Thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi (TCVN9393:2012 – D1143)

Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi bằng tải trọng tĩnh dọc trục áp dụng cho cọc đơn thẳng đứng, cọc đơn xiên, không phụ thuộc kích thước và phương pháp thi công (đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn, khoan nhồi…) trong các công trình xây dựng. Tiêu chuẩn không áp dụng cho thí nghiệm cọc tre, cọc cát và trụ vật liệu rời.

Thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi bằng tải trọng tĩnh dọc trục áp dụng cho cọc đơn thẳng đứng, cọc đơn xiên

Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi:

• Cọc Ø 300 đạt 30 – 40 T/ cọc
• Với cọc Ø 350 đạt 40 – 50 T/ cọc
• Cọc Ø 400 đạt 60 – 80 T/ cọc
• Cọc Ø 500 đạt 100 – 120 T/ cọc
• Cuối cùng, cọc Ø 600 đạt 150 – 180 T/ cọc

Số lượng và vị trí cọc khoan nhồi thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi

Số lượng cọc thí nghiệm nén tĩnh thường do tư vấn và thiết kế quy định. Thông thường lấy bằng 1% tổng số cọc và vị trí cọc thí nghiệm được thiết kế và tư vấn chỉ định tại những vị trí có điều kiện địa chất bất lợi hoặc tập trung tải trọng cao.

Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi

Nguyên tắc

Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền. Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết hợp cả hai. Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, biến dạng… thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sơ để phân tích, đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc trong đất nền.

Sơ đồ cấu tạo máy thử tải

Các yêu cầu chung

• Gồm cả hai trường hợp kéo và nén
• Tiến hành tại địa điểm có địa chất tiêu biểu, trước thi công hay trong quá trình thi công.
• Số lượng cọc thử 0.5 ÷ 1% số lượng cọc được thi công và không ít hơn 03 cọc.
• Việc quan sát thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi và đánh giá kết quả phải là cán bộ chuyên môn có nhiếu kinh nghiệm thực hiện thí nghiệm nén tĩnh cọc.

Yêu cầu kỹ thuật công tác thử tải

• Vị trí cọc thử
• Loại cọc được sử dụng
• Kích thước cọc thử
• Biện pháp thi công cọc
• Phương pháp gia tải
• Yêu cầu về sức chịu tải của hệ thống gia tải.
• Chuyển vị lớn nhất đầu cọc dự kiến, phù hợp với hệ thống gia tải và hệ thống quan trắc.
• Thời gian nghỉ của cọc khoan nhồi sau khi thi công và hai lần gia tải.
• Các yêu cầu khác

Cấp tải thử

Cọc được thử tải theo cấp độ gia tải sau cao hơn cấp gia tải trước 20 – 25% tải trọng thiết kế của cọc. Tải trọng thí nghiệm Ptn nằm trong khoảng Ptk ÷ Pmax, thông thường chọn tải thí nghiệm nghiệm Ptn = 200%Ptk.

Tải trọng Max theo 1 số tài liệu

• Theo TCXDVN 269:2002; Pmax=2.5 Ptk
• Theo ASTM D 1143, LCLP(pháp)(Cẩm nang Địa Kỹ Thuật của Trần Văn Việt): Pmax=2Ptk

Hiện nay, nhiều báo cáo thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi  rất ít thấy hiện tương cọc bị tuột 10%d khi ở cấp tải Pthử max.Do đó khi Pmax=2.5 Ptk có lẽ số liệu Pgh đất nền ra chưa được chính xác lắm vì chưa đạt trạng thái giới hạn của đất.

Sử dụng neo để nén tĩnh

Trong một số trường hợp mặt bằng chật hẹp, không dùng được cẩu và khối bê tông làm đối trọng có thể sử dụng 04 cọc neo để thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi kiểm tra sức chịu tải. Hình ảnh thí nghiệm nén tĩnh cọc D350, gia tải bằng hệ neo 4 cọc D350 chịu nhổ tại Hà Nội.

Hệ thống gia tải

• Hệ thống gia tải cọc cần thiết kế với tải trọng không nhỏ hơn tải trọng lớn nhất dự kiến.
• Nếu dùng neo đất để hình thành hệ thống gia tải cọc, cánh neo cách ít nhất 5 lần đường kính cọc kể từ mặt bên cọc.

Sử dụng đối trọng để nén tĩnh

Thông thường sử dụng các đối trọng bằng khối bê tông cốt thép.

Thứ tự các bước thực hiện

1. Gia công đầu cọc và đặt hệ kích
2. Cắt tẩy đầu cọc đến phần bê tông đặc chắc, tạo phẳng bề mặt
3. Lắp đặt hệ kích và căn chỉnh
4. Gia cố nền và lắp đặt gối đỡ, dàn tải trọng
5. Lắp đặt dầm chính, dầm phụ, lắp đặt đối trọng
6. Lắp đặt hệ đồng hồ đo chuyển vị, lắp đặt máy trắc đạc (nếu có yêu cầu)
7. Lắp đặt hệ bơm, đồng hồ thuỷ lực
8. Gia tải theo quy trình và ghi chép số liệu hiện trường

Quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi

Tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002 “Cọc – Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục” quy định phương pháp thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục áp dụng cho cọc đơn thẳng đứng, cọc đơn xiên không phụ thuộc kích thước và phương pháp thi công (đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn, khoan nhồi…).

Trong tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002 có đưa ra 2 khái niệm : Nén cọc thăm dò (nén phá hoại 250%-300%)và nén cọc kiểm tra (nén không phá hoại <=200%). Với nén phá hoại thì ta biết được sức chịu tải giới hạn thực của cọc theo vật liệu hoặc đất nền dựa vào biến dạng theo các lý thuyết khác nhau. Còn nén không phá hoại thì chúng ta phải chấp nhận khái niệm về điểm phá hoại qui ước theo các qui định của tiêu chuẩn để đưa ra sức chịu tải tính toán, thiên về an toàn nên lấy biến dạng toàn bộ.

Quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi chi tiết

Gia tải bước 1:

Hệ thống gia tải cọc cần thiết kế với tải trọng không nhỏ hơn tải trọng lớn nhất dự kiến

Cọc được gia tải theo từng cấp 25, 50, 75 và 100% tải trọng làm việc với tốc độ lún khoảng 1mm/phút và đọc đồng hồ đo lún tại các thời điểm 1,2,4,8,15,60,120,180,240 phút và sau từng 2h một với độ chính xác không nhỏ hơn 0.01mm

Tăng tải trọng lên cấp mới khi tốc độ lún sau 1h là nhỏ hơn 0.25mm

Thời gian giữ tải cho 1 cấp không nhỏ hơn 1h

Tại cấp tải trọng thiết kế thời gian giữ tải không ít hơn 6h và có thể kéo dài đến 24h.

Giảm tải qua các cấp 50%, 25% và 0%, đo biến dạng đàn hồi của cọc tại thời điểm 1, 2, 4, 8, 15, 30, 45, 60 phút. Tại cấp tải trọng 0% theo dõi cho đến lúc trị biến dạng là không đổi.

Gia tải bước 2:

Cọc được gia tải từng cấp 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200% (và có thể tăng đến các cấp 225 và 250% tùy theo ý kiến thiết kế) và đọc đồng hồ đo lún tại các thời điểm 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 90, 120, 180,  và 240 phút sau từng 2h với độ chính xác tối thiểu là 0.01mm

Tăng tải trọng lên cấp mới khi độ lún sau 1h nhỏ hơn 0.25mm

Giữ tải trọng lên cấp 200% hoặc 250% trong 24h hoặc cho đến lúc độ lún sau 1h nhỏ hơn 0.25mm

Giảm tải theo cấp 200, 150, 100, 50 và 0% tải trọng thiết kế và đọc độ biến dạng đàn hồi (độ phục hồi) sau từng giờ cho đến khi đạt giá trị không đổi.

Báo cáo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi:

• Tên, vị trí công trình
• Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế/giám sát, nhà thầu thi công cọc, đơn vị thí nghiệm
• Hồ sơ cọc thí nghiệm
• Số liệu ghi chép hiện trường
• Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún
• Biểu đồ quan hệ tải trọng, độ lún và thời gian
• Các nhận xét trong đó có đưa ra tải trọng giới hạn theo De Beer, Chin

Kết quả thử tĩnh cọc nhồi sẽ được giao nộp cho chủ đầu tư và thiết kế với các số liệu chính xác sau:

• Đường kính và chiều dài cọc khoan nhồi với sơ đồ bố trí cốt thép.
• Nhật ký ghi chép kết quả thí nghiệm cọc, các số đo lực và độ lún trong suốt quá trình thử tải cọc.
• Biểu đồ quan hệ thời gian gia tải, độ lún và biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún
• Những kết quả kiểm tra của tư vấn và những vấn đề khác.

Cọc nhồi thí nghiệm được dừng thí nghiệm khi:

• Kích hoặc đồng hồ đo biến dạng bị hư hỏng
• Liên kết giữa hệ thống gia tải, cọc neo không bảo đảm
• Đầu cọc bị nứt vỡ
• Số đo cơ sở ban đầu không chính xác

Cọc được coi là bị phá hoại khi:

• Cọc bị phá hỏng do vật liệu và kích thước cọc không đảm bảo
• Độ lún lớn nhất của cọc tại cấp tải trọng bằng 2.0 lần tải trọng thiết kế sau 24h lớn hơn 2% đường kính cọc
• Độ lún lớn nhất của cọc tại cấp tải trọng bằng 2.5 lần tải trọng thiết kế sau 24h lớn hơn 2.5% đường kính cọc.
• Cuối cùng độ lún dư lớn hơn 8mm

Tải trọng cho phép được lựa chọn với vị trí nhỏ nhất theo các điều kiện sau

• Đầu tiên bằng 40% cấp tải trọng có độ lún phát triên liên tục
• Bằng 40% tải trọng tương ứng với cấp tải có độ lún tính bằng 2% đường kính cọc
• Bằng 40% tải trọng là điểm cắt của 2 đường tiếp tuyến trên biểu đồ tải trọng độ lún.

Khả năng đáp ứng chuyển dịch lớn nhất của đầu cọc.

• Chuyển dịch trên thông thường lấy khoảng 15% chiều dài cọc cộng với biến dạng đàn hối cọc cộng chuyển vị cho phép của hệ thống gia tải (thiết bị đo với độ chính xác 0.1 mm).
• Chuyển vị cho phép của hệ gia tải: 25 mm đối với cọc neo, 100mm khi dùng hệ dầm chất tải.
• Có khả năng gia tải và giảm tải trong khoảng 10 (25 kN.
• Có khả năng gia tải tối thiểu là 6 giờ.

Biến dạng đàn hồi thân cọc

Trong thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi cần xét tới biến dạng đàn hồi bản thân cọc nhồi

Trong thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi cần xét tới biến dạng đàn hồi bản thân cọc nhồi. Biến dạng đàn hồi bản thân cọc nhồi xác định như sau:

Hệ số k là hệ số giảm tính nén co của cọc do cọc nằm trong môi trường đất đá khác so với công thức tính nén của thanh dầm mô tả trong SBVL. Hệ số này thay đổi tùy theo sự làm việc của cọc: cọc chống k= 1; ma sát k= 0.5; vừa chống vừa ma sát k= 0.67 là hệ số xét đén độ giảm lực dọc theo chiều dài thân cọc do lực ma sát thân cọc.

Ví dụ, nếu cọc được gia tải tới 1000T làm việc vừa chống vừa ma sát k= 0.67 với độ lún tổng sau 2 chu kỳ gia tải là 30mm thì lún của nền đất dưới mũi cọc

Kết luận về kết quả thử tải

Sức chịu tải cho phép của cọc có thể rút ra từ thí nghiệm này

Tải trọng tương ứng với chuyển vị đầu cọc là 8 mm chia cho hệ số 1.25.

Tải trọng tương ứng với chuyển vị đầu cọc 10% chiều rộng cọc, hoặc tải trọng lớn nhất đạt được trong thí nghiệm chia cho hệ số an toàn là 2.

Thời gian nghỉ giữa thi công và thử cọc phải thoả: Cường độ vật liệu khi gia cố đầu cọc phải chịu được cường độ gia tải mà không phá hoại; Thời gia nghỉ từ khi thi công đến lúc gia tải đối với đất dính, bụi là 7 ngày và có khi lên đến 4 tuần.

Thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi nên tiến hành trước khi thiết kế móng để không thay đổi các thông số của móng cọc nhiều, làm ảnh hưởng đến giá thành công trình và có thời gian giải quyết các sự cố nếu có tránh hiện tượng phải dừng tiến độ thi công hàng tháng để giải quyết vấn đề này.

Chúng tôi chuyên cung cấp các giải pháp xây dựng. Cọc khoan nhồi, thi công chọn gói, thiết kế nội ngoại thất, thi công nội ngoại thất.

Quý vị có thế liên hệ với chúng tôi thông qua:

• Hotline: 0906840567 – Mr. Thắng
• Email: thietkenha365@gmai.com
• Địa chỉ: 253 Trường Chinh, Tân Thới Nhất, Quận 12, Tp. Hồ Chí Minh.
• Địa chỉ 2: 45 Tk2, Bà Điểm, Hóc Môn, TP. Hồ Chí Minh

Sự hài lòng của quý vị là thước đo sự thành công của chúng tôi