.3.5.1 Ảnh hưởng lún gối kê đối trọng Trong thực tế gối kê đối trọng có tải trọng cao phân bố diện rộng Ngồi trọng lƣợng thân, gối cịn chịu tải trọng hệ dầm có giai đoạn phần tải đối trọng truyền lên gối Tải trọng gối gây độ lún ảnh hƣởng đến khu vực xung quanh, có gối đỡ dầm chuẩn (hình V.21) Mức độ lún ảnh hƣởng dầm chuẩn phụ thuộc vào tải trọng gối, kích thƣớc gối, tính biến dạng khoảng cách từ gối đến gối tựa dầm chuẩn Độ lún gối dầm chuẩn làm cho giá trị thiết bị theo dõi độ lún cọc ghi nhận đƣợc thấp thực tế Đã có trƣờng hợp độ lún ảnh hƣởng lớn đến mức thay ghi nhận độ lún cọc thiết bị ln ghi nhận độ trồi cọc Vì biện pháp đảm bảo hạn chế ảnh hƣởng lún gối đỡ tải cần đƣợc thực 85 hiện, đồng thời cần đặt hệ thống quan trắc phụ trợ nhằm theo dõi dịch chuyển gối đỡ dầm chuẩn để hiệu chỉnh số liệu quan trắc lún cách phù hợp Hình V.21 Lún ảnh hưởng gối đỡ tải gối đỡ dầm chuẩn V.3.5.2 Ảnh hưởng chuyển vị cọc thí nghiệm kết đo Chuyển vị cọc tải trọng thí nghiệm gây chuyển vị ảnh hƣởng đến khu vực lân cận gối đỡ dầm chuẩn nằm vùng chịu ảnh hƣởng (hình V.22) Mức độ ảnh hƣởng không đáng kể cấp tải trọng thấp nhƣng cọc tiết diện lớn đƣợc nén đến độ lún nhiều cm mức độ lún ảnh hƣởng đáng kể Để đánh giá mức độ ảnh hƣởng nêu tham khảo nghiên cứu Poulos (1980) Hình V.22 Lún ảnh hưởng độ lún cọc gối đỡ dầm chuẩn V.3.5.3 Ảnh hưởng cọc neo kết đo Cọc neo thƣờng có chiều dài tƣơng tự cọc thử nên phạm vi ảnh hƣởng khu vực xung quanh rộng (hình V.23) Cũng nhƣ ảnh hƣởng độ lún cọc 86 khu vực xung quanh, cấp tải thấp mức độ ảnh hƣởng neo không lớn, tải trọng tăng lên ảnh hƣởng mạnh Nghiên cứu Kitiyodom (2004) cho thấy mức độ ảnh hƣởng đáng kể Các nghiên cứu Poulos (1980) đƣợc nghiên cứu áp dụng nhằm dự báo mức độ ảnh hƣởng Hình V.23 Quan hệ độ cọc đơn cọc đơn chịu ảnh hưởng neo (Theo Kitiyodom, 2004) V.3.6 Diễn giải kết thí nghiệm nén tĩnh cọc Mục tiêu chủ yếu diễn giải kết thí xác định sức chịu tải giới hạn cọc Pgh sở quan hệ tải trọng – độ lún cọc thí nghiệm Một số phƣơng pháp diễn giải kết nén tĩnh đƣợc đƣa vào tiêu chuẩn móng cọc Việt Nam Việc áp dụng phƣơng pháp khác cho cọc thí nghiệm cho kết khác đáng kể, việc lựa chọn phƣơng pháp diễn giải phải dựa điều kiện đặc thù thiết kế móng cọc Các phƣơng pháp xác định sức chịu tải giới hạn đƣợc chia thành số nhóm nhƣ sau: V.3.6.1 Xác định Qu theo chuyển vị giới hạn quy ước Qu đƣợc xác định theo chuyển vị giới hạn sgh Các giá trị sgh nhiều tiêu chuẩn tác giả khuyến cáo dao động khoảng rộng (bảng V.5) Ví dụ việc áp dụng tiêu chuẩn để đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi khó khăn khoảng giá trị sgh từ 2,5%d đến 10%d Bảng V.5 Chuyển vị giới hạn để xác định Qu sgh 10%d Điều kiện áp dụng Các loại cọc 2,5%d 3%d 6%d Cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi, chống Ghi Theo DTU 13-2, BS 8004, JSF 1811 De Beer T/c Trung Quốc 87 6080 mm 25,4 mm L/d>100 TCXD 205:1998 Hà Lan, EM 1110-2-2906 1991 V.3.6.2 Xác định Qu theo độ lún dư (không phục hồi) EM 1110-2-2906 1991 (Tiêu chuẩn công binh Mỹ) tập hợp số tiêu chí để xác định độ lún giới hạn sở độ lún dƣ cọc (bảng V.6) Bảng V.6 Chuyển vị giới hạn xác định theo độ lún dư Tiêu chí Giá trị Giới hạn độ lún không 0,25” (0,635 cm) phục hồi 0,5” (1,27 cm) Giới hạn tỷ số sp/se 1,5 (lún dƣ/lún đàn hồi) Ghi AASHTO, bang New York, Lousiana Boston Christiani & Nielson (Đan Mạch) V.3.6.3 Xác định Qu theo độ lún/tải trọng EM 1110-2-2906 1991 nêu số tiêu chí để xác định sức chịu tải giới hạn sở mức độ lún tƣơng ứng với đơn vị tải trọng (bảng V.7) Có thể thấy nơi đề xuất tiêu chí bang công ty Mỹ Bảng V.7 Chuyển vị giới hạn xác định theo độ lún/đơn vị tải trọng Tiêu chí Giá trị Ghi Giới hạn tý số độ lún/đơn Tổng cộng 0,01”/ton California, Chicago vị tải trọng Theo cấp tải 0,03”/ton Ohio Theo cấp tải 0,05”/ton Raymond International Giới hạn tý số độ lún Tổng cộng 0,01”/ton New York dƣ/đơn vị tải trọng Theo cấp tải 0,003”/ton Raymond International V.3.6.4 Xác định Qu phương pháp đồ thị Theo TCVN 9393:2012, việc xác định Qu dựa biểu đồ quan hệ s=f(Q), logs=f(logQ), s=f(logt), Q=f(s/logt), V.V Đối với trƣờng hợp đƣờng quan hệ tải trọng – độ lún có điểm uốn rõ ràng xác định Qu theo điểm đƣờng cong bắt đầu thay đổi độ dốc đột ngột Trƣờng hợp độ dốc đƣờng cong tƣơng đối đặn áp dụng phƣơng pháp đồ thị khác Đối với kết thí nghiệm nén chậm áp dụng phƣơng pháp De Beer, Chin phƣơng pháp Brinch Hansen Phương pháp De Beer lập biểu đồ quan hệ logs – logQ Trƣờng hợp cọc đạt phá hoại biểu đồ có dạng đƣờng thẳng sức chịu tải giới hạn đƣợc xác định theo giao điểm hai đoạn thẳng (hình V.24a) Phương pháp Chin coi đƣờng quan hệ tải trọng – độ lún phạm vi gần tải trọng phá hoại hàm hyperbol Để phân tích cần lập biểu đồ quan hệ tỷ số s/Q chuyển vị s (hình V.24b) Sau số biến động ban đầu, quan hệ s/Q s chuyển thành đƣờng thẳng tải trọng phá hoại đƣợc tính nghịch đảo độ dốc đƣờng thẳng 88 Phương pháp 90% Brinch Hansen xác định Qu tải trọng gây độ lún lớn gấp lần độ lún cấp tải trọng 90% Qu Tác giả đề xuất tiêu chí khác, đƣợc gọi 80% Brinch Hansen, Qu tải trọng gây độ lún lớn gấp lần độ lún cấp tải trọng 80%Qu Cùng họ với phƣơng pháp nêu cịn có nhiểu phƣơng pháp khác, nhƣ phƣơng pháp Mazurkiewicz, Van Weele, V.V a) Phƣơng pháp De Beer b) Phƣơng pháp Chin Hình V.24 Xác định Qu theo phương pháp đồ thị V.3.6.5 Một số nhận xét Một số tác giả diễn giải kết thí nghiệm cọc theo nhiều phƣơng pháp khác Có thể tham khảo nghiên cứu tiêu biểu: Nghiên cứu B Fellenius (1980) cho thấy áp dụng phƣơng pháp diễn giải khác kết chênh lệch đến 30% Trong số phƣơng pháp đƣợc áp dụng nghiên cứu giá trị thiên an tồn nhiều ứng với phƣơng pháp Davisson giá trị cao thuộc phƣơng pháp Chin; ABDELRAHMAN cộng (2003) áp dụng phƣơng pháp Davisson, Hansen, Chin, Mazurkiewicz, De Beer Decourt để diễn giải kết thí nghiệm 64 cọc nhồi thi công công nghệ guồng xoắn liên tục, từ nhận xét: - Phƣơng pháp Davisson thiên an tồn khơng thích hợp với kết gia tải cọc nhiều chu kỳ; 89 - - - - Phƣơng pháp 80% Brinch-Hansen cho giá trị Qu tƣơng đối phù hợp; Phƣơng pháp ngoại suy Chin-Kondner Decourt tiệm cận xác định Qu theo ngoại suy Vì khơng nên xác định sức chịu tải cho phép sở kết phân tích theo phƣơng pháp này; Qu xác định theo Mazurkiewicz thiên an toàn so với phƣơng pháp Davisson, Hansen, Chin Decourt Phƣơng pháp thích hợp với cọc đƣợc nén gần tới phá hoại; Phƣơng pháp De Beer xác định giới hạn chảy (cấp tải dạng dẻo bắt đầu tăng đáng kể) phƣơng pháp khác xác định tải trọng giới hạn, khơng nên so sánh kết phân tích theo De Beer với phƣơng pháp khác; Phƣơng pháp Decourt tƣơng đối gần giống với Chin Kondner Ƣu điểm phƣơng pháp Decourt thực trình thí nghiệm kết phân tích khoảng giá trị chấp nhận đƣợc Các thơng tin kể cho thấy việc diễn giải kết thí nghiệm cọc khơng đơn giản đến chƣa có đƣợc đồng thuận nhà chuyên môn phƣơng pháp diễn giải phù hợp Vì tùy theo điều kiện thực tế cơng trình cần lựa chọn phƣơng pháp diễn giải cho kết phù hợp mặt kỹ thuật kinh tế Các tài liệu tham khảo AASHTO Guide Specifications for Highway Construction, 1996 Likins, G.E, Fellenius, B.H & Holltz, R.D (2011) “Pile driving formulas – past and present” Geotech Special Publication 227 Rothenburgs, L “Pile Driving Formulae: Dead End or are Still Useful?” ASTM D 4945-00 “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles” Davis, R A & Kightley, M L (1987), "The Dynamic Analysis of Piled Foundations Using the CAPWAPC Method" Ground Engineering Vol 20 No 8, British Geotechnical Society, pp 16-20, London Gorazd Strnisa “Pile Dynamic Load test as alternative to Static Load test”, Ljubljana Trịnh Việt Cƣờng, Phạm Huy Thông (2010) “Về hiệu xử lý mũi cọc khoan nhồi biện pháp xói rửa bơm vữa mũi cọc khu vực Hà Nội”, Tạp chí Giao thông vận tải – Số 10/2010 90 Trịnh Việt Cƣờng (2011) “Một số vấn đề thực tế áp dụng phƣơng pháp không phá hủy để kiểm tra chất lƣợng cọc thời gian gần đây” Hội thảo mạng kiểm định chất lƣợng cơng trình xây dựng – Hà Nội Brown, M.J nnk (2006) “Analysis of a rapid load test on an instrumented bored pile in clay”, Geotechnique 56, No.9, pp 627-638 ABDELRAHMAN G E nnk (2003) “INTERPRETATION OF AXIAL PILE LOAD TEST RESULTS FOR CONTINUOUS FLIGHT AUGER PILES”, Proc of the 9th Arab Structural Engineering Conf., UAE POULOS H G., Davis E H (1980) “Pile Foundation Analysis and Design”, John Wiley and Sons Kitiyodom Pastsakorn nnk (2004) “Influence of reaction piles on the behaviour of test pile in static load testing”, Canadian geotechnical journal,41(3),pp.408-420 91 ... II.1 Các loại cọc chế tạo sẵn II.1.1 Cọc thép II.1.2 Cọc BTCT thƣờng II.1.3 Cọc ống hạ phƣơng pháp rung II.1.4 Cọc bê tông ứng suất trƣớc II.2 Giải pháp thi công cọc đúc sẵn II.2.1 Cọc hạ búa II.2.1.1... móng cọc vậy, có lẽ vài thập kỷ tới Việt nam ta dùng cọc bê tông cốt thép chủ yếu I.2.2 Phân loại cọc theo trình chế tạo Cọc chế sẵn cọc đƣợc chế tạo thành cọc sau hạ vào đất Vì việc chế tạo cọc. .. chọn dùng cọc đổ chỗ Nhƣng công nghệ tạo nên cọc đổ chỗ, gồm nhiều công đoạn phức tạp mà công đoạn ảnh hƣởng đến chất lƣợng cọc , thí nghiệm, kiểm tra khơng soi xét hết đƣợc nhƣợc điểm lớn cọc đổ