Tài liệu Nghiên cứu khả năng chịu tải cọc khoan nhồi đặt trong tầng đá phong hóa nứt nẻ (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ ĐỨC TIẾN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI ĐẶT TRONG TẦNG ĐÁ PHONG HÓA NỨT NẺ Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 958.02.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 Luận án được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao thông vận tải Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long 2. PGS.TS. Bùi Tiến Thành Phản biện 1: ……………………………………………. Phản biện 2: ……………………………………………. Phản biện 3: ……………………………………………. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại: Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi ……. giờ …..ngày …. tháng …. năm 2020 Có thể tìm luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Trung tâm Thông tin Thư viện Trường Đại học GTVT MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện nay việc dự tính sức chịu tải của cọc được chia ra làm hai trường hợp, khi cọc đặt vào đất thì sử dụng các công thức liên quan đến sức kháng của nền đất, còn khi cọc ngàm vào đá thì có thể sử dụng sức kháng nén của đá qu. Tuy nhiên ở những khu vực có chiều dày tầng đá phong hóa tương đối lớn, cường độ đá phong hóa nhỏ hơn so với đá nhưng lại lớn hơn nhiều so với đất, lớp đất đá phong hóa nứt nẻ này được gọi là IGM, điều này dẫn tới khó khăn trong việc áp dụng tiêu chuẩn tính toán cũng như kiểm tra. Các tiêu chuẩn thiết kế cọc khoan nhồi ở Việt Nam và ngành giao thông vận tải trước đây chưa đề cập cụ thể đến phương pháp tính toán sức kháng của cọc khi qua lớp đá phong hoá nứt nẻ (IGM) mà coi như các lớp đất theo các công thức nửa thực nghiệm (đất dính) hoặc công thức dựa trên thí nghiệm hiện trường SPT (đất cát). Thí nghiệm nén tĩnh đo biến dạng dọc thân cọc đã được áp dụng ở rất nhiều nước trên thế giới để xác định mức độ huy động ma sát bên dọc thân cọc. Hiện nay, tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-10:2017 đã đưa vào định nghĩa lớp đá phong hoá nứt nẻ, tuy nhiên chưa có nghiên cứu thực nghiệm cho sức chịu tải của cọc khoan nhồi khi đặt vào tầng đá phong hóa nứt nẻ tại Việt Nam. Do vậy việc triển khai luận án là cần thiết. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án Luận án tập trung vào dự tính sức chịu tải của của cọc khoan nhồi khi cọc thi công vào tầng đá phong hóa nứt nẻ ở khu vực miền Trung và khu vực Quảng Trị bằng cách tổng hợp các công thức và lý thuyết tính toán cho loại đất đá này. Đồng thời đề tài tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc kết hợp với việc đo ứng suất, chuyển vị tại thân cọc, mũi cọc nhằm xác định chính xác ứng xử của cọc khoan nhồi khi thi công vào tầng đất đá này.. 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: sức chịu tải của của cọc khoan nhồi khi cọc thi công vào tầng đá phong hóa nứt nẻ ở khu vực miền Trung. - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu thực nghiệm và mô hình để xác định sức chịu tải của của cọc khoan nhồi khi cọc thi công vào tầng đá phong hóa nứt nẻ ở khu vực miền Trung, tập trung cho khu vực Quảng Trị 4. Phương pháp nghiên cứu - Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết như: phân tích và tổng hợp lý thuyết; - Các phương pháp thí nghiệm hiện trường: thí nghiệm nén tĩnh và nhổ cọc khoan nhồi với kích thước thật đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ - Phương pháp phần tử hữu hạn xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ 5. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và những đóng góp mới của luận án - Ý nghĩa khoa học của luận án: Luận án có ý nghĩa khoa học trong việc thực hiện thí nghiệm hiện trường cả thí nghiệm nén và nhổ, gắn các thiết bị đo hiện đại để xác định được sức kháng mũi cọc và thân cọc khoan nhồi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ khu vực miền Trung. - Ý nghĩa thực tiễn của luận án: Sản phẩm của đề tài góp phần định lượng hóa sức chịu tải của cọc khoan nhồi khi cọc đi qua các tầng đá phong hoá nứt nẻ - Những đóng góp mới của luận án: + Đã thực hiện được các thí nghiệm nén tĩnh và nhổ cọc tại hiện trường có lắp đặt các thiết bị đo đo biến dạng dọc theo thân cọc để xác định sức kháng của cọc khoan nhồi theo đất nền, đưa ra được các nhận định về ứng xử của cọc khoan nhồi đặt trong tầng đá phong hóa nứt nẻ + Đề xuất sử dụng phần mềm FB-pier để mô hình hóa sự làm việc của cọc khoan nhồi trong tầng đá phong hóa nứt nẻ, tính toán và so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường + Đề xuất điều chỉnh sức kháng thành bên và mũi cọc khoan nhồi khi đặt vào tầng phong hóa nứt nẻ (IGM) trong công thức tính sức chịu tải của Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ hiện hành. 2 6. Bố cục của luận án Bao gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận và kiến nghị như sau: Chương 1: Tổng quan về sức chịu tải cọc khoan nhồi trong tầng đá phong hóa nứt nẻ Chương 2: Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi trong tầng đá phong hoá nứt nẻ Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường nén tĩnh và nhổ cọc của cọc khoan nhồi đặt trong tầng đá phong hóa nứt nẻ. Chương 4: Phân tích sức chịu tải cọc khoan nhồi trong tầng phong hóa nứt nẻ theo phương pháp phần tử hữu hạn và so sánh đối chứng với kết quả nghiên cứu thực nghiệm hiện trường. Kết luận và kiến nghị của luận án. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI TRONG TẦNG ĐÁ PHONG HÓA NỨT NẺ 1.1. Giới thiệu chung về cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi là một giải pháp cho các công trình chịu tải trọng lớn. Cọc khoan nhồi được áp dụng rộng rãi vào các loại hình công trình như nhà cao tầng, công trình cầu, hầm và các công trình cảng biển. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đòi hỏi nhà thầu phải có đủ năng lực và kinh nghiệm về nhân lực, thiết bị, quy trình thi công và các ứng xử khi xảy ra các sự cố trong quá trình thi công cọc khoan nhồi Việc lựa chọn công nghệ cọc khoan nhồi chính là việc lựa chọn công nghệ khoan tạo lỗ. Việc lựa chọn loại hình công nghệ khoan tạo lỗ phụ thuộc vào các tiêu chí: Điều kiện mặt bằng khu vực thi công, điều kiện địa chất thủy văn, năng lực của máy móc thiết bị 1.2. Tổng kết địa chất của khu vực miền Trung đặc trưng của lớp đá phong hóa nứt nẻ Để tổng kết địa chất khu vực miền trung, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát, thu thập số liệu, tài liệu cho Đà Nẵng, Quảng Trị.. Thông thường đá được phân loại theo bảng 1-1 dựa vào cường độ của nó. Khi xét đến mức độ phong hóa của đá tại khu vực Đà Nẵng có thể dựa vào các tiêu chí RQD như bảng 1-2 [2]. Bảng 1-1: Phân loại đá theo cường độ theo Attewell & Farmer 1976 Phân loại Rất yếu Dải cường độ (MPa) 10~20 Yếu 20~40 Trung bình Rắn 40~80 Rất rắn 80~160 160~320 Dạng đá đặc trưng Các đá trầm tích phong hóa và nén kém chặt Đá schist, các đá trầm tích liên kết kém Các đá trầm tích nén chặt và 1 vài loại đá macma hạt thô kém đặc Các đá macma nén chặt và một vài loại đá biến chất và cát kết hạt mịn Đá quartzite, đá macma hạt mịn đặc 4 1.3. Định nghĩa và đặc điểm của lớp đất trung gian IGM Bảng dưới đây tóm tắt các định nghĩa về IGM từ nhiều nguồn bằng cách sử dụng cường độ nén nở ngang hoặc giá trị N –SPT. Bảng 1-2: Định nghĩa loại đất trung gian theo các tác giả [13, 42] Loại đất đá Tác giả (Năm) Định nghĩa IGM Tất cả các loại Cường độ nén nở hông Clarke và Smith (1993) đất đá < 5MPa Hội Cơ học đá quốc tế Tất cả các loại Cường độ nén nở hông (de Freitas 1993) đất đá 5 - 25MPa Hiệp hội địa chất Luân Tất cả các loại Cường độ nén nở hông Đôn (de Freitas 1993) đất đá 1.25-5MPa Cường độ nén nở hông Tất cả các loại Finno và Budyn (2000) 0.5 - 5MPa đất đá Giá trị SPT, N >50 búa Lực dính không thoát Tất cả các loại nước> 0.3 MPa Marinos (1997) đất đá Cường độ nén nở hông >2 MPa Tất cả các loại Cường độ nén nở hông Johnston (1989) đất đá > 0.5 MPa Tất cả các loại Cường độ nén nở hông Gannon et al. (1999) đất đá > 0.6 MPa Tất cả các loại Cường độ nén nở hông Akai (1997) đất đá 1-10 MPa Tất cả các loại Cường độ nén nở hông O’Neill et al (1995) đất đá 0.5-5 MPa Mayne và Harriss (1993) Đất dính Giá trị SPT, N >50 búa Cát có ngưồn Cường độ nén nở hông De Freitas (1993) gốc từ đá trầm 1-25 MPa tích Cường độ nén nở hông Dobereiner và de Freitas Đá cát kết trong trạng thái bão hoà (1986) 0.5-20 MPa 5 Như vậy về nguyên tắc có thể coi loại đá phong hoá nứt nẻ là loại đất IGM. Từ đó có thể áp dụng các công thức để tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi khi đặt vào tầng đá phong hoá nứt nẻ này 1.4. Tổng quan một số phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi trong nền đá phong hóa nứt nẻ tại Việt Nam Hiện nay ở nước ta việc thiết kế cọc khoan nhồi được áp dụng theo tiêu chuẩn LRFD (Mỹ) đối với ngành giao thông vận tải hoặc theo tiêu chuẩn Việt Nam. Trong các tiêu chuẩn này việc dự tính sức chịu tải của cọc được chia ra làm hai trường hợp, khi cọc đặt vào đất thì sử dụng các công thức liên quan đến sức kháng của nền đất như góc ma sát trong của đất rời, sức kháng nén có nở hông trong điều kiện không thoát nước qu cho đất dính, sử dụng kết quả thí nghiệm hiện trường như CPT, SPT… còn khi cọc ngàm vào đá thì có thể sử dụng sức kháng nén của đá qu. Tính sức kháng theo nền và biến dạng của cọc khoan nhồi trong tầng phong hóa nứt nẻ theo TCVN 11823-10:2017 1.5. Kết luận chương 1 - Tổng quan về địa chất khu vực nghiên cứu, lớp đá phong hóa từ mạnh đến trung bình, ảnh hưởng đến dự tính sức chịu tải cọc là lớp đại diện cho địa chất khu vực Miền Trung và Quảng Trị có chiều dày tương đối lớn do đó cần nghiên cứu khi thiết kế tính toán khả năng chịu lực của cọc khi đặt vào tầng địa chất này. - Khu vực Đà Nẵng, Quảng Trị và Quảng Bình có lớp đá phong hóa với giá trị RQD: 0-30% cường độ từ 2,5Mpa ÷25Mpa có chiều dày từ 4,5m ÷25m thuộc địa tầng IGM nhóm III khi tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ Việt Nam TCVN 11823-10:2017 . - Các công thức lý thuyết và thực nghiệm cho cọc khoan nhồi khi thi công vào tầng phong hóa nứt nẻ cũng đã được nghiên cứu trên thế giới thời gian gần đây 6 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI TRONG TẦNG ĐÁ PHONG HOÁ NỨT NẺ 2.1. Tổng quan về các phương pháp xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi có gắn các thiết bị đo dọc theo thân cọc tại Việt Nam Ở nước ta những nghiên cứu đầu tiên về thí nghiệm nén tĩnh kết hợp đo biến dạng dọc thân cọc được nhóm tác giả Nguyễn Minh Hải, Trần Thanh Quang tiến hành nghiên cứu tại công trình Royal Tower ở quận 7, thành phố Hồ Chí Minh. Nghiên cứu này đã áp dụng phương pháp phân tích ngược được Fellenius đề xuất. Gần đây tiếp tục áp dụng thí nghiệm có gắn O-cell cho một số công trình cọc khoan nhồi vào đá tại Đà Nẵng [6] Đề tài của Hoàng Thanh Hải đề xuất quy trình xác định quy luật t-z của cọc cũng như xử lý số liệu biến dạng dọc thân cọc theo phương pháp xác định module đàn hồi pháp tuyến cho một số cọc khoan nhồi tại Hà Nội [7]. Hai nghiên cứu chỉ dừng lại ở thiết lập đường truyền tải trong cọc mà chưa có những so sánh với các phương pháp tính toán giải tích hay phần tử hữu hạn để đề xuất lựa chọn phương pháp tính toán sức chịu tải cọc có độ tin cậy cao và phù hợp với địa chất nước ta Lê Phương đã phân tích đường truyền tải trọng trong cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh kết hợp đo biến dạng dọc thân cọc [10]. Các thiết bị thí nghiệm này tương tự như thiết bị thí nghiệm nén tĩnh cọc, tuy nhiên các thí nghiệm này có gắn thêm các thiết bị đo biến dạng dọc theo thân cọc. Các thiết bị đo biến dạng được gọi là đầu đo ứng suất bằng dây rung (Straingages – Sister bar) 2.2. Tổng quan về các phương pháp xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi có gắn các thiết bị đo dọc theo thân cọc trên thế giới Thí nghiệm nén tĩnh đo biến dạng dọc thân cọc được áp dụng từ những năm 1969 cho các cọc bê tông cốt thép đúc sẵn tại rất nhiều nơi trên thế giới để xác định mức độ huy động ma sát bên dọc thân cọc [32]. Sau đó các nghiên cứu thực nghiệm trên cọc khoan nhồi cũng đụợc tiến hành để đươc xác định sức kháng thành cọc cũng như sức kháng mũi cọc khoan nhồi [13, 21-27, 29, 30, 33, 35-39, 42, 44, 47, 51, 53] 7 Sức chịu tải cho cọc đóng vào tầng đất IGM đã được phòng giao thông của Montana (Canada) phân tích 9 dự án [31]. Đối với IGM thì có thể xác định theo giá trị sức kháng nén 1 trục cho đá, hoặc dùng chỉ số búa SPT cho đất rời. Mỗi một dự án đã được phân tích bằng báo cáo thiết kế, số liệu thi công và phần mềm CAPWAP Nhiều thí nghiệm ở Mỹ cho thấy chỉ dùng thí nghiệm nén tĩnh thì không đủ để đánh giá ứng xử của cọc [13, 26, 28, 40]. Ví dụ cọc khoan nhồi đường kính 1,2 m và chiều dài khoảng 15,6 m và được thi công xuyên qua lớp cát và ngàm vào lớp đá vôi yếu ở Tampa, Florida. Kết quả thí nghiệm cho thấy các thông tin quan trọng có thể thu được từ việc gắn các thiết bị đo, nếu như chỉ dùng thí nghiệm nén tĩnh thông thường sẽ không xác định được Thí nghiệm Osterberg cũng dùng để xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi, thí nghiệm này có nhiều ưu điểm và cũng được áp dụng khá rộng rãi [18, 50, 52]. Tác giả đã nghiên cứu và tìm hiểu chi tiết một số thí nghiệm thử tải cọc khoan nhồi thực tế tại một số nước trên thế giới như tại Ấn Độ, Mỹ, Kazakhstan 2.3. Nghiên cứu bố trí thí nghiệm hiện trường sức chịu tải của cọc Sau khi nghiên cứu tổng quan tài liệu các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt nam, để tiến hành thí nghiệm nén cọc cho cọc khoan nhồi thì cần các thiết bị tối thiểu được trình bày như dưới đây. Dựa vào tổng kết các nghiên cứu trước đó, thí nghiệm nén tĩnh và quan trắc, xác định ứng suất, biến dạng theo thân cọc và mũi cọc có thể được tiến hành với các thiết bị chính như sau [10, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 35, 43, 44]. 8 Hình 2-1: Bố trí các thiết bị cho thí nghiệm nén tĩnh cọc kết hợp đầu đo biến dạng dọc theo thân cọc (i) Đầu đo lực (load cell): đo lực tác dụng lên đầu cọc Một thiết bị đo lực (dạng load cell) là một bộ phận của hệ thống gia tải với mục đích đo lực tác dụng vào đầu cọc. (ii) Thiết bị đo biến dạng Đo biến dạng là thành phần quan trọng khi thí nghiệm tải trọng tĩnh để xác định được lực truyền vào cọc. Cốt thép thường được dính bám vào bê tông và do đó có thể đo được biến dạng của thanh thép từ đó tính ra biến dạng của cọc khoan nhồi tại vị trí gắn thiết bị. 9 Hình 2-2: Hình ảnh thiết bị đo biến dạng gắn vào lồng cọc khoan nhồi 2.4. Kết luận chương 2 - Đã đưa ra yêu cầu chung và số lượng các thiết bị cần thiết để thí nghiệm nén cọc vào tầng đá phong hóa nứt nẻ. - Trình bày chi tiết cách tiến hành một vài công trình thí nghiệm trên thế giới, cách thu thập, xử lý số liệu khi nén cọc vào tầng đá. - Cách gắn các thiết bị đo, các biểu đồ thu được trong quá trình nén cọc để phục vụ cho chương tiếp theo liên quan đến thí nghiệm hiện trường. 10 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG NÉN TĨNH VÀ NHỔ CỌC CỦA CỌC KHOAN NHỒI ĐẶT TRONG TẦNG ĐÁ PHONG HÓA NỨT NẺ 3.1. Nghiên cứu công thức tính toán lý thuyết dự tính sức chịu tỉa của cọc khoan nhồi trong điều kiện đá phong hóa nứt nẻ Các hướng dẫn trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của nước ta hiện nay quy định rất sơ sài về trường hợp tính toán sức chịu tải của cọc nhồi trong đá phong hóa nói chung và đá phiến phong hóa nặng nói riêng. Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05 thì sức kháng của cọc khoan nằm trong đá phong hóa không được quy định rõ ràng. Tuy nhiên nếu là cọc đóng thì theo Điều 10.7.3.5 qui định về sức kháng của cọc đặt trên đá yếu như sau. Cọc được đặt trên đá yếu phải được thiết kế xử lý đá mềm như đất, được quy định trong Điều 10.7.3.3 cho các cọc đặt trên vật liệu dính và Điều 10.7.3.4 cho các cọc đặt trên vật liệu rời. Do các tiêu chuẩn thiết kế không quy định rõ cách tính toán sức chịu tải của cọc đối với trường hợp đá phong hóa nặng, do đó việc tính toán thường được thực hiện theo kiểu “vận dụng” theo tiêu chuẩn đã có. 3.2. Thí nghiệm hiện trường xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi 3.2.1. Giới thiệu tổng quan về thí nghiệm Vị trí thí nghiệm nén tĩnh và nhổ cọc khoan nhồi vào tầng phóng hóa nứt nẻ được thực hiện tại cầu Cầu Ái Tử, Quảng Trị. Đây là một cầu thuộc Dự án đầu tư xây dựng công trình tuyến tránh quốc lộ 1 đoạn qua thị xã Quảng Trị (hạng mục cầu Thành Cổ và đường dẫn), tỉnh Quảng Trị đã được bộ GTVT phê duyệt thiết kế bản vẽ thi công tại Quyết định số 2498/QĐ-BGTVT ngày 11/08/2016. Hiện nay hạng mục cầu Thành Cổ đã thi công xong, các hạng mục còn lại đang được gấp rút hoàn thiện. Trong các hạng mục đang hoàn thiện, có hạng mục các cầu trên tuyền bao gồm 4 cầu: Cầu Bến Lội (km 0+659), cầu Sông Hiếu (km2+520), cầu Lai Phước (km7+681.74), Cầu Ái Tử (km763+214.8). 3.2.2. Thí nghiệm nén tĩnh dọc trục 3.2.2.1. Thiết bị thí nghiệm nén tĩnh - Thiết bị thí nghiệm bao gồm: • Thiết bị gia tải: Kích, bơm thủy lực; • Hệ đo lún: Đồng hồ đo lún, hệ thống đo lún tự động, dầm chuẩn; 11 • Hệ phản lực: Dầm thí nghiệm, dầm phụ, tải chất thí nghiệm, cọc neo. 3.2.2.2. Thiết bị đo chuyển vị Thiết bị đo chuyển vị đầu cọc (DT-100A; KYOWA, JAPAN) có độ chính xác 0.01mm và hành trình tối đa là 10cm, được nối với hệ thống đo số liệu tự động, được cố định vào dầm chuẩn để ghi lại chuyển vị của đầu cọc trong suốt quá trình thí nghiệm. Có 4 thiết bị đo chuyển vị ở đầu cọc. Hình 3-3: Thiết bị đo chuyển vị đầu cọc 3.2.2.3. Thiết bị đo chuyển vị của cọc: Rod extensometer Trong thí nghiệm nén cọc, việc đo đạc sự co, giãn của cọc ở các độ sâu khác nhau giúp cho việc hiểu biến dạng của cọc khi chịu tải. Thiết bị đo giãn kế bao gồm một đầu đo, 1 thanh đo và 1 neo tại điểm cuối. 3.2.2.4. Thiết bị Đo biến dạng của bê tông: [Concrete strain gauge] Trong thí nghiệm nén tĩnh cọc, biến dạng của bê tông tại các độ sâu khác nhau được quan trắc để có thể hiểu biến dạng của bê tông khi cọc được gia tải. Mỗi cọc được bố trí tại 5 độ sâu khác nhau và mỗi độ sâu gắn 2 thiết bị, tổng cộng có 10 thiết bị đo biến dạng của bê tông. Phương pháp lắp đặt: 1. Cố định cảm biến đo biến dạng bê tông vào thanh thép chỉ định trước để cho bản thân cảm biến đo biến dạng này được lắp đặt vào độ sâu đã biết. 2. Sau khi thi công xong lồng cốt thép và việc nâng các lồng cốt thép này hoàn thành, đọc giá trị của cảm biến đo biến dạng bê tông để đảm bảo cảm biến này làm việc bình thường. 3. Khi lắp đặt lồng cốt thép và gắn dây nối, các cảm biến và dây dẫn của cảm biến phải được bảo vệ đúng cách để đảm bảo rằng biến dạng của bê tông không bị hư hỏng trong quá trình đổ bê tông. 4. Sau khi cọc đổ bê tông xong, giá trị ban đầu phải được đọc ngay, và nó sẽ được đánh giá là hoạt động bình thường hay không và 12 việc lắp đặt được hoàn thành. Thí nghiệm được thực hiện với với việc sử dụng cọc neo và tải chất làm hệ phản lực. Cọc neo là các cọc khoan nhồi D800 BTCT SÐt pha dÎo mÒm dµy 0,4m SÐt pha dÎo cøng dµy 1,8m Straingauge 8 Straingauge 1 Bïn c¸t mÞn x¸m dµy 1,3m Straingauge 6 Straingauge 2 SÐt pha sái d¨m, n©u ®á, cøng ®Õn nöa cøng dµy 8,1m Straingauge 7 Straingauge 4 §¸ bét kÕt sÐt kÕt phong hãa m¹nh, x¸m xanh x¸m vµng, dµy 5,6m Straingauge 5 Straingauge 3 Hình 3-4: Sơ đồ bố trí thiết bị đo Hình 3-5: Sơ đồ bố trí thiết bị đo 13 3.2.2.5. Quy trình gia tải Trình tự tăng tải và giảm tải: Tải trọng tác dụng vào đầu cọc ứng với mỗi cấp tải trọng khác nhau tương ứng với % của tải trọng thiết kế. Tải trọng được gia tăng lên cấp tiếp theo sau khi độ lún đầu cọc đạt độ ổn định tại cấp tải trọng trước đó với trình tự tải trọng như sau: Kiểm tra thiết bị: 0%  5 %  0% Chu trình 1: 100% Tăng tải: 0%  25 %  50%  75%  100% Giảm tải: 100%  50%  0% Quy trình 2: 150% Tăng tải: 0%  25 %  50%  75%  100%  125%  150% Giảm tải: 150%  100%  50%  0%. 3.2.3. Thí nghiệm nhổ cọc 3.2.3.1. Phương pháp thí nghiệm Thí nghiệm nhổ cọc được thực hiện bằng cách tác dụng tải trọng dọc trục sao cho cọc nhổ lên khỏi đất nền. Tải trọng tác dụng được thực hiện bằng hệ thống kích thủy lực hoạt động dưới một bơm thủy lực với hệ phản lực là dầm thí nghiệm và các gối đỡ bằng các khối bê tông. 3.2.3.2. Thiết bị thí nghiệm và phương pháp lắp đặt Thiết bị lắp đặt bao gồm: • Hệ gia tải: Kích, bơm thủy lực; • Hệ đo lún: Đồng hồ đo lún, dầm chuẩn; • Hệ phản lực: Dầm thí nghiệm, gối đỡ, neo liên kết 3.3. Nghiên cứu theo phân tích ngược kết hợp lí thuyết và kết quả đo đạc trong quá trình thí nghiệm 3.3.1. Sức chịu tải của cọc theo lý thuyết Kết quả tính toán sức kháng bên và sức kháng mũi theo TCVN 111823 – 10:2017 được tóm tắt như ở bảng dưới. Bảng 3-3: Sức kháng ma sát của cọc tại lớp đá phong hóa nứt nẻ Kết quả tính toán Tính toán theo TCVN 11823 – 10:2017 Sức kháng ma sát bên đơn vị (MPa) Sức kháng ma sát mũi đơn vị (MPa) 0,1728 0,7094 3.3.2. Sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm 3.3.2.1. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh Kết quả thí nghiệm cọc khoan nhồi 14 Bảng 3-4: Tóm tắt tổng hợp kết quả đo lún cọc khoan nhồi. Tên cọc Vị trí theo dõi lún Chiều dài cọc (m) Tải trọng thí nghiệm yêu cầu (T) Đầu cọc T6-1 Giữa cọc 14 229.5 Mũi cọc Lún ứng với TTTN lớn nhất tại từng vị trí (mm) Độ lún còn lại ứng với quá trình hạ tải tại từng vị trí (mm) 1.43 0.4 0.5 0.13 0.01 0 Lún giới hạn cho phép (mm) 80 Kết luận: - Cọc thí nghiệm T6-1, D800mm được thí nghiệm đến tải trọng 229.5 tấn. Độ lún ứng với cấp tải lớn nhất là 1,43mm nhỏ hơn so với giới hạn cho phép theo quy định tại điều 4.4.11 – 4.4.12 của TCVN 9393:2012 (10% đường kính cọc: 800x10% = 80mm). - - Căn cứ theo điều 4.5.3 của TCVN 9393:2012, cọc thí nghiệm T62, D800mm có sức chịu tải giới hạn là 229.5 tấn. Vì vậy, thiết kế dự kiến sức chịu tải cọc 153 tấn là có cơ sở. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng ứng suất thân cọc khoan nhồi - Từ nội lực của 2 cao trình có thể tính được sức kháng ma sát của lớp đất xung quanh đoạn cọc giữa 2 cao trình Fmsi=Qi-Qi+1. - Từ sức kháng ma sát Fmsi có thể tính được sức kháng ma sát đơn vị fmsi=Fmsi/Sxqi, Sxqi là diện tích xung quanh của đoạn cọc giữa 2 cao trình. - Nếu tính được sức kháng ma sát của tất cả các lớp đất xung quanh sẽ tính được sức kháng mũi của lớp đất dưới đáy cọc 1. Sức kháng ma sát của lớp đất xung quanh đoạn cọc từ cao trình cách đáy lồng 11.8m và cách đáy lồng 10.5m. F1= F11.8 – F10.5 = 188,23– 185,89 = 2,34 ( T ) 15 - Sức kháng ma sát đơn vị: f1= F1/Sxqi = (2,34 x10)/(2,512 x 1.3) = 0,0072 MPa 2. Sức kháng ma sát của lớp đất xung quanh đoạn cọc từ cao trình cách đáy lồng 10.5m và cách đáy lồng 2.4m. F2= F10.5 – F2.4 = 185,89 – 86,56 = 99,33 ( T ) - Sức kháng ma sát đơn vị: f2= F1/Sxqi = (99,33 x 10)/(2,512 x 8.1) = 0,0488 MPa 3. Sức kháng ma sát của lớp đất xung quanh đoạn cọc từ cao trình cách đáy lồng 2.4m và đáy lồng. F3= F2.4 – F0 = 86,56 – 19,15 = 67,41 ( T ) - Sức kháng ma sát đơn vị: f3= F1/Sxqi = (67,41 x 10)/(2,512 x 2.4) = 0.11181 MPa 3.3.2.2. Kết quả thí nghiệm nhổ Bảng 3-5: Tóm tắt kết quả đo chuyển vị cọc khoan nhồi Chuyển Vị trí Tên cọc theo dõi lún Tải vị ứng Chiều trọng với dài thí TTTN cọc nghiệm lớn nhất (m) yêu tại từng cầu (T) vị trí (mm) Đầu cọc Chuyển vị còn lại Lún ứng với giới hạn quá trình cho hạ tải tại phép từng vị trí (mm) (mm) 11.32 3.04 5.73 4.18 0.9 0.3 T6-2 và Giữa cọc 14 260 T6-3 Mũi cọc Kết luận: 16 80 - Cọc thí nghiệm T6-2,3; D800mm được thí nghiệm đến tải trọng 260 tấn. Chuyển vị ứng với cấp tải lớn nhất là 11,32mm nhỏ hơn so với giới hạn cho phép theo quy định tại điều 4.4.11 – 4.4.12 của TCVN 9393:2012 (10% đường kính cọc: 800x10% = 80mm). Hình 3-6: Biểu đồ tải trọng độ lún thí nghiệm nén cọc T¶i träng (tÊn) 0 50 100 150 200 250 300 150 200 250 300 0 2 §é lón (mm) 4 6 8 Mòi cäc Gi÷a cäc §Ønh cña cäc 10 12 0 50 100 Hình 3-7: Biểu đồ tải trọng độ lún thí nghiệm nhổ cọc 17 3.4. Thí nghiệm siêu âm Kết quả thí nghiệm siêu âm cho cọc T6-1, T6-2 và T6-3 cho thấy bê tông đảm bảo đồng nhất (bảng 3-14), v>3000m/s. Chi tiết các biểu đồ có thể xem tại phụ lục. Bảng 3-6 Kết quả thí nghiệm siêu âm cọc tại trụ T6 Tên cọc Cọc 1 – Trụ T6 Cọc 2 – Trụ T6 Cọc 3 – Trụ T6 Mặt cắt Vận tốc (m/s) 1-2 3000 – 4450 2-3 3200 - 4550 3-1 3000 - 3950 1-2 3150 – 4400 2-3 3300 – 3800 3-1 3650 – 4250 1-2 3250 – 4550 2-3 3100 – 4150 Nhận xét Bê tông đạt yêu cầu về độ đồng nhất Bê tông đạt yêu cầu về độ đồng nhất Bê tông đạt yêu cầu về độ đồng nhất 3-1 3050 - 4250 3.5. Kết luận chương 3 - Chương này trình bày kết quả thí nghiệm kéo và nén cho cọc khoan nhồi được thi công vào lớp đá phong hóa nứt nẻ công trình cầu Ái Tử tỉnh Quảng Trị, đưa ra trình tự lắp đặt các đầu đo, các thiết bị cần thiết, thu thập số liệu và xử lý kết quả. - Kết quả thí nghiệm cho phép vẽ được biểu đồ sức kháng ma sát đơn vị tại thân cọc và mũi cọc. - So sánh kết quả tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 1182310:2017 giữa sức chịu tải tại mũi cọc và thân cọc cho cọc khoan nhồi vào lớp đá phong hóa nứt nẻ và kết quả thí nghiệm thực tế. Sức kháng 18