Thí Nghiệm Nén Tĩnh Cọc, Thí Nghiệm Chuyên Ngành Xây Dựng

Thí nghiệm nén tĩnh cọc, thí nghiệm chuyên ngành xây dựng

Thí nghiệm nén tĩnh cọc dùng để xác định sức chịu tải của cọc và thiết lập biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng. Thử tải đơn thuần là tìm kiếm những thông số nhằm xác định tính ổn định của nền đất, độ rung, lún, sức chịu tải của cột tính đàn hồi... Những số liệu thu thập được trong giai đoạn này sẽ là cơ sở để các kỹ sư xây dựng tính toán kết cấu móng nền cho công trình.

Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc, thí nghiệm chuyên ngành xây dựng:

Nén nhanh (thời gian gia tải không đổi; gia tải nhanh; tốc độ chuyển vị không đổi) hoặc giữ tải từng cấp theo chu kỳ

Các yêu cầu chung

- Gồm cả hai trường hợp kéo và nén

- Tiến hành tại địa điểm có địa chất tiêu biểu, trước thi công hay trong quá trình thi công.

- Số lượng cọc thử 0.5 ÷ 1% số lượng cọc được thi công và không ít hơn 03 cọc.

- Việc quan sát thí nghiệm và đánh giá kết quả phải là cán bộ chuyên môn có nhiếu kinh nghiệm thực hiện thí nghiệm nén tĩnh cọc.

Yêu cầu kỹ thuật công tác thử tải trọng tĩnh.

- Vị trí cọc thử

- Loại cọc được sử dụng

- Kích thước cọc thử

- Biện pháp thi công cọc

- Phương pháp gia tải

- Yêu cầu về sức chịu tải của hệ thống gia tải.

- Chuyển vị lớn nhất đầu cọc dự kiến, phù hợp với hệ thống gia tải và hệ thống quan trắc.

- Thời gian nghỉ của cọc sau khi thi công và hai lần gia tải.

- Các yêu cầu khác

Cấp tải thử

Cọc được thử tải theo cấp độ gia tải sau cao hơn cấp gia tải trước 20 - 25% tải trọng thiết kế của cọc. Tải trọng thí nghiệm Ptn nằm trong khoảng Ptk ÷ Pmax, thông thường chọn tải thí nghiệm nghiệm Ptn = 200%Ptk.

Tải trọng Max theo 1 số tài liệu

- Theo TCVN 9393:2012; Pmax=2.5 Ptk

- Theo ASTM D 1143, LCLP(pháp)(Cẩm nang Địa Kỹ Thuật của Trần Văn Việt): Pmax=2Ptk

- Theo tài liệu GSTS Nguyễn Văn Đạt: Pmax=3 Ptk

Hiện nay, nhiều báo cáo thí nghiệm thử tĩnh rất ít thấy hiện tương cọc bị tuột 10%d khi ở cấp tải Pthử max.Do đó khi Pmax=2.5 Ptk có lẽ số liệu Pgh đất nền ra chưa được chính xác lắm vì chưa đạt trạng thái giới hạn của đất.

Hệ thống gia tải

- Hệ thống gia tải cọc cần thiết kế với tải trọng không nhỏ hơn tải trọng lớn nhất dự kiến.

- Nếu dùng neo đất để hình thành hệ thống gia tải cọc, cánh neo cách ít nhất 5 lần đường kính cọc kể từ mặt bên cọc.

Sử dụng đối trọng để nén tĩnh

Thông thường sử dụng các đối trọng bằng khối bê tông cốt thép.

Sử dụng neo để nén tĩnh

Trong một số trường hợp mặt bằng chật hẹp, không dùng được cẩu và khối bê tông làm đối trọng có thể sử dụng 04 cọc neo để thí nghiệm nén tĩnh kiểm tra sức chịu tải. Hình ảnh thí nghiệm nén tĩnh cọc D350, gia tải bằng hệ neo 4 cọc D350 chịu nhổ tại Hà Nội:

Quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc:

Theo TCXDVN 269:2002 ,ASTM D1143-81 hoặc theo các tiểu chuẩn riêng do Tư vấn thiết kế quy định

Tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002 “Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục” quy định phương pháp thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục áp dụng cho cọc đơn thẳng đứng, cọc đơn xiên không phụ thuộc kích thước và phương pháp thi công (đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn, khoan nhồi…).

Trong tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002 có đưa ra 2 khái niệm : Nén cọc thăm dò (nén phá hoại 250%-300%)và nén cọc kiểm tra (nén không phá hoại <=200%). Với nén phá hoại thì ta biết được sức chịu tải giới hạn thực của cọc theo vật liệu hoặc đất nền dựa vào biến dạng theo các lý thuyết khác nhau. Còn nén không phá hoại thì chúng ta phải chấp nhận khái niệm về điểm phá hoại qui ước theo các qui định của tiêu chuẩn để đưa ra sức chịu tải tính toán, thiên về an toàn nên lấy biến dạng toàn bộ.

Thứ tự các bước thực hiện:

1. Gia công đầu cọc và đặt hệ kích

2. Cắt tẩy đầu cọc đến phần bê tông đặc chắc, tạo phẳng bề mặt

3. Lắp đặt hệ kích và căn chỉnh

4. Gia cố nền và lắp đặt gối đỡ, dàn tải trọng

5. Lắp đặt dầm chính, dầm phụ, lắp đặt đối trọng

6. Lắp đặt hệ đồng hồ đo chuyển vị, lắp đặt máy trắc đạc (nếu có yêu cầu)

7. Lắp đặt hệ bơm, đồng hồ thuỷ lực

8. Gia tải theo quy trình và ghi chép số liệu hiện trường

Báo cáo kết quả thí nghiệm:

1. Tên, vị trí công trình

2. Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế/giám sát, nhà thầu thi công cọc, đơn vị thí nghiệm

3. Hồ sơ cọc thí nghiệm

4. Số liệu ghi chép hiện trường

5. Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún

6. Biểu đồ quan hệ tải trọng, độ lún và thời gian

7. Các nhận xét trong đó có đưa ra tải trọng giới hạn theo De Beer, Chin

Khả năng đáp ứng chuyển dịch lớn nhất của đầu cọc.

- Chuyển dịch trên thông thường lấy khoảng 15% chiều dài cọc cộng với biến dạng đàn hối cọc cộng chuyển vị cho phép của hệ thống gia tải (thiết bị đo với độ chính xác 0.1 mm).

- Chuyển vị cho phép của hệ gia tải: 25 mm đối với cọc neo, 100mm khi dùng hệ dầm chất tải.

- Có khả năng gia tải và giảm tải trong khoảng 10 (25 kN.

- Có khả năng gia tải tối thiểu là 6 giờ.

Biến dạng đàn hồi thân cọc

Trong thí nghiệm nén tĩnh cần xét tới biến dạng đàn hồi bản thân cọc nhồi. Biến dạng đàn hồi bản thân cọc nhồi xác định như sau:

- Hệ số k là hệ số giảm tính nén co của cọc do cọc nằm trong môi trường đất đá khác so với công thức tính nén của thanh dầm mô tả trong SBVL. Hệ số này thay đổi tùy theo sự làm việc của cọc: cọc chống k= 1; ma sát k= 0.5; vừa chống vừa ma sát k= 0.67 là hệ số xét đén độ giảm lực dọc theo chiều dài thân cọc do lực ma sát thân cọc.

Ví dụ, nếu cọc được gia tải tới 1000T làm việc vừa chống vừa ma sát k= 0.67 với độ lún tổng sau 2 chu kỳ gia tải là 30mm thì lún của nền đất dưới mũi cọc là

Qui trình gia tải

Cọc được nén theo từng cấp, tính tăng của tải trọng thiết kế. Tải trọng được tăng lên cấp mới nếu sau 1 giờ quan trắc độ lún của cọc nhỏ hơn 0.20 mm và giảm dần sau mỗi lần đọc trong thời gian trên.

Tùy theo yêu cầu thiết kế, cọc có thể gia tải đều 200% tải trọng thiết kế. Thời gian ở cấp 100%, 150% và 200% có thể kéo dài hơn 6giờ đến 12 hay 24 giờ.

Tại cấp tải 100% được giữ tải 6 giờ có thể giảm tải về 0% để quan trắc độ lún đàn hồi và độ lún dư tương ứng với cấp tải trọng thiết kế.

Ghi chép cẩn thận trong khi đọc thí nghiệm và các hiện tượng lạ. Nếu có thể họp các thành viên trong nhóm để đưa ra giải pháp hợp lý cho từng hiện tượng lạ.

Kết luận về kết quả thử tải.

Sức chịu tải cho phép của cọc có thể rút ra từ thí nghiệm này:

Tải trọng tương ứng với chuyển vị đầu cọc là 8 mm chia cho hệ số 1.25.

Tải trọng tương ứng với chuyển vị đầu cọc 10% chiều rộng cọc, hoặc tải trọng lớn nhất đạt được trong thí nghiệm chia cho hệ số an toàn là 2.

Thời gian nghỉ giữa thi công và thử cọc phải thoả: Cường độ vật liệu khi gia cố đầu cọc phải chịu được cường độ gia tải mà không phá hoại; Thời gia nghỉ từ khi thi công đến lúc gia tải đối với đất dính, bụi là 7 ngày và có khi lên đến 4 tuần.

Thí nghiệm nén tĩnh cọc nên tiến hành trước khi thiết kế móng để không thay đổi các thông số của móng cọc nhiều, làm ảnh hưởng đến giá thành công trình và có thời gian giải quyết các sự cố nếu có tránh hiện tượng phải dừng tiến độ thi công hàng tháng để giải quyết vấn đề này.