🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Công Nghệ Mới Đánh Giá Chất Lượng Cọc Ebooks Nhóm Zalo TS. NGUYỄN HỮU ĐẨU CÔNG NGHỆ MỚ I ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỤNG ■ ■ cọc (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỒI -2011 LỜI NÓI ĐẨU Trong hơn mười năm qua. CÙU'^ với chính sách cíổi mới của Đảng và Nhà nước, .xây dựng nền móiỉíĩ công trình đã có sựplíár tricìi mạnh m ẽ vé mọi mặt. Nhiêu công nghệ mới trong \'à\ dựng móng cọc đã được áp LỈụniị ở nước ta nììư : cọc ống đường kính lớn, cọc khoan nhồi, cọc ép, cọc vật liợu l ời.... Khi ìiìột cônịị nghệ xúy dựng móng cọc mới được áp dụng, thì nhữnq vêii cầu mới vé tri rlỉức, kiỉìlì nghiệm của các kháu từ khảo sút, thiết kế, thi công vù đánh giá chất lượng sau tììi côiiíị sẽ dược dặt ra. Ciiốiĩ sách này đề cập cỉếìi các CÔIÌÍ> lìghệ mới đánh iịiủ chất lượng móng cọc sau khi rhi rô n g .XOIIÌỊ. D o đây lủ nììữni> cóììĩị nglìệ m ới nên chưa có nhiều tài liệu nước ngoài đ ể thum khảo, chưa có nlìiềií kiìili nghiệm dược tổììg kết, cỉánh giá công h ố ở trong nước. Bản thân tác sỊÌd mặc dù đã cô'gííiiíỉ rất nììiêit đê tập lìỢỊ) các tài ỉiệit ở Việt Nam trong các năm gần đày. dã trao đổi với các cíồìiíỉ Iiỵlìiệp. nhưng vẫn còn riứ nhiều vấn để chưa đề cập được hết troiìị’ cuốn sách nhỏ ìiủy. Moiìịị các àồ/ií^ Hỉỉ^>iệp bạn độc giả coi đớ\' lù sự cô' íỊắng han dầu về tập hợp và ciiní^ C(íp một s ố thông tin cầtì thiết trong lĩnh vực quản ìí và đánh giá cììất lượng lììóiìịị cọc. ì/ìột lĩnh vực nít quan trọììíị trong xây dựng công trình. Ciíôn sách gồm 7 chươin’, 2 pììii lục và pluíiĩ tài liệií tham khảo. Có 5 công nghệ mới được giới thiệu tương đối dầy LĨIÌ là : Siêu âm ti uyề/i C/IKI ốní>, th ử động hiến dạng nhỏ, thử động hiến dạng lớn, thử rĩn/ì ííộiì;^ Sniniííiìiii' vù ílìử (ĩiìlì lìộp Osterherỵ. Mật sô'công nghệ âược giới thiệu khái quát lìliư; thứ cọc có ịịán ílìiết hị, thử hằng rung trở khúng cơ học. Việc lựa chọn như vậy xuất pììát từ các cĩánìì ,!,'/(•/ vê mức cíộ p h ổ hiển vù mức độ tin cậy của chính rác công nghệ dó. Trong các công nghệ âicợc Ịịiới thiện chỉ còn công ìĩiịhệ thử tĩnh động ịStatnamic) là chưa được áp dụng ở Việt Nam. nliirng theo sựcíúnlì giú của túc già, chác chán trong tương lai gần s ẽ được sử dụng troììi^ nước do những ưu điểm (lìa nó về kinh tế vù kĩ thuật. Cuốn sách cũng không dê cập íĩếiì cóiìíị nghệ Ịịcimma đ ế đánh giá mật độ hê tông cọc khoan nhồi do các hạn ché của nó vé cĩộ an toàn và hề clầv hê tông đo được, mặc dù đáy là phương pháp được áp dụng cíáii tiên {dầu /iliững năm 90) trong xây dựng cọc khoan nhồi đường kính ìớn (cầu Việt Trì). Đ ố i VỚI m ỗi công nglìệ, ỉác già d ã cỏ gắní’ trình hùv đầ\' đủ các nội dung gồm : nguyên lí, cơ sở lí thuyết, thiết bị, írình tự thực lìiện. nội cìnìĩg háo cáo và phương pháp giải thích sô liệu đé đánh giá vhất lượiiỊ’ móng cọc. Đóng thời CŨỈÌỊ’ đưa vào các trường hợp thực tế, nhất là các thực tếở V iệr Nam. d ế giúp clìo lìoirời đọc có các thông tin cần thiết. Túc giả xin chân ỉhùnh câm ơu cức đồníỊ /ỉíỊliiệp thuộc 'Viện Khoa học công nghệ GTVT đã giúp đỡ nhiều đ ể thực hiện mộĩ số công nghệ mới tìvng thực tế xây dựng và cung cấp vác sô liệu thí nghiệm hiện tnrờiìíỊ dưa vào nội dung sách. Tác giả Chưưng1 C H Ấ T LƯỢNG MÓNG c ọ c , Đ Ậ T V Â N Đ Ê Châì lượng móng cọc cũníi "iốũíi nhir chât lượns các bộ phận công trình xây dựng hí'7 là kết quả tổiiíĩ hợp của quá trìiih quan lý chất lượnc từ kháo sát, thiết kế và thi ĩ)ng. Nội di. IS cuốn sách này hưóìic chu ycu vào quá tiinỉi dánh giá chất lượng móng 3C sau khi đã thi côn». Trong đổ. chi dé cập đến các CÒIIÍỈ nsihệ mới để đánh giá chất rợng inóntí cọc trong giai doạn thi cỏnii và sau khi thi còng xong. Khái niệm “công íhệ mới” ứ dây dược hiểu là nhữiiíz cóim Iishệ liên tiến trên thế giới đã áp dụng ở nước . trong nhĩniỉỉ nãm 0,9 Rất tốt 0,7 M),9 Tốt 0,55 - 0,70; ( K - 0,595) Đạl yôu cầu < 11,53 Xau ở đây ; s c, = ^ còn gọi là hệ số biếii động, iheo quy phạm Liên Xô cũ thì c, = 13,5% tươn X ứng với đạt yêu cầu, Q s; 6% là mức tốt và Q =: 3 -H 4% là mức rất tốt. Khi sử dụng các phương pháp phân tích truyền sóng ứng suất trong thân cọc để đán giá chất lượng, người ta dựa trên khái niệm tiỏ kháng cơ học. Trở kháng cơ học z là đại lượng được xác định theo biểu thức sau: EA z =c(1- E - Mô đun đàn hồi vật liệu tỉián cọc A - Diện tích tiết diện ngang thân cọc c - Tốc độ truyền sóng ứng suất dọc thân cọc c là hằng số đối với mỗi loại vật liệu thân coc, có thể đo trực tiếp từng cọc hoặc t theo bảng cho sẵn. Nó cũng chính là tốc độ rruyến sóng âm trong vật liệu thân cọc. Theo kết quả phân tích truyền sóng (hay còn gọi là phân tích phương trình sóng) có được sự biến thiên trở kháng cơ học dọc theo độ sâu. Trong ASTM của Mỹ đưa ra tiêu chuẩn đánh giá mức độ khuyết tật thân cọc như sau : (ỈỌI ị3 là hệ số mức độ neuyên vẹn và được xác định theo công thức sau ; z(1-5) z ở đây : z, - Trở kháng cơ học cúa cọc tại tiết diện i z - Trở kháne cơ học theo thiết kế Bảng 1.2, Đrính giá chát lượng cọc íheo hệ sỏ mức độ nguyên vẹn p (ASTM - 1989) Hệ số p Tiiih trạng cọc 1.0 Nguyên vẹn 0 , 8 - 1.0 Khuyết tật r.hẹ 0,6 ^ 0,8 Có khuyết tật Dưới 0,6 Gẫy (^ác phưcmg pháp thử độrm biên dạng lớn PDA, thử động biến dạng nhỏ PIT, rung trở kháng cơ học đều sử dụng phirưng pháp và thang đánh giá nêu ở trên để đánh giá chất lượng cọc. h) Sức chịu tải của cọc đơn Đây là thông số quan trọng nhâì đối với mộl cọc dưn sau khi thi công xong. Nếu yếu tố độ đồng nhất là đảm bảo cho cọc làm việc như một kết cấu nguyên vẹn để truyền lực từ công trình xuống nền đất và đảm bảo tuổi thọ của cọc trong môi trường đất - nước - tiước ngầm, thì sức chịu tải chính là mức truyền tải mà cọc đó đảm bảo được. Sức chịu tải của cọc đofn được xác định từ hai điều kiện : theo vật liệu và theo đất nền. Nếu tính theo vật liệu thì căn cứ vào kết quả đánh giá độ đồng nhất của cọc như đã nêu ở mục trên có thể kể đến yếu tố chất lượng vật liệu thân cọc vào trong tính toán theo công thức sau : Q = Qv, x K , „ ( 1 - 6 ) ở đây ; Q - Sức chịu tải theo vật liệu của cọc (cho phép hoặc giới hạn) Qvi - Sức chịu tải của vậi iiệu lính theo độ bền vật liệu và kích thước hình học thiết kế Kd„ - Hệ số đồng nhất thu được Irong các thí nghiệm đánh giá độ đồng nhất (là ho loặc p như đã nêu ở trên) Nếu tính theo đất nền có ihế xác định Iheo niộl troiiíi hai phưoim pháp : tínli toái theo đất nền (bằng nhũìiiz cóim thức lÝ thu}él - ihực nshiệm khác nhau) lioặc xác địnl bằng thí nghiệm. Trong phạm vi của vàn đc nehiên cứu. ỏ' đây chi đề cập đến sức chịi tải dọc trục được xác định bằnc ihí nghiệm. Hiện nay, có ba nhóm phươim pháp thí imhiệm đe xác định sức chịu tải dọc irụ: cú cọc đơn : (ti) Thí nịịhiệm tĩnh ; • Nén tĩnh truyền thốníi • Thí nghiệm hộp tải trọiiíi Ostcrbcrc • Thí nghiệm cọc có 2ắn thiết bị (b) Thí nghiệm động : • Thử động Iruyền thốns và sử dụng các côníi thức động truyền thốiiị nh Gherxévanốp, Hiláy... • Thử động biến dạng lớn PDA, hay còn gọi là phân lích truyền sóng ứng suãt • Thử rung trở kháng cơ học (MlMP-15) (c) Thí nghiệm tĩnh cíộiìfị Sratìuinúc: Đặt tải động nhưng phân lích sự làm việc cứa hệ cọc - đất theo các đặc tnin; tĩn của đất. Trong các chưoTig sau sẽ (lề cập chi liết đèn các công nghệ PDA, Oslcrbecr \ Slalnamic; sẽ giới thiệu M1N'1Ỉ'-15 \a cọc cố can thiôl bi. CVtc còim nchc tniycn hôr như nén tĩnh và nhóm các eỏim lliức dộnti sẽ không tnnh bày vì clã được giớithic nhiều trong các sách giáo khoa và sách chiiycii cỉc khác. Khi xác định sức chịu tái bằng các plnronc, pliáp ihi nghiệm, một vẩn đe râlquí trọng là tiêu chuẩn phá lioại liay cụ thè hơn là dịnh nshĩa (quy Liớc) về irạnụ :hii pl hoại của cọc để xác định sức chịu tải giói liạii của cọc trên bicii đổ quan hệ lả: lọng chuyển vị mà các thí nghiệm thu duực. Trono thù' tái tĩnh truyền thống, niỏt piươi pháp tin cậy nhất và được dùiiu rộim rãi ỏ’ làì cá các mrớc. thì cũng đã có nhici ti( chuẩn phá hoại khác nhau nhii' Davisson, Koncincr, Mazurkcvich... hav các liêu hu: trong quy phạm của Canada. Liên Xô cũ, Truns Quốc... Do mỗi tiêu chuẩn phi ho phù hợp với một quy trình chất tái và điều kiện dất nền nhấl định nên trone "CX 205:1998 “Tiêu chuẩn thiết kc móng cọc” cũng dã đua ra một số tiêu chuẩn ph; hc khác nhau để người kỹ sư lựa chọn. Các cỏnc nchệ mới thí Iiíihiộm sức chịu lai ':iu cc người ta cũng dùng những ticu chuấn phá hoại khác nhau như : trone PDA sử d ạriỉ ti( chuẩn Davisson, trong Osierbcrg sứ dụng hai licLi chiiấn phá hoại khác nhau, 'Jệ: lậ cho sức chống mũi giới han và ma sái thành bèn eiói hạn ... Vì vậy khi áp cỉụi!: c phương pháp thí nghiệm khác nhau, cán pliái nãm vữiio các licii chuán phá hoại đĩ đư dùng trong phương pháp dó dế sử duiis phù họp \ (Vi dicLi kiện làm việc của cọcđai nghiên cứu. sức chịu tải cho phép của cọc CỈƠII được xác định theo công thức sau : " F„ Q)^f - Sức chịu tải cho phép của cọc đơn (1-7) Qgi, - Sức chịu tải giới hạn của cọc đơn hay sức chịu tải ứng với điểm phá hoại quy ước trèn đường quan hệ tải Irọng - chuyển vị. F'„, - Hệ sô' an toàn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố Iihư ; cọc, đất nền, tầm quan trọng của cống trình, phương pháp chịu tải... Thưòfng R,, có giá trị từ 1,5 3,0. Ngay trên một còng trình cụ thế, khi Qgh được xác định từ các phương pháp thí nghiệm khác nhau thì cũng nên lấy các F„ khác nhau. Tất nhiên, những phương pháp thí nghiệm có độ tin cậy cao, các tiêu chuẩn phá hoại lấy thiên về an toàn hơn thì F^J lấy nhỏ và ngược lại. Nếu thí nghiệm trong giai đoạn sơ bộ thì nên lấy cao hơn, nếu trong giai đoạn thi công đại trà, công nghệ đã ổn định thì lấy Fa, nhỏ hơn. Việc quyết định trị số cụ thể của F^, phụ thuộc vào trình độ chuyên môn của kỹ sư tư vấn, yêu cầu của chủ đầu tư..., theo nguyên tắc an loàn cho móng cọc với chi phí xây dựng thấp nhất. 3. ỌUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG MÓNG c ọ c ('ông tác quản lý chất lượng móng cọc chủ yếu dựa vào nhữiig yêu cầu kỹ thuật đã Jược (ĩề ra trong hổ sơ thiết kế và hồ sơ mời thầu. Nhà thầu cần soạn thảo một chương ;rìnli chi tiết để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật do hổ sơ mời thầu đề ra kèm theo các bước kiểm tra đánh giá và công nghệ kiểm tra đánh giá cần thiết cùng với các tiêu :huẩn kỹ thuật sẽ được áp dụng. Ngoài những yêu cầu chung như một bộ phận kết cấu Kầy dimg thông thường, m óng cọc còn có các đặc thù riêng như : - Mức quan trọng về kỳ thuật cũng như chi phí trong công trình; - Là bộ phận khuất, khó tiếp cận trực tiếp để kiểm tra và rất khó sửa chữa, thay thế; - Công nghệ thi công phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khách quan: địa ;hâì, thiên nhiên, năng lưọỉng... iTico phương pháp thi công có thể chia ra nhiều loại cọc; cọc đóng, cọc ép, cọc đóng rong lỗ khoan trước, cọc xoắn, cọc khoan nhồi, cọc Bê-nôt-tô... Dưới góc độ quản lý :hâì lượng, ở đây tạm xét theo 2 nhóm : cọc đóng và cọc khoan nhồi. 3.1. Đối với cọc đóng (a) Trình tự thi cóng: - Chế t ạ o ; - Vận chuyển ; - Đóng cọc ; - ITii công phần đài, mũ ... bên trên. ( b ) N ộ i Ì Ỉ H Ì V ^ C / I i á n / v ( h i ; ! + Chè tạo : • Vật liệu : phưưiiii Ị'-ha|'i !l',i lìLihicin, các dac liiniL" k\ lliuạt... • C ó n s n e h ệ c h é t ạ o : ph.íc I1'J i^liíiỊi. tliiói bị. c á c phu'()'im p h á p k i ế m I r a d á n h g i á • Các chí liêu cliàì liroii!.; cua COL i!à clìó lạo xonti : kích lliước hình học, các dậ( tr m m đ ộ b ền. c á c l i p b.ii' \ 0. c.i; clii IÌL'1 k è m ihcd... + Vân ch u yến : phironi: ỊT:i;;p \an jhii\ón, các íiiám sái cliat lượiig trong tiiai đoai vận chuyến. + Đónc cọc : • K i ế m tra lý lịch c o c \ à lììili Iiaiiii coc tiu'ó'c khi đ ó n g ; • Tliiết bị đóim cọc : liiin ỉraiit: ihiél hị (kỹ lliuạL an loàn, lính năng), sự làm việ cùa quả búa, dộ Ihăiie duìm imliiénỉ: cua ^iá. dậm búa, dệm dáu cọc. cá ihiết bị phụ Irợnhư xoi nuớc, uiá (lan. íỉiá liirớna ... • Côiiíĩ tác dinh \'i : u>a tỉo. (.ao (lo. (ló Iitihióiiii; • C á c thiết bị k ic n i irii Iiliu' tỉo (lo eliỏi dàii liói ktii tliứ d ộ n g , b ộ thiết 1)! PIX (các đấu do. niá} ...) kl.i lỉur doiiLi hÌL'iì dạiìu !ỏ'n; • C á c số liệ u u h i ch ép l:ip lio sơ ih i co im cọc. + I1ii còim phần lim ; '\('i vluii!^ main .s;ii nhu' cloi VOI LấL kèl câu bẽn ticn. 3.2. Đối vói coc khoan nhoi (ci) Trình tự tìii roiv^ : - C hế lao lồna ihép v.ì \à)i clìiiwii tlcn lUii lỉii cóim ; - T ạ o lỗ và đ ả m b á o d o ổn (.ỈỊiili. kiiôim can lăng; - Đổ bê tôim thân coc; - Tiến hànỈT các kiếm \r:\ ch;ìl liioni: Ihãii coc; - Thi côn g phần bên trên dầu coc. ( ì ) ) N ộ i C Ỉ I I I Ì ^ ( Ị i i í i ì ì / v r l i í í i : + C hế tạo lồ n s còì thóp \ à \ aii clni\ ÓIÌ : • V â l l i ệ u : c h ứ n a c h i , p l u i O ì i i i p h ; Ì Ị ' i I h í i m h i ê n i . c á c d ặ c I r i n m k ỹ t h u ậ t ; • Công imhè gia cỏi)u. cho 1;k) ; phuOìii: ịìháp, ihiẽi bi, các phiíơng pháp kiòm 1 đánh giá; Các phụ kiện kciri llico Iilui' ỏiia chóii >aii. các ihiêt bị do dạc kiếm tra chỏn sái chứns; chi, phưoìiL; I^liáp lap tỉãl. các lncii pháp biici \ ệ.... 10 • V ậ n c h u y ế n v à l á p ( iư im \ à o lõ c o c : phiiXTim p l i á p \'à t h i ế t b ị v ậ n c h u y ể n , c á c c i á n i s á l c h â ì lirợ ní: Iroiiíi líiai d o ạ i i v ậ n c l i u x é i i . pliu'c)'im p h á p l ắ p d ự n g l ồ i i s c ô ì thép vào lổ cọc. Biộn pháp uiữ c ố địiili lổnu cót lliép trons quá trình đố bê tôns. + Tạo lỗ cọc : • Công lác dịnh vị : lọa dó. cao dộ, độ neliiẽim; • Thicì bị khoan lạo lò : chúìi” chi. lình Irạim thièì hị làm việc Troníỉ một chu trình kín khi khoan lạo ló cọc, Đạc biẹi lưu ý déìi ihicì bị do độ nghiêne cần khoan (độ Iisĩhicne lỗ khoan), số ónn \'ách \à cliicLi dài các ónu vách cố định hoặc lạm thời, cá c t liic ì bị k ic rn tra -lự ổn dịnh ih àn h \'ách \'à độ lã iii; cặn c iia đ á y h ố đào. K iể m Ira độ sâu hố dào; • c ỏ im lác lấp dựim \'à tiÌLÌ co (liiih lồim CÒI tliep •+ C ô i m tác d ổ bê t ỏ n a : • V ật liệu bê lỏni: : chứnti chí, phiKTim pháp tlií Iiụhiệin c á c đ ặ c tr ưng k ỹ thuật, hàm lượng phụ gia, • Còiiíỉ n g li ệ đ ổ : thòi ưiaii vàii c h u \ è n , thicì bị \'ận c h u y ế n , b ơ m b c l ô n g , ố n g treini và các phụ kiẹii chu yéu. >:iáni sát khối iirọnu bê tôn<ỉ đã đố và độ dâng cao bẽ tôim troim lỗ cọc. (ỉiáiii sál các sự cố troim C|uá IIìiih dố bè tồng, iheo dõi tình irạnu lổim ihéị') ironu klii (lổ bc lonu. Ncu tlùiii: duníi dịcli sét (hoậc lioá phàm khác) (Ic ổn dịnh Ihànli lỗ cọc thì cần phái quán lý châì liiựníi (luiií: dịch Iiày vc các Iiiại : • C hè' lạ o d u n g d ị c h clạt chi ticu k ỹ Ihuạl đ ã dổ ra; • Điều chinh dung dịch (iiiậl (lộ \’à tlô nlió'1...) ilico điồu kiện địa chất còng trình - địa châì thuv văn và cõim imliè llii côim cụ thc; • Thu liồi, làm siàu và sư (lụng lai diiim dịch; • Hệ thống ihiết bị đế kiếm tia ciiáì hroiiíi duiii: dịch tại liiện trường. + T iế n h àn h cá c k ic m ira ch âì lu'0'ní! th;ìn coc : • K iế m Ira c h ấ l lượim bé tóiit: băim các p hiiư ng pháp phá h o ại : N é n m ẫ u , kho an lấy lõi... • Kiểm ira chất lượng bé lỏng băng các pliưoìm pháp không phá hoại NDT : Phương pháp tliử động biến dạng nho PIT; Phưoìm pháp lliử động biến dạng lóĩi PDA; Phưưiig pháp truyền siêu àm qua ống; Phưoìm pháp lia uamma xác định mật độ + Thi công phần bẽn Ircii dau cọc : • Phá bỏ phần bê lòim xâu dốii cao trình iliiêì kế hoặc cao trình bê tống đạt chất lưọim thiết kế • Các phần còn lại giám sát nlìLi dối vói các kcì cấu bên Irên 11 Những khuyết tật thưbìig gặip tron J thi côn.u cọc khoan nhồi cho ở bảng sau: Bảng 1.3. Các kh uyết tật í hường gặp ỏ cọc khoan nhồi. Phương ph áp xác định Thứ tựLoại hư hỏng NiĩU'yê:n nlìc.n Hư hòu2, mộl chỗ Hư hỏng nhiều chỗ 1 Sai vị trí và lệch tâm Định \ ị s:ai và ih-in cọc khòrm th;ẳn 2 Quan sát và đo đạc Quan sát và đo đạc 2 Đứt gẫy ở thân Thiél bị thi cốne va phai đi nhi cọc Thử bằng siêu âm hoặc "õ Kiểm tra bằng siêu âm hoạc gammã trong các ống chôn sẩn hoặc các lỗ khoan nằm ngoài lồng Ihép 3 Thân phình ra hoặc thắt lại Đi qua Viừne đất xốp Ph(5i hợp kiểm tra chất ỉượHíĩ bằng quan sát vói rnôt hoăc tổ hơp các phương pháp NDT thường dùng Như mục 2 4 Có hane hốc Do khoan qua cát Irong nưức klỉôỉi^aSam vách ho:ặc dtiiìu (luiig dicl-ì 5 Mũi cọc xốp Do vách lớ ỉioiic khỏim SÌÌLỈI lioiin toàn đáv Như mục 3 Như mục 2 Phối hợp kiểm tra chất luọng baiig LỊuaii sál với kiểm tra siêu âm lioặc ganima trong các ống qua đáy cọc 6 Thấu kính cát nằm ngang 7 Hư hỏng ngoài lồng thép 8 Rỗ tổ ong hoặc mất \ữa hoặc tạo thành hang trong bê tỏng Do ống đổ bc ÍÔIIÍ^ bị rừi khói bé lòim Do độ sụt của bê ÍÔMÍĨ thấp hoặc cốt ihép quá dày Do krợi)cT iixỵỳQ không cản bằng hoặc đổ bê tỏn.g trực tiếp vào nước Như mục 3 Như mục 2 Nliư mục 3 Kiểm tra chất lượng bằng quan sát kết hợp siêu âm hoặc gainm^ trong các ống hoặc các lỗ khoan nằư ngoài lổng thép Như mục 3 Như mục 2 9 Lẫn các mảnh vụn ■ ị 12 Do khôns; :àm sạch tốt Đo cẩn thận khối lượng bê tông cộng với như mục 3 Đo cẩn thận khối lượng bê tông cộng với như mục 2 Việc lựa chọn phưoìig pháp kiểm tra cần dựa trên sự phân tích hợp lý các yếu tố có thể ánh hưởng đến chất lượng thi công và tầm quan trọng của công trình, cũng như chất lượng cọc. Trong “Sổ tay cọc khoan nhồi” của Q ic Đường bộ Liên bang Mỹ năm 1988, đã chi’ dẫn việc lựa chọn các phương pháp kiểm tra theo 11 điểm sau: Bảng 1.4.Thang điểm sử dụng đê xác định mức độ kiểm tra chất lượng thân cọc* Thứ Mô tả hệ sốĐánh giá độ rủi ro Trọng tự 1 2 3 số 1 Giá trị hợp đồng móng (10*USD) 0,25 0,25-1,0 1,0 1,0 2 Kinh nghiệm và thiết bị của nhà thầu tốt trung bình yếu 1,5 3 Mức độ hiểu biết về điều kiện đất (qua t liảo sát) và trình độ kinh nghiệm cùa thanh tra địa kỹ thuật cao trung bình thấp 1,5 4 Klió khăiì và sự phức tạp của thi công Thấp Trung bình Cao 1,5 5 Tính dự báo được (độ đồng nhất) của các điểu kiện đất Cao Trung bình Thấp 1,5 6 Điéu kiện thiết kế (kể đến cơ chế sức kháng của cọc) Ma sát Hỗn hợp Cọc chống 1,0 7 Phương pháp thi công Khô Có ống vách 1,0 (đề lại) Có ống vách 0,5 (nít lên) Có dùng dung 1.5 dịch và có ống vách tạm. Có dùng dung 2.5 dịch không có ống vách tạm 8 Loại tải trọng Dọc trục Dọc trục nghiêng Ngang 3,0 9 Độ dài chất tải Tải trọng di động tác động ngắn không va đập hoặc thấp 10 Mức ứng suất theo tỷ lệ so với ứng Va đập hoặc động Thời hạn dài (tĩnh tải) 1,0 suất lớn nhất cho phép. [0,03]xl,2 [0,67]xl,2 [1,0x1,2]** 1,0 11 Mức rui ro cho đời sống hoặc thảm hoạ kinh tế nếu hư hỏng xẩy ra trong thời hạn phục vụ kết cấu Thấp Trung bình Cao 2,0 13 Chú ý : Cộiii’ từ niiic I (iớn / Vi'/ lìliiiii vt/i! Ị/r /fi '(<; , r.iv' / / . //('»■ - > ố ( 9 ( / / } / ; ” T í '/ / c ì í ! c á c k i ứ n i n \ i I / ; w / h í o V ' ^ i l i o ỉ ự k í “ ‘ i ' h í :.I ! i H i h i c ú c k i é i i i t r a \ I ) Í / O t ì i i , c à d ặ t S c h l l ú c n ) ì ^ l l l ữ l ỉ ĩ ( l ò ì - 42-^60 kiớiìi tra chííl ỈII'ỌÌIỊ ,'iiiíứii;^ iỌii;^ :i: /! \PI' - < 42 i lìi kiènì tra chút liíựi :J, ỉlh'iir^ lììiíiíiì * D â \ c h ỉ l à k h i i v é i i I i í ^ l i ị . i / i t i C i i i i i ì i ( / } / i \ ; ,■>/; 7 i l m ■'< V ú ' ■ k ■' '•II' ỉ h n ' 1 k í ' r ó t r á i l i n h ì C U I . hệ sỏ 1.2 kh i clùri; ốiỉ'j. Vih-ịĩ ^nl' lụi, T r o n g b á n íỉ n à y , y ế u lổ d áu t ic ii là u iá Ii'ị 1'LUI hoỊi d n iii: ih i co im n iỏ n ụ , đ irơ n c n h ic i "iá Irị họp đồng càns lớn. !hì càiie phai CỊIUII'. lam iihióii hon ticn châì lượna. trọnc sc lấy theo sự khác biệt íiiĩra ho'p cỉoim IÓ'I1 nhãl \;'i ln)!-! doii” Iiho nlial chia ih co ha cáp dỏ. Yếu tố ihứ hai, là kinh liuhicm \'à kha iiiiiiL; lliic! hi cua nhii ihaii.Tất Iihièti niức đ( mạo hiếm càng nhỏ khi dùiìii Iihà thầu có niiiẽu kinh Iiiiliiộin \ a iraníi bị lốt. Y ế u lố thứ ba, là n u íc dỏ Itiếii liict vc dicu k ióii (l;ìì IICII \ ii nii'()'c n e ầ m , c ũ n g nliir kinl ngh iệm của kv sư địa kỹ ihual íJa\' là \c u io kh:t 'nien nhicii khi ihi cõ n ỵ cọ c khoai nhồi. Y ế u lô ih ứ tư, là k h ó k h a n \ ; i su' phức tạỊT cu a du' ;iii, \ í dụ Iilui' clộ sâu d ặ c biệt cứ cọc hoặc các diều kiện làm \ iẹc h;Vl lợi. Y ế u tố Ihứ n ă m , là tính ciư b:ì() eua các clióii kicn (láì IICII. Các yc'u lố ba, liốn và nãr liên quan đến đicu kiệu en' h:in 'ai;i d;íl 11C11, r;!l a ' y n;::hi;i v;i ;U!Ỉ1 !uro'ng dÍMi quá Irìn ihi công cọc khoan nliồi. Do cló Iiuưòi la dã sư diiii;! 111('1 irọim số i;;u) liưn cho cá ba yc lố này so với yếu tố giá li ị hop đỏiiu (1,5 và I .U) Yếu tố ihứ sáu, là điểu kicii ihicl kc tiíiy luíi cliíiih \;ìc luvn là co' chế chịu tái Irọn của cọc. Đ iều này c ó nalila là Ihàn cọc sc cliỊu I;ii Ixìiìi: ma s.íl, sii'c chỏìm mũi hoặc c hai. T hông thường việc kiéin Ira cliâì krợiiu dối V(VI cọc cliỏìm \Ì ‘U cấu cao hơn so V( cọc ma sát do mức sửdụnu ứnu suãì cho phép cao lioii và dòi hoi làm sạcli mũi cọc cẩ thận hơn. Tuy nhiên, Irọiii: số tlìãi-) nó'u ảnli hirơiiu cua dicu kiẹn Ihiết k ế khóiiíĩ phái I yếu tố cơ bán. Yếu tố thứ 7, là phirơim pháp thi cónii vói bốn phirơim pháp khác nhau. Phươim phá ít có khả năng gày khuycì ỉât và uo dó Í1 dòi !k)Ì kỹ ihuài kicin tra độ n gu yên vẹn, âĩ biệt là phưoĩig pháp ihi còne kb.ỏ (cổ ỏim vách de lai khi cán thièì phái có ống vách) c p hư ơ ng p h á p n à y sử d ụ im iro im C.icu k iệ n d áì lò ì \à íl co kh a năim u â y ra sự cố . T iẽ theo là phương pháp ốns václi, ón ’ \ ách sẽ rút Icii sau khi đổ bê lónti. Các phưong phc' có khả năng gây ra khuyêì lậl lóV; là hai phuơim pháp \'ũ'a SCI, (một phương pháp dùr ốn g vách tạm thời và phiroìie pliá-^ ihứ hai là kliòiii: dìini: óim \ách tạm Ihời). PhưoT pháp dùng vữa sét kh ổn g có ỏìm v'ácii tạm thời (.lẻ \á v ra sự có (lo có n gu y cơ lớn tí nên hang hốc và rỗ Irong bc lông 14 Yéu to Ihứ X và 9 là loại tai Irọim và ihời gian chất tái, gồm lái Irọng ngang và tái trọiiti diii h;in chrơc xcni là ncuy hicni hơn so \'ó'i lài irọng dọc trục và các hoạt tải ngắn han. Chãi lai clìLi kỳ thrợc xcni tà truiiíz bình ỉíiữa hai điều kiện chất tải tĩnh và động, nhung thực lố là im uv h iếm ncu xcl dcn cà trọng số. Các ycii lố 10 \ à I 1 có llic xcni là có V Iiuhĩa nhất dế xét đến việc cần phái dùng các phu'0'ns pliáp llií naliièm (lọ riiiuycn vẹn dặc biệl. Chúim bao gồm tỷ sô của ứim suất Ihirt kế lay llico ứnu siiáì cho pliép ló'n Iiháì và mức độ nuLiy hicm cho cuộc sông con neuòi lioiic ihiệl iiại lứn vổ kinli té nêu xay ra Ịiliá hoại. Rõ ràim là nếu ứng suất thiết kế d ã i Z á n v ó i 1Ó'IÌ I i l ì ã ì c l i o p l i c p i h ì c h i i n ộ l k h u v c ì l ậ t n l i ỏ c ó i h ể s â y r a s ự c ố . Đ i ề u n à y , còn trư ncii imu\ hicni hơn nêu thiệi liại \'ề línli mạim con người khi xẩy ra phá hoại. Đế ke (tốn inol cách dầy du anii liưo'im CIUI các yé'u tò' 10 và 1 1, imười ta đã đề nshị sử ciụim cách tíiili sau : tínỉi các mục từ 1 đc’n 9 rói cộnu !ạị. Lấy tống số này nhân với mục 10. rói nhíiii lièp vứi hệ số niức dọ imuy liÌL'm là 1, 2 ỉioậc 3 tuỳ ihuộc vào sự mất mát về línlt inanu là iiliicLi khá nãni: khỏiii: xây ra, có thii x;')y ra nhuìm khôn" chắc chán, hoặc ciiàc chắn xây ra phá hoai. Đối vứi các cỏim Irình cãii. vếu tô mạo hiếm nhất được áp (Iuiií: cho các coc khoan nliỏi d()'ii dữ Irụ, vcu lỏ mạo hicni iruim bình áp dụng cho các Iru C(’) nhicu cọc và yéu tỏ mạo hiC'in tliâp nhâl clùim cho các m ô có nhiều cọc. Đe minh hoa cho cách sử dụne báim Ircii, diiứi dây liình bày hai Irườno họp để so sáiili riưò'nỊi hop A. là niộl cấu nho Irèn dưừnu cao lóe. có dầy dủ các lài liệu kháo sát đất, ilict) kcl L|ii;i lính loán cln) tliấy kliôim cần các ihí imhiệm NDT. l'iiy nhiên, dó là khi mức liim siial lliiẽì ké chí là 0.67 và lâv hộ số mạo hiêm trun<> bình. Nếu kết cấu này cấn su duiiii dcn hộ số an loàn lối tla là 3 và các cọc dược thiết k ế đc'n mức ứng siuit cho phép thì chi sỏ línli loán ciiối cùim sẽ dòi liói phái dùng một số ihí nghiệm Ní )1' trôn bc mạt. 'lìont; tmùnu liợp B, trìnli bày niộl cầu trên sỏim có nhịp lớn, các chi số đánh giá độ miK) lìicni ihii'0'im được chọii lổn ho'n. và chí số lóim CỘIIÍĨ cuối cùng sỗ lớn hơn rất nhiổii. Đòi vói điểu kiện dât dã chọn các chi sô niao hicni ló'n nhất do điều kiện sóng lliay dổi lớn. 'ĩhí dụ này. dã iiiá ihièì kv sư uiáni sát íl có kinh nghiệm trong việc ihi côiií: cọc khoan nhồi ớ đicLi kiộii Liứt. Ví dụ này cho Ihấy ánh hưỏìiíĩ của sự thay đổi trong tliièì kế và ihi c ồ n s dối vói kcì cỊuả (ínli toán. V í dụ, nếu dùim ống vách bỏ lại trên SLIOI c h i é u lià i c ọ c thì c h í s ố c u ố i c ì i i m l í n h đu'ọ'c sẽ Ih ấ p h o ìi m ứ c đ ò i h ỏ i p h ả i đ ặt c á c ÓIIII tham (iò, niãc dù vẫn uiá ihiốt thi còim irớt. Nêu khône dùns ốim vách bò lai, thì nmi'òi ihièì kố troiiíi ví dụ này CĨIIIS có thế loại bo sự cần ihiếl phai đặl các ống thăm dò băim cách iZÌáni mức ứn" suất ihiốt kế 1Ó'I1 nhất XLiốim 0,4. Lưu ý rằng, có thể ííây ra hiệu quà tirưiiẹ fự bằiiíi cách lãnu chất lu'ọ'im (Irình clộ) cúa kỹ sư tư vấn eiám sát và th;iv mức niạo hicm lừ lớn nhất xuốnu nhò nliàì. 15 Bảng 1.5, Ví dụ tính toán Trường hợp A IVườne hợp B Cầu nhỏ thông thường trong đất dính được khảo sát tốt. No Ra T Các trụ cầu írên S Ô IIÍĨ nhịp lớn có một hoặc hai cọc troníỊ đất alluvi biến động Ra F T 1.0 1,0 1.0 2,0 1,5 3,0 3.0 ,0 2,0 1,5 3,0 3,0 2,0 1,5 1,0 1,5 3,0 1,5 3,0 1,5 3.0 1,5 3,0 4,5 1,0 1,5 1,5 3,0 1.5 4,5 2,0 1,0 1,0 1,5 2,0 1,5 3,0 3,0 ,5 ,0 4,5 3,0 *(2,0 3,0 1,0) 10 1,0 ,0 1,0 3,0 1.0 1,0 15,5 1,2 X (mức ứng suất 0,67) X 15,5= 12,36 3^ơ_ 3,0 1,2 x 0,67 x 37,5 = 30,1 *(0 67v?t) <ĩ=Ịt) Xì ,0 ,0 3,0 3,0 37,5 *(29,5) 11 (Mức rủi ro 2) X 12,36 = 24,7 3 x 3 0 ,l= ‘}0,3 *(3 X 19,80 = 59,4) Không đòi hỏi NDT Không dùng ống vách bỏ lài, đòi hỏi các ống chôn sẵn. Tuy nhiên nếu dùng cả hai mức ứng * Có ông vách bỏ lại,các NDT bề mật ìì suất là 1,0 và dùng hệ số mạo hiểm tối đủ. '*!•'“ í Nếu bỏ ếng vách và mức ứng su í đ ín 55,6 và cân đ ín NDT, Sau dó có thể l ự 5 , ; “" bỏ NDT níu giảm nhẹ ứng suít Ihiít kế ^1,; ^ RA = Đánh giá mức mạo hiểm F = Trọng số. T = Tổng cộng Để giúp người kỹ sư ra các quyết định phù hợp người ta đã xây dựng sơ đồ quy« đinh như sau: 16 17 4 . MỨC ĐỘ CÔNG TÁC KIỂM t r a c h Ất LllỢNG Đối với cọc đóng khối lượnc côim tác kieni tra dã được quy định rõ ràng trong các tiêu chuẩn thi cô n g và n gh iệm thu, nói chung khỏiiíỉ sử dung iihicLi các cô n g nghệ kiểm tra đặc biệt. Đối với cọc khoan nhồi, trorm TCXD 206 : 199X “Cọc khoan nhồi - yêu cầu về chất lượng thi công” đã quy định khối lượng kiểm tra tối thiếu như sau : Bảng 1.6. Khối lượng kiếm tra bê tỏng thán cọc Thỏng số kiểm tra Phươaií pháp kiểm tra Tý lệ kiểm tra tối thiểu, % Sự nguyên vẹn của thân cọc Độ mở rộng hoặc độ ngàm của míii cọc vào đá Cường độ bê lông thân cọc Chú ý : - So sánh thể tích bê tông đỏ vào lồ cọc với thế tích hình học của cọc - Khoan lấy lõi - Siêu âm, tán xa gamma có đãt ống trước ■ - Phưưng pháp biến dạiìg nhỏ (PIT, MIM), quan sát khuyết tậl qua ống Iđy lõi bằng camera vô tuyến - Phương pháp biến dạng lớn PDA Khoan đườiig kính nhỏ (36 ĩnm) ớ vùng mở rộng đáy hoặc xuyên quii mũi cọc - Thí nshiệin ìnẫu lik đổ bê tỏng ■ Thí nchiộm trên lõi bê tôníi lúc khoan - Theo tốc độ khoan (khoan tliổi khỏng lấy lõiì - Súng bạt nấy hoặc siêu âm dối với bê tông ở đầu cọc 100 1 ^ 2% phươiig pháp khác 10 ^ 25% phương pháp khác > 50 4% và không ít hơn 5 cọc 2 ^ 3 cọc lúc làm thử hoặc theo bảng 1.7 'rhco vêu cầu của giám sát /. Thôn^ thường cưn kết lìỢp ĩừ 2 ỊihươiìíỊ pháp khác nhau ỉrỏ lên dể ỉiến hành so súnh chí một ĩhônịỊ s ố kiểm tra nêu à bdỉii> ỉìàv. Khi cọc có LỈD > ĨO tlìỉ phương pháp kiểm (ra qua ốriị đặt sẵn s ẽ là chủ yếu (L - rhiéỉi dùi, D - đirờn^ kíỉilì); 2. Lớp hẻ ĩông hảo vệ, đườììị> kinh cọc vù hình dan^ hề ỉì%oùì ảui cốt thép có th ể kiểm tra i chỗ âầu cọc, khi đã loại hỏ lớp hê ĩôỉìiị cận ở phía ĩỉêỉì cot đầii cọc Đối với những công trình có số lượng cọc trong mỗi móng ít, tải trọng truyền 1< móng lớn, kết cấu bên trên nhậy cảm cao với độ lún không đều như các trụ cầu, mór tháp cao... yêu cầu tỷ lệ kiểm tra cao hơn. Trong tiêu chuẩn Pháp đã đưa ra quy địi như sau : 18 Bảng 1.7. Quy định tỷ lệ % cọc cần đặt sẵn ống và kiểm tra đối với còng trình giao thòng (DTU 13.2, P1 - 212.9 - 1992, Pháp) (N - cổng số cọc thi CÔIIÍĨ, n - số cọc trong một móng trụ) 1 n < 4 n > 4 Cácli thức tiếp nhận N Số lưẹmg ống đặt sẵn Số lượníỉ cọc kiểm tra Số lưọTig ống đặt sẵn Sô' lượng cọc kiểm tra lực của cọc Các ông 50/60 Ống 102/114 Tliãm dù ihàn cọc NDT K hoan liíỵ lõi tại mũi cọc Các ống 50/60 Ống 102/114 Thâm dò thân cọc NDT Khoan lấy lõi tại mũi cọc Chỉ có ma sát cục bộ Ma sát cục bộ và mũi cọc Cliỉ có mũi cọc <50 100 0 100 0 100 0 50-100 0 > 50 100 0 100 1 50+100 0 50^100 0 <50 100 >50 100 30 100 >30 50^100 >20 > 50 100 > 30 5(>^I(X) 20 50^100 >20 50-100 > 10 <50 100 100 100 5(W-1(X) 100 50^100 50-100 >30 >50 100 50:100 50; ItX) > 30 50;1(X) - 3 0 ... 50:100 >20 Năm 1993, Cục Đường bộ Liên bang Mỹ đã có một chưcmg trình nghiên cứu về công ỉc thi công cọc khoan nhồi cho móng cầu và dã đưa ra các kiến nghị như sau : Bảng 1-8 Hiện nay, ở Việi Nam việc quy định khối hrợng công tác kiểm tra rất tuỳ tiện,không ăn cứ vào các yếu tố ảnh hưởng đến chất luọTig cọc như nêu trên, mà thường căn cứ ào chủ quan cuả người thiết kế hay chủ đầu tư. 19 Bàng 1.8 - Tổng 1” t ^ è r c - “hi S n g I ) "' Yêu cầu kicm tra chát lương bàng quan Mức írng suất Phản xạ mui rõ ràiiị; -Â .. K i n T Kr> m f ií Yêu cầu NDT bề mặt (thứ dộng truyền sóng) Không nứt gầy đána kể Yêu cầu đậl ống và ki âm iruycn q Dá . ,, , vi Dộ címg đủ' Ihiết kế lớn nhấi B F B i ----- --------- r F B <0,4 cọc đưn (chấp nhận yết tật thấp) nhìcu cọc (chấp nhận uyết lậi trung b'iiih) phự iỉ X X 1 thuộc vào X X X Ị dộ sâu phụ Xthuộc vào X X1 dô sâu 1 ' 1 ' ' ■')\\Ạ ii X X ô n h i c u cọc c h ắ Ị n h ậ n XỊ ilniộc vàoi X ỉ N ' uvct tật cao hon 4 và < o.xo 1 1 dò sâu 1 ii 1 XX rụ cọc đơn (chấp nhận huyêl lậl tháp) 1 \ V X X X X Xị A A i rụ nhiều cọc (chãp nhận huyêì lật irungbình) \ XXX ố nhiéu cọc chấp nhận huyél lật cao hơn 0 ,H cho mọi loại Chú ý : + C ọ í XXX X \ \ X X X X X X X. = I í'ỉi < tíM •••• - = Khônỉi \'èti <■'/" "" X X K X 5. CllUẤN ĐÁNH GIÁ CHẤT lAJƠN(i C'(X Đ c dánli íiiá cliãt liiợim cọc sau khi ihi CỎIIU XOIIÍI. ihône lluròim có các nhóm chuán đánh uiá vc các vãn dc sau: - Vậi liệu chế tạo cọc - Hìnli học cọc (kícli ihuức, \'ị Irí. dò imliiciií:. cao dỏ) - 'lìiổi lỉiọ - Khá năiiL; maim lái - Đ ộ Iiíiuyẽn vẹn kẽl cãu Trone 5 nlióni chuan irêii. 4 nhóm dấu dã clưoc nêu \à thao luận irona các tiêu chuấn và cá c s á c h ihani kh;’io khác. C á c liẽii cluuìn TCXI^ 2 05 \ à ' Ĩ C X D 2 0 6 - 1 9 9 8 đã nôu khá .lầy du. Tiiy nhiên, dôi với Iihóin tliứ 5 Iiìv là vc (lọ imuyêii vẹn còn chưa được đề cập .lèn troni: các licLi chiiàn iréii. Dirói dá\ sò loni: hơp các ihoim tin có liên quan đến vấn .lé này tìreác lài licu nirớc imoài dc ihani kluio. 5.1. Chuíín vè độ đỏníí nhát cua be ton;4. Xcin pháii 2 clurtynt’ này 5.2. C'hiian vè tro' kháiiị; CO' học. Xciiì iTliíiii 2 chu'()'ii” Iià\' 5.3. Chiuin vc độ cứnịỉ dộn’ỉii s ử ( l ụ n u p h ir o ìV ' p h á p hir động dc xác dịiih độ euìm (ỉộnu cua coe khi bị ntilii nuò’ là ciiất krợng kém đế so ;ánb \'ó'i yiá trị dộ cirne độni: liiiiii: bmh cu;i t;'n_ coc L'(' cùim cliicii dài và đu’ò'nc kính ớ ■ÌIIIII \'ị In' nuì đã biẽl là tõi. Nóu l\ so il(') (I.s.s ilìì COL dirợc cliáp nhạn (nchiệm ihu). ■Chi tính các giá Irị Iriing ỉiìiih Iiliir IICU o' Hvii Iigiiòi l;i loỊii hò các cọc tốt có độ cứns tộnt: VU'Ọ'1 quá 159Í giá trị iriinii hiiìh líiih (hi'(ìc (Ic Iránh ỉzộp Iihữnu c ọ c c ó bầu m ớ rộng I(i'n tiẽl d i ệ n tliiêt k ê ( l i i ệ n luxviig i h i à í i m \ ; i \ ra n liu n u k lió im á n h h ư ò ìm x ấ u đ ế n c h ấ t irợnu). PhươntỊ pháp này clii >ir cluDi: khi co kỹ SU' llií Iiiỉhiệin nhiổLi kinh nchiệm và iùng cùim một lliiết bị cliroc hiỌu chỉnh loi. 5.4.Một sỏ kien riỊ[ỉhi khác C ụ c Đirờiig b ộ Liên h a n g M ỹ còii clua i:i moi sỏ'kicn iiiiliỊ kliác n h ư sau : + Một cọc khoan nliổi (lirợc coi là tlal \cu cáu dê imhiệni ihu IICLI dổng thời có các !icu kiện sau: • Các kiêm U\1 lỉiõiiii lhLiònj: clio lliã\ la uVl, • Nêu Iroim ihí Iiiiliiệm llur dộiii: ( bión (.laiiii Iiho) cho Ihãy rõ ràim lín hiêu phán xạ lừ mũi cọc ihì hầu nhu' kluiNci I;ji iicu có cũnu klióim vượt quá 45-Ì-50 tiết diẹn imaim ciia cọc và coc kliõim bi diVi Liay. 21 • Nếu ứng suất thiết kế không vượt quá 40 % ứng suất lón nhất cho phép. Nếu ứng suất thiết kế nằm trong khoảng 40-^80 % úng suất lớn nhất cho phép, th cần thăm dò độ đồng nhất bằng các ống đật trước và khuyết tật không vượt quá 12^ 159; tiết diện ngang của cọc. Nếu ứng suất thiết kế vượt quá 80 % ứng suất lớn nhất cho phép, thì phải thực hiệi tất cả các biện pháp đánh giá chất lượng có thế có được. Ngoài ra, còn một số chuẩn khác được đề nghị cho phương pháp thử động biến dạn nhỏ như phương pháp cataloge hay chuẩn về tần số dao động... sẽ được trình bày chi tié hơn trong chương về phương pháp thử độns biến dạng nhỏ. 22 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM TRƯYỂN QUA ỐNG . NGUYÊN LÝ Cơ BẢN Siêu âm là dao động cơ học đàn hổi truyền đi troim môi Irưòng vật chất với tần số lao động từ 20 kHz trớ lên. Do lần số dao động cao, bước sóng ngắn nên trong kỹ Ihuậl đánh giá chất lượng vật iệu người la sử dụns: hai đặc tính cơ bản sau : - Tập trung năng lượng sóng vào một phạm vi nhỏ hẹp trên nguyên tắc tận dụng ác hiện tượng phản xa, khúc xạ, nhiễu xạ... Nếu gọi góc mở nhiễu xạ là a , nguồn ỉược phát qua khe hở L Ó kích thước là D, chiều dài bước sóng là X thì ta có quan hệ : ;m« = Ị 22^D Như vậy khi bước sórg càng ngắn thì góc mở àng nhỏ, năng Iưọng .àng tập trung hơn. Khi ruycn vào trong môi t, JÒfng bê tông sóng siêu ni có dạng hình chóp >>óc mở khuếch tán là a, hiền dài vùng truyền là p và một vùng biên hịu áp lực nén âm học ', (hình 2.1) 1,22À. , D- tĩD' sinOD AX AX Hình 2.1 : Phạnì vi trường sónị> siêu áni từ dầu phát vào môi triỉờiìiỊ - Do tập trung được năng lượng cao nên tạo ược hiên độ dao động 1Ó11 cho các hạt trong lôi trirÒTig có sóng siêu “im truyển qua. Khi sóng siêu âm truvền qua môi trường vật liệu bê lỏng được tạo thành từ nhiều ạt liệu thành phần như đá, sỏi, cát, xi măng... các hiện tượns phản xạ, khúc xạ, nhiễu ạ, khuyếch tán xẩy ra đồng thời và được đặc trưng bằng sự khuếch tán của nãng rợng và tốc độ truyền sóng trong trường hợp này phụ thuộc chủ yếu vào độ đồng íiất, mật độ... của vật liệu bê tông hay còn gọi chunc là chất lượng của vật liệu bê >ng. Vì vậy khi tiến hi'inh thu nhận sóng siêu âm sau khi đã được truyền qua một lạni vi nghiên cứu có thể đánh giá đuợc chất lưọìiíi của vật liệu bê tông trong phạm truy ền sóng siêu âm đó. 23 Các tham số sau đây đưực do cUic đe tiến liành nỵliiên cứu : • Tốc độ (hay ihòi HÌan) liLiycn sóng • Mức độ kliuccli tán Iiãim lưựim sióu ám tronsi mỏi irườim. • Độ tập trung sóim sau khi di qua inồi trườim. Tuy nhiôn do nlũnig hạn chế vổ kỹ ihiiật do siêu âm và cỊLia kinh nuliiệm Ihưc lõ nuười ta ihấy rằim chi cấn imhièn cứu vc tốc độ/ ihòi SÓII,^ (l>l Sóiì^ì; mặt. (( ) 'íroiiỊỉ mói íniờii\i (lóìì^^ nli(ít và (/(//;<; liii'ó'iii^. Nếu ở m òi trường vô hạn 3 chiéu của vật liệu đàn hổi lý iưoìig (đổim nliiít (lãn; hướng) thì sóng sicu ãm sâ y ra tại một điếm nào dó Ironu môi irirờim nói Ircn sc c< dạng sóng cđii (sphcrical vvave) như irình bày ơ liình 2.3(a) và troim vật liệu khôn; đồng nhất (non - h em ogeiiciiy) (ví dụ như bê tônt:) tliì sóim cẩu khòim có dan» đê xứne như irình bày ớ hình 2.3(b). 24 Hình 2.3: Sónsị sièỉi àì)i lììnlì cầu ĩroỉìíỊ ỉìiôi trường klìôni^ ^ÌUỈÌ lý tưởn<^ ía) và troỉìịị môi ĩnừyri^ klìôỉìíĩ dổỉìí^ ỉìììcíĩ (b) TỐC độ Iruyền sóng âm được xác định iheo quan hệ đon giản sau đây : T(2-2) Trong đó : L - Khoảng cách truyền âm giữa đầu phát và đầu thu t - Tỉiời gian để <âm truyền qua khoảng L Tỏc độ truyền sóng V phụ thuộc vào mô đun đàn hồi động Ej, mật độ của vật liệu bê ì>ng mà âm truyền qua. Tốc độ truyền sóng dọc, đàn hồi trong thiinh - lức trong môi trường đồng nhất đẳng ướng một chiều là : ^ 1,1 = (2-3) Trong môi trường 2 chiều ; (2-4) Trong môi trường 3 chiều : (2-5) Các biểu thức (2-3); (2-4) và (2-5) được dùng để xác định gần đúng tốc độ xung của 5ng siêu âm dọc trong vật liệu bê tông. Để tính vận tốc sóng ngang V , có thể dùng các công thức (2-3); (2-4) và (2-5) nhưng lay E^) bằníĩ (mô đun đàn hổi động khi cắt). (2-6) 25 Trong sóng mặt ta có quan hệ giũa V và lốc độ chuyển động của chất điểm c như sau ; Trong đó : ơ gọi là sóne ứng suất và pv gọi là trở kháng âm học, gọi tắt là âm trở của vật liệu và đặc trưng cho tùng vật liệu. Dưới đây cho giá trị âm trở một số thành phần của bê tông. Bảng 2.1. T rị sô âm trỏ m ột sô thành phần của bê tõng Tliành phần pv (gin‘-s'') Không khí 43,1 Nước 1,5 X 10' Gra-nit 7,5 X 10^ Thạch anh (quartz) 14,5 X 10' Thép 39,0 X 10' Vữa xi màng 4,0 X lO-"^ Bê tông (9-12) X 10’ Bảng 2.2 cho một số giá trị đặc trưng của sóng âm đàn hồi của bê tông và một vài vậ liệu xây dựng thông dụng Bảng 2.2. Trị số của sóng siêu âm ngang V , , dọc V, ,mô đun đàn hồi động Ej, G, và hệ sô Poisson động Vj của bê tòng và vật liệu Tên vật liệu Mật độ p (kg m ■’) V, (ms') Vl (ms') E, (MPa) G, (MPa) V., Bê tông 2300 2560 4430 36680 15000 0,26 Bê tông 2460 2830 4960 48270 19800 0,27 Ba dan 2702 2830 5930 69900 26800 0,31 Đá hoa cương 2660 3260 6450 73600 28200 0,31 Thạch cao 2260 2370 4790 36000 12700 0,34 Sành sứ 2400 3120 5340 58600 23810 0,23 Chì 11400 700 2160 16000 5800 Ơ.44 Thép 7800 3230 5850 204000 85500 0,28 Nhôm 2700 3080 6260 71000 26400 0,34 Chất dẻo trong suốt 1 180 1430 2730 5350 2420 0.35 h)Vận tố c x u n g Do các ưu điểm như đã nêu ở trên, nên trong kỹ thuật đánh giá chất lượng vật liệu h tông bằng siêu âm người ta hay dùng vận tốc xung. Khi sóng siêu âm truyền trong môi trường vật liệu bê tông (không hoàn toàn đàn hồ thì thế năng của nó không hoàn toàn chuyển thành động năng gây dao động cho các h: 26 của môi Irirờng mà bị suy lĩiám niột phần do nội ma sát ỉĩiữa các hạt và giữa cốt liệu với đá xi măng. Sự suy giảm này càĩiíỉ rõ ràn” khi són" siêu âm uặp các khuyết tậT như vết nứl. lỗ rỗng, khu vực độ dạc chác kém. Kết qua là sóns sicu âm sẽ dễ dàng xác định được đỉnh của chu kỳ dao độntỉ. Tuỳ theo loại vật liệu bê tông, yêu cầu của phép kiếm tra (khuyết tật do nút, độ đồng hay cường độ...) mà nmrời ta chọn t nhrít hay cường độ...) mà người ta chọn tliời oian truyén ám T hoặc vận tốc âm (hay Ị v) vói khoảng cách eiĩra đấu phát và ( xung V) vói khoảng cách giĩra đấu phát và đầu tliu L thuùns đã xác định trước. # ĩ a m # mW 3) ................ i _ ............... Sóim siêu am khòng tắt dần Xung cúa sỏim siêu âm trong môi trường đàn b)f - T p --------- hổi lý tưỏìiu Sóng sicLi áni lát dần trong môi trưòiig nội nia sál Hình 2.4 : Xiiỉỉịj siẻỊỉ àỉỉi T - CỈÌH kỳ sóìỉi^: 7^, - CỈÌU kỳ xuỉìíỉ: t - Khoang (Ịùi cùa ỉ xnn^; A - Biên độ (lao ổộnsị. 27 c) Phản xạ. khúc \ạ và nhiễu .Ví/ c ủ c i SÓIỈÍ> .siêu ủm trong hê tóng Nếu trong bô tông có vết núl, lỗ rỗng hoặc khuyết tật khác, mà thường trong đó có chứa đầy nước và không khí, thì khi sóng siêu âm gặp các mật phân cách ấy sẽ bị phán xạ, khúc xạ hoặc nhiẻu xạ và bị đối hưólig. Hệ số phản xạ được xác định theo công thức : p 2^2 -p .v , 2-7) p3V;+p,v, Trong dó : PiV, - Trở kháng âm học của môi irường 1 P2V2 - Trỏ' kháng àm học của môi irirừng 2 Hệ số phản xạ k có giá Irị lớn nhất ớ mặt phân cách khônc khí - bê lôníí vì trỏ’ kháng âm học của bê tông rất lớn so với trở kháng âm học cùa không khí (xem bang 2 . 10), c mặt phân cách nước - bê tông, k có giá trị 0,6 ^ 0 ,8. Hình 2.5 trình bày sự phản xạ và khúc xạ của SÓI12 sicu âm ỏ' mặt phàn cách: (a) Mặt phân cách do nín : phan xạ (b) Mặt phân cách không phẳim do nín : phiín xạ một phần và có các phươntỉ hỗn loạn. (c) Mặt phân cách hình cầu lioạc gần như hình cầu cùa khuycl tậl : phán xạ hoàn loàn. (d) Khuyết tật có dạng bâì kỳ : khúc xạ . --> Hììi ìi 2 .5 : Cíu ilạiio Ịilìíiii \ ụ ciid són,í; \iéii Í/ỈII k h i i>ặp Iiiặl p h à ìì củclì plìíiiiỊị (d): khoỉìiỊ (h); clạiiiị h ìn h r ầ n ( 1‘) v ủ / n ặ l h á t k \ (d). 28 « 2 — R4 T? T3 T4 2. NGUYÊN' I.Ý CẤU TẠO Ti llỂĩ' BỊ \'A PHƯƠNG PHÁP KIỂM t r a u) Níịnyờn ìỷ cấu tạo thiết hỉ ^^Cr:p!",ao!âcchodâudò Thict hị kiểm ira chất lirợng vàt liệu bô tông thân cọc khoaii nhồi hay các cấu kiện móng !heo phương pliáp siêu àni iriiyền qua có sơ đổ cấu tạo nauyèn tắc như sau : n iiế t bị kiếm tra bao gồm nhũim bộ phận cliính sau : - Một đầu đo phát sóim dao động đàn hồi (xung siêu âm) với cáp đẫn và m ộl bộ phận xung có lần số truyền sóng Irong phạm vi từ 20 H-100 kHz. oáu Díiál— > Cap càp dién 'cho đầu dò ■ ỏ n g đo dẩy nước •Đấu Ihu •Câu kién móng bằng bé tòng - Nut Đo chiếu đài cảp Hiến thi lin hiéu Ghi kết quà do - Một đầu đo thu sóng có cáp dân - Một thiết bị điều khiển các Hình 2.6 : So'clổ C(ỉ){ ỉạo ỉìi^ỉiỴỚn íắc íỉìiết h ị siêu àỉìi ĩỉn y ê ỉỉ qua cáp được nối với các đầu đo cho phép tư dộnt: đo chiều sàu hạ đầu đo. - Một bộ thiết bị điện tứ dc ghi nhãn vù dicu chinli tín hiệu iliu được. - Một hệ thống hiển thị tín hiệu - Một hệ thống ghi nhận và biéìi đổi lín hiệu thành nhữnc đại lượng vật lý đo được. - Cơ cấu định tâm cho 2 đầu đo khi đường kính của đấu đo nhỏ hơn ít nhất 10 mm so với đường kính trong của ống đo. Sai số về số liệu đo của ihiết bị : theo các licLi chuẩn IIIIỚC ngoài (NF P94-160-1 của Pháp và ASTM C579-83 của Mỹ) thì sai số về đo chiều sãii của đầu đo là giá trị lớn ihất trong 2 trị sô' sau : - 1/500 khoảng cách giữa các đấu dò và đỉnh ốne,; - 5 cm Sai số về phép đo thời gian là 3% thời 2Ì:tn Iruycn sóim đo được. h) P hương pìúip kiểm tra Thăm dò bằng siêu âm truyền qua một cấu kiện móng công trình bằng bê tông có đặl rước ít nhất hai ống song song nhau theo phươiis tháng đứng bao gồm các bước sau : - Phát xung siêu âm từ một đáu đo đặt trong ống chứa đầy nước sạch và truyền qua )ê tông của các cấu kiện móng cóng trình. 29 - Thu sóng siêu âm bằng đầu đo thứ hai đặt Irong 1 ông khác cũng chứa đầy nước sạch, ở cùng mức cao độ với đầu phát. - Đo thời gian truyền sóng ciữa hai đầu đo trên suôi chiều cao của ống đặt sẵn. - Ghi sự biến thiên biên độ của tín hiệu thu được. c) B ố trí cúc ống đo Cọc hoặc cấu kiện móng được kiếm tra cần bố trí trước các ống đo. ô n g đo được bịt kín 2 đầu và thả vào lỗ cọc cùim với lồng thép, chúng được cố định vào khung lồng thép để không bị dịch chuyển khi đổ bê tông. Các ống đặt sẩn có thể bằrm kim loại hay châì dẻo. Ong kim loại có iru điểm là nối với nhau dễ dàng bằng vặn ren nên mối nối kín không bị nước vữa xi măng vào trong ống gây tắc, chúng có độ cứng lÓTi, dính kết tốt với bê tông và làm tăng độ cứiig củc lồng cốt thép. Nhược điểm của ống kim loại là tốc độ Iruyền âm lóìi, trở kháng cao, dề bị mất liên tục trong quá trình truyền sóng âm, đổng thời nhậy với nhiễu xạ của vật cản giá thành cao. Ống bằng chất dẻo so với ống kim loại rẻ hon, tốc dộ truyền sóng ở giữa của nước Vỉ bê tông nên khó dẫn đến nhiễu xạ. Nhược điếm của ống nhựa là dính kếl với bê tôrtị không tốt, dễ bị vỡ hoặc mối nối bị hở vữa xi mãng lọl vào irong ống. Do đ() cứng nhc nên ống dễ bị cong vặn trong quá trình đổ bê tông nên cán trở các đầu đo xuống đếr đáy ống hay rút lên khi đo. Khi bê lông đồng cứng xung qvianh ống nhựa dỏ tạo thànl khe hở cản trở truyền sóne, âni. Vì vAv tronẹ tiêu chiiấn cùa Anh và Mỹ kltuyến níỊh nếu dùng ống nhựa thì nên đo siêu âm truyền qua ốní; troim vòng 15 ngày, dùiig ốnj thép thì trong vòng 45 ngày sau khi đổ để tránh hiện iượim này. Đường kính trong củ: ống được chọn phụ thuộc vào đườnu kính imoài của đầu đo đc đam báo đầu đo d chuyển dễ dàng trong ốnỉĩ, nhưng ỐIIÍĨ không quá to iinh hưởng đốn độ nguyên vẹn củ. bê tông móng. Đầu đo thưòiiiỉ có đường kính ngoài 25 4- 35mni, đường kính trong củ ống đo chôn sẩn thường chọn không nhỏ hơn 40^ SOmiTi. Số lượng ống đo chôn sẵn phụ thuộc vào kích thước cọc khoan hoặc cấu kiện móng nhằm đê kiểm tra được nhiều nhất khối lượng bê tông trong khi góc quét của chùm tia siêu âm bị hạn chế (xem hình 2.7) Hình 2.7: Bỏ'Iri CÚI OIIV cỉo Theo TCXD 206 : 1998, điều 5.6 quy định như sau : • D < 60 cm : Đặt 2 ống (hoặc 1 ống ở giCra cọc khi đầu phát và ihii nằm trên cùn 1 trục); 30 • 60 < D < 120 cm : 3 ống; • D > 120 cm : 4 ống Tiêu chuẩn của Trung Quốc quy định : • D < 350 mm : 2 ống; . 350 < D < 800 : 3 ống; • D > 800 mm : 4 ống Tiêu chuẩn của Mỹ quy định chi tiết hơn như sau : • D < 750 mm ; 2 ống, ỈỊÓC giữa các ốn" 180° • 750 < D < 1050 mm : 3 ống, góc giữa các ống 120” • 1050 < D < 1500 mm : 4 ống , góc oiữa các ống 90'’ • 1500 < D < 2400 mm : 6 ống, góc giữa các ống 60" • D > 2400 mm : 8 ống, góc giữa các ống 45". Đưòng kính của ống 38 - 50 - 60 inm Phương pháp siêu âm có đặt trước ống trong kiểm tra chất lượng móng nói chung, chẳng những dùng cho cọc khoan nhồi mà còn cho lường trong đất (hình 2.8 a,b), cho cọc chữ nhật (barette) (hình 2.8 c) và cho cá khối móng lứn như thân đập bằng bê tông hoặc bằng đá xây (hình 2 .8d) ỏng đo b)l = 2m Hình 2.8: B ố trí ốHiỊ do siêu úni : íi h ) T iíờihị íroiìiỊ đ ấ t (1-2 liàniỊ): c) C ọ c < /;;? nhật (ÌHiretíe); (I :Tììãn (ỉập hoặc khối tììóiìỊỊ lớii. Cũng CÓ thể gặp trường hợp nghi ngờ chất lượng bê tông của móng đã làm xong hoặc ;ần kiểm tra móng cũ để tìm biện pháp sứa clnìa gia cố, ta phải tạo lỗ bằng cách khoan /à thả một đầu phát với 2 đầu thu đặt ờ 2 bên (hình 2.9a) khi phần móng nằm trên mặt ỉất, hoặc tạo lỗ cho 2 đầu phát và thu (hình 2.9b) khi phần móng nằm dưới mặt đất (bị chuất), yêu cầu lỗ khoan phải thẳng để giữ cự ly giữa hai đầu phát và thu không đổi... Khi biên độ giao động sóng âm đạt trị số lóĩi nhất và sau đó ổn định (hình 2.9b) ta sẽ các định được độ sâu của khuyết tật (ví dụ là vết nứt). 31 Trong trườnu họp cọc có đường kính nhỏ như ỏ' cônu irình bến số 3 cánc Tiêii Sa - Đà Nẵng cọc 0 5 5 cni chỉ đật trước 1 ỏViỉí <1>5 cm, đã dùim pliirơnu pháp do đế 2 đáu đo chênh cao trình 100 cni và liến hành đo như 2 đáu đo đặt ở 2 ốim soníi son l ộ t r ê n m ậ t ( l ấ l : h ) C h o p h ầ n n i ó n ị ị IIŨIÌI ( h ( ớ i I i i ặ í (l(Ì! íỉ) Sô'ìirợiìíỊ cọc cầii kiểru tra Số lượng cọc cần kiểm tra (đi iheo là sô' cọc cần đặt trước các ốim đo) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : độ tin cậy của côiiiĩ nghệ dùng trong thi công, kỹ năng và kinh nghiệm của kíp thợ, điéii kiện thi công tại hiện trườim, đicu kiện địa chấl công trình, địa chất thuỷ văn tính chất làm việc của cọc và tầm quan trọng ciia công Irình. Theo TCXD 206: 1998 thì số lượim cọc cần kiếm ira khôns íl hơn 25% số cọc ihi cỏnsỉ và có kết họp với các phươns pliáp kiếm tra khác. Đối với các dạng mong có số lượng cọc ít nhưng tầm quan Irọng cúa móng đó đối với cả công trình là lớn {Xijjphát Hìitìi 2.10 : Dìnìiị 2 (líiii do rùiií^ (lủl 'r(>iií niôt í5/í," ílo như mố,trụ trong các công irình cầLi khẩu độ ló'n hoặc iháp cao... ihì cần tãnc 'V lệ CỌ( kiểm tra lên cao hon nĩra. Theo liôu cliiián cùa Pliáp tliì vcu cáu cua việc dặt ốns, kiổn tra phụ ihuộc vào số lượnc cọc trong móng và cácli thức tiếp nhận lực ciìa C)C (xcn báng 2.3 dưới đây). 32 Ràng 2.3 . Q uy định tý lệ % cọc cán (íặt san ỏnịí và kiêm tra đối với công trình thông thường (I)TU 13.2, Pl-212, 9-1992, Pháp) (N - lổng số cọc thi côim, n - số cọc tronu 1 móim trụ) n < 4 n > 4 Qích ihức Số lượnII õỉiì; &M sĩĩn Sỏ luọììu cọc kìcm ira So lượn li ÔIÌÌZ dặt sẩ!i Số lượng cọc kiêm Ira úcp nhận của coc ......- ị - N I : I Các ônuỊ Ổnu Ị 1'hàm cỉò Khoan ỉiíy ^ I .M)/6() ị ỉ 0 2 /! 14 I Ihàii cọc lòi lai (niin ỈIÌIIÌ ) i i n ì i C D C ND'r .S0/6() ( I i ì í i i ) Ống 1Q2/! 14 ( m m ) Thăm dò ihân cọc NDT Khoan lấy lỏi lại mũi coc Chi có tua sái cục bộ Ma sáí cục < 5 0 > .'SO 100 I 0 Ị 00 100 > 50 100 lou 100 ỈOO SO-100 > 30 100 ___________ Ị___ __ 0 0 >30 50-100 50-100 50-100 0 >20 bộ và nuli cọc Cliíci) niCíi eọc > 50 < 50 100 1(){) > M) ỈÍK) S(MOÍ) 100 >20 I .S0-]()0 .SO -HK) 100 > 20 100 -100 50-. J0 > 10 > 30 > 50 1(K) ị 50-100 ________ J_________ 5()-K)() > Mì .^0-100 > 30 50-100 >20 Loại ốim to 102/114 (đường kính trong/cỉưòìití kính ngoài - llico niin) Ihường được bố trí 1 ống Irong 1 cọc. Đáy ống này thường đặt cao hơn đáy cọc khoan hay cấu kiện móng đế sau này tiến hành khoan kiếm tra chất lượng bê tôníí mũi cọc và độ lắng cặn mùn khoan (xem hình 2.9). (') Thời i>ian dược phép kiểm tra siéii âni sau khi đ ổ hê tâìĩí’ Theo tiêu chuẩn Pháp việc thí nghiệm siêu âm chí có thê thực hiện được tôi thiểu sau 7 ngày kể từ khi Hình 2.11: Bô ỉri on^ (ỉểklìoaìì ở mili cọc kết thiic đổ bê tông cọc. Trong khi đó ticLi chuẩn của Mỹ lại cho rằng có thể tiến hành đo sau 24 giờ tuy nhiên nếu đế càng gần tuổi đạt đủ cường độ thiết kế thì càng tốt. Theo kinh nghiệm thực tế ở Việt Nam, tốt nhất là sau khi đố bê tông 3 ^ -7 ngày tuỳ theo vật liệu bê lông có dùng hay không dùng các phụ gia tăng nhanh quá trình đông cứng. 33 Thao tâc đo : Khi tiến hành đo bằng 2 đầu trên 2 ống khác nhau phải luôn điều chỉnh để đảm bảo 2 đầu đo đều nằm trên cùng một mặt phẳng ngang (cao độ) của cọc. Khi tiến hành đo bằng 2 đầu trong cùng 1 ống phải luôn giữ cố định khoảng cách giữa 2 đầu đo. Trong trưòng hợp 2 đầu đo đã cùng tới đáy các ống đo, cần điều chỉnh thêm các cáp dẫn nhằm đảm bảo sao cho thời gian truyền sóng âm giữa đầu phát và đầu thu là nhỏ nhất và biên độ của tín hiệu nhận được là lớn nhất. Để theo dõi tốt vị trí của các điểm đo, gốc của điểm đo chiều dài cáp phải tương ứng với mép trên của ống đo chôn sâu nhất. Khi tiến hành kéo các đầu đo từ vị trí sâu nhất lên, thao tác đo được tiến hành cùng một lúc các đại lượng vật lý cần đo. Tốc độ kéo dây lên lớn nhất không được vượt quá 20 m/s, nếu kéo nhanh quá biểu đồ hình dạng sóng sẽ khòng phản ảnh đúng chất lirợnị môi trường sóng siêu âm đi qua. Theo độ sâu của ống đo cứ mỗi khoảng nhất định tiếr hành thao tác đo. có thể bằng tay hoặc đặt tự động. Vùng nghi có khuyết tật (sự biếr đổi đột biến về thời gian truyền sóng lớn hofii 20%) cần tiến hành thao tác đo lại bằnị cách giảm khoảng đo nhỏ hơn nữa và tăng biến thiên biên độ của tín hiệu nhận được . Báo cáo kết quả đo : Kết quả đo phải bao gồm lối thiổu các thông tin sau đây : - Tiêu chuẩn sử dụng - Tên cơ quan và người chịu trách nhiệm thực hiện do - Mặt bằng công trình và vị trí, ký hiệu móng và cọc được thí nghiệm. - Đặc điểm của cọc thí nghiệm ; (a) Ngày đổ bê tông và các sự cố (nếu có) đã xẩy ra (b) Cao độ mặt bằng và cao độ đáy cọc đã quy về hệ cao độ quy ước. (c) Kích thước tiết diện cọc kèm theo các biên bán thi công và nghiệm thu hiện trường - Xác định vỊ trí các ống đo đã được đánh số trên bản vẽ, có ghi cao độ chính xác V gắn theo hưófng phương Bắc chuẩn hoặc hưóTig thượng hạ lưu sông. - Các số liệu quy về cao độ quy ước của các đấu trên của các ống đo. - Đổ thị biểu diễn quan hệ giữa thời gian truyền tín hiệu giữa đầu phát và đầu thu V chiều sâu đo. - Nhận xét có liên quan tới kết quả thí nghiệm đặc biệt là sự giảm của biên độ tí hiệu thu được; các sự cố và các thao tác trong quy định không lường được trước và c khả nãng ảnh hưởng tới kết quả đo. - Hồ sơ kiểm định (so với chuẩn) của thiết bị đo. 34 3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐO KlỂM TRA a) Đành giá độ đồng nhất Sự đồna nhất được hiểu là đồng đều về chất lượng bê tông thân cọc dọc theo chiều dài cũng như trên toàn tiết diện ngang của cọc. Để đánh giá sự đồng nhất người ta dựa vào c L đặc trưng âm ghi nhận được như; vận tốc, biên độ, năng lượng và thời gian truyền hoặc dựa vào hình dáng của sóng âiTi thu nhận được. Để phán đoán về chất lượng bê tông thân cọc có thể tham khảo kinh nghiệm của Liu xin Lu (T.ung Quốc - 1997) sau đây ; Bảng 2.4. Các cãn cứ phán đoán chất lượng bê tỏng thân cọc Chất lượng Thời gian truyền Biên độ Hình dạng sóng Tốt Đểu đặn, không đột biến Không suy giảm lớn Bình thường Có gián đoạn Tăng lớii Có suy giám Biến đổi lạ Nírt gãy Tăng rõ rệt Suy giam rõ rệt Biến đổi lạ Theo kinh nghiệm của Mỹ, Pháp và Anh nếu biểu đồ tốc độ (hay thời gian) truyền sóng am có đột biến lón hơn 20% thì có khuyết tật lớn (phải xem xét). Vùng không có khuyết tật xung có biên độ biến đổi bình thường, vùng có khuyết tật biên độ xung suy giảm rõ rệt. Hình 2.12: Hình (lạniỊ són^ XIIIIÌỊ đi qua VÙIĨỊÌ có và khôii^ có khuyết tật 35 Tlieo kinh nghiệm thực liễn ở Việt Nam, chù yếu dựa v;io sự biến dổi đội bièii và mức độ suy giảm của vận tốc truyền để xác định vị trí và mức độ khuyết tật. Nêii mức độ suy siảm đột biến <15% xem như khuyết tật nhẹ, nếu mức độ suy giám này lon hơn 35 -^40% phải xem xét khá nãne cọc bị gián đoạn hay nứt gầy. Trong phạm vi niứe độ suy giảm từ 15% đến 35% cần xem xét căc nhàn tố khác nữa như điều kiện chịu lực của cọc,tầm quan Irọng cử-a cọc có khuyết tật và của cá m óng có cọc đó,khá năng sửa chữa... đè’ quyết định có xử lý hay khóiiR xử lý hoặc xél đến sự giam yếu cúa cọc trong lính toán. Việc đánh giá này còn phải xem xét cùng với nhiéu yêu tó khác, dặc biẹt U'| phạm vi vùng nghi có khuyết tật theo chiều dứng, cũng như irên loàn tiết diện ngang cúa cọc. h) Xúc (ÍỊiìh vị trí và phạm vi khuyết tật Nguyên tắc của việc xác định vị trí và phạm vi khuyết tật hì dựa vào sự Iruycn sóng âm như đã trình bày trong hình 2.5. Vùng bống > Vu ng bòng ' K huyết tậl ờ g iữ a H ình 2.13 : N \u\'ên /v hô íri d ih ỉ ĩỉiii ~ pliúí sièỉi (ỉỉỉì (ìẽ Aííí' (íịỉììi pliciiìì vị kììỉíxéỉ lậỉ Việc xác định vị irí khuyết tậl bê tông ihâii cọc (xốp rỗnu, haim hốc, Iiứl aẫv, tha) đối tiết diện hay lẫn bùn đất ...) được ihực hiện trên cư sò' các biêu dô biến đối lỏe đ( truyền âm theo độ sâu. Dựa theo tung độ chi độ sàu nmròi ta có thc xác tiịnh du'ực vị tr và phạin vi phân bố theo chiều sâu của khuyết lật dó ironR phạm vi một inặt cát (tanị: xem xét. Kết hợp nhiều mặt cắt kháo sát có ihế xác định được phạm vi khỏiic 2Ìan ciií khuyết tật. Trong trường họp cán Ihiêì, sau khi đã xác định được vùníỉ imhi cỏ khiiyế tật có thế dùng phương pháp quél lia sóim âm iheo cá hai phía đế xác định phạm V khuyết tậl. Nguyên lý của phương pháp này là cố dịnli mội dầu đo tại vị Irí có khuyế lật, đầu kia di chuyển theo phươníĩ đúìm đế nhận các tia quét. Tại tùìm \Ị trí đo phá tính được khoảng cách truyền sóim âm (khoáne cách ỉiiữa 2 đầu do ilico (ỉưòTií: chco) Sơ đồ bố trí các đầu đo như ironỵ hình 2.11. 36 rj Xíh cíịnh ciíòrỵ cìộ hê rôn,íỊ thihì cọc Vạl liệu bé lỏii';, là niỏi iruủno khône đồng nlìàì và đẳng hướng, chất lượns cùa nó phụ tliiiộc vào râì n'iiéu yếu lố nên các đặc iruìm âm học đo được của nó cũng chịu ảnh hươim cua nhiều nb'\n lố. Các nhan tô' này là : - Độ am và lý lệ nước xi mãiie; ■ Nhiộl độ và liicV cua bc tônti klc kiểm ira; - Chiổu (lài đu'ò'n,j: iniyồn; -1 lình dantỉ và k"ch Ihưót mẫu: - Cỏi Ilicp troiiíĩ bê lông (s o im s o im hay vuông góc phương truyền âm); - Độ lớn, thành phần khoání:, tý lộ cấp pliối của chất liệu... C ó llic ihấy rõ c;"c anh hưỏng đó qua các kết qiui níihiêii cứu sau ; Vãn tốc xung (krrỹsec) 2.14 : Aỉìlì lìicàìì'-^ của loại vậỉ liệu lủỉìì cất liệií íliô clìO hê íôn^ ' ^ỉ cỉỉỉií, ('UỘi sõ i vù (lú \'ỏi) íro ỉìỊị iịìiU ỉì hệ C ìiú ỉì^ íìộ c liịií ììéỉì khối lập Ị)lỉif'(yỉ!i' và vận lổc rruyứn AUỈIỈ^ ( ị Ịìco J.H.Biuì^ey và S.G.Miỉỉard, 1996) 37 Hình 2.15 : Ánh hưàiii' củu tỷ lệ lìưóvl.xì niàiìiỊ Hình 2.16 : Ánh liưỏinỊ ( ủa t\’ lệ Iiưới lxi mủinị (0,30 -h0,50) troníỊ quLin hệ iỊÌiĩa CƯỜHÌỊ dộ chịu (0,45 -r-O.ốS) troiìi’ quuìì hệ iỊÌữn í ườniị dộ i lìịu nén R và vận tốc SÓ/IÍỊ dọc r, . R = fị\'i) . nén R \’ủ rận tốc sỏìnị lìíịaní’ V , . R = fịlù lù àườtiỊỊ tni/ìiỊ hình (Theo A.Galaii - 1990) àiíờiìỊỊ íninỵ hình (Theo A.Gídun - 1990) Whitehurst (1966) đã xây dựng bảng quan hệ giữa tốc độ xung truyền qua và chất lượng bê tông Ịihư sau : Bảng 2.5. Quan hệ giữa tốc độ xung và chất lượng bê tỏng Tốc độ xung (m/sec) Đánh giá chất lượiig Trên 4570 Rất tốt 3660 - 4570 Tốt 3050 - 3660 Nghi ngờ 2135 - 3050 Kém Dưới 2135 Rất kém Bằng các thí nghiệm trong phòng, trong các điều kiện khác nhiều so với thực tế, J.c Tijou (1984) đã xây dựng mối tương quan giữa cưòfng độ bê tông và vận tốc âm như sau ; Bảng 2.6. Quan hệ giữa cường độ bê tong và vận tốc âm Vận tốc âm, m/sec Cường độ nén, MPa '''ận tốc âm, m/sec Cường độ nén, MPa 3750 - 4000 35 3250 - 3500 25 3500 - 3750 30 3000 - 3250 20 38 Theo lổng kết từ các kinh nghiệm thực tiễn, tiêu chuẩn Trung Quốc đã đưa ra bảng đánh giá chất lượiig bê tông thân cọc theo vận tốc âm truyền qua như sau ; Bảng 2.7. Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc theo vận tốc âm truyền qua " • "1 1 Vận tốc âm (m/s) Chất lượng bê <2000 2000 - 3000 3000 - 3500 3500 - 4000 >4000 tỏngRất kém Kém Trung bình Tốt Rất tốt Cấp chất lượng cọcV IV III II I Trong trường hợp cần xác định cường độ bê tông thân cọc khoari nhồi từ các số liệu đo vận tốc siêu âm truyền qua thu được phải tiến hành các bước sau : - Xây dựng tương quan cường độ vận tốc siêu âm truyền qua cho từng cọc từng độ sâu đổ bê tông trên cơ sở đo đạc ở các mẫu thí nghiệm lấy khi đổ bê tông thân cọc theo từng tuổi bê tông. - Tiến hành đo siêu âm thông qua các lỗ đặt sẵn và suy ra cường độ của bê tông thân cọc. - Nếu không làm được trước các mẫu thí nghiệm như nói ở trên, có thể tiến hành khoan lấy lõi, gia công thành các mẫu nén đổ xác định cường độ và vận tốc siêu âm truyền qua của bê tồng thay đổi theo độ sâu đc xây dựng tương quan nói trên. 39 Chương 3 PHƯƠNG PHÁP THỦ ĐỘNG BIÊN DẠNG LỚN 1. MỞ ĐẦU Để xác định sức chịu tải thực tế của hệ cọc - đất nền bên cạnh phương pháp thử tải tĩnh còn hay dùng phương pháp thử động đơn giản và cho biết ngay kết quả tại hiện trưòĩig. Trước đây nói đến thử động thường được hiểu là dùng các công thức động cho các cọc đóng. Mô hình chung của tất cả các công thức động đơn giản được trình bày trong hình sau:Hình 3.1: Biêu (liễn vụt /v <7/ l ỏiì^ thức clộiìii cơluiìi Nếu thế năng của búa bằng công sinh ra để cọc thắng sức khJ;ng không đổi của đất R thì ; Wh = R .s hayR = Wh/s (3-1) Trong đó : W - Trọng lượng quả búa h- Chiều cao rơi búa s- Độ lún của cọc R- Sức kháng kliông đối của đất Để khắc phục sự đơn giản noá đến mức thô thiển này, đĩi có nhiềư công thức khác nhau được xây dựng bằng cá^h đưa thêm vào các hệ số thực nghiệm nhằm kể đến các điều kiện búa, đệm, vật liệu cọc và đất nền khác nhau để cố gắng cho được các kết quả phù hợp với thực tế (đúng hơn là phù hợp với kết quá >hử tĩnh). Đã có hàng trãiĩi công thức thực nghiệm như vậy, nhưng nổi tiếne hơn cả do :'ó sự phù hợp cao, có căn cứ hợp lý, nên được sử dụng rộng rãi là các công thức Engineering Nevvs, Hiley và Gherxevanop. Tuy nhiên, từ lâu người tí: thấy rằng đối với các công trình quy mô lón hay có tính chất quan trọng và điêù kiẹn đất nền phírc tạp thì phương pháp thử động truyền thống nà) không đáp ứng được các yêu cầu về an toàii và kinh tế. Nếu dùng thử lải tĩnh ihì tin 40 c â y nhưn 0 p 2 => 2F, (iheo yòu cấu cua mũi cọc tự do) 4. GIA THIẾT TRUYỀN SÓNG TổNG ỌUÁT Giá Ihiêì răim hai sóng Iruyén iroim cọc : mội truyền XUỐIIÍỈ dưới, một sóng khác truyên lên ircn. Khi hai sóim aập nhau, các lưc và các lốc dộ phần tử của chúng sẽ cộng tác dụim. Clio rằng các lực nén dưo'nu và các lốc dộ phần lử truyền xuống âm thì tính tỷ lệ Iroim hai sóng đó có thể biểu diễn llico : = z u, (3-20a) F , = - z L1„ ( 3 - 2 0 b ) Tất nhiên ớ đây các tốc độ và lực sóim di lòn. di xuỏìm được xác định bằng các chỉ số tương ứng “u” và “d”. Lưu ý rằn<ĩ tõc dộ troim sổng nén đi lên là hướng lên trên do đó âm. Bày 0,10' la lính loán lốc độ và lực lại mòi diont xcin xél kể từ diểm mà các tốc độ và lực sỏim đi lêii và t!i x u ốn c tzập nhau. F = F, + F„ (3-2 la) u = u , + u„ (3-2 Ib) Sau khi thay thốquan hệ tý lộ (3-2();i) VỈI (3-2()b) vào trong (3-2]b) ta được: = F, - F„ (3-22) và sau khi thcni (trừ di) 3-22 vào (lừ) {3-21iu ta được : F,, = (F + u Z ) /2 (3-23) F, = (F - uZ) / 2 Hai biếu thức này rất có ích khi lách riênu các ihành phần sóng đi xuống và đi lèn từ lực đo được F và tốc độ đo được LI tại mội đièni đã cho. Ví dụ 4 : Một số liệu ghi được cho Irên liìnli 3.5. Số liệu này bao gồm cả hai lực và lốc độ nhân với trỏ' khán" như một hàm cua iluVi siaii. Sóim di xuống bằng lực hoặc tốc độ tỷ lệ tại thời điểm va chạm khi chua lổn lại sóim di léii. Sóng đi lên bằng không tại thời đicin va chạm và tăníĩ từ lừ khi đạl dén dầu cọc do ánh hiiởng sức kháng ma sát Ihành bên cọc. 45 Sóng đi lên (đã thể hiện cùng với sóng đi xuống trong phần dưới của hình 3.5) có thể được dùng rất hiệu quả để xác định sự bắt đầu sóng trở về từ mũi cọc. Sóng đi xuống, mặt khác, chỉ rõ sự bắt đầu của việc va chạm. Trong sóng này, thời gian 2L/c có thể xác định rõ ràng hiệu số giữa điểm bắt đầu của sóng xuống và cực đại của sóng đi lên ngay trước “thung lũng” 2L/c. CAPW AP cung cấp một màn hình đồ thị với các sóng lên và sóng xuống để tính toán GRL Ẵ Associales.lnc Cọc Iháp dài P D IPILED R !VirjG -\NALYZER CAPWAP đơn giản tốc độ sóng. 5. CÁC Lực KHÁNG ĐẤT Hỉnh 3,5 : Đổ ílỉi !ực - ĩốc dộ vù sóỉìiỉ len - s ó ỉ ì ỉ ị . x i i ô ỉ ì i ’ của PDA Đất chống lại sự xuyên xuống của cọc bằng cả hai ma sát dọc theo lliân cọc và sức chống mũi. Muốn giữ được độ lún làu dài của cọc, cần phải x.ẩy ra sự phá hoại liếp xúc giữa bề mặt cọc - đất cũng như đất - đất. Ngoài ra, đất tại đáy cọc phải bị dịch chuyển. Kinh nghiệm cho thấy rằng, khả năng chịu lải irọng lĩnh liên quan dến sức kháng khi đóng. Tuy nhiên, khi tính toán khả năng chịu tải Irọng tĩnh từ các quan sát khi đóng cọc cần phải xem xét đến các vấn đề sau đây : (a) Sức chịu tĩnh có thể thay đổi sau khi quá trình đóiig đã kốl tluic. Nó có ihổ tăng (hồi phục) hoặc giảm (thư dãn), ccíc nguyên nhân của sự tliay dối đó là do thay dổi áp lực nước lỗ rỗng, sự sắp xếp lại của đấl, sự phân bố lại ứng suất ironíĩ đất và các nguyên nhân khác. (b) Khi đóng cọc tốc độ cọc thay đổi rất nhanh. Do đó dịch chuyên của dâì chunc; quanh thân cọc làm hình thành các lực khối lượng (các lực liên quan đến gia tốc). (c) Quá trình đóng cọc gây nên các lực kháng tại cả thân và mũi cọc,chiin" có thổ vượt đáng kể các giá trị tĩnh do ứng suất tiếp cao. Cách tiếp cận thông thường đến các lực kháng đất mồ hình là : (a) Dự báo sự hồi phục hay thư dãn từ các xem xét cơ học đất và hoặc cả kinh nghiệm, hoặc từ việc vỗ lại cọc sau một thời gian chờ và quan sát sự khác biệt trong ứn^ xử khi đóng. (b) Khối lượng liên quan đến lực kháng đất được bỏ qua. (c) Tốc độ phụ thuộc vào sự tăng các lực kháng tiếp xúc được mô hình hoá bằnị một tụ tuyến tính. Thực tế các tụ như vậy được dùng trong động học cọc để tính đếr toàn bộ mất mát năng lượng trong đất mà đã bị bỏ qua [ví dụ như các lực quán tính củí mục (b)]. 46 Sức kháng tĩnh này được thể hiện Irong cả hai khi đóng thử và sau khi thử tải tĩnh. Nỏ (lược mô hinh hoá đàn dẻo. Cách tiếp cận đơn giản hoá này được hiệu chỉnh nhất định đc kể đến tính bất định troim các lực kháng động. kN b) kN 250 200 150 /\ / \ ù = max12.5ft/s 100 50 Độ xuyén (mm) Cát mịn Coc ống bịt dáy đưởng kính 3 insđ Ị Ị\/ //ì 1/ ' •H Ru J 4 6 8 10 12 Độ xuyên (mm) Bùn sẻl Cọc ống bịt đảy đường kinh 12 insđ Hình 3.6: Các sức kháììg đất đo dược tại dỉnh cọc Hình 3.6 trình bày các lực kháng đất thực tế đo được đã xẩy ra dưới tấm mũi của một c ọ c ống thép bịt đáy đầu tiên khi đóng cọc và sau khi thử tải tĩnh, ốnỉĩ đầu tiên đường kính 7,5 cni được đóng trong cát. ô n g ihứ hai đường kính 30 cm, đất là bùn và sét. Sự khác biệt giữa các đuờng cong tĩnh và động là do các hiệu ứng động. Đối với trường hợp dất cát sự sai khác này được tính rất phù hợp bằng tụ tuyến tính. Tuy nhiên trường hợp (b) đã thấy các sai sót lớn của mô hình này khi xem rẳng tốc độ là dưofng trong số liệu ghi được và tiếp tục rất cao lại điểm có sức kháng nhỏ nhất. Lực khang đât R, là lông cúa thành phần tĩnh đàn dẻo và lưc động trong tu được biếu diễn theo : R = Rci + Rs = Jv(u) +R, (3-24) ở đây J, là thông số cản động nhớt (N/m/s) và u là tốc độ cọc (m/s) tại điểm nơi R hoat động. R, có thể viết theo : R3 = (u) cho u < q = Ru c h o u > q (3_25) cho suốt chiều dài không xẩy ra sự dỡ tải (tốc độ u < 0). R^, là sức kháng tĩnh giới hạn tại một điểm; là độ cứng đất, u là chuyển vị cọc, q được gọi là quake, có nghĩa là chuyển vị cọc mà tại đó đất trở thành dẻo. 47 Các thông số cản động thưòim đtrợc d ùns trong một dạng khác đi một chút. Khi là hệ số cản động nhói, cách tiếp cận thông thưòng Irong động học cọc là dùng ; R, = J ( u ) R , (3-26a) Với J bây ciờ được gọi là hệ số cản động Smilh (do đó J = /Rs) có thứ nguyên s/m. Do R, thay đối theo u (hoặc thời aian), cách tiếp cận Smith không hoàn toàn nhói luyến tính. Trong CAPW AP đã dùng mộl công thức khác: Ra = .I(u)R „ (3-26b) Do luôn luôn là hằng số,phép biến đổi J=J,/R^, dễ dàng lính được và luôn luôn đúng cho mọi thời điểm.Cách khác để xây dựng hằng sò' cán động là chia clio Irở kháng của cọc. Khi đó: R , = J,. (Ể Ầ /c ) u (3 -2 7 ) Luii ý rằng thực tế là không Ihứ nguyên, nó dược xem như là hằng sô' c;in động Case. Uu điểm quan trọng của sức can động Case là nó cho phép mô hình lìoá một lực cản động khi không tồn tại lực kháng tĩnh như trong các đất râì yếu. Cũng như đối với phân tích ba chiểu với các giá trị sức kháng tĩnh khcíc nhau thì các thông sò' cán động dỗ dàng giữ không đổi. 6 . CỌC CÓ SÚC K H Á N G MŨI Giả thiết một sóng va chạm có lốc độ u và lực F| = z LI, đi đến mộl mũi cọc tự do. Trước đây đã tìm thấy một sóng phân xạ sẽ hình thành sao cho tồc dộ lại mũi trớ thành Li, = 2 u,. Nếu mũi cọc dịch chuyển vào trong đất thì sẽ hình ihành một lực kháng. R = J, (Li,) + R, (3-28a) hoặc R = ( J ( U , ) + 1)R , ( 3 - 2 8 b) Do R được đặt đột ngột sẽ sinh ra một sóne nén đi lèn phía trên qua cọc cổ tố t độ phần tử (đi lên) : Ur = R /Z (3-29) Xét đến ảnh hưỏìig của phản xạ sổng va chạm tại mũi, tốc độ mũi cọc được tạo ra là : u, = 2u, - R/Z (3-30) Thay R nhân được trong trường hợp sức cán động nhớt : u, = 2Uị - (J,u, + R J / z (3-31) Giái theo u, Ui có : u, = ( 2 u , - R , / Z ) / ( l + . i y z ) (3-32) Tương iư cho sức cán động Sniith : u, = ( 2 u , - R , / Z ) ( l + ( J ) R , / Z ) (3-33) 48 và cho sức cản động Case : u, = (2 u, - R, /Z) (1 + J,) (3-34) Do vậy u, trở thành khôno khi : R, = 2(Z)l., = 2F, (3-35) Nói cách khác, lực kháim tĩnh lớn nhất của đất là sóng va chạm có thể vượt quá 2 lần lực v;i chạm. Cồne thức này không nói cọc sẽ di chuyển bao nhiêu khi cho LI,; z và (nó phụ thuộc vào khối lượng búa), tuy nhiên nó cho biết rõ ràng giới hạn trên của và nhấn mạnh lầm quan trọna của trở kháng z . Trở kháng cọc càng cao thì có thê’ đạt đến lưc khána cànc cao. V'/ lIiị 5 ; Một cọc đổ lại chỗ (đưòTig kính l,5m, A = 1,77 m “, E = 40.000 MPa, c = 4080 m/s) chịu sự va đập của một khối lượng và gây ra một tốc độ phần tử cọc 1,5m/s. Có thê’ đạt đến lực kháiiỉĩ đất lófn nhất là bao nhiêu ? Guii: = 2 (1,5) [(40) 1,77 /408Ơ R10') = 52 MN Tuy nhiên, irono thực lố lực kháng lớn nhất tác động bởi sóng không lớn hơn nhiều so với 1,2 lấn (31,2 MN) lực va chạm. Lực giới hạn đã giảm nhẹ này là kết quả của sự dịch chuyển cọc cần thiết mà cọc đó đã có trước khi lực kháng có thể tác động. Có thể cđn quan lãm đến điếm sau đây. Ta đã thấy cách tiếp cận sức cán động Case đưa đến một tốc độ mũi : u, = (2 u, - R / Z ) / ( l + J,) (3-36) Tliay R, = 0 (kliôiig c ó sức kháng lĩnh ) và = 1 ta có ; u, = u, (3-37) Điều đó có nghĩa là không có sóng phản xạ được hình thành nếu cọc được đỡ bằng một tụ có hằng sô' = 1 hoặc = z . Nói cách khác, ứng xử của một cọc đồng nhất chiều dài vô hạn giông như của một tụ có hằnc số cán động bằng trở kháng của cọc (tất nhiên, một tụ tuyến tính được định nghĩa là một thiết bị có lực kháng tỷ lệ thuận với tốc độ). 7. CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA BÚA ĐÔÌ VỚI TỶ s ố KHỐl LƯỢNG c ọ c 'TTiảo luận về ứng xử khi đóng cọc không có thế kết thúc được nếu không xét đến vấn đề ảnh hưởng cuả khối lưọng búa đóng cọc. Mặc dù các chỉ dẫn cho thấy chỉ có tốc độ va chạm là quan trọng khi đóng cọc, tuy nhiên chưa nói điều gì về một nhát búa đã tạo ra inột độ xuyên là bao nhiêu. St. Venant đã tính toán (hình 3.7) lực đầu cọc cho búa thay đổi theo tỷ số khối lượng cọc. Đồ thị được lập cho điều kiện ngàm chân. Nó cũng thể hiện lực ở mũi cọc. Tất nhiên, như đã nêu ở trên, đầu tiên lực mũi cọc tiến đến hai lần lực va chạm. L/c là thời gian sóng ứng suất cần để đi dọc chiều dài của thanh L do đó tại thời điểm này va chạm đi đến đáy. 49 Ẽ‘-aV) c•5 3.7 ; Lời iỊÌải của Sí. Veiuint cho tiìội khối rứiìịi va clìợiiì trên cọc có ĩịối cứuỊ> Các kết quả sau đây sẽ quan sát được : (a) Các lực hay ứng suất cọc tắt nhanh hơn khi các khối lưọng búa nhỏ hơn. (b) Do phản xạ tại mũi cọc, các lực cọc tăng tại đầu cọc đến các giá trị cao hơn lực va chạm nếu khối lượng búa đủ lớn. (c) Độ xuyên của cọc có thế được tính từ diện tích giũa sóng va chạm phản xạ (hai lần tốc độ va chạm) và sức kháng tĩnh chia cho trở kháng. (d) Hình 3.7 thể hiện sức kháng mũi có thể tăng đến các giá trị lớn hơn 2F, (tại 3L/c trong hình 3.7) nếu khối lượng quả búa rất lớn. Đày kliông phải là mộl trường hợp thực tế (trọng lượng quả búa lớn hưn rấl nhieu Irọng lưựnu, cọc). 8. MÔ HÌNH PHUƠNG TRÌNH SÓNG KHỐl LƯỢNG TẬP TRUNG 8.1. Chuyển từ các hệ thống liên tục sang rời rạc Để có biểu thức = E / p, định luật 2 của Nev^ton đă được dùng với dạng khối lưorng nhàn với gia tốc thì bằng lực. Bây giờ ta nghiên cứu các khối lưọìig vô cùng nhỏ AL (p)A và các gia số thời gian vô cùng ngắn At cho sự cân bằng động này. Tương tự, có thể dùng các khối lượng hũu hạn và các gia số thời gian hĩm hạn cung với định luật 2 của Nevvton để tính những chuyển vị và lực cọc tại một số điểm rời rạc. Quả búa cũng có thể chia thành nhiều khối lưọng và đô đàn hồi của cọc có thể được mô hình hoá bằng cách dùng một sô' lưọng hữu hạn các lò xo. Sai số sẽ nhỏ nếu chúng ta kể đến sự thay đổi chậm của thời gian truyền sóng Irong một pliân đoạn (một phân đoạn là một lò xo và một khối lượng). Từ nhiềư đo đạc cho thấy các lực và các tốc độ trong cọc thường đạt đến giá trị đỉnh của chúng sau hon một mili giây. Đối với các thời gian tăng như vậy, chiểu dài một phân đoạn 1,5 m là đủ ngắn. Mặt khác các quả búa diesel và thuỷ lực thường va chạm trực tiếp vào một đệm thép và gây nên thời gian tăng ngắn hơn, do đó có thể cần một chiều dài phân đoạn ngấn hơn. 50 8.2. Mò hình cọc/ đất Smith Cọc được mô hình hoá bằng một ỉoạt các khối ItíỢiig, chúng được liên kết với nhau bằnơ các lò xo và các tụ. Mỗi khối lượng cũng được đỡ (hoặc chuyển động của chúng bị ngăn cản) bằng một lò xo đàn dẻo và một tụ để cùng thể hiện tác động của đất (hình 3.8) a) So đ ố CỌC b) Mó hình cọc và đất 1 ỉ 2 ỉ — 1 5 J ____ L 3 í t ^ 4 r Chia phân đoạn 5 Sức kháng mũi cọc N H ình 3.8 : Mô hình phươiiịỊ trình sóníỊ của Sniiíh cho CỌÍ rà dcĩt Hằng sò' lò xo K của cọc (tương tự cho các bộ phận của búa) được tính khi dùng quan hệ : K = EA /AL (3-38) ở đây AL là chiều dài phân đoạn (hoặc bề dày của đệm đầu cọc). Các khối lượng được tính lừ : m = A (p) AL (3-39) Hai quan hệ quan trọng cần được chú ý là : k(m) = (EA / AL) (A (p)AL) = (EA /cÝ (3-40) m/k = A(p) AL / (EA /AL) = l ầ L /c Ý (3-41) Do đó trở kháng của một phân đoạn cọc có thể được xác định từ căn bậc hai của tích số khối lương và độ cứng. Thực tế đó cho phép dễ dàng tính được hệ số cản động nhớt từ hằng số cản động Case khi đã cho khối lượng và độ cứng của một phân đoạn. 51 Điều quan trọng nữa là tỷ số AL/c (nó là thời gian cần thiết để sóng ứng suất đi hết phân đoạn) có thể được xác định từ các giá trị khối lượng và độ cứng. Đại lượng AL/c thưòng được gọi là thời gian tới hạn At^. Lưu ý rằng gia số Ihời gian theo tính toán Al cần phải nhỏ hơn At^, một thực tế mà đã được xem xét trong các chương Irình phưoìig trình sóng hiện đại như GRLWEAP. Cần lưii ý rằng mô hình của Smith không chứa các tụ giĩra các khối lượng cọc. Sự mở rộng của mô hình cơ bản này có trong chương trình CAPWAP và cho phép lính được sức cản động nội của vật liệu mà nó không đàn hồi lý tưởng.. 9. TỔNG HỢP CÁC QU AN HỆ QUAN TRỌNG Việc thào luận về búa đã tạo ra sóng ứng suất, được nêu Iroim nhiều quan hệ quan trọng được tổng hợp lại như sau : 1. F,| = (EA/c) = U,|Z F„ = -u„ (EA/c) = -u„z 2. F, = (F + u Z ) / 2 F, = ( F - u Z ) /2 3. V p 4. iụ = Li, Ị2Z |/(Z ,+z,) 5. F2 = F,Ị2Z,/(Z|+z.)l 6 . u, = ( 2 u , - R , / Z ) / ( l + J J Lực và lốc độ trong sóng ứng suất tỷ lệ với nhau. Hằng số tỷ lệ bằng trở kháng EA/c. Sóng xuống và sóng lên tại một điểm có thê tính được từ tốc độ và lực tống cộng lại một điếm khi dùng trung bình lổng và liiệu số tương ứng tốc clộ và lực nhân với trở kháng. Tốc độ sóng tâng theo căn bậc hai cua mỏđun Youiig của cọc và giám theo cân bậc hai L'ủa khối lượng đơn vị của cọc. Tốc độ sóng va chạm giảm khi trở kháng cọc giảm tại điếm trở kháng cọc thay đổi. Lực sóng va chạm giảm khi trờ kháng cọc giảm tại điểm trở kháng cọc thay đổi. Tốc độ mũi cọc có thể biểu diễn theo dạng đóng nếu có ma sál thành bên. 7. Lực kháng lóìi nhất mà một sóng va chạm có thể đạt đến là hai lán tốc độ va chạm nhân với trở kháng cọc. Sức cản độns Smith bằng hằníi số cán động nhớt chia cho sức kháng đất tĩnh đi kèm. Sức cản động Case bằn? hằng số cản động nhớt chia cho trỏ' kháng của cọc. 52 Rm:,x = 2 z u, 1( k = Ea /AL Độ cứng lò xo được tính bằng mỏđun Young u ọ cưng 10 xo uuợc unn Daim inuuun louu^ nhân với tiết diện ngang chia cho bề dày (hoặc chiều dài) phần lử. 11 m = A (p) AL Khối lượng một phần tử là tích sô' diện tích tiết diện ngang, mật độ khối lượng và bề dày (hoặc chiểu dài) phần từ. 12 T k x m Trở kháng cọc trong trường hợp rời rạc bằng căn bậc hai của tích số độ cứng và khối lượng phân doạn. m Gia số thời gian giới hạn cho một phân tích \ k khối lượng tập trung được tính bằng căn bậc hai của tỷ số ciũa khối lượng và độ cúng cúa phần từ. 14 m = z (At) Khối lưọníT một phân đoạn liên tục bằng tích số của trở kháng và thời gian truyền sóng qua phân đoạn đó. 15 k = z /A t Độ cứns một phân đoạn liôn lục bằng trở kháng cúa nó chia cho thời gian truyền sóng qua phân đoạn đó. 10. PHƯƠNG PHÁP CASH “Ph.rơnu pháp Case” là các nghiên cứu đã được phát triến ớ Viện Công nghệ Case bắi đầi lừ Iiliữnc năm 60. Mục tiêu của các nghiên cứu này là tính loán sức chịu tải cọc lức thò’ cho từng nhát búa từ các số liệu đo dạc gia lốc và lực đấu cọc. Ngày nay, ihuật n gữ "Piương pháp C a se ” đổ chí cá hai kỹ thuật và ựiái thích những số liệu đo đạc về ánh hư’)’ng của đấl, ứng suất cọc, độ nguyên vẹn cọc và lình trạng búa bằng cách sử dụng iTỘt thiết bị phân tích đóim cọc. Các biổii thức sau đây dựa írẻn cơ sở iriiyền sóng một chiểu. Đối với cọc có trở kháng z. lực lỉiùi điêm t và vị trí đo M, lốc độ L1\,(1) có thế được dùng để xác định c; hai sóng lên và xuống |F l\^(í ) và F,ivi(t)]- Nếu các lực và lốc độ đo được trình diễn duứi dạng số tại cấc Ihời điểni rời rạc j và được ký hiệu tương ứng là F^,J và Uv, thì hai sónz tại điếm đo đó sẽ là : ^LMj — (Fvi| ■ /2 (3-42) F(.imj ~ (Fmj + z Liyiị) / 2 (3-43) Nếu ực kháỉiR tại vị trí X bên dưới dính cọc bắt đầu tác động tại thời điểmt = t| + x/c; ihì khi tó hai sóng được hình thành mỗi cái có biên độ RJ2 (hình 3.9). Để thoả mãn sự :ân b ằn’ và t’"nh liên tục, sóng lên là nén, sóng xuống là kéo. Sóng nén đi lên đến đỉnh 53 lại thời điểm = t, + 2L/c. Sóng >1 t,*x/c ' r 2ưc kéo đi xuống phản xạ tại mũi cọc tại thời điểm tL = t| + L/c như một sóng nén, sau đó đi lên tới đỉnh tại thời điểm t2 = t| + 2L/c. Lực kháng tại mũi cọc R, bắl đầu ở thời điểm II = t, + L/c gây ra một sóng nén đi lên và cũng về tới đỉnh cọc tại thòi điểm Í2 = t|+2L/c. Nếu tất cả các lực kháng là hằng số trong suốt thời gian t, + x/c < t < t| + 2(L- x) /c thì tại thời điểm = t| + 2L/c số liệu lực và tốc độ đo được chịu ảnh hưởng của : (a) Sóng kéo đi lên do phản Hình 3.9 . Cú( SÓIIÍ^ ị>â\' I)ỚI mội tực kliáiìi’. xạ ở mũi cọc của sóng nén nhập vào đi xuống đầu tiên tại một thời điểm sớm hơn 2L/c ■FdM(^l)]- (b) Tổng số của tất cả các sóng kháng nén đi lên |Rx/2|. (c) Các sóng kháng kéo đi xuống ban đầu nay đi lên dưới dạng nén sau khi phản xạ tại mũi cọc [R^ /2 ] và sóng đi lên từ sức kháng mũi |R, . (d) Tất cả các sóng đi xuống lF^ivit2Ỉ Sóng (b) và sóng (c) có biên độ tổng cộng R (bằng + R,) thể hiện sức kháng của toàn bộ đất do chúng chứa cả hai nửa sóng ma sát bên và loàn bộ sức chịu ở mũi. Do vậy tổ hợp tất cả các sóng đi lên chứa sức kháng toàn bộ (b và c) và sóng va chạm đã được phản xạ (kéo) ở mũi lại thời điểm t|(a). Fu (^2) “ ^ (^1) (3-44) hay (Fm2-Z ^vi2 ) /2 = R - (F^ii + Z l.m i)/2 (3-45) .Sau khi sắp xếp lại ta có thể tìm được sức kháng đất toàn bộ như sau : ^ ~ (f^Mi ■*" z UMI “*■ P.V12 ■ 2 UV12) / 2 (3 -4 6 ) ở đây các chỉ số 1 và 2 chỉ các Ihời điểm t| và ti = t, + 2L/c. 11. SÚC CHỊU TẢI TĨNH Trong đẳng thức (3-44), R là sức kháng tổng cộng tính được trong khoảng thời gian 2L/c. Sức kháng tổng cộng này là tổng của sức kháni nhài và đàn liồi lLi)cn lính, hiên d ộ cua s ó n g đi XLiống V tại ihòi đièm j, tại đầu cua plìàii cloạn i, sẽ bãim sónu lại cuối của phân đoạn đó ớ tliừi d icm j + 1. Đ ối với các c ọ c licì diện lliay dối. phan xạ xay ra lại các inặl tiếp xú c ciữa cá c phân doạn có các dặc irimiỉ khác nhau. Đổne tlìừi, các lực cán và mũi cọc íỉày ra sóng phán \ ạ di Iiiiưực 1C'11. T roim phân tícli dã ạn i. 59 (B) Mô hình đất (Bị) Cúc quan hệ cơ sở Chuyển vị và tốc độ của một phân đoạn cọc đối với đất (Liru ý : tronc cách tiếp cận cơ sở của Smith, đất được xem là cố định) là cơ sở để tính các lực cản của đất. Mô hình đất Smith bao gồm một lò xo dàn dẻo và một tụ tuyến tính. Như trên hình 3.12, lại phân đoạn cọc i, lực cản đất được mô hình hoá bởi ba thông sô' : lực cản giới hạii quake qi và hệ số sức cản động nhót Jj. Sức chịu tải tĩnh tổns; cộng là tổng của tất cả R^„. Lực cản tổng cộng (tĩnh cộng động) R, tại phân đoạn i được tính theo ; R: = R.; + R (3-55) ở đây : R 31 và R(J, là các sức kháne đất tĩnh và động thay dối theo ihòi íiian tại phân đoan i. Các lực cản đất có thể tác động tại lừng phần đoạn cọc : Ngoài ra, do các phãn đoạn cọc thường ngắn đối với phưoTig pháp CAPWAP, có thể cần một phần tử cản đất tại cuối của phân đoạn cọc cho sức chịu mũi và mội phần tử cản đất tại mỗi phân đoạn cọc thứ hai. Đồng thời các phân đoạn đất chỉ cần đánh dấu cho phần cọc chôn trong đất. Do vậy số các phân đoạn cọc N|, có thể khác với số các phần tử cán ma sát Nj. Nghiên cứu một phần tử đất k tại phẩn tử cọc i. Khi biết tốc độ phần lử cọc u, và chuyển vị u, và hệ số sức cản động nhót J|^ thì lực cản thứ k là : I I I I tiinh 3.12: Mô lìììilì ỉực cán dcĩt Smitli (Mô íiìnlì sức cản độinỊ lìliớí thay cho sức í ciii ( ÍỘ IÌỊỊ Siiiitli chặt chẽ). (3-56: Với lực cản tĩnh : (3-57; Và (3-58: 60 Trong phần sau sẽ nêu định nghĩa của các giá trị này. (B.) Dỡ tải và íái chất tài Lực cản lĩnh thấp hon đirợc giới hạn (hoặc âm, lực cản giới hạn) trong phưoỉng trình (3-58) là ; Rn. = R ., (3-59) Với 0 < u„ < 1 (3-60) Lưu ý rằng u„ luôn luôn bằng không cho lực cản mũi cọc. m ô hình phương trình sóng lực cản tĩnh của Smith đối với lực cản thân cọc giả thiết rằng khi bật nẩy và dâng lén (hoặc âm) sức chịu tải có thế đạt tới như biên độ của lực cản thân cọc chịu nén giới hạn. Kinh nghiệm nhiều năm trong phù hợp tín hiệu CAPWAP cho thấy giả thiết này kliông đúng (Lưu ý rằng "Lực cản âm" này không quan hệ gì với thuật ngữ địa kỹ thuật "ina sát ám" xẩy ra khi đất cố kết chuyển dịch tươiig đối xuống phía dưới so với cọc). Sự dữ tái hoặc hệ số mức độ âm u„ (trong CAPW AP gọi là "UNId") có thể lấy giá trị trong khoáng 0 và 1, gồm cá các giá trị đó, cho thân cọc. UNId = 1 tương ứng với giả thiết ban đầu của Smiih còn khi UNId = 0 ngụ ý rằng không tồn tại lực cản thân cọc ảm. Như vậy, lực cản thân cọc dâníĩ lên íĩiới hạn là tích số của UNId và lực cản giới hạn dương lại bất cứ phân đoạn nào. UNId được giả thiết không đổi dọc theo thân cọc. Khi đổng dẻ, UNId không có ảnh hưởng (không có bật nảy lên). Khi đóng khó, UNId có thể chọn ihấp bằng 0, ảnh hưỏng của UNId dễ dàng quan sát được trong phần sau của số liệu. Các giá Irị ihấp lioìi cỏ xu hưứim lãng phần sau của dường cong tính toán dược. (ìiá trị trone; phương trình (3 -57) là độ cứng đâì của lực cản thứ K. Đối với các tốc độ dương (hướng xuống). = (3-61) Với CỊi^ ià quake chấl tải thực lế. Quake ma sát thành bên Qi, (QSK,, là tên thực tế của giá trị này trong CAPW AP) không có thể bằng không (IrưòTig hợp dẻo lý tưởng) do lý do ổn định phương pháp số. Chúng cũng không được vượt quá chuyển vị phân đoạn cọc lớn nhất hoặc có thể gây ra sự tác động không hoàn toàn của lực cản.Các quake ma sát thành bôn lớn có xu hưóTig làm cho lực cản giữ được dài hơn và do đó đưòfng cong lực tính toán giiì được cao hơn, dài hơn trong số liệu đối với các giá trị quake cao hơn. Các qiiake ina sát thành bên lớn còn làm chậm sự hoạt động của lực cản, do đó đã tính được nhiều lực cản hơn đối với các phân đoạn phía trên khi các quake ma sát thành bên đã được lấy lớn hơn. Kinh nghiệm và các thí nghiệm trong phòng nói chung đã cho thấy các quake ma sát thành bên tương đối nhỏ và giá trị 0,25 cm trong phương trình sóng truyền thống thường là giá trị tốt nhất. Quake ớ mũi cọc (ỌToe) được CAPW AP xác định là một thông số rất biến động tuỳ thuộc vào cả kích thước cọc và điều kiện đất, quake ở mũi cần nhỏ hơn chuyển vị mũi cọc để lực cản ở mũi hoạt động hoàn toàn. 61 Đối với các tốc độ cọc âm (chuycn dộna Icii trcn, bậl náy) một quakc sứa dổi được tính theo ; qk,n = Muk/qk,,, Và độ cứnc : K., = R,>k.„ (3-63) Hệ số qiiakc ma sál dỡ tái Q (CSK„) được dùna dc chi uiá trị quakc ma sát dỡ lai thấp hơn so với quakc chất tái. Mộ số 1,0 được dặt triróc đc lạo ra các qiiake cliâì tai và dỡ tái bang nhau như Ironíi mó hình pliuưim trình sónu Smitli liêu chuán. Cùna uiá irị đó áp dụn” cho mọi quakc ma sál. Quake dỡ lái thực lè' (bằnu C'SK„ nhàn QSK„) khôiig có thế bằne khòng vì lý do phuong pháp sô . Giốne như quakc cliất lai. inộl quakc dỡ uii thấp sẽ gây ra mất tái sớm và do dó lực tính duợc tại cuối nliát dập sẽ bị ihâp. Đối với các cọc ma sát dài, sự dỡ lái có llie xay ra lru'ó'c 2L/c và CSK„ khi dó có thê anh hu'ó'im đốn sự phân bố lực cán. Một hộ số (CToc) có thê điiực quy dịnli đc giám qiiakc d('y lái cua lực cán ớ niQi. Hệ số này có thê lớn hơn khỏim và nliỏ hơn hoặc báng 1,0. Có llic có níioại lệ khi cấn có khoáng hớ ớ mũi (TGap). Khi dó quakc dỡ lái có llic lớn bằiig lổim của t|iiakc mũi và khoaiiíi hớ ở mũi. Do dó hệ sỏ' dữ uii lụi mũi có thê lớn băiií: (TGap + Ọ lo c )/ ỌToc. Cách ticp cận mô hình co' sớ này doi với lực c;in tĩnh đuực mớ rộnií băiii: một phương án "tái chất tái". Phưoìm án này t|iiy địnli mội (.Ịiiakc châì lái Iroiiii một chu kỳ chất lái thứ hai hoặc nìUỘii hơn. Plurơim án Iiày troim thiiậl loán Sm illi kliônu cần ihici vì ớ dây khỏnc. có sự phân chiii các quakc dữ lái {các clộ cứnii chài và dỡ lái là băim nhau). Phươim án mới này có ihc nói nhu' sau ; " Dirứi mức lái chất lủi. dộ CỨIIÍI dâì bằim dộ cứim dàì khi dõ' t;ii troiiii chu kỳ ch;ít tái thứ hai hoặc muộn hơn (Ironí: tỊ u á Irìiih phàn tích)" Mức chất tái này (LSK„ và L.Toc) nói cliiing ít có ý imliTa. Anh hươnu chi xuấl liiẽii ớ phần sau của số liệu. Hơn nữa lốc cíộ cua pliân doạn có lưc can Ihiin cân phái có ít nliál mộl aiá trị dương, âm và lúc dó cluonu tiếp ihco, có liệ số íiiáni dỗ’ tái dế cổ dirợc ánh hưởnn;. Hình 3.13 mỏ tá quan hệ lực cán lĩnh loàn bộ dối với bicn dạng dất. ( Bị) Gap vù PliiịỊ Theo kinh nghiệm về sự phù họp cua CAPVVAP cán có sư nio’ rộns khác dối với qiiy luậl lực cán đất Sniith cho nũii cọc. Đối với các cọc lựa trẽn lứp đất ráì cứnc. mội khoane hớ (TGap) ciữa mũi cọc và đất đỏi khi tổn lại. N'ó eày ra lực can kiôu hiên dạim cúìitt, có nghĩa là cọc chuycn dịch qua khoána ho' này lliì lưc cán lĩnh ớ mũi chi tòn bằne không. Nó clii bál dấu lãim luvén línli khi chuycn vị mũi cọc vưựt quá khoánc hòIrcn. T ổns sò khoáng hớ niũi (sap) và qiuike ứ ntũi cáii phái nlio hơn cluiyèn vị mũi cọc lóli nhất xáy ra Irone quá trình 1 nhát búa. 62 Hình 3.Ỉ3: Ị j i \ I tíìi ỈĨỈIỈI í ỉ ì í ì n í (H' Lưc caiì lình cúa đấl quaii hệ V('ri klioanu hcV ỡ mrú u, bãiig : (3-64) ĐÒI vói iri ÍZ, < (3-65) Khi K bãne N\ + 1 (mũi cọc) và i bằng N|, ,R băng khône đối vói các chuyên vị nhỏ iKín kỉioáiiíi liỏ' ớ mũi và băim R.^ dôi với các chuyến vị lớn hơn tốim số sap và qiiakc ở mũi. Khi dỡ lai, lưc caii mũi tlico tỊLiakc dỡ t;ii. Một khoáim hở Ihườne dược mỏ pliỏnu tổn lại với nìộl quakc lớn, cho phép xẩy ra lực kéo lớn khi tồn tại krc can cad. Anh huỏìm cua việc dùng íiap nói chunc rất cục bộ dúi \'ói lliòi diếin iroim \ò im 2L/c sau \a chạm. TVone các phán tích phương Irình sóng i n i y c n lliỏ n u , cỊLiakc ỏ' nũii sẽ bã im l ổ im ciìa "ap và cỊLiake O’ m ũi. Một Plim hoặc khối dâì lại inũi c ọ c ciu'ọ'c d ù n g t ro n e sự phát Iricn c ủ a C A P W A P đ ể "traiie trí” cho SU' phù hợp. 7'roim CAPVVAP khối đàì lác độnc như một lực cán bên neoài, bị dộniz hơn là niộl sự iliay đối ihưc tế Irong mỏ hình cọc. Do đó, lực cán khối dãl lR \|) lai thời đ iếm j, tác dộni: tại niũi c ọ c là : R,^,, = ( 11,,^ - u , , , . ,) / (gcit) ( 3 - 6 6 ) Ó d â y w là Irọnu l u ự n e đất, U|, là tốc đ ộ niũi c ọ c , là íiia l ố c trọ n » Irưòìm và dt là gia số ihòi gian lính toán. Hình 3.14 niò tá mối CỊuan h ê uiũ'a lu'c cán ũnh và chuyển vi 63 mũi cọc. Lưu ý rằng, mức tái chất tải (LToe) có thể được quy định, còn mức dỡ tải ở mũi luôn luôn bằng không. ( 8 4 ) S ứ c c ả n đ ộ n g Các lực nhóft (là hàm của tốc độ) cũng chống lại sự xuyên của cọc. Theo định nghĩa của phưofng trình sóng Smith truyền thống Rdi=jsiU, R„ (3-67) Do vậy, lực cản động Rjj phụ thuộc vào cả tốc độ phần tử U| và lực cản tĩnh tạm thời của phân đoạn R,| bằng một hệ số sức cản động Smith có thứ nguyên j,| đối với phán tử i. Tuy nhiên, để thuận tiện hơn trong sự phù hợp C A PW A P dùng hệ số nhớt tuyến tính. Hỉnh 3.14: Lực cchi tĩnh ởniũi Rdi=jviU, (3-68) Khác vói các giá trị Smith chúng có thể lấy không phụ thuộc vào lực cản tĩnh. Việc tính lại các hệ số sức cản động Smith từ các hệ số nhớt có thể được một cách gần đúng (bằng cách đặt R,| = Ryị) khi dùng : js, = Jv, / R u , (3-69) Để tránh việc phải xét đến các thông số sức cản động nhóft riêng rẽ, hệ số sức cản động m a sát Case j| đã được định nghĩa là tổng không thứ nguyên (kiểu phương pháp Case) của các hệ số sức cản động nhót. jc = s , , ơ v i) / z ( 3 - 7 0 ) ở đây z là trở kháng cọc. Hệ số sức cản động ma sát Case (JSK„ như CAPW AP đã xác định trong nhập số liệu) có thể quy định như một đại lượng không thứ nguyên. Nó có thể gần bằng khống (mặc dù rất không phổ biến) và lớn nhất đã quan sát được là 3. 64 Tuy nhiên, khôim có lý do đổ JSK„ khônơ có thế cao hơn đối với cọc dài có trở kháng thấp, nhưnc không có phân đoạn nào có hệ số sức cản động Case lÓTi hon 1,0. Vì vậy một giói hạn trên tuyệt đối của sức cản động ma sát Case là N^, số các phẩn tử đất. Cách tiếp cận sức cán độiiti của đất theo Smilh thích hợp hơn sự chỉ dẫn sức cán độne so với cách tiếp cận sức cản độim theo Casc vì nó có liên quan đến lực cản tĩnh của đất. Vì lý do đó 2,iá trị sức cản độns ma sát Iheo Smith (SSK„) được tính và trình diỗn troim CAPWAP. Từng thời diôni jSK„ nhớt được đưa vào, giá trị SSK„ theo Smith sẽ được lính toán lại. SSK„ cũiia có thế được đưa vào và siá trị tương ứng jSk„ sẽ được lính, luy nhiên bất cứ sự thay đối tiếp theo nào của lực cản đất sẽ làm thay đổi SSk„ nhưng sziá trị mới JSK„ siữ niiuyên không dổi. Chí dẫn cho các eiá trị sức cản động ma Scít Sniilli là nhỏ nhất là 0,075 s/m và lớn nhất là 1 s/m. Tuy nhiên, đ ôi khi cũng quan sát được các lĩiá trị nhỏ hơn hoặc lớn hơn. Tươim tự dối vói mOi cọc ta có một hệ số sức cản động mũi cọc iheo Case. .Ỉ,C = J .„ .,/Z (3-71) ơ đây "n + 1" chí phần tủ' mũi cọc, n là lốrm số các phân đoạn cọc. Sức cản động mũi cọc cOna có Iliể được CỊLiy định hoặc iheo Case j, (Jloc), hoặc theo Smith (SToe), giá trị sức can dộng mũi cọc lớn Iihất theo Casc không vượt quá 1. Các uiá trị sức cán động mũi cọc tlico Smith được kiến Iiíĩhị lương tự như các giá trị sức cán động nia sát theo Smilh. Troim sự pliù hợp C A PW A P quan sál dược cho Ihấy mỏ hình sức cán động nhớt tuyến tính tốl hơn so với cách tiếp cận của Smith ở phưoiig irình (3.67) đối với thân cọc. Nó cũrm thường lốt hon đặc biệl khi lực cản lác động tại 2L/c thấp. Một phương án cho kiểu sức cản độns; mũi (OPtd) có thè đưọc chọn hoặc như nhớt tuyến tính (OPtd = 0), Smith (1) hoặc sự phối liợp (2) của nhớl trước và Sniith sau khi lực cản mũi íiới hạn lần đáu tiên hoạt độim loàn bộ. OPtd ihco phương án 1 và 2 thưòiig quan sát thấy khi quakc mũi là tương đối cao hoặc có khoảng lìở ở mũi cọc. (B^) Lan íniyền sức cd/ì dộìĩịị lìirớc đây đã giả thiếi mô hình lực cản cứa đất kiêLi Sniith nghiên CÚII chuyển động của cọc clii đc tính toán các lưc cản. Tất nhiên chúng ta nhận thức được rằng cọc tạo ra mội lực trong đất, nó làm cho đất chung quanh cọc cũng chuyển dịch. Sự chuyển dịch của đát có thể đặc biệl quan Irọiiíĩ khi chuycn độníĩ của cọc nhỏ đến mức thực tế không xáy ra phá hoại Irưọl. Một ví dụ là cọc irên đá cứng. Do cọc sinh ra một lực nén chống lại cĩá. sóno hình thành trong đá và lực cản đất xuất hiện sẽ là một hàm của tốc độ hơn là của chuyển vị. Ví dụ đó ciai thích tại sao chúng ta nói về "lan truyền sức cản động" ;năng lượnc được lan truyền đi hơn là bị tiêu hao cho cắt đất)và tại sao dùng inột khối lư(yitg và một tụ đê thay ihế cho các licn kết đất cứntí cùa mỏ hình Smith. 65 Do cọc chiếm chỗ, phần đất bao quanh thân cọc cũng bị chuyển dịch, đặc biệt là trong vùng trượt. Một ví dụ là cọc khoan với bề mặt gồ ghề đặt trong đất dính. Một trường hợp là khi quan sát được ina sát lớn irong 2L/c đầu tiên, nhưng lực cản tổng cộng đã xuất hiện sau 2L/c là bé. Trường hợp đó là kết quả bình thườníí khi lực cản tĩnh bé nhưng sức cản động lớn gây nên giá trị sức cản động thân cọc theo Smith vưọt quá 1/3 m/s. Điều đó, làm một sô' tác giả cho rằng (Liksin và những người khác 1992 ) cần phải sử dụng mô hình lan truyền sức cản động để Ihể hiện chuyển dịch của đất trong những trưòíng hợp như vậy để thu được sự so sánh họp lý với thử tải lĩnh bằng cách giới hạn hệ số sức cản động Smith cực đại thân cọc đến 1,3 in/s. Hình 3.15 trình bầy mô hình lực cản khối lượng - lụ - lò so kiếu Smith cho cả thân và mũi cọc. Tất nhiên, có thể xẩy ra việc cọc không đủ khả năng chịu bất cứ tải trọng tĩnh nào nếu tụ đỡ của đất có hệ số sức cản động nhỏ hon không giới hạn (mặt khác một vùng độ sâu vô hạn có thể chịu chuyến vị vô hạn dưới bất kỳ tải trọng nào). Điều phi lý đó có thể được giải quyết bằng giả thiết các hệ số sức cản động hoặc .I5, của đất chống đỡ là nhỏ hơn vô hạn chỉ khi xẩy ra hiện tượng động. Phân đoạn cọc, Np '^vn Ma sát Ihành bén đáy cọc. Ng ^SN ■ ^s'^Ls Khối đất, M. - Jss Mô hinh lan tmyền damping ma sát Phàndoạn đẩtờmũi. Ne f1 Khối plug, M. -'vn+l- °p MÔ hinh lan tmyền damping ờ mũi ả i I Khối đất M Hình 3.15: Mô lììnlì lực cản đđĩ ỉlìún (a) nỉũi (b) Sniiĩlì niỏ rộn^ 66 Khối đất đỡ thân cọc và tụ xuất hiện để tạo một mô hình tốt cho việc sóng hao tán nãng lượng Irong mặt tiếp XLÍC cọc - đất, mà nó không phải đàn - dẻo không trượt. Các phương trình điều khiển LI và u được thay bằng các giá trị tương đối đo u, và u,. Sự chuyển dịch của khối đất dỡ (tốc độ chuyển vị U35) được tính toán đofn giản theo; U.0 = u . . , , + (R s ± / (Jss + M^/At) (3-72) Và + (U,,J.,) At (3-73) Khi đó : (3-74) Và U,,J = U,J - (3-75) Khi áp dụng mô hình lan truyền mũi được kiến nghị như sau : *Khối đất đỡ mũi M, (MToe) làm chậm ảnh hưởng của tụ (lan truyền) đất mũi cọc, (BTdp). Một giá trị xuất phát kiến nghị sẽ được tính toán từ khối đất bên dưới mũi cọc cho đến độ sâu bằng 3 lần đường kính cọc. Giá trị tụ đất đỡ mùi cọc I^iíBTdp) được áp dụng thuận tiện cho những cọc không cắm vào trong đất hoặc đá. Thường thường B l’dp bằnơ không (CAPWAP khi đó bằng vô hạn). Nếu nó không bằng không do có lan truyền sức cản động tại mũi cọc , thì nó có thể bằng 0,2 (giá trị này đã được quy định theo các đơn vị EA/c của cọc). *Tụ nia sát Jâì (SKdp) ihưừng đưực dùng de mò hình hoá sự chuyển dịch của đất dọc theo thân cọc. Nếu 2;iá trị SKdp bằng không thì CAPWAP sẽ xác định một tụ cứng vô hạn (đất không chuyển dịch : sử dụng mô hình Smith). Giá trị nhỏ đến 0,02(theo đơn vị EA/c của cọc) đã quan sát được mặc dù giá trị xuất phát đã kiến nghị là 1,0 và các giá trị khoảng 0,2 đến 0,1 là khá thấp. Các giá trị rất lớn có thể chấp nhận được, nhưng chúng làm giảm tính hiệu quả của phương pháp này. (C) Thuật toán truyền sónịị ( Cị) C ọc đồng nhất Đối với các đặc trưng thay đổi của cọc E,, Pi (mô đun đàn hồi, mật độ lấy trung bình trên toàn bộ chiều dài phân đoạn), tốc độ sóng của một phân đoạn là : C, = (E,/S,)'/- (3-76) Khi sử dụng trở kháng : z. = (E, A,) / c, (3-77) ở đây A, là diện tích tiết diện ngang trung bình của phân đoạn i, sóng truyền xuống phía dưới Fji tại phàn đoạn i có thể tính được từ : F„ = lF,(t) + Z,u,(t)]/2 (3-78) 67 Tại thời điểm bất kỳ j cá hai sóng lên và xuống F„, I và Fj, I là tồn tại troiig phàn đoạn i. Đối với 2 phân đoạn kc cạnh có cùng các đặc trưng : V à : = F „ , , , (Í-SO) C ọ c khônị> đồníị n h ấ t Nếu các đãc Irưng liết diện ngang ihay đổi giũ’a các phân đoạn i và i + 1 lliì khi đó trở kháng cọc z, phải xét đến sự phản xạ. Trở kháng như iruớc đáy dã nêu. Z, = (E, A,)/c. (3-81) ớ đây A| là diện lích tiết diện nííang cứa phân đoạn i.Khi định nghĩa. Z,, = Z ,/(Z . + Z,,,) (3-S2) V à; = Z ,/(Z , + Z ,J (3-83) Các giá trị sóng mới của gia sô' thời gian liếp theo cũng chịu ánh hướng cúa lực cán tổng cộng R, (tĩnh và động) tại phần lử i và được xác định theo : + + (3-84) - F„ , , - R,l + z,,, 1^,,, , (3-85) ịCị) Vết nứt cọc Mô hình cọc có thc gồm các vết núi dùng cho việc mỏ hình hoá mối nôi hay uẫy cọc. Về nguyên tắc, một chỗ gẫy có ihc gây phan xạ hoàn toàn nếu nó mờ và có thô iruycn sóng nếu nó đóng. Nó có thc truyền cả sóng kéo và sóiii; nén sau lực kéo s, và nén s„ khi hạn c h ế vết nút, c h u y ể n vị l ư ơ n g đ ố i U|, s c đ ư ợ c truyền đ ế n hai phân đ o ạ n k ề c ậ n vết nứt. Do vậy quy luật vết nứt cơ sở có thể được hìnli Ihành ihco lý lõ : các sóng chỉ được truyền nếu u, < S| và u, > Sj. nếu các chuyên vị kéo được xcm là âm. Đáng tiếc, mô hình vết nứl đơn gián đó không thể hiện tính thực tế đáy đú để phản ánh được ứng xử của các vết lìín và Hầy thực tế. Do đó mô hình này đã được sứa đối đế xét đến việc một số lực luôn có thể iruvền qua vết nứl hoặc mối nối (có neliTa là do việc có cốt thép, các vết nứt chi bao trùm một phần của tiết diện, hoặc sự phân phối không hoàn hảo khác). Hai mô hình đã được xây dựng tronc; phần mềm này. Đầu tiên là mô hình vết nứt hoàn toàn nhẵn WEAP. Hai tiết diện ngang sát với khoảng nứt đã được quy định, các lực được truyền tăng cho đến khi đạt đến lực ciia các tiết diện liên tục như trên hình 3.16. Mô hình này có thế biếu diẻn như sau; = (-Fd,,,j.| + R./2) (1 - r) + (F*, , ,)r (3-86) 68 Lưc nén Hình 3.16: M o hình vết nứt Với r = Ad/S ở đây Ad là chuyên vị tưoìm dối hiện lại, và s là vết nứt kéo hoặc nén. Ký hiệu là sóng đi lôn được tính cho một tiết diện không gẫy. Lưu ý rằng r sẽ lớii hơn 0,2 dối với nén, nhưng không có thc vượt quá 1. Đối với sóng đi xuống tương ứng có ; = (-F„,- R,/2) (1 - r) + j) r (3-87) Trong inô hình thứ hai khi các vết nứl nén hoặc kéo, s hoặc s,, xẩy ra lớn hơn giá trị " 10", khi đó chúng được giải thích như là các lưc vết nứi lón nhất F, (kéo hoặc nén tuỳ theo kiểu nứt đã được quy định). Khi đó các phuoni; Irìiih sau đây cho phép xét đến các vêì nứt mở hoàn toàn với các lực không đổi nhỏ nhái giữa 2 liết diện kề nhau. Fu.i.j = + R/2 + (3-88) Và - R/2 + Fs (3-89) (C\) Sức cản àộiìịỉ của cọc Sức cản động của vật liệu bên trong cọc có thế xét dến (mặc dù về cơ bản là không cầii thiết vì lý do ổn định số) bằng cách t ín h s ự t h a y đổi c i i a sóng và sự giảm sóng mới bằng một phần quy định P p : Do đó : - Pp ) (3-90) (3-91) Dấu * chỉ "iá trị sóng đã xét đến sức cán dộnu. Giá trị sức cản động của cọc P|, (Plld) có thể được dìins để vi chinh sự phù hợp. Tuy vậy cần phái thử. Ví dụ, sức cán động cọc 69 thép nói chung là thấp và Plld không được vưọt quá 0,01 đối với cọc thép. Đối với cọc bê tông cốt thép Plld bằng 0,02. Gỗ dòi hỏi giá trị lớn hơn một chút. Đối với cọc rất dài cần giảm sức cản động vật liệu. Lưu ý hệ số sức cản động này của sóng ứng suất sẽ gây ra sự trễ nhẹ phản hồi trở lại của sóng ứng suất.Nói chung, Plld được coi như một giá trị cố định dựa trên cơ sở vật liệu cọc và do vậy không coi là ẩn số trong quá trình CAPWAP. (Cs) Các giá trị đầu cọc (kiểu phân tích) Tại đầu cọc, các lực F„ j toạ độ U„ J, hoặc sóng xuống Fj ,„ j đã được xác định trước (m tức "đã được đo") tại thời điểm j. Khi đó giá trị tính toán bổ sung (c tức “đã được tính toán”) là : + (3-92) Hoặc U ,- [ F „ ,J - 2 F ,,„ ] /Z , (3-93) Hoặc sóng đi lên tính toán là kết quả trực tiếp của phân tích liên tục (sóng đi lên tính toán là sóng đi lên tại phân đoạn đầu tiên). Việc lựa chọn "kiểu phân tích" (ANat) do người sử dụng làm. Sự phù hợp sóng lên có thuận lợi là thay đổi pha, xẩy ra khi giả thiết tốc độ sóng không chính xác, dễ dàng xác định và tránh được, chọn kiểu phân lích tốt hơn. Lưu ý rằng, để so sánh các giá trị đo được sau khi sự phù họp sóng đã kết thúc, lực đầu cọc "tính toán" là sóng xuống đo được cộng với sóng đi lên tính toán được. Các kết quả CAPW AP luôn luôn gổm cả sự so sánh các lực và tốc độ đỉnh cọc đo và tính toáii được. (Cf,) Mũi cọc Tại mũi cọc, sự cân bằng lực đòi hỏi : Fu.Np.j = "Pd.Npó-l + R n S + Ỉ^NSí-1 ( 3 9 4 ] Với R ns và R ms+i thể hiện các lực kháng thân và mũi thấp nhất (tĩnh cộng động). ịCy) Cúc hiến s ố cọc vù tích phân Lực thực tế tại phân đoạn i (từ đó có thể tính được ứng suất) là tổng của các sóng lực đi lên và đi xuống. Fio = Fu,i, + F d .i,, ( 3 -9 5 : Tương tự tốc độ có thể nhận được lừ hàm số các sóng lực chia cho trở kháng. Ui,j = [Fd.i,j-1 ■ Fu,i,j]/^i (3-96 Và chuyển vị trở thành : U i-U ,,j.,+ (l/2 )(U ,j., + U,^)At (3-97 70 (C/ị) Phán tích ứng suất ílư(RSA) ứng suất dư xuất hiện trong cọc và đất tại thời điểm kết thúc của một nhát búa do cọc bị nén trong quá trình va chạm và Irong khi bật nẩy lên, đất cố gắng chống lại sự dãn hoàn toàn của cọc bằng cách truyền lực nén lên thân cọc. Các cọc ma sát chịu uốn dài hơn sẽ dề phải chịu RSA hơn các cọc ngắn, các cọc cứng hoặc các cọc ít ma sát. Như đã thấy trong các nghiên cím trước, sự kể đến các ứng suất đưa đến vịệc tính số nhát đập thấp hơn so với cách phân tích truyền thống. Nguyên nhân là năng lượng tích lại trorm cọc ở cuối nhát đập có thể sinh công có ích cho nhát đập sau. Trước đây các kỹ sư CAPWAP đôi khi nghĩ rằng sự phân bố lực cản tính toán có thể khổng chính xác do không xét đến ứng suât dư. Nguyên nhân là tại thời điểm kết thúc của nhát đập một vài lực cản của đất phía trên được truyền trực tiếp xuống dưới (âm) khi đó inột phần của ma sát phía dưới và lực chống ở mũi cọc vẫn tiếp tục đi lên và tạo ra sự cân bằng. Khi nhát đập tiếp theo tạo ra sóng ứng suất, tác động của các lực cản bên trên đòi hỏi các biến dạng để làm cho các lực ma sát âm về không trước khi hình thành sức cản dưoTig. Tại và gần mũi cọc, sức cản mà một phần đã được tái chất tải bởi nhát đập trước có biến dạng nhỏ hon để huy động được toàn bộ sức cản giới hạn của lớp đất phía dưói. Vì phân tích CAPWAP truyền thống giả thiết sức cản và chuyển vị ban đầu bằng khôriG, nên có sự dự báo thấp về sức cản phần thân cọc dưới và ở mũi cọc và dự báo cao phần bên trên, bằng cách tiến hành phân tích ứng suất dư trong CAPWAP có ihể hoàn chính được vấn để đó. Trong lựa chọn RSA đặt irước (REss) một giá trị lóìi hơn không. Phép phân tích bao gồm các bước sau: • Trong nhũng phân tích rất sớm ngay sau khi RSA bắt đầu (có nghĩa REss lớn hơn 1), mọi biến số đặt trước bằng không. Trong mọi phân tích tiếp theo, mọi biến số trừ các chuyến vị phân đoạn cọc và các lực cản của đất đều đặt trước bằng không. • Sau mỗi phân tích động, CAPWAP thực hiện một phân tích tĩnh (các tốc độ và do đó các lực kháng động bằng không) nó tạo ra sự cân bằng các lực cản của đất và các chuyển vị phân đoạn cọc do ứng suất dư gây ra. • Các phân tích động tiếp theo được liến hành với các chuyển vị phân đoạn cọc và các lực đất ban đầu khác không. Trong klii chuẩn bị cho mỗi lần phân tích, CAPWAP tính toán các sóng ứng suấl đi lên và đi xuống ban đầu trong cọc gây ra bởi các lực cản (tĩnh) còn dư. • CAPWAP sẽ tiến hành nhiều các phân tích phụ trợ theo chỉ dẫn của giá trị REss chọn. Sau mỗi lần phân tích, độ nén cọc còn dư (sai khác giữa chuyển vị đầu cọc và mũi cọc) sẽ được tính toán. • CAPWAP tính toán số nhát đập (BL,.,Fị„) tìr độ lún đỉnh cọc xẩy ra tại phân tích cuối cùng. 71 • CA PW A P thể hiện hai độ lún đầu cọc của 2 lần phân tích cuối cùng và các giá trị nén tương úng. Nếu sự thay đổi theo phần irăm giữa hai lẩn phàn tích là cao thì khi đ ó k h ô n g đạt được sự hội tụ và có thể cần phải thực hiện các phân tích Ịihụ trợ tiếp theo. Có khi sự phân bố lực cản tính toán trong phép phân tích truyền thống có vẻ như cao hon so với thực tế tại gần đỉnh cọc. RSA sẽ khắc phục thiêu sót đó. Tuy vậỵ, trái với W EAP, RSA của C A PW A P thưòns; không tính ra một sức chịu tải cao hơn so với phép phân tích CAPWAP tiêu chuẩn (không có RSA). Đối với RSA nói chung cần tãnu UNld (niức dỡ tải của lực cản thân cọc) vì không inột lực dư nào có thể tồn tại khi lực cản thân cọc âm bị ngăn cán bởi UNld = 0. Không có Ihế hội tụ trong Irưòìig hợp cọc giá thiếl dạn” chuyến vị khác nhau trong một loại nhất định các'nhái búa. Ví dụ, nhát (hoặc phàn tích) 1,3,5 ... có thế có lực nén cọc giống nhau, tuy nhiên nhát 2, 4, 6 .. có lực nén khác và khác nhau. Lời giải RAS giả thiết một loạt các nhát lý tưởng tạo ra các số liệu lực và tốc độ đo được như Iihau và do đó tạo ra các chuyển vị và lực dư như nhau. Không thể đạt được sự hội tụ nếu phép phân tích không được thực hiện đủ dài. 12.3. Trình tự CAPWAP (A) Các ẩn sà' Cọc được chia thành Np phân đoạn, Ma sát bên được quy về Ns các lực kháng của đất. Tliường các lực cản ma sát được miêu lả chỉ từ phân đoạn cọc thứ hai (2m) ciia cọc đã ngập đất. Thêm 3 lực cản đất để thực hiện sức chịu tai mũi có thể xẩy ra lại điểm khác nhiều với đáy cọc. Với 3 ẩn số cơ bản cho mỗi lực cán đất (lực cản, quake và lực cản động), tổng cộng là 3(Ns + 1) ẩn số. Trong phần lớn các trưòíng họp, tất cả các quake bên v à tất cả các hệ số sức cản động bên Smith là bằng nhau. Các hộ số sức cản động ihân Smith là tương đương với các hệ số sức cản động nhớt, chúng tý lệ thuận với các giá trị sức cản ũnh Như vậy có Ns + 1 ẩn sô' giá trị R,„ và 2 ẩn cho mỗi sức cán động và quake (tổng CỘIIỄ ẩn số Ns + 5). Sự mở rộng mô hình đất CAPW AP đã giúp cho 2 ẩn khác của quake dỡ tải (thàn^ bên và mũi), một cho mức dỡ tải, hai cho mức chất tải, và ba cho sức cản động mũi, gaỊ và plug. Bốn thông số có thể dùng cho sự lan truyền sức cản động và thêm một ẩn ch( khi phân tích ứng suất dư. Như vậy, tổng số các ẩn số là Ns+18. Sự phân bố của các lực cản thân giới hạn có thể xác định trực tiếp từ phần số liệi giữa ihời điểm va chạm và thời điểm sóng trở về đầu tiên. 17 giá trị còn ỉại sẽ được xá( định từ phần số liệu tiếp theo. Bảng 3.1 kê tất cả các ẩn số và các khả năng, các kícl thước của chúng và phạm vi được kiến nghị. 72 (Ai) Các qiuike ma sát Quak: ma sát (QSKn) không thể bằng không (trường hợp dẻo lý tưởng) do hạn chế cúa việc tính theo phương pháp số. Chúng không được vượt quá chuyển vị lófn nhất của cọc hoặc sự huy động không hoàn toàn lực cản sẽ xẩy ra. Các quake ma sát lớn sẽ làm cho sức cản duy trì dài hơn và do đó phần sau của đường cong lực tính toán sẽ cao hơn đối với các giá trị quake cao hơn. Các quake ma sát lớn gây nên sự hoạt động muộn của sức cản và do đó nhiều lực cản hơn sẽ được tính cho các phân đoạn phía trên khi mà QSkn Icn. Các quake lớn gây ra sự hao tán năng lượng cao và làm giảm sự huy động của sức :hịu tải có thể. Tốt nnất là để giá trị QSKn gần 0,25 cm liư khi : • Lịc tính toán thấp sau thời điểm 2L/c và không có giá trị nào khác có thể làm tãig chúng. • S5 nhát búa tính toán được là thấp và không có giá trị nào khác có thể làm tặng nó. Bảng 3.1. Các ẩn sô CAPWAP Đại lượng Quake na sát Quake nũi cọc Quake na sát UNld'" Quake nũi cọc UNId Mức dc tải Mức tái chất tải ma sát Mức tái chất tái mũi cọc"' Sức cản động ma sát Case Smith Sức cản động mũi cọc Case Smith Chọn SI'C cản động Smith Sức cản động cọc Tụ ma íát đất Khối đất ma sát Tụ đất nũi cọc Khối đát mũi cọc Khối Plig Gap mù cọc Chọn ứag suất dư________ Ký hiệu trong phần mểm QSkn QToe CSkn Ctoe UNld LSkn LToe JSkn SSkn Jtoe Stoe OPtd Pl)d SKdp MSkn BTdp MToe Plug Tgap REss Đơn vị cm cm s/m s/m Fu Fu Fu cm Nhỏ nhất được để nghị 0,25 0,2í) 0,25 0,25 50,0 N/A 0,08 N/A 0,08 u 0 0,02 0 0,02 0 0 0 0 Lớn nhất được đề nghị max 4'-’ max4,3- TCap 1,0 1,0 1,0 1,0 1.0 Ns 1,0'"’ 1,0 1,0'"» 2,0 0,03 N/A N/A N/A N/A 3 trọng lượng mũi max U,oe-Q,< 5 Giá trị xuất phát được đề nghị 0,25 0,.25 1,0 1,0 1,0 - 1,0 0 0,1 N/A 0,1 N/A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 73 Chú ý : (lì Hệ s ố (2) Chuyển vị lớn nhất (3) Có th ế cỏ các iỊÌá trị cao hơn nlìưiìịị khóìì^ phô hiến Qiiake mũi cọc Quake mũi cọc (QToe) không thể bằng không và không được vượt quá chuyển vị lớn nhất của cọc trừ đi gap mũi cọc. Hiệu quả của nó giống như các quake ma sát. Ngoài ra, các quake mũi cọc lớn cho phép một sóng kéo lớn tại thời điếm 2L/c trong khi sức chịu ở mũi cao. Trừ khi cọc đóng vào trong đá Qtoe thường lón hơn QSkn. (A ị) Quake mư sát dỡ tài Hệ số quake dỡ tải ma sát (CSkn) thường được dùng đối với quake dỡ tải tháp hơn quake chất tải. Tất nhiên việc đặt trước hệ số này bằng 1,0 làm cho các quake chất tải và dỡ tải bằng nhau. Giá trị này bao gồm tất cả quake ma sát. Quake dỡ tải bằng CSkn nhân với QSkn. Do vậy, quake dỡ tải CSkn không thể bằng không vì lý do phép tính số. Như một quake, quake dỡ tải bé gày nên sự mất tải nhanh và do đó tính được mội lực thấp khi kết thúc của nhát đập. Đối với các cọc ma sát dài, việc dỡ tải có thể xẩy ra trước 2L/c khi CSkn là rất nhỏ. CSkn do đó có thế ảnh hưởng đến sự phân bố sức cản. (A^) Quake dỡ tài mũi cọc Một hệ số CToe có thế được quy định để giảm quake chất tải thành quake dỡ tái củíi sức cản mũi cọc. Hệ số đó sẽ lớn hơn 0,01 và nhỏ hơn hoặc bằng 1,0- Có thế vượt quá khi sử dụng gap mũi cọc ( l ’Gap). Quake dỡ tái khi đó có thế cao băng tổng cua quake mũi cọc và gap mũi cọc. Do vậy một hệ số dỡ lải tại mũi cọc có thể cao bằng (TGap 4 Qtoe)/QToe. (A^) Mức dỡ tủi Mô hình sức cản tĩnh Smith đối với sức cản thân cọc được giả thiết trong quá Irìní bật nẩy hoặc dỡ tải, có thể đạt đến một sức chịu tải nhỏ nhất mang dấu âm của sức cải dương giới hạn. Lưu ý rằng, ý nghĩa của sức cản "âm" này khác với thuật ngữ địa vs thuật "ma sát âm". Ma sát âm địa kỹ thuật xẩy ra khi chuyến dịch tưong đối xuống phí; dưới đối với cọc trong khi sức cản thân cọc âm của chúng ta ở đây xẩy ra khi cọ< chuyển dịch lên phía trên khi bị bậl náy. Hệ số mức dỡ tải UNld có ữiể lấy giá trị giữa 0 và 1 (kể cả 2 "iá trị đó). UNld -- tương ứng với cách tiếp cận Sniilh, UNld = 0 có nghĩa là không tồn tại sức cản thân CỌI âm. Do vậy sức cản thân cọc âm giới hạn là tích của UNlđ và sức cản giới hạn dương tạ một phân đoạn. UNld không thể thay đổi dọc theo thân cọc. Thông thường, khi đón; cọc khó, UNld được chọn bằng 0,0. Khi các ứng suất dư được phân tích, UNld cán phả lớn hoìi 0 nếu không thì sẽ không có ứng suất dư nào có trong cọc. Khi đóng dễ, IJN1( không có ảnh hưỏmg (không có bật nảy). 74 ( A j Mức dỡ tủi ma sát Trcn mức dỡ tải này LSkn, quake chất tải luôn luôn bằng QSkn. Dưới mức này, đầu tiên quakc chất tải bằng QSkn và trong chu kỳ chất tải thứ hai hoặc sau đó, trong cùng phân tích này, thì bằng quake dỡ tải (QSkn) (CSkn). Mức tái chất tảl được quy định thông qua hệ số LSkn. Nó có thể lấy bất cứ giá trị nào giữa -1 và 1. Đốì với LSkn = -1,0 quake chất tải luôn luôn bằng QSkn. Đối với LSkn = 1,0 việc tái chất tải luôn luôn theo đường dỡ tải. Đối với CSkn = 1,0 thì LSkn nói chung không có ảnh hưởng. "riiôn" ihườim siá trị nàv ít có ý nghĩa. Ảnh hưởng thường chỉ xuất hiện ở phần sau cúa sô' liệu. Do vậy mà trước đó không ảnh hưởng, được lưu lại nếu tốc độ của các phân đoạn cùng với sức cản thân cọc không thay đổi giữa các giá trị âm và dưoỉng. (Ay) Mức tái chất tải mũi cọc số iương ínm RToe quy định quake tái chất tải của sức cản mũi cọc. Do sức cản mũi cọc khôníi thể nhỏ hơn không, mức tái chất tái nhỏ nhất tại mũi cọc bằng không. (Aịị) Sức cdìì động ma sát (cíá't) Giá trị cực kỳ quan trọng này có thể quy định theo hai cách khác nhau . Đầu tiên có thể tiếp cận theo sức cản động Case và JSkn được quy định như một giá trị không thứ nguyên. Nó có ihể bằng không (mặc dù rất không phổ biến) và lớn nhất là 3 như đã gặp. Tuy nhiên, không có lý do tại sao mà JSkn lại không thể cao hơn đối với cọc dài có trở kháng thấp. Tuy nhiên, không có phân đoạn nào mà hệ số sức cản động Case lófn hơn 1,0 . Do đó giới hạn Irên luyệt đối của sức cản động ma sál Casc là số lượng các phân đoạn đất N^. Cách tiếp cận sức cản động Smith lốt hơn cách tiếp cận sức cản động Case vì các chỉ dẫn về sức cản động có liên quan đến sức cản lĩnh của đất. Vì lý do đó, giá trị SSkn (sức cản động ma sát Sniith) được CAPVVAP tính toán và trình diễn. Mỗi một thời điểm JSkn được đưa vào trong menu c v , giá trị SSkn sẽ được tính toán lại. Cũng có thể đưa SSkn vào. Tuy nhiên, bất cứ sự Ihay đổi nào sức kháng tĩnh của đất cũng sẽ thay đổi SSkn trong khi JSkn được giữ nguyên. Chỉ dẫn cho các giá trị sức cản động ma sát Smith nhỏ nhất là 0,075 s/m và lớn nhất 1 s/m. Tuy nhiên, các giá trị nhỏ nhất và lớn nhất rất ít gặp. fy4gj Sức cản dộn g mCii cọc (đất) Sức cản động mũi cũng có thể c‘ược quy định, trong cả hai cách tiếp cận Case và Smith. Giá trị sức cản động mũi cọc Case lớn nhất sẽ không vượt quá 1. Sức cản động mũi Smith thường giống như sức cản ma sát Smith. Chọn sức câu cíộng Smirh (chỉ cho mũi cọc). Cách chọn này hiệu chỉnh sức cản động tại mũi cọc bằng cách nhân với tỷ lệ của sức cản tĩnh mũi cọc tạm thời và giới hạn. OPtd thưÒTig không đặt trước (ịịũó nghĩa nó 75 thường bằng 0). Nó có thể đặt 1 hoặc 2, nếu sức cản tác động tổng cộng ở thời điểm L/c tại mũi cọc là nhỏ và một qiiake mũi cọc lór. hoặc cho gap mũi cọc đã được dùng đối với các lực đã tính được thấp tại đầu cọc ỏ thời điếm 2L/c. Cách chọn 2 được dùng, nếu các phần sô' liệu sau đòi hỏi sức cản động lớn (nếu vẫn irở về sức cản động nlìól s;iu khi sức cản động đã hoàn toàn hoại động). Để gạn lọc, trong CAPW AP đã cho các tính toán sức cản động mũi cọc như sau : OPtd = 0; R„ = (JToe) (u,) (3-98) OPtd = 1; Rd. = (JToe) (u.) (Rs./R J (3-99) 0 P td = 2; R „ = (JToe) (Li.) ( R A ) đối với R , < R„ (3-lOOa) Và = (JToe) (u,) đối với R,„ = R„, (3-lOOb) ở đây R„, là sức chịu tải lón nhất hoạt động troug khi phân tích. ( A / i ) S ứ c c ả n đ ộ n g c ọ c Giá trị Plld có thể được dùng để làm nhanh sự phù hợp. Tuy nhiên, cần phải thực nghiệm. Ví dụ, sức cản động cọc thép nói chung khá thấp và Plld không thể lấy hơn 0,01 cho các cọc thép. Đối với các cọc bê tông cốt thép Plld = 0,02. Gỗ có thê đòi hỏi các giá trị lófn hơn một chút. Đối với các cọc rất dài cần giảm bớt sức cản động vật liệu hơn nữa. Lu"u ý rằng sức cản động của sóng ứng suất lừ sức cản động cọc sẽ tạo ra một sự trễ nhỏ Irong sự quay lại của sóng ứng suất. Nói cách khác ảnh hưởng của nó là “kéo dài” cọc ra một chút. ( A 1 2 ) T ụ m a s á t đ ấ t Tụ ma sát đất là một phần của mô hình lan triiyền ma sát bên. Mô hình này trước đâ\ đã được thảo luận rất kỹ. Không thể có nhiều giá trị kinh nghiệm. Nếu giá trị Sk,|p bằng không thì trong thực tế khi đó quy định một tụ cứng tuyệt đối (đất không chuyến dịch = mô hình Snìith). Thưòng thiròkig SK^ip giữ bằng không. Trong trưòng hợp để CA PW A f có sự phù hợp tốt sẽ dùng các giá trị SK^ip lớn hơn 0 đối với các cọc đổ tại chỗ. Trường hợp bùn sél cũng dễ hofn và sát thực hon với cách chọn này. Các giá trị nhỏ 0,02 (đơn V! EA/C của cọc) đã quan sát được. Các giá trị rất cao đã được chấp nhận nhimg chúĩiỄ làm giảm hiệu quả của phuơng pháp. Các giá trị rất nhỏ có ihổ dẫn đến những khó khăr của phưong pháp số. {Aiị} Khối đát ma sát Đại lưọTig này cần quy định khi SK^ip được đặt ở giá trị lón hơn khóng. Nó không cc ánh hưởng nếu Skjp bằng không. MSkn thể hiện một khối đát bao quanh cọc và nó bắ đầu chuyển dịch khi cọc truyền lực lên dâì. Có thể hình dung ra rằng khối này có trọnị lưọiig đất trong hình lăng trụ có chiều dài bằng chiều dài của phân đoạn đất và đườnị kính bằng 6 lần đường kính cọc. MSkn được đưa vào theo đơn vị trọng lưọiig, nó làn 76 chậm ánh hưởng của Skdp khi nó trở lên lóìi hon. Một giá trị rất lớn MSkn sẽ làm cho giá trị SK,|p không có ảnh hưỏiig và mô hình tương đương với mô hình Smith. (Ai_i) Tụ đất mũi cọc Giá trị BTdp áp dụng thuận tiện cho các cọc không xuyên dẻo vào trong đất hoặc dá/rhiròim thường BTdp bằng khỏns (bằng vô hạn). Nếu không bằng không do sự lan truyền sức cán động tại mũi cọc. thì có thế lấy thấp hơn bằng 0,2. (Giá trị này được quy định theo đon vị EA/c cúa cọc). Các tĩiá trị BTdp rất thấp có thê’ gây khó khãn cho tính loán số. ịAi^} Khối dát mũi cọc MToe làm chậm ánh hưởng của tụ đất mũi cọc (sự lan truyền). Nó cũng được quy định như iriội irọng krựng. Mộl giá irị kiến nghị sẽ được tính toán từ dải đất ngay phía dưới mũi cọc kéo dài tói độ sâu bằng 3 lần đường kính cọc. (A,(,) Khối Phig Đất nằm giữa hai cánh cua các cọc H hoặc bên trong đáy của một cọc ống hở đáy được Ihc hiộn bằiiíĩ đại lượntỉ này. Plug có đơn vị trọng lượng. Nếu íỊÌá trị Plug được chỉ dịnh bằng một lực thấp tác dụim ngắn ngay trước 2L/c và một lực cao tác dụng ngắn ngay sau 2L/c thì một giá trị xuất phát tốt là bằng một nửa cúa trọng lượng phân đoạn ở cláy. Tất nhiên, giá trị thấp thònu thường là bằng không. Các giá Irị cao hơn 3 lần trọng lượng phàn đoạn đáy cọc sẽ tạo ra hiệu quả sức kháng tương tự như sức cản động mũi cọc. (A/ỵ) Gap mũi cọc Gap mũi cọc đôi khi là mội thông số sức kháng mũi cọc cần thiết, có tầm quan trọng hàng đầu khi các cọc được đóng vào đất cứng và có sức cản thân cọc nhỏ. Khi đó có thể lổn tại một kiểu cọc "không bám chắc" vào đá irong nhát đập tiếp theo, đầu tiên là khóng có hoặc sức cán rất nhỏ. Vì lý do đó TGap và OPld thỉnh thoảng được dùng đồng thời (cá hai sức cản tĩnh và động giữ bằng không khi mũi cọc chuyển dịch qua khoảng hử mũi cọc gap). Kích thước nhỏ nhất của Gap tất nhiên bằng không, đó là giá trị xuất phát được đề nghị. Nếu Gap mũi cọc được chí định thì bắt đầu có thể thử với 0,15cm. Quake mũi cọc lớn nhấi: dược hạn chế iheo sự khác nhau íiữa chuyển vị mũi cọc lớn nhất và quakc mữi cọc. Chọn ứng suííí dư Đối với cọc ma sát thanh mảnh phép phàn tích ứng suất dư có thể đưa đến một dự báo gần thực tế hơn cho sự nhân bô sức kháng. Giá trị tiêu biểu REss = 1 đủ cho. một lần thử động thứ hai và áảiTi D-’iO ch o sự phân tích tĩnh. Tuy nhiên, nếu đã có sự thay d ổi cơ bản trong mó hình đất (hoí'L sau khi có các sửa đổi mô hình cọc, sau hiệu chỉnh các 77 số liệu) thì khi REss > 1 có thể cần cho sự hội lụ.Thỉnh thoảng cần kiểm tra sự hội tụ với số đầu của các lần phân tích theo số cũ của các lần thử (REss = 2 và khi đó REss = 1) để xem nếu mẫu cọc này giả thiết các dạng trung gian khác nhau, thì không hội tụ giữa các nhát búa với nhau. (B) Đánh giá chất lượng phù lìỢj) Chất lượng phù hợp (MQ) xác định bằng tổng số các giá trị tuyệt đối của các sai khác tương đối giữa những giá trị đầu cọc đo và tính được. MQ = It|íj,-fj,J/F„J (3-101) Vơi và fị„, là các giá trị đầu cọc tính và đo được tương ứng tại thời điểm j và F„, là lực đầu cọc đo được lớn nhất. Khoảng thời gian phân tích được chia nhỏ thành bốn phân khoảng như trên hình 3.17: 1. Khoảng đầu tiên, kéo dài từ thời điểm va chạm đến hết khoảng 2L/c. Khoảng này nói chung chỉ ra sự phân bố ma sát thành bên. Khoảng thời gian này cần được tiêu chuẩn với sự chú ý về thời gian tránh ảnh hưỏfng quá mức do tăng chiểu dài cọc. 2. Khoảng thứ hai, bắt đầu từ 2L/c sau đỉnh và kết thúc sau khoảng bằng thời gian tăng (tr) cộng 3 ms và thường quan trọng để xác định đúng các thông số sức chịu mũi cọc và sức kháng tổng cộng (tĩnh cộng động). Hình 3.17: Dáiih ị>iú sai số - CAPWAP 78 3. Khoảng thời gian thứ ba, bắt đầu từ 2L/c sau đỉnh của tốc độ va chạm và kéo dài hết 5 ms tiếp theo. Trong quá trình khoảng này Rj„ đúng xuất hiện rõ ràng nhất. 4. Cuối cùng một khoảng dài đến 20 ms được nghiên cứu, bắt đầu từ chỗ kết thúc của khoảng Ihứ hai. Trong phần số liệu cuối cùng này, tình trạng dỡ tải của đất ảnh hưởng đến các biến số đầu cọc. Qiất lưọTig phù hợp toàn bộ phản ảnh chất lượng phù hợp trong cả 4 giai đoạn trên. Do sự chồng lên nhau của các khoảng 2 và 3, thời gian ngay sau 2L/c có trọng số gấp đôi so với các thời gian khác. Do vậy biên độ ảnh hưỏfng đến MQ nhiều hơn các thông số sức cản đất khác. ị c ) Sự phù hỢỊ? s ố nhút húa Cùng với sự phù hợp các biến số đầu cọc đo và tính được là một hàm số của thời gian, sự phù hợp giữa số nhát búa tính và quan sát hiện trường được thường là một chỉ dẫn có ích cho việc đánh giá quá trình thử. Số nhát búa được tính theo 3 cách khác nhau : BCT,= l,0 /( U ,„ - q ,J (3-102) BCT,= 1,0/Uf (3-103) BCT, = 1,0/(U„„,-U„,f) (3-104) Trong phưoìig trình (3-102), u„„ là chuyển vị mũi cọc lớn nhất tính được và là một quake trung bình trong một phàn đoạn riêng rẽ và các giá trị sức cản mũi cọc. q.v = s (q, R J /R ., (3-105) Với qi và R„, là các giá trị quake và sức cản giới hạn của phân đoạn R„, là sức chịu tải tổng cộng giới hạn. Cách tính số nhát búa này được định nghĩa giống như trong phép phân tích W EAP tiêu chuẩn. Phưong trình (3-103) dựa trên cơ sở chuyển vị mũi cọc tính được cuối cùng u,f. Giá trị này phụ thuộc vào thời điểm kết thúc của sự phân tích và kém tin cậy. Phưorng trình (3-104) là số nhát búa được tính trong phép phân tích ứng suất dư từ sự sai khác giữa chuyển vị đỉnh cọc cuối cùng và sự phân tích động trước Ubef và nhìn chung chính xác hơn các định nghĩa khác. 12.4. Giải thích trình tự CAPVVAP Phương pháp CAPWAP dựa trên giả thiết của truyền sóng. Một lực đột ngột đặt vào đầu của một thanh sẽ tạo một sóng ứng suất đi dọc theo cọc với một tốc độ không đổi (5123 m/s đối với thép). Do vậy một cọc thép dài 25,6 m đứng yên tại thời điểm không,bắt đầu chuyển động tại mũi cọc 5 ms sau đó. Nếu sự chuyển dịch của mũi cọc bị ngãn cản, một lực kháng được hình thành và bản thân nó gáy sóng ứng suất. Trong ví 79 dụ này, sóng ứng suất kháng mũi cọc quay trở về đỉnh cọc 10 ms, sau khi lần va đập đầu tiên xẩy ra. Kết quả trực tiếp lời giải của phương trình sóng luyến lính là lực và tốc độ là tỷ lệ cho đến khi chỉ có sóng đi xuống tại điểm đo đạc. Hệ số lỷ lệ giữa lực và tốc đọ được gọi là trở kháng cọc z = EA/c hoặc mô đun đàn hồi E nhân vói diện tích tiêì diện ngang A, chia cho tốc độ sóng c. Vì có quan hệ tỷ lệ giữa lực và tốc độ đầu cọc, nên rất thuận lợi để vẽ đồ thị tốc độ sau khi nhân với z theo đơn vị lực. Bây giờ xét phần irên của hình 3.18, nó là một đồ thị của lực và tốc độ (nhân với trở kháng cọc) đo được trên một cọc có chiều dài 23 m. Điều kiện tỷ lệ đạt đirợc tại thời điếm va chạm khi mà không một sóng khắng nào đã được hình thành. Đối với hình 3.18, sóng Irở về khoản? 9ms sau khi va chạm (thòi gian 19,7 ms trong đồ thị do va chạm xẩy ra tại 10,2 ms). Rõ ràng là tại thời điểm này, sự tăng của lốc độ và sự giảm của lực có thể thấy được rất rõ. Sau Ihời diểm này, lực tăng dần dần so với tốc độ (vùng tô đen). Sự mất tỷ lộ này gây bởi sóng đi lên của các sóng nén hình thành từ các lực ma sát. Sự cách xa giữa hai tín hiệu này càng lớn, thi biên độ sức kháng đất càng lớn. Đồ thị bên dưới trong hình 3.18 thể hiện các lực kháng của đất do CAPW A P dự báo. Các đại lượng này được vẽ riêng và trong dạng cửa các lực đo được trong cọc tại sức chịu tải giới hạn dự báo. Tất nhiên, lực cọc này tại mũi cọc sẽ bằng sức cán mũi cọc tĩnh tính toán được. Lưu ý rằng thang Ihời gian cúa các đườiig cong đo được và tỉiang độ dài của sự phân bố sức kháng đã chọn sao cho ihời điểm va chạm sẽ được vẽ cùng với vị trí đinh cọc của đồ thị sức kháng.Tươne tự, ihời điểm sóng mũi cọc trở vổ và vị trí mũi cọc là thẳng hàng. 100 - KN 1000- Phân bố sức kháng ma sảt L ự c lro n g th à n c o c Hinh 3.18 : Ví dụ SÓÌI^ plìàỉì liồi ĩừ iiìci sút vù ìììili í Ọí 80 lYong irưòng hợp mũi cọc tự do, sóng phản xạ quay trở lại sẽ là sóng kéo. Đối với mũi cọc ngàm cứng, lực phản xạ sẽ bằng hai lần lực va chạm. Do vậy sóng phản xạ mũi cọc chứa thông tin xét đến biên độ của sức kháng mũi cọc. Các sóng nén gây bởi sức kháng thân cọc quay trở lại đầu cọc sớm hơn so với phản xạ va chạm mũi cọc hoặc sóng kháng mũi cọc. CAPWAP đánh giá úng xử tưoìip đối của lực và tốc độ đỉnh cọc, dùng thông tin này đổ phân chia các lực kháng ihận và mũi cọc. Biên độ của những sóng phán xạ quay trở lại mũi cọc là có quan hệ với biên độ của các lực kháng. Thời điểm các đường cong tách khỏi nhau sẽ xác định được vị li í của sức kháng này. Một cách khác có ihể giúp gạn lọc nhũìig dự đoán CAPWAP. Trong ví dụ của mũi cọc được ngàm cứng, lực cản này bằng 2 lần lực va chạm. Nếu số liệu của một cọc có mũi níìàni cimc được phân lích và '' sức chịu tải" được CAPWAP lính toán sẽ nhiều nhất là hai lần lực va chạm cho dù gối đỡ cứng này thừa khả năng đế chống lại chuyển vị cứa cọc với một sức kháng cao không giới hạn. Như vậy, CAPWAP không chỉ dự báo được cái đã xẩy ra. 12.5. Dự báơ sức chịu tải C APW A P và trình tụ so sánh Sự so sáiih giữa các kết quả CAPWAP và thử tải tĩnh trong thực tế cho thấy tương đối tòì . Tuy nhiên, so sánh đó chí bao gồm những trường hợp tlioả niãn các điều kiện sau: (a) Thử lải tĩnh đạt dến phá hoại. (b) Trong thứ dộng, độ xiiycn của cọc, đú lóìi để dự báo tải trọng phá hoại, đã được hình thành. (c) Tliử động và thử tĩnh thực hiện tại các thời điểm có thể so sánh được sau khi đóng cọc như sự hồi phục hoặc thư giãn của đất đã xẩy ra trong quá trình các thí nghiệm so sánh. Điều kiện đầu dễ được kiểm tra. Sự phá hoại đưọc định nghĩa theo Davisson (xem PellenÌLis và hình 3.19). Giả thiết 120 Davisson xem rằng phá hoại Hình 3.19: Giả tìúểt phá hoại Diivissoiì áp dụn^ xẩy ra khi quake mũi cọc bằng clìo cíườiiỊi coiiị; cliáì íái cíùn - cléo. 81 3 8 mm cộng D/120 với D là bề rộng/đườne kính có hiệu quá của mũi cọc theo mm. Đê’ tránh các hiệu chính khi đánh giá thí nghiệm tái trọng, độ xuyên của đinh cọc mà tại đó mũi cọc bị phá hoại được giả ihiết bằng độ nén đàn hồi cùa cọc cộng với quake phá hoại mũi cọc. Để kiểm tra điều kiện thứ 2, các giá trị sức kháng tĩnh được CAPW AP dự báo (quake và sức chịu tải giới hạn) có thể dùng để mô phỏng thử tải tĩnh và dùng giả thiết Davisson để kiểm tra đưÒTig cong kết quả thử tai này. Trình tự này được trình diễn trên hình 3.19. Tuy nhiên, do CAPW AP làm việc với mô hình đàn dẻo của Sinith trong khi đất ứng xử phi tuyến, giả thiết Davisson có thể cần áp dụng cho đường cong đặt tải lính toán. Các hạn chế đó cũng tồn tại khi các quake (hoặc độ cứng dất) chịu ảnh hưởng của tải trọng động. Được biết có những irường hợp khi các quake mũi cọc lớn xẩy ra khi đóng cọc, nhưng không xảy ra khi thử lải trọng tĩnh. Để kết luận, không thể cho rằng các đặc trưng CAPV/AP dự báo phù hợp với thử tải tĩnh nếu cả hai thử tĩnh và động không huy động được loàn bộ SLÌ’C chịu tải của cọc hoặc hai cách thử này không được thực hiện trong các điều kiện có thế so sánh được. 12.6. Ảnh hưửng của sự thiếu năng lượng búa đối vói các đặc trưng tính toán của CAPW A P (A) Đặt vấn đề Nguyên nhân sai sót rất phổ biến khi dự báo thấp là do huy động sức kháng chưa hoàn toàn. Điều đó được giai ihích như sau; gia thict răng cọc chông và mũi cọc nhận toàn bộ năng lượng đóng cọc, E. Trono iriròng hợp lý iưởng, sức chịu mũi làm việc đàn - dẻo (xem hình 3.20a) với quake C]| và sức kháim íiứi liạn R„. Do mũi cọc xuyên vào trong đất, sức kháng đấl lăng lôn. Trong quá trình "chất tai" đàn hổi đất đòi hỏi một tổng năng lượng bằng : E, = (u, Rj/2 (3-106) ở đây u, và R„ là độ xuyên và sức kháng tại mũi cọc. Sau khi đã đạt một quake năng lưọng truyền lên đất là ; E, = R„ (u, - q,/2) (3-107) Hiển nhiên rằng, một năng lượnc E nhỏ hơn R„q/2, không thể huy động sức kháng giới hạn của đất. Điều này có lý không chi cho sức chống mũi cọc, mà còn cho các lực ma sát thành bên. Tất nhiên E cũng còn nén cọc và vưọi quá các lực kháng độns. Quá trình dự báo của CAPVVAP phức tạp bởi sức kháng đất thực tế là khổng thuần tuý tuyến tính mà là một hàm phi tuyến. Trons trườnc họp sức kháng đất đàn dẻo, một độ xuyên cọc bằng không hoặc số nhát búa vô hạn sẽ chỉ rõ rằng không đạt được sức chịu tải giới hạn của cọc. Tuy vậy, tronc; thực tế một độ chối cọc khác không thể đạt được ngay cả khi sức kháng đất được huy động nhỏ hơn giới hạn. Trirờnc: hợp đó được 82