Đánh giá chất lượng cọc bằng công nghệ mới: Phần 2

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

137
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn tham khảo Tài liệu Công nghệ mới đánh giá chất lượng cọc: Phần 2 của TS. Nguyễn Hữu Đẩu sau đây để nắm bắt những kiến thức về phương pháp thử động biến dạng nhỏ; phương pháp thử tĩnh động statnamic; phương pháp thử tĩnh bằng hộp osterberg; một số phương pháp kiểm tra khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đánh giá chất lượng cọc bằng công nghệ mới: Phần 2

Chưưng 4 PHƯƠNG PHÁP THỬ ĐỘNG BlẾN DẠNG NHỞ 1. NGUYÊN LÝ Phươrm pháp thư độiií: biến dạnu nhỏ dựa trên nguyên lý phản xạ khi gặp trở kháng ihay đổi của sónu ứniĩ suất, iiây ra bỏi tác độnc của lực xune tại đầu cọc, khi truyền dọc theo thân cọc. Nguycii lý làm việc của bộ ihiết bị dùng troim phương pháp này được trình bày trong hình 4.1 với trình tư Ihực hiện chủ ycu như sau : - Dùim húa tay c ó 4 ‘ ắn dáu đ o lự c nõ lên đ ầ u c ọ c - Ghi lại h ì n h sónu lực XLinií làm s ố liệu đầu vào - Lực cán ma sál ứ mặl bèn của cọc dược mõ phỏng theo quy luật tắt dần tuyến tính, lực cản ở mũi cọc đu’ọ’c mô |ìhỏMg iheo lực lò xo và tát dần. - Dùnc tluini số tĩiá dịnh của đất dế tínỉi bằng phương pháp lặp và điều chỉnh trở kháng sao clio hinli sónu tính loáii lirưim dối khớp với liình sóng đo được từ thực tế, lừ đó plián đoán dưọX' vị In' và (lộ lớn của kluivết tật. IVêii hình 4.2 trình bày sơ đồ khối quá trình tính loán nhép hình sổne Iroim một tliử độnẹ biến dạng nhỏ theo TNO - H à Lan. ìhiẻt bỊ va chạm ThiẻỊ bị đàu ra đổ họa Thiết bị lưu giữ số liệu lảu dải (Trong phòng) H ỉn h 4.1: So'dó n^uyèn íắc hò írí íliiểt hị ỉlìí ìì
H ìn h 4.2 : Sơ đồ khối quá írìiiìi 'ịììép lììiili són^ theo T N O - Hù L aii T rong thử đ ộ n g biến d ạn g n h ỏ c ò n phàn biệt hai ph ư ong pháp thí n g h iệ m sau : (a) Phương, pháp phản hồi xung (P u lse e c h o m eth o d - P E M ) : T rong thí n g h iệ m này c á c s ố liệu đo đạc tốc độ và lực đầu c ọ c (v iệ c đ o lực kliông nhất thiết bắt b u ộ c ) được đánh g iá nh ư m ột hàm của thời gian. 134
tbi P^hicơìì'^ plìáp ứ/ìíị x ử nlicinli (Transicnt rcspoiisc nielhod - TRM) Tlií n íih iệ m troiiíi đó tv sô hiến dối tốc đ ộ và biến đối lực (p h ép đ o lực là y ê u cầu bắt bưóc I đ ược đánh giá nhu’ một hàm của tần số. Ncu vén lắc sứ dụns các số liệu thu được trong phưoìie pháp phản hồi xung để đánh 2 Ìá độ neuyên vẹn của cọc cũn
toán để cung cấp một kết quả man g tính định hrợng đánh giá chất lượng cọc. Trên hình 4.3 trình bày một ví dụ vể độ ốn dịnh và ở mũi cọc các giá Irị E,| tirong ứng với các lần số khác nhau. 2. P H Ạ M VI ÚNG DỤNG Phương pháp thí nghiệm biến dạng nhỏ dùn g đế xác định độ nguyên vẹn cíia các c-ọc đcfn thẳng đứng hoặc nghiêng. Nó cũng áp dụng cho các bộ phận kết cấu dài có chức năng tưong lự như các cọc móng, không xél đến phương pháp thi công m iễn là có thể tiếp nhận được thí nghiệm va c hạm biến dạng nhỏ (có thê liếp cận được đế thực hiện thí nghiệm). Do va chạm được tạo ra có năng lưọng nhỏ nên thí naliiệni chỉ có hiệu quả đối với những cọc có tỷ số L/D < 30, ở đây L là chiều dài cọc; D là đườiis kính của cọc. Do đặc tính thu nhận các phản xạ của sóng ứng sLiâì khi
(h) Tlììểt hị tìm ììliận sô'liệit - Đo tốc độ ; Dùna mỏl hoặc nliiểu hơn các 2Ìa lốc kế đế thu nhận số liệu tốc độ, các tín hiệu g i a tốc nhận đư ợ c sau đ ó lích phân thành tốc đ ộ Irong c á c thiết bị x ử lý s ố liệu. Các gia tốc kế dirợc đậl tại (hoặc gần) đầu cọc và có trục cảm ứng song song với trục coc. Các eia tốc kế cần luyến línỉi lì nhất đến 2ƠOu. Có thế cỉùng cả hai loại A/C hoặc D/C. Nếu dùim loại A/C, ửng xừ mũi Va cham hàng số ihời ciaii ít nhất là 30.000 Hz. Nếu dùng loại D/C chúng cán có ciái tần số ch o đến 5 0 0 0 Hz với độ SU}' eiám nhò hơn - 3dFl Có ihê chọn dùng các đầu do tốc độ hoặc chiiycn vị dê thu nhận tốc dộ, chúng iưưnR iư nhau đế tạo thành các sia lốc kế 8.0 Mũi chuyên dụng. Hiẹu chinli lOOOOm 0 in h dầu đo nàv có clộ cliính xác 3800 m/s 5% của dái do. Nếu Ironíi Hình 4.4: D ồ thị rổc d ộ liên hiểit lạo h ài thiết hi khi sử dụng xíiv ra hư hỏ n
(cl) Thiết hị íịIi ì , x ử ì ý và ỉrìiìh diễu sốìiệii - T ổng quát : Các tín hiệu từ các sensor chuyển vị và lực (luỳ theo yêu cầu) , sẽ được chuyển đến một thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn sỏ' liệu theo dạng mộl hàm của thòi gian. Thiết bị này sẽ bao gổin một m àn hình đồ thị tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu) và khả năng lim giữ số liệu để Ihu nhận các ghi chép dùns: cho phân tích sau này. l l i i ế t bị có khả nàng tính trung bình số liệu của nhiều nhát búa và khuếch đại t h ô n s tin, sao chép lại các ành hưởng của đấl và cọc đổng thời giảm các ảnh hưởnẹ nhiễu ngẫu nhiên. Có khả năng tăng cường độ khuyếch đại tín hiệu chuyến vị với ihời gian sau va chạm để nâng cao tính giải thích của các chuyên vị đo được mà chúng dã bị bicìi đổi do sức cán động của đất và vật liệu cọc. Thiết bị này phái có khá n ăn c lọc đối với các giới hạn lần số khác nhau để loại các thành phần tín hiệu tần số cao hay tần số thấp hoặc cả hai. Thiết bị có khả năng truyền toàn bộ số liệu đến môi trường lưu giữ cố định. Tliiết bị có khả nàng xuất số liệu dưới dạnỉĩ đồ ihị làu dài. Nguyên lắc bô' trí cúa ihiếl bị được thê’ hiện trong hình 4.1. - Thiết bị ghi : Các tín hiệu tương tự lừ các sensor chuyển vị được số hoá Irực tiếp bằng bộ biến đổi từ tương tự sang số với độ phân giải ít nhất là 12 bit sao cho các thành phần tín hiệu có tần số thấp hơn 15000 Hz (-3dB) sẽ được giũ' lại. Khi số hoá tần số các mẫu, -sensor chuyển vị mỗi cái ít nhất 30.000 Hz, và búa gắn ihiết bị theo yêu cầu sẽ được sử dụng. Sự đồn g nhất và độ chính xác của lần số lấy mẫu dược số hoá là rất quan trọng; độ nhậy của đổng hồ (độ chính xác tần sô' lấy m ẫu) cần trong khoảng 0,01%. Hệ thống thu nhận số liệu tươiig lự được bảo vệ đặc biệt. Gắn vào bất cứ bộ số hoá nào có thể xác định được tên và các m ô tả thông tin những ihông số khuếch đại khi xử lý tín hiệu, dấu hiệu ng ày và thời gian. - Thiết bị để xử lý số liệu - Thiết bị để xử lý tín hiệu từ các đầu đo là một m áy tính số hoặc bộ phận vi xử lý có ít nhất các chức năng sau ; - Số liệu tốc độ - Nếu dùnỉỊ gia tốc k ế (xem mục b) thiết bị sẽ chuẩn hoá và hiệu chỉnh tín hiệu và tích phân gia tốc để nhận đirợc tốc độ. Thiết bị này sẽ cân bằng tín hiệu tốc độ về không giữa các lần va chạm. - Đo lực - Thiết bị sẽ tiến hành chuẩn hoá, khuếch đại tín hiệu và hiệu chỉnh phép đo lực. Số liệu lực ra được cân bằng về không giũa các lần va chạm. - Chuẩn tín hiệu - Chuẩn hoá lín hiệu lực và lốc độ sẽ có được các đường c on g ứng xử tần số nh ư nhau để tránh sự lệch pha lương đối và sự khác biệt biên độ. - Thiết bị trình diển đảm bảo cho các tín hiệu từ các đầu đo như đã quy định trong m ụ c (b), được trình diễn trên một thiết bị như m àn hiển ihị đồ thị L C D m à trên đó tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu) có ihể quan sát điiợc như một hàm của thời gian c h o từng 138
nhát búa. lliiết bị luìy có llic nhận đirực các tín hiệu sau khi chúng đã được xử lý bằng một ihiêì bị biên đôí số liệu. Nó sc trình diễn các số liệu đã số hoá của hiện tượng va c h ạ m h o ặ c do nuuời sử d ụ n c g ọ i lại từ lưu gÌLÌ. H i ệ u c h í n h thiết bị n à y đ ể t ạo lại m ộ t tín hiổLi c ó dai nằm iroim khoaim từ 2 dến 3 0 nis. Đ á m bảo thiết bị c ó thế trình d iễn tín hiộu đf3 lừ uìns nhát búa được lựa chọn trong mộl chu kỳ tối ihiểu 30s. 4. TRÌNH TựTHỤt: HIỆN THÍ NGHIỆM 4.1. Tổng quát Ghi các thông tin dự án có llic vào ihiết bị uhi thích họp (xein mục 5 dưới đây). Gắn scnsor chuyên vị thích hợp (xem 4.3 (b)) lên đầu cọc và ^hi số liệu từ các nhát đập. Lấy trirn" bình các sò !iộu lừ nhiều nhái đập và tạo khuếch đại cán thiết đối với số liệu trung bình. Các số liệu lừ các nhái dập riêng rẽ hoặc đã lấy trung bình, hoặc cả hai, khi đó cần được lưLi giữ’ (xcni 4.3(d)). Số liệu ítã lấy trunu bình, đã được khuếch đại đó sẽ dùng để đáiiĩi giá độ nỵuỵcn vẹn của cọc. 4.2. Chuán bị Đối với các cọc bê tỏim cõi thép dổ tại chỗ hoặc cọc ống nhồi bê tông, tiến hành thí n g h iệ m đ ộ n g u y ê n vẹn k h ô n g SÓHÌ h ư n 7 n c à y sau kh i đ ổ , h o ặ c sa u k h i c ư ờ n g đ ộ b ê tông đạl ít nhất 15% ihict kế. Đáni biío rủim bổ mặi đầu cọc có thê tiếp cận được, bên trên mặt nu'ó’c. sạch khônu có mảnh vụn bé tỏns, đất hoặc các vật liệu khác do thi công gây ra. Nếu dầu cọc bị hu' liỏim, bó đi mộl đoạn cọc ihích hợp đê đạt đến chỗ bê tống lôì. Klú cần llúíl, chuấn bị các diẻn tích nliỏ bàng dục tay lạo ra bề mặt nhắn để gắn scnsor chuyên vị và đạp búa. Gán chặi scnsor chuyôn vị bằng vật liệu thích hợp tại các vị trí được lựa chọn tránh xa gờ ngoài đầu cọc. Đối vói các cọc có đường kính lớn hơn 500 inni, gắn íĩia lôc kế ít nhâì tại 3 vị trí, sao cho mỗi đánh giá độ nguyên vẹn gần đầu cọc có ihế làm cho lừng doạn cíia cọc. Đặt thiết bị lạo lực va chạm sao cho va chạm đó đặt dọc trục cọc và có khoáiiỉ: cách không lớn hơn 300 nim kc từ gia tốc kế. Bố trí các thiêì bị ghi, biến đổi và Irìnỉi diễn số liệu sao CÌK) dễ thao tác và các tín hiệu lực, tốc độ ớ trị số không. 4.3. Các ghi chép hiện trư ờ n g Gổm những thông tin sau đây trong số liệu chi tiết, cho lừns: cọc được thí nghiệm: - Số hiệu cọc, chiều dài và đưòìm kính đầu cọc theo quy định và thực tế. - Ngày và phirons pháp đổ bê tône ' Các hình vẽ thê hiện khối lưọng bô tông tống cộng, đưòng kính quy định và thực tế theo chiều sâu, ống vách để lại hay lạm thời, cốt Ihép ... - Cột địa lầng ' Bất cứ một quan sát đặc biệt nào liên quan đến cọc thử mà có ảnh hưởng đến thi công, đào, dộ nguyên vẹn của cọc ... 139
- VỊ trí củíi các đầu đo tại đỉnh cọc và pliép đo tương ihií; - Ngày thử cọc 4.4. Tiến hành đo Tạo một số va chạm và shi lại lừnỉỉ va chạm riêns lẻ hoặc lấy trung bình, nếu có yêu cầu, hoặc cả hai. Nếu chi ahi các va chạm riêng Ic, cần dám báo rằng thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn số liệu có khả năng lấy trung bình đến 10 số liệu riêng lẻ. Ghi lại số liệu của các va chạm đối với niộl số liệu trung bình được chí định. Tiến hành ghi và trình diễn một loạt các số liệu tốc độ và lực (tLiỳ theo yêu cầu). 4.5. Kiểm tra chất luựng sò liệu Để khẳng định chất lưọng số liệu, người đo sẽ kiểm tra lại tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu), từ nhiều va chạm, về tính nhất quán. Đảm bảo Ihiết bị ghi, biến đổi và trình diễn số liệu có khả năng xác định được ngưỡng quá tải ihiết bị đo. Không dùng những sô' liệu lẩn va chạm mà nó gây cho thiết bị đo bị quá tải. Các số liệu nhất quán là kết quả của các va chạm đồng nhất Irên bê tông lôì, hệ thống đầu đo hoạt động đúng, các sensor chuyển dịch được gắn chặt, thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn số liệu hoạt động đúng. Nếu các số liệu không lặp lại được thì không dùng các số liệu đó. Nếu nguyên nhân của số liệu tồi không phải là vấn đề gắn sensor chuyển dịch, mà là đầu đo hoạt động kém thì cần sửa chữa hoặc hiệu chỉnh lại chúng trước khi dùng liếp. Cần lưu ý là mọi bộ phận cử-a'thiết bị thu nhận các số liệu độn g và các thiết 16ị ghi biến đổi, trình diễn số liệu phải hiệu chính nếu bất cứ dríu hiệu nào cho thấy hê thống hoạt động kém. 4.6. Phân tích sô liệu - Trong phương pháp phản hòi x u n g (P E M ), tốc độ đầu c ọ c đ o sẽ được phân tích như một hàm của thời gian. Tliường Ihưòfng phương pháp này cho thông tin đầy đủ để đánh giá độ nguyên vẹn. Tuỳ theo yêu cầu, lực đầu cọc cũng có thê’ được đo. Tổ hợp lực và tốc độ có thể cho các thông tin bổ sung đê xem xét độ nguyên vẹn của cọc tại gần đầu cọc. Phương pháp ứng xử nhanh (TRM) đòi hỏi đo cả hai tốc độ và lực đầu cọc. Đối với cả hai phương pháp, số liệu được đánh giá trong hai phạm vi thời gian và tần số. - Thu nhận tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu) từ bộ phận đọc củ a thiết bị biến đổi sô' liệu (x e m 4 .3 ) h oặc từ thiết bị trình diễn (x e m 4 .3). Trong phân tích th e o phạm vi thời gian (PEM) việc đánh giá độ n ga yên vẹn của cọc dựa trên sự tăng hay giảm tưoíig đối của tốc độ sau xung va chạm ban đầu (hình 4.5) Sô' liệu trình diễn sẽ bao gồm các số liệu tốc độ và lực (tuỳ theo yêu cầu) theo thời gian, một chỉ dẫn về chiều dài cọc và tốc độ sóng vật liệu giả định, thể hiện hình dạng và biên độ của hàm khuếch đại đã được sử dụng.Khi va chạm đầu cọc thường có chuyển vị. N ó i ch u n g sử dụn^ độ khuế( h đại đ ể phản ứng m ũi c ọ c c ó biên đ ộ tươĩig tự. Các phản xạ xuất hiện trước khi có ứr.g xử mũi cọc của chính tín hiệu đầu vào là do sự giảm 140
tương đối của Irỏ' kháim. Phản /\ạ của tín hiệu ngược 5 -PPC’ : ĩốc dò lại là l o sự tăn" trò' kháng. 16 20 So s á m c á c kêì quá lừ nhiều cọ c h:ện ir ư ò ìis được ihi 17 cổiiíi 'ươim lự sc dùnc dô đánh '4Ìá ứnẹ xử điến hình với cù n g hệ s ố k h uếch đại 60.0 được áp d ụ n s c h o lâì cá các Mùi c ọ c có cìiim c h iề u dài. Sự ihc Đ ;ỉìh c 29,0ũm 4150 m s hiện bằng hình ánh c ó chát Ịương tốt và kha ihl dối vói các cọc dược ihí ngliiệni lliiili 4 . 5 '.ai : So liệìi !óc cỉộ cíiéiì hình khác, siúp cho sư dánh giá i h(i I.iíiv ỈIKÌI ( Ọi Iiliiii (iiiiiii’ là iiiỊiiyêỉi vẹn kỹ tllLlâl đ íin s dắn. (111) /v Iiiiy (tieii kiẹii (lất tliíiv dôi từ từ } - SỐ liệu ízhi dược có ihể dùna đc phàn lích licỊ') ihco tioiiii máy lính đế định lượng tốt hon phạm vi của m ột khuyết tật xuất hiện.Cac kci C|ua cua phán lích này c ó thể b a o g ồ m một đánh t;iá định luựno vé dộ nuLiyèn vẹn cua c o c .V iẹ c giai thích và sử d ụ ng chi tiết hơn sô liệu dó là c ô iiẹ việc dòi hói c ó kinh Iiiiliiọu! và phán đoán c h u y ê n m ôn. - Các kỹ su' c ó kiiih im hiệni ch iiy cn niỏn Iioiii: linh vực nà) sc thực hiện việc đánh Liiá cuối cLÌim ctỏ nm iyêii ven.Sử ciiiim\'ièc chínlittỏ imuvén ven của thí níỉh iêm biến dạnu nho cùnu với các lliỏim liii khác uổni liìiili lự ilii CÓII^ c ọ c và các quan sát, cá c ihông tin \'C d;ít,các yêu cầu chịu tai... dê’ ntiliiộni ihu cọc.Việc đánh giá độ nguyên vẹn biêìi dạng Iiliỏkliôni; d ùna nỈHi' một yếu tỏ dii_\ Iiliáì (Ic xác địíih việc loại b ỏ c ọ c . Cần c ó niộl k ế hoítch bổ sung clio phép nguừi kỹ MIcó Ihc IìCmi hàiih cá c thí n g h iệ m khác hoãc ra lệnh sửa chữa, hoặc lliav ihế trước khi thí nghiệm 3X dộ nuiiycn vẹn ,trong trường Bièn dỏ trung binh lố c đò họp xác định dược các hư hóng n g h iêm trọng. - Trong thí nehiệm độ imuyên vẹn biến dạng n h ỏ c ó các hạn chế nhất định mang Khuyết ĩảt ^ tính cò hữu. Cán phải hiểu rõ các hạn chế này và cân nhắc o ìn h càn ihận khi đánh giá cuối cùng d ộ n g u y ê n vẹn. V iệ c Hình 4.5 (b) - Sôlieu ĩôr
vết nứt cắt hoàn toàn qua diện tich tiết diện ngaim của cọc hoặc mộl mối nối cơ khí khi ch ế tạo là không thể được do sóng va chạm sẽ phản hồi hoàn toàn lại chỗ không liên tục. Cọc có các tiết diện ngang thay đổi nhiều hoặc có nhiều mối nối có thể eạp khó khăn khi đánh giá. Trong một số trường hợp có thể gặp khó khăn khi phân biệt ímg xử của đất từ ứng x ử của cọc. Phươno pháp này nói chung không ihích hợp đổ thí imhiệm các cọc bản, chữ H hoặc cọc ống không nhồi. Nếu phản xạ mũi cọc k h ông thấy rõ trong số liệu, việc đánh oiá độ nguyên vẹn có thể không thuyết phục và bị hạn chế đến một độ sâu nhất định. Hạn chế này có thể xẩy ra với các cọc dài hay thay đổi nhiều hoặc các cọc trong đất có m a sát cao. Cọc nối cứng với móng hoặc các kết cấu bên Irên đôi khi thí nghiệm thành công mặc dù việc đánh giá đó thường khó khăn hơn và không man g tính thuyết phục.Mộl số trường liợp có liên kết với các kết cấu bên trên, cần dùng các đầu đo chuyển vị gắn vào hai vị Irí khác nhau dọc iheo thân cọc. - Thí nghiệm độ nguyên vẹn không thế xác định được lất cả các khuyết tật, nhưng nó là một công cụ có ích trong việc xác định các hư hỏng chính trong phạm vi chiều dài có hiệu quả. 'Plií nghiệm này cũng còn xác định được các biến đối trở kháng nhỏ không ảnh hưỏfng đến sức chịu tái cúa cọc. Đối với nhữim cọc có biến đối nhỏ về trở kháng, người kỹ sư sẽ phán đoán khả nãng chấp nhận các cọc này khi xem xét các yếu tố khác như sự phân bố lại tải trọng đến các cọc bên cạnh, sự truyền tải trọng lên đất bên trên chỗ khuyết tật, áp dụng các hệ số an loàn, và các yêu cầu chịu tái cúa kết cấu. 5. NỘI D U N G BÁ O C Á O THÍ N G H I Ệ M BIÊN D Ạ N G NH Ó Các mô tả và thông lin giúp cho việc đánh giá chất lượng cọc bao g ồm : - Tổng quái . Tên địa điểm dự án . Địa tầng bên cạnh hoặc thí nghiệm khoan đất tiêu biểu - Thiết bị thi công cọc Mô tả thiết bị thi công cọc đã được dùng hoặc cho cọc đóng, cọc khoan nếu có liên quan đến việc khảo sát độ nguyên vẹn, bao gồm kích thiróc, loại, mức thực hiện thao tác hay áp suất, kích thước bơm, và bất cứ ihiết bị thi công chuyên dụng nào mô tả chúng như các loại để khoan trước hay phun vữa. - Cọc thí nghiệm . Số hiệu (tên và ký hiệu) của các cọc thử . Loại và kích thước của cọc, bao gồm chiều dài, đường kính yêu cầu . Ngày thử cọc, đổ bê tỏng cọc hoặc đóng, gia cường trụ bê tông hoặc cá hai. . M ô tả cốt thép trong và ngoài đã dùng c h o c ọ c thử (kích thước, c h iề u dài và b ố trí của các cốt dọc, kích thước và chiều dài của ống vách hoặc vỏ). 142
. Mô tả và vị trí, các mối nối . Các quan sát cọc bao uổni các cliỗ bị vỡ, vcì nứt và tình trạng bề mặt đầu cọc - Thi công cọc . Ngàv thi công . Đối voi cọc khoan nhồi bao cồm kích thước gầu khoan, khối lượng bê tông hoặc vCva dùng cho cọc (khối lượno; iheo chiều sâu, nếu có ihể), áp lực vữa đã dùng và mô tả các trình tự Ihi côim đặc biệt đã dùna như đặi hoặc rút ốns vách hoặc cả hai. . Đối vói cọc đóna (khi quá trình đóim bị 2Ìán đoạn do hư hòng) bao gồm thông tin đệm búa, đệm cọc; các ehi chép đóiií; cọc íiồm số nhát búa và độ nẩy của búa hoặc mức hoạt đónỵ đối vói đơn vị chicLi dài xuvên cuối cùng. . Nguyèn nhàn và thò'i uian imừim ihi cổng cọc, nếu có thể và có liên quan đến việc khảo sát. . Ghi chú về bãì cứ đieu gì bâì thưòng xáv ra trong quá trình thi công và đào đất, hoặc cá hai, mà có thể liên quan đến việc khảo sát độ nguyên vẹn. - Thí imhiộm độ niiuvên vẹn . Mỏ ta các thièì bị ihu Iihận C í k ' do đạc độna và thiết bị ghi, biến đổi, trình diễn số liệu, trìnli tự Ihí nghiệm bao gồm việc mô ta và vị trí của việc gắn các scnsor chuyển vị. . Neày thí nghiệm . Sỗ liiệu cọc lliừ . Các trình diễn đổ thị các số liệu chuyến vị và lực (iLiỳ theo yẽu cầu) theo thời gian gồm cá sự khucch đại số liệu đã đirực dùng Ironíi việc đánh giá; việc trình diễn theo tần số là tuỳ chọn đối vói dáiili giá llico PEM và bắt buộc khi đánh eiá theo TRM. . Tốc dộ sóng của cọc ihừ, cách xác định hoặc ước tính; . Chiều dài cọc dóng cũng như đố lại chỗ,chôn trong đất hoặc bên dưới thiết bị thu nhận các số liệu đo độníí. . Phương pháp đã dùng dể đánh uiá số liệu; . Bình luận về độ nguyên \ẹn cua cọc. bao gồm về điều kiện đất hoặc phương pháp thi còng hoặc cả hai, có ảnh hưỏng như thê nào đến thân cọc đã thi công, như đã xác định qua các số liệu. 6, M ỘT SỐ KẾT QUẢ THỤC TẾ (a) Các kết quả thực tếCỉia Viện KHCN Xây dựng - Trên hình 4.6 trình bày biêu đồ đo sóng và kết quả dự tính hình dạng của cọc khoan nhối đường kính Im, sâu 43 m ký hiệu G-6B cLÌa một nhà cao tầng ở Hà Nội. Theo phân lícli hằng phần mềm CAPVVAP cho thấy trở kháng của tiết diện cọc giảm tới 35% ở độ 143
sâu 3 ^ 5in rồi tăng nhanh trong phạm vi 7 -í- lOm. Nmiyèn nhân cùa khuyết lậl này có thể do vách lỗ cọc bị sập trong quá irình đố bê tỏiis. Tra cứu theo nhậl ký thi công cọc cho thấy Iưọìig bê tông của nó nhiều hon cọc bình ihuừnc khoảna, 159f. 4 0 0 0 ra 's 42 4m Hình 4,6: Kc! (/lui do và phân /icli ( l ì o i Ọ( G -Ổ B - Đã tiến hành thử PIT cho cọc 0 9 : 3 5 ; '18 - 0 8 ■ 97 khoan nhồi đường kính Im, dìii 44m dùng cho một nhà cône, nghiệp ở đồng bằng sông Qiii . 1 . . , , Long. Trên các hình 4.7 và ị.'ỏ là các biểu đồ truyền sóng của hai 1_ L 10 20 30 40 5C cọc ký hiệu XAl và XB17. Sóng 450m 2 ,Om 4000 m/s ■ 1 1 phản xạ từ các khuyết tật thay dổi rất mạnh cho phép dễ dàng xác định mức độ và vị trí khuyết lật Hỉnh 4 J : Biỏii dồ són\ị của cọc XAI của cọc. Kết quả phân tích b^iig phần mềm CAPWAP cho thấy trỏf kháng cọc X A l giảm yếu 30% tại 0 9 : 3 5 :4 8 2 2 - 0 8 •• 97 độ sâu 12 13m, còn đối vói cọc XB17 giảm yếu 28% ở độ sàu 5,5m. Để kiểm chứng đã tiến hành đào cọc XB17 và thấy ở độ SÍ’L1 5m, đất nền lẫn nliiều vào trong oe 20 45.0m 2.0m tông ửiân cọc, sau đó đã cho phép 4000 m/s gia cưòng ửiân cọc này mà khôiT phải làm cọc khác thay thế. H ỉnh 4.8: Biểu d ồ sóỉì^ của cọ c XB17 144
ịb) C ô n g trình cầu tà u sở 3 c ấ n g Tiên Sơ - Đ à N ẩ n g Dưới đâv là các kết quá kicin tra 4 cọc khoan nhồi đưòng kính 55 cm. Đã sử dụng phần mém PITVVAP đế phàn tích sự thay đối trứ kháng và đánh giá mức độ, phạm vi của các khuyết tật. Trong hình 4.9a,b,c,d là căc biếu đồ sóng và các phân tích hình dạng trở kháim cho các cọc H88, 138, H92 và 186. Trên cơ sở phân tích đã đưa ra các nhận xét và kết luân như Irong báng sau. Thứ Chiều dài Sô hiệu cọc Kết luận tư kiếm tra Phán đầu cọc chất lượn" ííiám Thản cọc có một số sự thay đổi về tiết diện 1 H88 19.66 Mũi cọc lốt Độ nguyên dụng toàn bộ cọc đạt yêu cầu Plián đẩu cọc chất lượng giám 1 j Thfm cọc có mộl số sự thay đổi về tiết diện 13X 12.S5 Mũi coc bi tỉui nhó Độ imuyêii dạim toàn bộ cọc đạl yêu cầu ! Thân cọc có mộl sô ihay đổi vể tiết diện 3 H92 18.35 Mũi cọc lớt Độ nguyên dạiiíí toàn bộ cọc đạt yêu cầu 1 'Ịlìán cọc có nìột số thay đối vé tiết diện 4 186 20.07 Mũi cọc đạt ycu cấu Độ ngu}'cn dạng loàn bộ cọc đat yêu cầu cắu 3- Càng Tièn Sa, CỒC H86 Cắu3 ■ C áng Tién Sa, CỌC138 ngay 16-06-98 N g ày 16-06-98 U(I n$d l*fl It-đ IVI Cpt lyi '>t Fy ( L/c -?.50 Jl ; “ p iilli! Hin 96 2 Ì - i 12.9 « ĩ fr t( ị ỉd flsd ĩọ t ì.^ỉ Ed M M ■r lí nnm MỆSG22 n wmì ìì S5fl448e mmi 5Í 1N1525Ỉ0023Ĩ21 M Tĩ lESí^íS Tĩ mwỉ r9;i; 17 V l«3?E95 IS3MW sn h - Cọc 138 145
cầu 3- Cảng Tièn Sa, cọc H92 Cầu 3- Cảng Tièn Sa, cọc H186 ngày 16-06-98 ngáy 16-06-98 Í4tiĩ4 fffO Í 4 't p t n m i t ỵ Ỉ Ì ỈI M Ỉ 19 m m ?5?:ĩíi9 39 vsm n 5e?E!33 5?s< iỉìl < 1: Ỉ8 3GW255IB6?5ĨÍỈ Ỉ8 SllSiTỈ K ỉ r . ỉ l l / / 78 4ĨÍ8916 IW Ỉ6 8 Ĩ ?8 iI S 5 l ? « l H ĩ m 3 ỉ V 595705 !W líM Hí c - Cọc H92 d - Cọc 186 H ìn h 4.9 : Kết Í/Iid phân tích PÌTWAP 146
Chương 5 PHƯƠNG PHÁP THỬ TĨNH ĐỘNG STATNAMIC 1. MỞ Đ Ầ U Như đã trình bày trong chương 3, phương pháp thử động biến dạng lớn bên cạnh các ưu điểm cũng có nhĩrng nhược điểm hay đúng hơn là những khó khăn do sự hiểu biết về ứng xử động của hệ cọc - đất còn có nhiều hạn chế. Do vậy đã nẩy sinh ra nhu cầu đi tìm m ộ t phương pháp đánh giá sức chịu tải mới của cọc không quá tốn kém như thử tĩnh mà lại khắc phục được các hạn c h ế của thử đ ộn g biến dạng lớn. N ãm 1988, nhũng thí nghiệm đầu tiên được tiến hành thành công và phương pháp STATNAMIC hay gọi là phương pháp thử tĩnh động đã ra đời và bắt đầu được ứng dụng trong thực tế nãm 1989 ớ Canada, Hà Lan và Nhật Bản. Năm 1995, Hội nghị quốc tế lần thứ nhất về S J A T N A M I C họp từ 27 -ỉ- 30/9/1995 ở Vancouver - Canada đã tập hợp gần 200 nhà khoa học trên thế giới. Trong Hội nghị này đã thông báo các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm được tiến hành trên nhiều nước, là dịp trao đổi để hoàn thiện hofn phương pháp này. Năm 1999, Hội nghị quốc tế lần thứ 2 về S T A T NAMIC họp ở Tokio - Nhật Bản, liếp lục thông báo các kết quả ngliiên cứu ứng dụng SĨỈKĨN AM IC trong nhiều loại hình cọc ở một số nước trên thế giới và chuẩn bị để tiến tới dự thảo tiêu chuẩn q u ố c tế về phương pháp này. Để viết chương này, tác giả dựa chủ yếu vắo các bài báo, các sách tham khảo đã công b ố trong hai Hội nghị trên, cũng như Hội nghị về áp dụng sóng ứng suất ở Orlando - Mỹ, 1996 và của Hãng TNO, một Hãng nghiên cứu kỹ thuật xây dựng của Hà Lan đang đi đẩu trong việc nghiên cứu và ứng dụng ST A T N A M IC . 2. C Á C C ơ SỞ VẬT LÝ VÀ GIẢ THIẾT Tliiết bị STATNAMIC (STN ) được đặt trực tiếp lên đỉnh cọ c thử. N h iên liệu rắn được đốt cháy trong buồng áp lực tạo ra một áp lực lớn đẩy khối phản lực lên trên. Một lực cân bằng và ngược hướng đẩy đầu c ọ c xuố n g phía dưới. Nếu một khối phản lực 30T được gia tốc ban đầu lên phía trên là 20g(g là gia tốc trọng trường) thì sẽ tạo ra m ộ t lực 6 0 0 T tác đ ộn g lên m ó n g x u ố n g phía dưới. K hối phàn lực này bằng 1/20 (30T/600T = 1/20) hay 5% của khối STN tương đương. Tải trọng S T N được đặt theo cách tăng tuyến tính và việc dỡ tải từ từ được đảm bảo bởi sự khống c h ế áp suất tạo ra. Thời lượng của lực được đặt trong 120 mili giây. 147
Gia tốc Ig của cọc là nhỏ hơn 100-1000 lần so với thí nghiệm tải trọng đ ộ n a truyền Ihống. Đồng thời thời lượng đặt lực lóTi lìoiì lơ đến 20 lần so với một nhát búa rơi truyền thống. Như vậy ứng xử của cọc không bị khống ch ế bởi sự iruyền sóng ứng suất. Thí nghiệm tải trọng động là một tải trọng va đập trong khi thí nghiệm tải trọng ST N có thế so với một cú đẩy tạo ra một lực nén cao trên suốt cá chiều dài của cọc. Có thể mô tả STN bằng cách sử dụng một trone 3 định luật chuyển động của Newton như sau; Đ ị n h luật I : (Định luậl quán lính) Một vật rắn sẽ tiếp lục ở trong Irạng ihái ũnh hoặc chuyển động đểu trừ khi có một ngoại lực làm thay đổi trạng thái đó. Hình 5.1: Cơ sà vịit lý STATNAMỈC I F = {) Trong một thí nghiệm tái irọníí có hai neoại lực lác động lên trên cọc - lực tái trọng sẽ tạo cho cọc chuyển dộng và sức kháiiu của cọc chốníi lại chuyến động ấy. Sức kliáng c ủ a c ọ c là m ộ l h à m s ố c ú a ihê' n ă n g kliQÌ lirợiiíỊ vứi đ ộ cứiiíĩ c ọ c và đ ộ c ứ n g đất d ọ c theo thân cọc và tại mũi cọc. Bănu cách do cliuyôn vị của cọc khi ihử tái, đo sức khá nf của cọc và có thế đo được mối quan hệ cọc/đát. Đ ị n h l u ậ t 2 : ( Đ ị n h luội vổ íiia lố c ) Khi chịu tác độníi niộl ncoại lực. vậi rắiì sẽ đirợc ízia tốc theo phưons cùa ngoại lực đó và tý lệ với biên độ của lực dó. F = 111a Trọng thử tái tĩnh, STN và dộn
20c là uia lốc cúa khối phan lực STN 500 ỈZ là cia lố c của búa rơi Địn h luật 3 : (Tác động và phản lực) Đối với mỏi lác dộna sẽ có mộl phán lực bằiiíi và nguực hirớim. F , : = -F,.: Tronu tlur tai STN buổnu áp lực lạo ra inộl lực đáy lên irôn các khối phản lực đổng thời một lưc cán băim và nsưọc hưóiig tác độiiíí lên cọc iheo hướng xuống dưới. Hcfn nữa do phirưim cua lực là dọc ihco irục cùa xilanh nên tái Irọng được đặt hoàn toàn đ iìn e táni. Hình 5.2: Kỉiòi ĩài lĩiili plìid saii rờ khỏi tời S T N !ifơniỊ (ỉươHíỊ 3. C ơ SỚ LÝ TH UYẾT STN 3.1. Thời lượng tải trọ n g - Tải trọng tĩnh Do tốc độ và gia lốc gần bằng không Iroim mội thí nghiệm tải trọng tĩnh nên các ảnh hưởng sức cản động và thế năng là không đáng kể. Tuy nhiên khi thời lượng tải trọng giảm đối với thí nghiệm tái trọng tĩnh nhanh, các kết quá có thế khác với thí nghiêm tải trọng tĩnh truyền thống do mức độ ứng suất phụ thuộc vào bản chất của đất. Đất ít thấm (bùn xốp hoặc đất sét) là nhậy cảm nhất với múc độ châì tải nhanh. 149
500 1000 1500 Thời gian (ms) Thời gian (ms) H ì n h 5.3: Thứ tải tĩnh, ihửtài S T N , thử rải (IỘIIỊJ - Chất tải độììíị mức độ chậm (STN) Thời lượng chất tai là 120 mili giây. Thời lượng này, trong thử tải ũnh khôrg được đặt ra, là tương đối dài so với thử tải trọng động mức độ cao, ánh hưởng mức cộ động chỉ có đối với đất ít thấm, đất dính và có thế đo được chính xác khi dùng các n ô hình cọc/đất hiện có. - Chất tài động mức độ cao (Thử tài cíộiìg) Tliời lượiig chất tải cọc là 4 mili giây.Thời lượng chất tải ngắn lạo ra sóng iTig suất trong cọc và sẽ rất ảnh hưởng đến quan hệ cọc/đất. Sức cản động và ih ế năng sẽ c ó ảnh hưcmg mạnh mẽ đến kết quả thí nghiệm và rất khó định lượng. Middendorp,1995, đã đưa ra khái niệm chí số sóng hay còn gọi là sô sóng N„, được xác định như sau: c T (5-1) Trong đó : c - Tốc độ truyền sóng ứng suất tronc vạt liệu cọc T - 7’hời lưọìig đạt tải thí nghiệm L - Chiều dài cọc Nếu 1000 thí nghiệm được coi là tĩnh N,, = (12-f 15) thí nehiệm STN = 12) thí nghiệm được gọi là giả STN vì tồn tại v ấ n đề sóng ứng suất. Để giải quyết dùng phương 5h;áp dở tải và các công cụ phân tích truyền sóng m g suất như irong phươnc pháp thử động biến d i n g lớn. Phần mềm chuyên dụng giái quyết trong t;rường hựp này của h ã n s T N O có tên là T N O W A \ E . . 150
3.2. Cơ học sóng ứng suất T r o i m c h ấ t tái ũ n h i ru y én t h ố n s c ọ c đư ợ c né n troiiíỉ sLiốt q u á trình c h ấ t tải và c ó thể được nchiên cứu như một vậi rắn. Khi ihời lượng chất tải giảm sẽ xẩy ra sóng ứng suất trong c ọ t ảnh hướng đến quan hệ cọc/đất. Sóng ứng suất truyền dọc theo cọc với tốc độ âm thanh trong cọc c = (E/p)'^- Trong đó : c - Tốc độ sóníỉ ứna suất E - Mó đun hệ thốne cọc/đấl p - Mật độ hệ thống cọc/đất c vào khoáim 3500 đến 4000 ni/s đối vói các cọc bỗ tông cốt thép và 5000 m/s đối với cọc thép. Đối với các cọc tương đối dài 30 in) ứng sLiất ban đầu ở đỉnh cọc sẽ tới mũi cọc trong khoáng 6 mili giây, tưoiig ứng với chu kỳ tự nhiên của cọc (30/5000 = 0.006). Châì tải STN dược đặt trong thời gian 120 mili giây, dài hon chu kỳ tự nhiên của ngay cá cọc cứng nhất. Do ảnh hưòng của sóng ứng suất đã được giảm thiểu, cọc được n g h iê n CIÌII n h ư một vật rắn và áp dụ ng các phương pháp giải tích tĩnh truyền thống. Mậc dầu các kết quá STN cho ihấy rằne các ánh hưởng này có thể bỏ qua đối với các cọc trong đất rất cứng và cọc chông trên đá, các ánh hưởng đối với những cọc trong đất mồm tương đối lóii và có ảnh hưởng đána kế dến quan hệ tai trọng chuyến vị. Mô hình điểm dỡ tái, như trình bầy dưới đây là một phương pháp đơn giản đế phân tích xác định sức chịu tải tĩnh trong một thí nghiệm STN. Đồng thời các ảnh hướng có trong một thí nghiệm ST N có thế định lưọng được bằng mô hình điếm T ả itro n a ÍM N ) dỡ tái. Hình 5.4 : Đồ ĩììị cỊuan hệ F„ịt) - liịĩ) 3.3. Kỹ thuật nổ Đ ể tạo tải trọng STN đặc trung (quan hộ lực theo thời gian như trình bày ở trên), b u ồ n g áp lực được m ở rộng do việc tăng áp lực khi đốt cháy nhiên liệu : X i lanh ST N nằm ở đỉnh buồng nén được gia lốc lên trên theo mức tỷ lệ với việc tăng áp lực. Lực hưófng lèn trèn (và do đó chất tải STN hướng xuống dưới) bằng tích số của gia tốc và khối lượng phản lực tổno cộng. Do đó 151
F = nia (5-2) Trong đó . a = C|.t C| là hệ sò' thực nghiệm Thể tích đã lã n s của b u ồ n c nén bằng tích số chuyển vị của xi lanh (cl) và diện tích b u ồng nén (A ). D o đó : v = A , d = AÍÍa. dt (5 -3 ) V = A (C, .l' + ạ . r + c , . i ) (5 -4 ) ở đây a là lích phân kép irong phương trình (5 -3 ) đe xác định d. Cị; C ì là các hệ s ố ihực nghiệm . M ức tăng trong sán phẩm khí nén do đó là thế lích đặc irưng của nhiên liệu propellant rắn. 5,0 Thời gian (ms) Hình 5.5: Cluư lái S r / \ TTslAMIC Hìiili 5.6: Nliicii Hựii STAThiAMìC N hiên liệu S T N bao g ồ m các viên rán Iihỏ có dục lỗ và nuic cháy phụ thuộc vào nhiều thông số : Thành phần hoá học Hình học viên nhiên liệu N h iệl độ • Á p suất Tliành pliần hoá liọc được chọn uì các thí n s h iệ m dốt ch á y ironơ xưởim. Các viên hình Irụ có đục lỗ đirợc ira dùng ho'n các viên đặc hoặc dẹt vì ch ú n g làm lãnu bề mặt đốt cháy yêu cầu c h o S T N . Hưn mìa khi sử dụnụ nhicu \'iên. thay c h o m ột khối lớn sẽ tạc ra sự đôì ch á y tôì hơn và khắc phục các khiếm khuyêì Ironc m ộl viên đơn. T h e o dự tính. 152