Trang chủ . Tin chuyên nghành

SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM BIẾN DẠNG LỚN (PDA) VỚI PHƯƠNG PHÁP NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG



Đánh giá khả năng chịu tải của cọc tại hiện trường là công tác quan trọng và cần thiết trong thiết kế. Đa số các công trình xây dựng nằm trong vùng địa chất yếu thường sử dụng thiết kế móng cọc và Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường. Nội dung chính của bài viết này nhằm so sánh đánh giá PP thí nghiệm biến dạng lớn (PDA) với phương pháp nén tĩnh thường dùng. Trên cơ sở đó người thiết kế có cái nhìn tổng quan hơn để tư vấn lựa chọn phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải của cọc tại hiện trường cho hiệu quả và phù hợp.

 

I. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM PDA

PDA viết tắt của Pile Driving Analyzer là một phương pháp thí nghiệm động dựa theo nguyên lý lý thuyết truyền sóng với đầu vào là các số liệu đo gia tốc và biến dạng thân cọc dưới tác dụng va đập của quả búa. Phương pháp PDA được phát triển đầu tiên tại công ty PDI Hoa Kỳ vào đầu những năm 70, sau đó được ứng dụng rộng rãi và đưa vào tiêu chuẩn tại nhiều nước trên thế giới và được khuyến cáo áp dụng cho tất cả các công trình có sử dụng cọc.

1. Thiết bị và phần mềm

PDA the PAL model: là thế hệ mới nhất của PDA thuộc hãng PDI Hoa Kỳ, được thiết kế tối ưu cho công tác thí nghiệm hiện trường ngay cả ở các công trình có địa hình phức tạp như ngoài khơi hoặc trên núi. PAL gồm một máy chính, 2 đầu đo gia tốc và 2 đo biến dạng, dây dẫn và các phụ kiện kèm theo. Máy chính là một máy vi xử lý có màn hình tinh thể, dùng để thu nhận số liệu, tính toán xử lý và lưu giữ số liệu. Nó cho phép lưu giữ tới gần 1000 thí nghiệm với 13 kết quả tính toán cho từng thí nghiệm.

PDA-W Program: PDA-W là phần mềm chạy trên máy tính, cho phép xử lý, tính toán và xuất file dữ liệu phục vụ công tác phân tích CAPWAP.

CAPWAP Program: CAPWAP là một chương trình phân tích dựa trên các số liệu đo của  lực và vận tốc rồi mô hình hoá cọc như là một chuỗi các đoạn nhỏ để tính toán sức kháng của đất nền xung quang dọc theo thân cọc và tại mũi cọc. CAPWAP cũng cho phép tính chính xác hệ số giảm chấn (Jc-damping factor) giúp cho việc hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm PDA theo CASE. Ngoài ra chương trình còn cho phép xây dựng biểu đồ tương quan Lực - Biến dạng giống như biểu đồ nén tĩnh.

2. Cơ sở lý thuyết

Giả sử ta có giá trị lực F(t) và vận tốc V(t) tại một điểm trên cọc ở một thời điểm t nào đó. Dễ dàng chứng minh rằng tại thời điểm t, tổng tất cả các lực kháng xuyên của cọc bị đóng xuống đất được xác định bởi công thức:

                   R(t) = 1/2{F(t) F(t 2L/c)] Mc/2L{v(t) - v(t 2L/c)]            (1)

Trong đó :

          F(t)    = lực tại điểm đo ở thời điểm t

          L       = Chiều dài cọc

          c        = Vận tốc sóng lan truyền trong cọc

          E       = Module đàn hồi của vật liệu cọc

          M      = Trọng lượng cọc

          V(t)    = Vận tốc chuyển dịch hạt tại điểm đo ở thời điểm t

Đây là phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi tuyến tính và sự lan truyền sóng ứng suất một chiều, trong đó tổng lực kháng thu được là hàm của thời gian.

Giả sử cường độ kháng xuyên có thể chia thành 2 phần theo quan hệ sau

                                        R = Ru Rd                                          (2)

Trong đó Ru là sức chịu tải tĩnh giới hạn, Rd là phần kháng xuyên động và R là tổng lực kháng xuyên ở phương trình (1). Do R đã biết, nếu Rd có thể ước lượng, Ru sẽ dễ dàng tính được qua công thức (2).

Phần kháng động có quan hệ với vận tốc mũi cọc bởi phương trình sau

                                       Rd = Jvb                                              (3)

Trong đó vb là vận tốc mũi cọc, và J là một hằng số. Phương trình này giả thiết rằng kháng nhớt cơ học cấu thành một phần trong lực kháng xuyên đo được của cọc tại thời điểm búa va đập và tập trung ở mũi cọc. Vận tốc tại mũi cọc có thể xác định từ lý thuyết cơ học sóng như sau (có sự tương quan tuyến tính giữa lực và vận tốc)

                                       Rd = jc{2F - R)                                     (4)

Cuối cùng thay vào phương trình (2), ta có sức chịu tải tĩnh của cọc

                                        Ru = R - jc{2F - R)                               (5)

Tại phương trình (5) tất cả các tham số bên vế phải đều trừ jc, là hệ số giảm chấn và được coi là thông số đất nền.

Qua rất nhiều thí nghiệm thực tế, dự báo sức chịu tải của cọc theo phương pháp trên đã được chứng minh là rất đáng tin cậy. Với các số đo lực và vận tốc, bằng một phần mềm chuyên dụng có thể cho ngay kết quả sức chịu tải mà thông thường phải mất 2-3 ngày mới có nếu nén tĩnh. Kỹ thuật này ngày nay đã được khuyến cáo sử dụng trong hầu hết các công trình có sử dụng cọc trên toàn thế giới do độ tin cậy cao, thi công nhanh và giá thành hạ nhiều so với nén tĩnh.

 3. Hệ số an toàn

Hệ số an toàn áp dụng cho sức chịu tải của cọc phải bảo đảm sao cho không một cọc nào bị nén quá tải. Trong thực tế, thông thường hệ số an toàn được lấy bằng 1,5. Tuy nhiên với các công trình tải trọng phân bố tương đối đồng đều, đất nền đồng nhất, có cả thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm động, các biện pháp kiểm tra chất lượng trong quá trình thi công nghiêm ngặt, hệ số an toàn có thể chọn nhỏ hơn. Trường hợp ngược lại, hệ số an toàn nên lấy lớn hơn 1,5.

 

II. CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG

Sau khi các đầu đo được cài đặt cẩn thận vào đầu cọc được chỉ định thí nghiệm và dẫn truyền tới máy PDA, công tác đo ghi số liệu bắt đầu tiến hành.

Búa (vật nặng chế tạo sẵn) được xe cẩu kéo lên theo phương của cọc, sau đó cẩu búa lên chiều cao quy định thả rơi tự do ( Với công trình sử dụng búa đóng cọc thì có thể sử dụng nó làm búa thử PDA) ,  máy PDA ghi tín hiệu đo nhận được. Quá trình thí nghiệm phải đảm bảo bê tông đầu cọc không bị phá hoại do tác động của búa đóng.

 

 

Thiết bị đo PDA

 

 

Hình ảnh thí nghiệm PDA tại công trường

 

III. SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM PDA VỚI PP NÉN TĨNH

Để tiện so sánh, lập bảng so sánh như sau:

 

STT

Tiêu chí so sánh

PP Nén tĩnh

Phương pháp PDA

1

Tiêu chuẩn áp dụng

TCVN 9393:2012

ASTM D 4945-08 Hoa Kỳ

2

Phạm vi áp dụng

Thường áp dụng Cho cọc thiết kế có sức chịu tải trung bình hoặc nhỏ. Phải có mặt bằng thi công để có thể đặt dàn chất tải thí nghiệm.

Áp dụng được cho tất cả các loại cọc đứng, cọc nghiêng trong mọi điều kiện địa hình, địa chất

3

Độ tin cậy

Tin cậy

Tin cậy

4

Thiết bị thí nghiệm

Cồng kềnh, vận chuyển khó khăn

Đơn giản, vân chuyển dễ dàng

4

Thời gian thực hiện

 

 

4.1

Công tác hạ cọc, cọc nghỉ theo quy định

Như nhau

Như nhau

4.2

Vận chuyển, lắp đặt thiết bị thí nghiệm

Thường từ 2- 3 ngày cho 01 cọc

Nhanh, tính bằng giờ làm việc.

4.3

Báo cáo kết quả

Thường từ 2- 3 ngày cho 01 cọc

Gần như cho KQ ngay lập tức.

5

Chí phí thực hiện (cho 01 cọc, sức chịu tải thiết kế 60T, khu vực TP HCM).

23.630.000 đ

15.000.000 đ

 

IV. KẾT LUẬN

Phương pháp thử PDA có thể kiểm tra được cả mức độ hoàn chỉnh và đánh giá được sức chịu tải của cọc, nhất là chiều dài, cường độ và độ đồng nhất của bê tông.

So với phương pháp thử tải trọng tĩnh thì phương pháp PDA  thực hiện nhanh hơn, có thể thực hiện thí nghiệm được nhiều cọc trong cùng một ngày, ít gây ảnh hưởng đến hoạt động thi công ở công trường tuy nhiên khó sử dụng ở khu vực đông dân cư do nó gây tiếng ồn và chấn động cho khu vực lân cận.

Phương pháp thử động biến dạng lớn không thay thế hoàn toàn được phương pháp thử tĩnh. Nhưng các kết quả thử động biến dạng lớn sử dụng thiết bị phân tích đóng cọc - PDA được phân tích chi tiết, so sánh với thử tĩnh và phân tích CAPWAP tương đương sẽ giúp giảm bớt thử tĩnh.

Đối với các công trình dưới nước như móng cảng, cầu... hoặc các dự án nhỏ mà việc thử tĩnh gặp khó khăn thì việc thử động biến dạng lớn bằng thiết bị phân tích đóng cọc – PDA là giải pháp thích hợp.

 Đối với các công trình có nhiều hạng mục, các hạng mục không tập trung thì thời gian chờ đợi kết quả thử tĩnh của từng hạng mục sẽ làm ảnh hưởng đến chi phí cũng như tiến độ công trình. Khi đó việc thử động biến dạng lớn bằng thiết bị phân tích đóng cọc – PDA, hoặc kết hợp cả 02 phương pháp là rất thích hợp./.

 

 

Ths.KSXD Nghiêm Xuân Thủy

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

  1. Khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thử động biến dạng lớn ( PDA ) và         nén tĩnh: TS. Bùi Trường Sơn Trường ĐH Bách Khoa TPHCM, Ths Phạm Cao Huyên Trường ĐH Thủy lợi.
  2. Quyết định số 3384/QĐ-UBND v/v công bố Bộ đơn giá xây dựng khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.
  3. Báo giá thí nghiệm PDA của Trung tâm kỹ thuật đo lường chất lượng 3, TP Hồ Chí Minh.

 



Gửi abc

Thảo luận về dự án: (0 Comments)