Tài liệu Biện pháp thí nghiệm động biến dạng lớn (PDA)

1. PHẠM VI CÔNG VIỆC 1.1 TỔNG QUAN Phương pháp thử động biến dạng lớn được tiến hành cho cọc khoan nhồi nhằm xác định sức chịu tải của cọc. Cách thử này phù hợp với chỉ dẫn kỹ thuật chung 4.8. Phương pháp này sử dụng các thiết bị chuyên dụng để đo và thu các các số liệu về lực, gia tốc, vận tốc và biến dạng dưới tác dụng của lực va chạm. Dựa vào các số liệu thu được, sức chịu tải cũng như độ đồng nhất của cọc sẽ được tính toán. Phương pháp thử này sẽ được thực hiện và phân tích bởi những chuyên gia có kinh nghiệm và các kỹ sư nền móng lành nghề. Phương pháp thử tuân theo tiêu chuẩn ASTM D4945-12. 1.2 THAM CHIẾU 1.2.1 Tài liệu tham chiếu – Yêu cầu kỹ thuật mục 4.8 (Thí nghiệm động biến dạng lớn của cọc – Phân tích đóng cọc (Thí nghiệm PDA test). – Kế hoạch quản lý thi công, tài liệu số – Kế hoạch quản lý chất lượng, tài liệu số – Kế hoạch quản lý cung cấp, tài liệu số – Kế hoạch quản lý giao thông, tài liệu số – Kế hoạch quản lý thiết kế – Kế hoạch quản lý An toàn và sức khỏe, tài liệu số – Kế hoạch quản lý môi trường, tài liệu số – Kế hoạch quản lý an ninh, tài liệu số 1.2.2 Tiêu chuẩn áp dụng – TCVN 9395:2012: Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu. – Tiêu chuẩn ASTM D4945-12: Tiêu chuẩn biện pháp thí nghiệm động biến dạng lớn cho cọc. 1.3 KHỐI LƯỢNG CÔNG VIỆC 1.4 YÊU CẦU VÀ KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Các yêu cầu được nêu trong mục 12.5.7, phần 2, chương II-1 – Yêu cầu chung. XXX sẽ lập biện pháp thi công để đáp ứng các yêu cầu này tương ứng với các chương, mục trong bảng sau: TT Yêu cầu Kế hoạch thực hiện – mục tham chiếu 1 Phạm vi công việc trong thuyết minh biện pháp thi công 1 2 Các bản vẽ và chỉ dẫn kỹ thuật công trình 3 Các biện pháp bảo vệ môi trường 5.2 4 Phân tích mối nguy hiểm 5.3 5 Kế hoạch kiểm tra và thí nghiệm, bao gồm cả nhân viên kiểm soát chất lượng và trưởng nhóm kiểm tra mà sẽ được phân công thực hiện công việc và các tài liệu khác sẽ được duy trì 4.1 6 Các biện pháp sẽ được sử dụng và tiến độ công việc 8.1 7 Các cảnh báo cần được lưu ý để tránh hoặc giảm thiểu các mối nguy hiêm đã được xác định 5.1; 5.2;7 8 Các yêu cầu về hệ thống quản lý chất lượng 4 9 Các nguồn cung cấp (máy móc và nhân công) 2 10 Các quy định về an toàn 5.1 11 Các giám sát sẽ được huy động (nêu tên) 2.1 1.2.1 TT Yêu cầu Kế hoạch thực hiện – mục tham chiếu 12 Kiểm soát giao thông và thay đổi hướng giao thông tạm thời sẽ được triển khai 7 1.5 TIẾẾN ĐỘ CÔNG VIỆC Căn cứ vào kếết quả thí nghiệm khoan lõi và siếu âm. 2. NHÂN LỰC, THIẾT BỊ HUY ĐỘNG CHO THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH 2.1 NHÂN LỰC HUY ĐỘNG CHO THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH 2.1.1 Sơ đồ tổ chức nhân sự nhà thầu chính 2.1.2 Sơ đồ tổ chức nhân sự nhà thầu phụ 2.2 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Thiết bị phục vụ thí nghiệm thử động cọc như sau: Số Hạng mục Mô tả Ghi chú Thiết bị thí nghiệm PDA Model PAK Bộ thiết bị PDA bao gồm: + Bộ cảm biến ứng suất và biến dạng + 02 cảm biến biến dạng, 02 cảm biến ứng suất và hệ thống dây nối. + Cuộn cáp tín hiệu dài 50m. + Hệ thống phần mềm thu thập dữ liệu đi theo thiết bị và phần mềm phân tích dữ liệu CAPWAP + Một máy tính công nghiệp với hệ thống card thu nhận dữ liệu. Tên Thiết bị thí nghiệm PDA (Pile Integrity Tester), bộ thiết bị PDA được nhập khẩu từ hãng Pile Dynamic, Inc (Mỹ), có bản quyền. 2. Búa thí nghiệm Búa được chọn theo tính toán phù hợp (trọng lượng: 11 tấn, đường kính: 1.0m; cao 1.8m). Giá thép dẫn hướng 3 Trắc đạc Một máy kinh vĩ để kiểm tra cao độ cọc trong quá trình thí nghiệm 4 Cần cẩu Cần cẩu có sức nâng > 25tons 1. Ghi chú : Giải thích cho việc chọn chiều cao thả búa.  Thí nghiệm động biến dạng lớn chỉ có thể có kết quả chính xác khi năng lượng tác động trên đầu cọc đủ để tất cả sức kháng của đất xung quanh cọc và ở mũi cọc. Nghĩa là năng lượng tác động phải làm cọc chuyển động  Tham chiếu đến mục 6.2-TCVN 9394:2012. Để chọn búa, năng lượng búa phải lớn hơn năng lượng tác động nhỏ nhất E: Emin=1,75.a.P Emin: Năng lượng tác động nhỏ nhất (KG.m) a: Hệ số 25 (KGm/T) P: Sức chịu tải là 500T (Tải trọng thiết kế) Vậy, Emin=21875 KG.m  Chiều cao rơi búa sẽ được tính toán theo công thức: Emin=Q.Hmin => Hmin=Emin/Q Q là trọng lượng búa (11 tấn) Ta tính được: Hmin= 21875/11000 =1.988m  Chiều cao tối thiểu thả búa là 2m.  Thiết bị thí nghiệm PDA 3. THỰC HIỆN 3.1 MÔ TẢ CÁC BƯỚC THỰC HIỆN Công việc được tiến hành tuân theo quy trình sau: 3.2 MIÊU TẢ QUY TRÌNH CÔNG VIỆC THỰC HIỆN Trước khi tiến hành thử động cọc, công tác khoan lõi, thí nghiệm siêu âm và PIT sẽ được tiến hành để kiểm tra chất lượng của cọc và phải được kỹ sư tư vấn phê duyệt. Công việc đào kết cấu và đập đầu cọc cũng được tiến hành trước khi thi công thí nghiệm PDA cho cọc làm việc. Mô tả trình tự công việc như sau: 3.2.1 Chuẩn bị thí nghiệm (1) Chuẩn bị đầu cọc: Đối với cọc đại trà, đầu cọc được xử lý trước khi thí nghiệm PDA, cụ thể như sau: – Phần bê tông tại đầu cọc được đập bỏ đến cao độ cắt cọc. – Lắp ống casing thép D1100 dài 1.4m từ cao độ cắt cọc. – Đổ bê tông bổ sung đến hết chiều cao ống casing, mac bê tông bổ sung phải cùng loại hoặc cao hơn bê tông đã dùng để thi công cọc. – Thí nghiệm PDA được thực hiện khi bê tông bổ sung đầu cọc đạt cường độ 30Mpa. Bề mặt đầu cọc được làm bằng phẳng để đảm bảo lực va chạm tác dụng đúng tâm. Trước khi tiến hành thi nghiệm PDA, cần đặt 1 tấm đệm gỗ dày 2cm ở trên bề mặt đầu cọc nhằm tránh phá vỡ đầu cọc. (2) Gắn các đầu đo vào thân cọc: Các đầu đo cần phải gắn dọc theo thân cọc ở khoảng cách L>=1.5 D (D: đường kính của cọc) tính từ đầu cọc nơi tiếp nhận trực tiếp năng lượng va chạm của búa. Gắn các đầu đo vào cọc bằng đinh vít. Vị trí gắn đầu đo phải được vệ sinh và bằng phẳng. Hai bộ đầu đo bao gồm đầu đo ứng suất và gia tốc sẽ được gắn tại hai mặt đối diện của cọc. Việc gắn các đầu đo cần phải đảm bảo đầu đo di chuyển cùng với cọc khi tiếp nhận lực va chạm. Sau khi kết thúc việc gắn các đầu đo, việc nối đầu dây đẫn của đầu đo với cáp chính và nối với các thiết bị xử lý số liệu sẽ được tiến hành cẩn thận. (3) Lắp đặt khung dẫn hướng và búa thử Trước khi lắp đặt búa thử, khung dẫn hướng sẽ được lắp đặt ổn định trên đầu cọc. Sử dụng cần cẩu nâng và thả búa thử thép khi thử. Khung dẫn hướng cần phải đảm bảo cho búa rơi thẳng đứng và lực va chạm tác dụng dọc trục, thẳng tâm với cọc (4) Cài đặt các thiết bị và vào các số liệu đầu vào: Cài đặt các thiết bị cho việc ghi, hiệu chỉnh và xuất ra màn hình các dữ liệu sao cho chúng sẵn sang hoạt động và các tín hiệu về lực và vận tốc lúc đầu ở vị trí không. Các dữ liệu đầu vào của cọc bao gồm mặt cắt cọc, khối lượng riêng và cả mô dun đàn hồi của vật liệu làm cọc, Chiều dài cọc từ vị trí đầu đo và chiều dài cọc từ mặt đất, tốc độ truyền song trong cọc. Số liệu đầu vào của búa: Tên búa, trọng lượng búa và chiều cao rơi. 3.2.2 Tiến hành thí nghiệm tại hiện trường Sử dụng cần cẩu để nâng búa thử bằng thép lên cao 0.3-0.5m so với đầu cọc sau đó thả rơi tự do. Búa thử sẽ rơi tự do xuống dưới và truyền vào đầu cọc một năng lượng va chạm. Kiểm tra sự hoạt động của các thiết bị cũng như tình trạng đầu cọc và sự ổn định của khung dẫn hướng. Sau khi thả rơi lần thứ nhất và kiểm tra tất cả các thiết bị hoạt động tốt, đầu cọc ở tình trạng tốt, công tác thử thực sự sẽ được tiến hành. Sử dụng cần cầu để nâng búa lên cao ít nhất 2m so với đầu cọc và thả rơi tự do. Năng lượng va chạm sẽ làm cho cọc lún xuống và sóng ứng suất sẽ được tạo ra trong thân cọc. Các đầu đo sẽ tiếp nhận các tín hiệu này và truyền tới các thiết bị ghi nhận và xuất ra màn hình. Lặp lại quá trình trên cho đến khi đạt được tải trọng yêu cầu. Tiến hành thử rơi và đo đạc từ 1-5 lần, trong quá trình thử các tín hiệu và tình trạng đầu cọc phải được kiểm tra liên tục cẩn thận. 3.2.3 Phân tích số liệu thu được trong phòng Dựa vào các số liệu đo đạc trên hiện trường, các chuyên gia có kinh nghiệm sẽ dùng phần mềm để đánh giá sức chịu tải của cọc. CAWP là phần mềm phân tích mà sử dụng kết quả của thử tải trọng động để tính toán sức chịu tải tĩnh. Ngoài ra sức kháng thành bên và sức kháng mũi cọc cũng sẽ được tính toán. Các thông tin liên quan đến thí nghiệm: – Các thông tin về dự án (tên, địa điểm xây dựng, nhà thầu thi công, đơn vị tư vấn…) – Thông tin về cọc (đường kính cọc, chiều dài cọc …) – Ngày thì nghiệm Số liệu đầu vào: – LE là tổng chiều dài của cọc (m). – SP là trọng lượng riêng của cọc (PS-T/m3). – EM là modun đàn hồi cọc (EM-kN/m2). – AR là diện tích mặt cắt ngang của cọc (AR – cm2). – WS là tốc độ truyền sóng ứng suất trong thân cọc (WS – m/s). Bảng kết quả thí nghiệm PDA cho ta số liệu đầu ra: – Tổng sức kháng động của cọc (TOTAL) – Sức kháng tổng cộng bởi ma sát thành bên của cọc (SKIN) – Sức kháng tổng cộng bởi mũi cọc (TOE) – Chiều cao rơi búa – Giá trị RMX đo được – Lực lớn nhất đo được do búa tác dụng lên đầu cọc (FMX) – Năng lượng lớn nhất thu được (EMX) – Ứng suất nén lớn nhất thu được tại đầu cọc (CSX) – Chuyển dịch xuống lớn nhất của cọcc – Độ nguyên dạng của cọc BTA Căn cứ vào kết quả thí nghiệm thu được đưa ra kết luận về sức chịu tải của cọc và độ nguyên dạng của kết cấu cọc khoan nhồi. 3.2.4 Trình nộp báo cáo thí nghiệm PDA Giải thích và báo cáo về thí nghiệm sẽ do người có năng lực được Kỹ sư chấp thuận thực hiện. Biểu đồ thí nghiệm (dữ liệu đầu ra) cho mỗi cọc sẽ được nộp cho Kỹ sư sau khi hoàn thành thí nghiệm với chữ ký của thầu phụ, kỹ sư công trường của nhà thầu chính và giám sát của Kỹ sư. Báo cáo về Thí nghiệm PDA sẽ được trình nộp cho Kỹ sư trong vòng 10 ngày sau khi thí nghiệm để Kỹ sư chấp thuận. 1. SCOPE OF WORK 1.1 INTRODUCTION OF PROJECT Pile Driving Analysis (PDA) Test shall be carried out forCast-in-place Concrete in order to deter mine BearingCapacity of pile. This test method is in accordance withEmployer’s requirement item 4.8. High strain dynamictesting of piles-Pile Dr iving Analysis (PDA). This testmethod covers the procedure for testing vertical or batterpiles in dividually to determine the force and velocityresponse of the pile to an impact force applied axially by apile driving hammer or similar device that will cause alarge strain impact to the top of the pile. This test methodis used to provide data on strain or force and acceleration,velocity or displacem ent of a pile under impact force. Thedata are used to estimate the bearing capacity of the pile aswell as hammer performance, pile stresses and soildynamics characteristics, such as soil damping coeffi cientsand quake values. All the test method & procedure shallconform to ASTM D4945 1.2 REFERENCE 1.2.1 Reference Documents – Technical requirement item 4.8 (High strainDynamic testing of piles – Pile Driving Analysis (PDAtest). – Construction Management Plan – QA&QC Management Plan – Delivery Management Plan – Traffic Management Plan – Design Management Plan – H&S Management Plan – Environment Management Plan – Security Management Plan 1.2.2 Reference standard – TCVN 9395:2012: Bored piles – Standard forconstruction, check and acceptance. – ASTM D4945-12: Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles. 1.3 QUANTITY OF WORK 1.4 REQUIREMENT AND IMPLEMENTATION PLAN The requirements are outlined in Section 12.5.7, part 2,chapter II-1 – General Requirements. XXX will establish construction methods to meet theserequirements correspond to chapters and sections in thefollowing table: N o Requirements Implement ationplan– references ection 1 The scope of work in the method statement 1 2 The drawings and specification 3 Measurement for environmental protection 5.2 4 Environmental hazard analysis 5.3 5 Inspection and testing plan, including qualitycontrol staff and checking leader that will beassigned to perform the work and other documentswill be maintain ed 4.1 6 The measures will be used and work program 8.1 7 The warning should be taken to avoid or minimizethe hazards which have bee n identified 8 The requirements for quality management systems 4 9 Resources (machine and labour) 2 1 0 The safety regulations 5.1 1 1 The supervisor will be mobilized (name isappointed clearly) 2.1 1.2.1 5.1; 5.2;7 N o 1 2 Implement ationplan– references ection Requirements Traffic control and traffic direction change will betemporarily implemented 1.5 SCHEDULE OF WORK Base on core test results and sonic test. 2. MANPOWER, EQUIPMENT FOR PILE DRIVINGANALYSIS (PDA) 2.1 MANPOWER FOR PILE DRIVING ANALYSIS(PDA) 2.1.1 Organization chart, duty of main contractor Organization chart for Pile Driving Analysis (PDA) asfollowing: 2.1.2 Organization chart, duty of sub contractor 2.2 EQUIPMENT FOR STATIC AXIAL COMPRESSIVEULTIMATE LOAD TEST PILES Equipment for PDA Testing are as follows N o . Item Features Remark Main apparatusf or testing PDA equipment includes: – Stress an acceleration device – Two accelerometers, two transducers and cable syste m. – A cable with length of 50 meter. – The processing data software: CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program). – A portable computer with a data acquisition card. Name of equipment: PDA (Pile drivingAnalyzer), le Dynamic, Inc (USA); copyrighted. 2 . Hammer Using hammer that ensure designed impact energy, tw o kind of hammers: – Weight 8 ton, diameter 1,0m; height 1,4m – Weight 11 ton, diameter 1,0m; height 1,8m Steel guide casing. 3 Automatic level A Automatic level for measuring level of test pile 4 Crane Crane > = 25tons 1 . Note: Explain to choose drop height of hammer  High Strain Dynamic Test is only having exact resultwhen impact energy on the top of pi le is sufficient tomobilize all resistance of soil around pile and at pile tip. It means impact energy shall cause movement of pile.  Refer to section 6.2-TCVN 9394:2012. To choosehammer, energy of hammer should bigger thanminimum impact energy E: Emin=1,75.a.P Emin: Minimum impact energy (KG.m) a: Coefficient 25 (KGm/T) P: Pile bearing capacity is 500T (design bearingcapacity) So, Emin=21875 KG.m The height of drop shall be calculated follow formula: Emin=Q.Hmin => Hmin=Emin/Q Q is weight of hammer – For hammer of 8 tons, Hmin= 21875/8000 =2.734m.The height minimum drop of hammer is 2.75m. – For hammer of 11 tons, Hmin= 21875/11000 =1.988m. The height minimum drop of hammer is 2.0m. Equipment of PDA test 3. TEST METHODS 3.1 WORK FLOW Work flow is as follows. 3.2 DESCRIPTION OF WORK SEQUENCE Before carrying out PDA Test, Proof coring of pile toe,Crosshole Sonic Logging shall be carr ied out toconfirm the quality of piles and result shall be acceptedby the Engineer. Structure excavation and Pile head treatment worksalso carry out before PDA test for workin g pile. Description of work sequence is as follows: 3.2.1 Preparation of PDA Testing 3.2.1.1 Preparation of pile head: For working pile, pile head treatment before PDA test,detail is as follows: – The concrete at the top of bored pile shall bedestroyed to cut-off level. – Setting temporary steel casing D1100 length 1.4mshall be fixed at cut-off level. – Casting concrete in steel casing, grade concreteresistance of additional concrete is the same gradeconcrete resistance or higher of pile test. – The PDA test shall be implemented if additionalconcrete reach the strength more than 30M pa. 3.2.1.2 Attaching the sensors into the pile side The sensors must be attached along the pile side at thedistance L>= 1.5 D (D: Diameter of pile) from the pilehead where directly receive impact energy of hammer. Attaching the sensors into the pile by screws. Locationof fixing sensor must be clean and sm ooth. Two sets ofsensor including 01 strain gage and accelerometer shallbe attached at two o pposite side of pile. Attaching mustensure that the sensor will move together with test pilewh en applied impact load. After finishing of attaching,connection of the sensors cable to the mai n cable and tothe apparatus for processing of data shall be carried-outcarefully. Figure2:ArrangementforattachingandTransducerforBoredpile 3.2.1.3 Setting driving frame and testing hammer: Before setting hammer, driving frame should beinstalled stable on the pile head. Using Crane to lift andrelease steel hammer when testing. Driving frame willensure the hammer drop dow nward vertically and theimpact force is applied axially and concentrically withthe pile. 3.2.1.4 Set up the apparatus and input data of pile andhammer Set up the apparatus for recording, reducing, anddisplaying data so that it is operational and the forceand velocity signal are zeroed. Pile data includes pile section, its own weight and alsoelastic modulus of the pile material, pil e length fromthe sensor location and the pile length from the ground,wave speed in pile. Hammer data: Hammer name, hammer weight anddrop height. Figure 3: Schematic Diagram of Apparatus forDynamic Monitoring of bored pile 3.2.2 PDA test at Site Using crane to lift the steel hammer up to about 0.3- 0.5m from the pile head then release it. Steel hammerwill freely drop downward and transfer to pile head animpact energy. Checking operation of apparatus as wellas pile head condition and stability of driving frame. After 1st drop and confirm all apparatus are operationaland pile head is in good condition, real test shall becarried out. Using the crane to lift the hammer up atleast 2m from the pile head for the hammer of 11 tonsor to 2.75m for the hammer of 8 tons and release it forfree dropping. Impact energy will cause settlement ofpile and strain w ave shall be generated in the pile body.The sensor will receive the signals and transmit to ther ecorder and to the apparatus for display. Repeat the above sequence until getting the requiredload. Taking, record and displaying from 1-5 times ofmeasurement, during the test signal and pile headcondition and stability of driving frame. 3.2.3 Analysis of obtained data in door Base on the data obtained from dynamic test at site, theexperienced specialist will use the ana lysis software toevaluate the bearing capacity of pile. CAWAP is thesoftware analysis progra m that use the results ofdynamic load test to calculate the static load bearingcapacity. In addition, resistance of soil surround pileand end-bearing capacity of pile shall be calculate d. The information related to the experiment: – All information of project (name, location of project,contractor, investor…) – Data of test pile (dimensions of pile, data) – Date of test. Data input of test: – LE Length of pile (m) – SP concrete Gravity of pile (T/m3) – EM elastic Module of pile (KN/m2) – AR cross-sectional area of the pile (cm2) Table output result of PDA test: – Total resistance contributed by Pile. (TOTAL) – Total resistance contributed by Skin Friction. (SKIN) – Total resistance contributed by End Bearing. (TOE) – Hammer drop height (m) – Case Static Capacity field estimate. (RMX) – Maximum measured pile top force. (FMX) – Maximum energy transmitted past the gausses. (EMX) – Maximum compressive stress at pile top. CSX – Maximum displacement of pile – Integrity of pile (BTA) Based on the result of PDA test: conclusions on theload capacity and The Integrity of pile. 3.2.4 Submission of Report on Pile Driving Analysis(PDA) Interpretation and report on testing shall be providedby qualified person approved by the Eng ineer. Graph of testing (output data) shall be submitted to theEngineer for each pile at site after com pletion of testingwith signature of subcontractor, site Engineer of theContractor and inspector of the Engineer. Report on Pile Driving Analysis shall be submitted tothe Engineer within 10 days after testin g for acceptanceof the Engineer.