Thí nghiệm thử tĩnh cọc nhằm mục đích gì? Nguyên tắc thí nghiệm thử tĩnh cọc ra sao và cần chuẩn bị những gì?
Trong bài viết này sẽ trả lời tất cả.
Tóm tắt:
1. Mục đích thí nghiệm
Thí nghiệm nén tĩnh được tiến hành trước khi thi công ép cọc đại trà nhằm xác định sức chịu tải của cọc, các số liệu về cường độ, biến dạng và mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc làm cơ sở cho thiết kế hoặc điều chỉnh đồ án thiết kế, chọn thiết bị và công nghệ thi công phù hợp.
2. Nguyên tắc thí nghiệm
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 sở để phân tích đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc trong đất nền.
3. Số lượng cọc thí nghiệm
Do thiết kế quy định, thông thường được lấy bằng 1% tổng số cọc của công trình nhưng trong mọi trường hợp không ít hơn 02 cọc.
4. Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm bao gồm:
Đối trọng: sử dụng trong công tác thí nghiệm nén tĩnh cọc tại công trình là những đối trọng bê tông đúc sẵn được xếp thành khối trên một hệ dầm đỡ bằng thép. Tổng tải trọng lớn nhất: 120% tải trọng thí nghiệm lớn nhất.
Hệ dầm đỡ: là một hệ thống khung thép hình đã được gia cường, tính toán và chế tạo đủ chịu tải lớn nhất thí nghiệm = 300 tấn. Dầm chịu lực chính là 1 dầm hộp bằng thép cao l 400mm gia cường hộp. Hệ dầm phụ là một hệ dầm thép cao – l 500mm đặt trên hệ gối đỡ. Hệ dầm này được gia cường chịu lực và không biến dạng khi chất tải cũng như trong suốt quá trình thí nghiệm.
Hệ gối đỡ: là một hệ bao gồm nhiều cục tải bê tông cốt thép đúc sẵn có kích thước và tải trọng (tấn) khác nhau đủ đỡ hệ đối trọng thí nghiệm đặt trên nền đất có tác dụng đỡ hệ dầm chất tải. Hệ gối được tính toán đủ tiết diện đảm bảo không gây lún khi chất tải trọng phục vụ thí nghiệm, không gây ảnh hưởng đến sự làm việc của cọc cũng như các thiết bị khác trong suốt qua trình thí nghiệm.
Hệ tải trọng: là một hệ bao gồm nhiều cục tải bê tông cốt thép đúc sẵn có kích thước và tải trọng (tấn) khác nhau, đối trọng thí nghiệm được đặt trên hệ dầm phụ sao cho cân đối. Tải đối trọng được tính toán theo yêu cầu đề ra đối với từng loại cọc và tải trọng thiết kế yêu cầu.
Hệ thống gia tải: hệ thống gia tải thí nghiệm trong công trình sử dụng kích thủy lực có sức nâng lớn hơn 150% tải trọng thí nghiệm lớn nhất, kích thủy lực được các đơn vị có chức năng kiểm định và cấp giấy chứng nhận kiểm định. Hệ kích này đặt trên đầu cọc thí nghiệm, trục của kích thủy lực trùng với trục của cọc thí nghiệm, hệ kích và dầm truyền tải đảm bảo truyền lự gia tải đúng tâm cọc thí nghiệm
Hệ thống đo lực: hệ thống đo lực sử dụng đồng hồ thủy lực có tải đo 0-600 kg/cm2. Lực nén tác động lên đầu cọc thí nghiệm được tính thông qua số đọc đồng hồ áp lực và hệ số sức nâng của kích thủy lực, được các đơn vị có chức năng kiểm định và cấp giấy chứng nhận kiểm định. (xem phần phụ lục Giấy chứng nhận kiểm định Đồng hồ áp lực)
Hệ thống bơm thủy lực: Hệ thống bơm thủy lực được gắn liền với kích thủy lực bằng các ống dẫn cung cấp dầu vào kích nhằm điều chỉnh sức nâng của kích theo ý muốn lưu lượng bơm 3 lít/ phút, áp suất tối đa 600 kg/cm2.
Hệ thống đo chuyển vị: Bao gồm 04 đồng hồ đo lún có khoảng đo lớn nhất 50mm có độ chính xác 0,01mm gắn chặt lên thân cọc thí nghiệm thông qua một hệ gá đỡ từ và gông thép, được các đơn vị có chức năng kiểm định và cấp giấy chứng nhận kiểm định. (xem phần phụ lục Giấy chứng nhận kiểm định Đồng hồ so 04 cái)
Hệ gá đỡ đồng hồ đo chuyển vị: Là hệ gá đỡ có chân từ tính bằng nam châm vĩnh cửu, gắn chặt vào hệ gông thép gắn trên đầu cọc thí nghiệm.
Hệ dầm chuẩn: dầm chuẩn hay được gọi là cầu đặt đồng hồ, có đủ độ cứng cần thiết và không bị ảnh hưởng của chấn động thời tiết (có thể là dầm hộp, dầm U,I,V) , khoảng cách từ chân gối đỡ cầu đặt đồng hồ, mốc chuẩn đến tâm cọc thí nghiệm không nhỏ hơn 3D
Hệ thống mốc chuẩn: Hệ thống mốc chuẩn dùng cho công trình là một hệ thép hình được chôn xuống đất. Độ cứng của thanh mốc chuẩn đảm bảo không bị biến dạng trong quá trình thí nghiệm và không ảnh hưởng do các tác động bên ngoài.
5. Chuẩn bị thí nghiệm
Những cọc được tiến hành thí nghiệm cần được kiểm tra chất lượng theo các tiêu chuẩn hiện hành về thi công và nghiệm thu cọc.
Công tác thí nghiệm nén tĩnh được tiến hành cho cọc đã đủ thời gian phục hồi cấu trúc của đất bị phá hoại trong quá trình thi công hoặc bê tông đạt cường độ. Đối với cọc BTLT ứng suất trước, thời gian nghỉ từ khi kết thúc thi công đến khi thí nghiệm là 07 ngày. Đối với cọc khoan nhồi, thời gian nghỉ từ khi kết thúc thi công đến khi thí nghiệm là 21 ngày.
Đầu cọc thí nghiệm có thể được cắt bớt hoặc nối thêm nhưng phải đảm bảo các yêu cầu sau:
– Khoảng cách từ đầu cọc đến dầm chính phải đủ để lắp đặt kích và thiết bị đo;
– Mặt đầu cọc được làm bằng phẳng, vuông góc với trục cọc, nếu cần thiết phải gia cố thêm để không bị phá hoại cục bộ dưới tác dụng tải trọng thí nghiệm;
– Cần có biện pháp loại trừ ma sát phần cọc cao hơn cốt đáy móng nếu xét thấy nó có thể ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
Kích phải đặt trực tiếp trên tấm đệm đầu cọc, chính tâm so với tim cọc. Khi dùng nhiều kích thì phải bố trí các kích sao cho tải trọng được truyền dọc trục, chính tâm lên đầu cọc.
Dụng cụ kẹp đầu cọc được bắt chặt vào thân cọc, cách đầu cọc khoảng 0,5 đường kính hoặc chiều rộng tiết diện cọc.
Các dầm chuẩn được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ dầm được chôn chặt xuống đất. Chuyển vị kế được lắp đối xứng hai bên đầu cọc và được gắn ổn định trên các dầm chuẩn, chân của chuyển vị kế được tựa lên dụng cụ kẹp đầu cọc hoặc tấm đệm đầu cọc (hoặc có thể lắp ngược lại)
Khoảng cách lắp dựng thiết bị được quy định như sau:
– Từ tâm cọc thí nghiệm đến tâm cọc neo hoặc cánh neo đất lớn hơn 3D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 2m;
– Từ cọc thí nghiệm đến điểm gần nhất của các gối kê lớn hơn 3D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 1,5m;
– Từ cọc thí nghiệm đến các gối đỡ dầm chuẩn không nhỏ hơn 1,5 m;
– Từ mốc chuẩn đến cọc thí nghiệm, neo và các gối kê dàn chất tải lớn hơn 5D nhưng trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 2,5m.
6. Quy trình thí nghiệm
Trước khi tiến hành thí nghiệm, thí nghiệm viên gia tải tải trước nhằm kiểm tra hoạt động của thiết bị và tạo tiếp xúc giữa đầu cọc thí nghiệm và thiết bị thí nghiệm Tiến hành gia tải trước bằng 5% tải trọng thiết kế, giử tải trong 10 phút sau đó giảm tải về cấp 0%, điều chỉnh lại các đồng hồ đo chuyển vị ứng với cấp tải 0%.
BẢNG QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
| Cấp tải trọng thí nghiệm | Thời gian duy trì tải trọng thí nghiệm lên đầu cọc thử | Thời gian theo dõi và ghi chép số liệu thí nghiệm |
| 5% | Giữ trong 10’, để loại trừ các biến dạng do xếp tải gây ra. | |
| 0% | Ghi số liệu ban đầu. | |
| 25% | Tối thiểu là 1 giờ và đạt độ lún ổn định quy ước 0,25 mm/giờ, nhưng không quá 2 giờ. | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0; 10’; 20’; 30’; 45’ và 60’. |
| 50% | Tối thiểu là 1 giờ và đạt độ lún ổn định quy ước 0,25 mm/giờ, nhưng không quá 2 giờ. | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0; 10’; 20’; 30’; 45’ và 60’. |
| 75% | Tối thiểu là 1 giờ và đạt độ lún ổn định quy ước 0,25 mm/giờ, nhưng không quá 2 giờ. | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0; 10’; 20’; 30’; 45’ và 60’. |
| 100% | Duy trì trong 06 giờ và đạt độ lún ổn định quy ước. | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0; 10’,20’; 30’; 45’, 60’; 120’ và tiếp tục 60’ một lần cho đến hết thời gian quy định. |
| 50% | 30 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0 ; 10’, 20’ và 30’. |
| 0% | 60 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0 ; 10’; 20’; 30’; 45’ ;& 60’ |
| 25% | 30 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’. |
| 50% | 30 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’. |
| 75% | 30 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’. |
| 100% | 30 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’. |
| 125% | Tối thiểu là 1 giờ và đạt độ lún ổn định quy ước 0,25 mm/giờ, nhưng không quá 2 giờ. | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’, 45’ và 60’. |
| 150% | Tối thiểu là 1 giờ và đạt độ lún ổn định quy ước 0,25 mm/giờ, nhưng không quá 2 giờ. | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’, 45’ và 60’. |
| 175% | Tối thiểu là 1 giờ và đạt độ lún ổn định quy ước 0,25 mm/giờ, nhưng không quá 2 giờ. | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’, 45’ và 60’. |
| 200% | Duy trì trong 24 giờ và đạt độ lún ổn định quy ước, lấy thời gian nào lâu hơn. | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0; 10’;20’; 30’; 45’, 60’; 120’ và tiếp tục 60’ một lần cho đến hết thời gian quy định. |
| 150% | 30 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’. |
| 100% | 30 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’. |
| 50% | 30 phút | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0, 10’, 20’ và 30’. |
| 0% | 1giờ | Ghi kết quả ở các thời điểm: 0’, 10’, 20’, 30’, 45’,60’. |
Quy định tăng và giảm tải
- Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến là 200% Ptk với mỗi cấp gia tải bằng 25% tải trọng thiết kế. Cấp tải mới chỉ được tăng khi tốc độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước (ΔS ≤ 0.25mm) nhưng không quá 2 giờ. Giữ cấp tải trọng lớn nhất cho đến khi độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước hoăc 24 giờ, lấy thời gian nào lâu hơn.
- Sau khi kết thúc gia tải, nếu ép cọc bê tông không bị phá hoại thì tiến hành giảm tải về 0, mỗi cấp giảm tải bằng 2 lần cấp gia tải và thời gian lưu mỗi cấp là 30 phút, riêng cấp tải 0 tấn có thể lâu hơn.
Quy định về phá hoại, dừng và kết thúc thí nghiệm
Quy định về phá hoại cọc:
– Ở cấp tải nhỏ hơn tải trọng thí nghiệm lớn nhất, độ lún đầu cọc tăng liên tục khi không tăng tải trọng.
– Cọc không đạt độ lún ổn định quy ước sau 1 ngày đêm (24 giờ) giữ tải ở bất cứ tải trọng nào.
– Ở bất cứ tải trọng nào, tổng chuyển vị vượt quá 10% kích thước cọc . Vật liệu cọc bị phá hoại.
– Tốc độ lún cọc tại mỗi cấp tải lớn gấp 5 lần cấp tải trước đó (độ lún tăng đột ngột).
Thí nghiệm phải tạm dừng nếu phát hiện thấy các hiện tương sau:
– Các mốc chuẩn đặt sai, không ổn định hoặc bị phá hỏng.
– Kích không hoạt động.
– Hệ phản lực không ổn định.
– Đầu cọc bị vỡ, dầm nén bị nghiêng.
– Đất nền bị phá hoại.
Việc thí nghiệm có thể được tiếp tục sau khi đã xử lý hoặc khắc phục
Kết thúc thí nghiệm:
- Đạt mục tiêu thí nghiệm theo đề cương.
- Cọc thí nghiệm bị phá hoại.
