Thí nghiệm biến dạng lớn (PDA)

Khái niệm:

Mục đích của thí nghiệm biến dạng lớn này là xác định sức chịu tả các loại cọc đóng/cọc ép/cọc khoan nhồi/cọc barrette dựa trên sóng và ứng suất đo được tại đầu cọc dùng phương pháp CASE và/hoặc CAPWAP. Cần phải có bộ búa tự rơi gây lực xung kích cho công tác thí nghiệm PDA (ở công trình dùng búa đóng thì thuận lợi hơn nhiều). Búa thường sử dụng ở đây là: Delmag, ICE, Berm, MKT... hoặc một số búa hơi của Hàn quốc.

Nghiên cứu về PDA đã trải qua vài chục năm mới trở nên "gần" hoàn hảo như ngày nay.

Ứng dụng của phương pháp thử động biến dạng lớn: Xác định khá chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên thân cọc, Xác định sức chịu tải của cọc. Xác định biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị, Đưa ra một số hướng xử lý cọc-búa cho người sử dụng.

Các công trình ở tp. HCM dùng cọc ép (hoặc nhồi) sau đó thí nghiệm bằng phương pháp PDA có rất nhiều, ví dụ: chung cư của Cty CP Xd số 5, Bình Thạnh, chung cư cao cấp Vạn Phát Hưng, chung cư 4S thủ Đức, Khu Chế Xuất Tân Thuận, Phú Mỹ Hưng v.v...

Kiểm tra sức chịu tải cọc khoan nhồi

Nguyên lý:

Nguyên lý của phương pháp thử động biến dạng lớn và thiết bị phân tích động cọc PDA dựa trên nguyên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong bài toán va chạm của cọc, với đầu vào là các số liệu đo gia tốc và biến dạng thân cọc dưới tác dụng của quả búa. Các đặc trưng động theo Smith là đo sóng của lực và sóng vận tốc (tích phân gia tốc) rồi tiến hành phân tích thời gian thực đối với hình sống (bằng các phép tính lặp) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất thanh cứng và liên tục do va chạm dọc trục tại đầu cọc gây ra.

Cơ sở của phương pháp này dựa vào:

+ Phương trình truyền sóng trong cọc

+ Phương pháp case

+ Mô hình hệ búa - cọc - đất của Smith

+ Phần mềm CAPWAPC

+ Hệ thống thiết bị phân tích đóng cọc PDA

Phương pháp truyền sóng

Với giả thiết cọc đàn hồi đồng nhất, đất nền làm việc dẻo ý tưởng, ta có thể xác định được lực kháng tổng cộng của đất khí đóng cọc theo biểu thức sau:

V(t1) - V(t2) MC

R = F(t1) + F (t2) + L (1)

Trong đó:

R - Sức kháng tổng cộng của đất

F, V - Lực và vận tốc đo được tại đầu cọc

M, L - Khối lượng và chiều dài cọc

t1 - Thời điểm va chạm toàn phần (lực va chạm cực đại)

t2­ - Thời điểm sóng ứng suất đi hết 1 chu lỳ từ đầu đến mũi cọc và phản xạ lại.

Phương pháp case

Xét theo bản chất vật lý: R = Rs + Rd (2)

Trong đó:

R - sức kháng tổng cộng của đất;

Rs - Sức chịu tải tĩnh, phụ thuộc vào chuyển vị;

Rd - Sức chịu tải động, do việc búa đập, sức cản động, phụ thuộc vào tốc độ sóng biển. Trong đó:

J - Hệ số sức cản động;

Z- Trở kháng của cọc, có thể xác định theo

Z = AE hoặc Z = MC (3)

C L

Với: A - Tiết diện ngang của cọc; C - Tốc độ sóng

E - Mô đun đàn hồi của cọc; M - Khối lượng cọc

L - Chiều dài cọc.

Vmũi cọc - Tốc độ tại mũi cọc, có thể tính được từ tốc độ đo được tại thời điểm t­1 ở đầu cọc:

Vmũi cọc = 2 v(t1) – R/Z; sau một số biến đổi ta có:

R = (1-J). {F (t1) + Zv (t1)} + (1 + J) . {F (t2) – Zv (t2)} (4)

Phần mềm

- Phần mềm CAPWAP

CAPWAP là một chương trình phân tích dựa trên các số liệu đo của lực và vận tốc rồi mô hình hoá cọc như là một chuỗi các đoạn nhỏ để tính toán sức kháng của đất nền xung quanh dọc theo thân cọc và tại mũi cọc. CAP WAP cũng cho phép tính chính xác hệ số giảm chấn jc giúp cho việc hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm PDA theo CASE. Ngoài ra chương trình còn cho phép xây dựng biểu đồ tương quan Lực - Biến dạng giống như biểu đồ nén tĩnh.

Phần mềm này, dùng phương pháp phần tử hữu hạn để giải bài toán búa - cọc - đất, cọc được chia làm nhiều phân đoạn, sức cản đất sử dụng mô hình của Smith.

- Phần mềm PDAPC

PDAPC là phần mềm giúp chuyển số liệu từ máy tính chính sang máy tính, cho phép xử lý, tính toán và in kết quả theo nhiều yêu cầu khác nhau.

Ưu điểm:

PDA có thể dùng cho bất cứ cọc nào. Ưu điểm của phương pháp này (nhanh, đánh gía hết sức chịu tải cọc (bearing capacity), địa điểm hẹp có chỗ không chất tải tĩnh được, ví dụ: cọc đã ép xong hết rồi, đã đào móng có tầng hầm rồi, hoặc dùng cọc nhồi tiết diện nhỏ bổ sung cho bãi cọc đã thi công xong, hoặc công trình đã thi công xong, cần số liệu bổ sung...Ở Tp. HCM có rất nhiều công trình sau khi ép cọc người ta vẫn thử PDA để xác định sức chịu tải cọc vì các ưu điểm của phương pháp này.

Nhược điểm:

Đối với cọc ép thì đoạn cọc ép thường ngắn, vì vậy 1 cây cọc cần nhiều mối nối

Sóng có truyền qua mối nối có thể không đảm bảo.

Khi ép, trong cọc chỉ có ứng suất nén. Còn khi đóng cọc, trong cọc có cả ứng suất nén và kéo. Điều nguy hiểm là khi cọc đã ép xong (mối nối, mặc dù kém, nhưng vẫn tốt vì khi ép nó không bị ứng suất kéo), nhưng sau đó Kỹ sư PDA đóng thêm mấy nhát búa (để thí nghiệm sức chịu tải), làm đứt mất mối nối(hoặc đứt mối hàn). Nếu bị mất chối (chỉ còn khoảng 10 hay 15 nhát 1 mét) thì rất nguy hiểm. Kinh nghiệm đóng cọc ở Florida tối kỵ có số nhát dưới 30/1-ft (tức là khoảng 100 nhát/ 1 mét). 10 hay 15 nhát/ 1 mét rất dễ gây đứt cọc. Về động lực học đóng cọc, đất càng yếu thì ứng suất kéo càng lớn (nếu cùng búa, cùng STK, cùng EMX). Búa càng nặng (nên yêu cầu về STK càng nhỏ) thì càng khó đứt cọc.

Thực tế khi ép cọc, lực ép chủ yếu là tĩnh, có thể thì biết ngay sức chịu tải của cọc khi ép xong bằng cách đọc đồng hồ đo lực ép nên không cần thử PDA hoặc tĩnh nữa.

Đối với cọc nhồi: Cọc nhồi bé thì PDA tốt. Cọc nhồi lớn có sức chịu tải lớn (400 tấn trở lên chẳng hạn) thì kiếm ra quả búa để huy động được sức kháng hơi khó.

xaydungquocgia.vn