Chương 6

PHƯƠNG PHÁP THỬ TĨNH BANG HỘP OSTERBERG

1. MỚ ĐẤU

Như đã biết, cho dốn nay để xác định sức chịu tái cua cọc thì phương pháp thử tải trọng tĩnh vẫn dược coi là có dộ chínli xác cao Iihat. Tu_\ nliiên không phải lúc nào cũng c ó ihc thử lái tĩnh ihc o CÒIIÍỈ nghệ iruyéii thòim (dàn LÌiàt tái, hệ n e o h o ặ c phối hợp với

kích thuỷ lưc đặt tài) dược vì các lý do sau :

- Chi phí cho thí imhiệm lớn, đặc biệt dối vói các cọc không phải trên mặt đất tự nhiên (ngoài sông, biến).

- Tốn thời sian cho còng tác chuẩn bị và thí nghiệm nên ánh hưỏng đến thời gian xây dụng.

- Khó khãn hoặc không ihế thực hiện dirơc (lo (liêu kiện mặt bằng thi công.

Níĩoài ra, kôì quíi thu được lừ phươns: plKÌp ihư lái lĩnh iriiyổn thống có hạn chế là khónu thê hiện được uiá trị cúa ihành phấn sức kháim thành bcn và sức ch ốn g ở mũi, mà chi cho giá trị tổng cộim cúa hai lliành pliần dó. i)à có một số cố gắng để tách haithành phần dó theo con đưòng lý ihuycì. hoăe ỊliC') i'ÚL' phươne pháp chất lải khác nhau,tuy nhiên vẫn ciiỉ thu được các ụiá trị íziáii licp và còn lổn tai nhiều quan điểm khácnhau chunu quanh các phươnu pliáp đó.

Đầu những năm 1980, uiáo sư nuưòi Mỹ .lorị (). Osterberg Trường Đại học Northvvcslcrn, Plorida dã đưa ra niộl côim imliệ nen lĩnh mới inà sau này mang tên ông là “Phương pháp thử tĩnh bằng hộp tai Irọim Osicrbem”. Cho đến nay, nó đã được ứng dụng rộng rãi, được dưíi vào các licLi chuáii kỹ ihiiậl cúa nhiều nước, và ngay ở Việt Nam đã đưực ưng ciụim ràì thànli cône ờ các cọc barel clio irụ sở Vietcombank ở Hà Nội và cọc kiioan nhồi dưòìiL! kính 2,50 lii clìo cầii Mỹ 'rhiiận nổi tiếng ở phía Nam. Đó l à n h ờ c á c U'U đ i è m c h í n h c i i a n ó n l u r s a u :

- Chi plií ihàp liưii nliiều so với thư ũnli ti Ii\cn ihòìm

- Tiết kiệin ihời gian

' Khôn.c chiếm cluiiỵ mặl bằníỊ phía Ircii chiLi cọc

- Xác địnli được một cácli riêim rẽ ihànii pỉiẩn ma sát và sirc chống mũi

Cũng nhu' bâì kỳ một côim Iishệ nào khác, có ƯLI thì cũng có nhược. Nhược điểm lớn nhất của nó là cách xày dưnỵ các chuẩn ph;i hoại của hai thành phần sức kháng thành bên và sức cliònc mũi. Ncoài ra, còn một số dặc đicm khác mà cần phải lưu ý khi sử dụng sẽ trình bày kv ho'n ở các phần sau.

.177

2. N G U Y Ê N LÝ

Điều khác biệt đầu tiên về nguycn tãc SC) với phương pháp thử tĩnh truyền thống là không đặt tải trên đẩu cọc inà đạt naay ironc thân cọc(thưòĩig ở ngay mũi cọc hay ở một vài vị trí thích họp troníỉ thân cọc). Nhờ vậy không phải dùng hệ gia tải bôn ngoài bằna các đối trọnc, hệ neo hay phối hợp đối irọng và liệ neo (trong thứ tĩnh truyền thống) mà dùng ngay lự trọng của cọc và ma sát thành bèn làm đối irọng. Để tạo tải trong thân cọc bố trí một hộp tải trọiiíỊ làm việc như niộl kích ihuý lực thông thiíÒTig và có cấu tạo phù họp cliôn trước iroim tliân cọc (đối vói cọc khoan nhổi) hoậc gắn vào thân cọc trước khi đóiì” {đối với cọc dóiiíi). Sau klii cọc dã đủ cường độ tiến hành tạo lải bằng cách bơm dầu vào troiiỉĩ kích dã chôn irone cọc. các bước chất t:’ú và đo các chuyển vị mũi cọc, đinh cọc, thông qua các ốn<i đo chôn sán, được tiến hành như trong thử tĩnh truyền thốne.

Kết quả thu được sẽ là các biếu đồ quan hê chuyên vi và lái Irọng cho mũi cọc và đỉnh cọc đựợc xây dựnu độc lập.Thí nghiệm dirợc xem ià kết tliLÌc khi dạt đến sức kháng nna sát giới hạn hoặc sức chống mũi iiiói liạn.

Sơ đồ nguyên lý cua phươne pháp chãi lai liầim hộp Ostcrbcru như hình 6.1.Đo chuyển V! hộp Chuyển vĩ mũi coc ' '' •lộp Chuyến V Ị mũi qoc

Hòp là i trọngHộp táí trọng

a) Trước khi thừt/ ị̂Hình 6J: Sơiỉó h('ifrí ỉììiếí hi

Twnbj Chất tài bằnq hôp Osterberq

' à c ì ì ấ ĩ i ù i í l ì c o p ỉ ì ì í ơ / i i ^ Ị ) Ỉ I Ú Ị } ỉ ỉ i ỉ í ỉ ĩ ì i ì i h ủ ì ỉ s ị h Ộ Ị ) O s í e ỉ i e ì r g

78

Theo so' dồ chát tai này, nếu gọi lổim các lực ma sál thành bên trên toàn bộ chiều dài cọc là p,..,, và lực chốiiii ở mũi cọc là p,„, lực do hộp tải trọn" Osterberg gây ra là p̂ , ta có nhận xér nhu’ sau :

Khi lạo lực p„ troim hộp Oslcrbcrs, theo iiíiLiyên lý cân bằng phán lực, một lực Py Irnyén lê;n Ihân coc và hướim lên phía Ircn sẽ đưực cân bằns bới lực ma sát thành bên và lự trọn” cua tliân cọ c G. Một lực p,, khác hưứim XLiông dưới và được ch ố n g lại bởi sức

chống của dấi nen dưới niũi cọc. Nhu' vậy troim quá liìĩili rhâì tai (tăng dần p̂ ,) thì luôn luôn ta c ó :

P „= (G + P „ J < G + P,„.^'-'™’ (6-1)

hoặc p„ = ( P J < p„ (6-2)

Cọc 1:Ỉ1Í iiLihiệm sẽ đạt đến phá hoại khi đcit đến cân bằng của một trong hai biểu thức nêu trôn, túv là khi bị phá hoại mũi trước fđât cluới nũii cọc đạt đến phá hoại) hoặc bị phá hoại ứ tliàiih bẽn tarớc (cọc và dất bao quanh có ciiLiycii dịch dẻo).

3. PHƯƠNC; PHẢP XÂY DỤNG BIỂU Đ ồ QUAN HỆ TẢI TRỌNG - CHUYỂN v ị

ĐẦU c o c TUƠNG ĐƯƠNG

Do két quá lliu dirực là hai biểu dổ uii Irọns-chuyến vị mũi cọc và đầu cọc độc lập nhau nhiư đã Iiói o tròn, nên để dỗ sử dụng và so sánh vói (hử tải tĩnh truyền thống phải xây dựn g bicLi dô lai irọng - chuycn vị đầu cợc iLrơng diiơng như trong thử tĩnh truyền thống. E)ế thực hiện việc đó đã dựa vào các »iá ihiết cơ hán sau dây:

1. Đuờiig cong chiiycn vị - tải trụiig niũi trong cọc được chất tái truyén thống giống như đườmg cong chuyến vị - lải Irọiiíỉ đu'Ợc xày dựng với chuyển dịch đi xuống của hộp tải t rọng .

2. Đ ư ò n g cong chuyển vị - tải Iroiie ma sát bên cùa ch u ycn dịch đi lên trong thí nghiệm hộp tải trọng giống như chuyếa dịch di xuốim trong một thí nghiệm truyền thống.

3. Bỏ qua độ nén trong thân cọc khi xem nó là vật rắn.

Dùng các giá thiết này,chọn một chuyển vị như điếm 4 trên đường cong chuyển dịch đi lên trên liình 6.2a và ghi lại tải trong ma sát tại chuycn vị đó. Do thân cọc là vật rắn đỉnh ciia cọc chuyến dịch xuống phía dirới Sĩiốiig như mũi cọc. Do vậy, lìm điểm 4 trên đưòíig c ong chuyên dịch đi xuống có chuyến vị giống như điểm 4 trên đường cong chu>'ển dịch đi lên và ghi lại tải trọim tưofníỉ ứns.Cộim hai tải trọng đó sẽ cho tải trọng tổng cộn g do ma sál bèn và sức chốim mũi lại cùng một chuyển vị đi xuống của điểm 4 trên đườmg cong chuycn vị đi xuống của Ihí imhiệm tải trọng này. Nó được thể hiện ở điểm 4 ( hình 6.2b) của đưòfng cong đã được xây dụTig lại. Tiến hành theo cách tương tự cho một số đicni dc-n cluiyển vị cưc dai (trên cộng dưói) của thí nghiệm hộp tải trọng (các điểm 14-5 ). Do irong thí nghiệm này phá hoại xẩy ra tại ma sát bên, đưòìig cong

179

sức chống nũii đi xuống được ngoại suy cho đến phá hoại. Quá trình này được tiếp tục và dùng đưòníi con” đi xuống ngoại suy và đườno: conc đi lèn đo được như trình bày bởi các điểm 6-h12 trone các hình 6.2a và 6.2b. Hình 6.2b do đó thể hiện đường cong chất tải đỉnh cọc uronc đưoTig. Các hình 6.2c và 6.2d thế hiện cách xây dựng tươiig tự cho trrờng hợp khi phá hoại xẩy ra tại sức chống mũi cọc.

H ỉ ỉ ì ĩ ỉ 6 .2 a : C á í ' dỉCỜììiị coỉìiị tá i H ỌỊỊSỈ - ( ỉ iuycn vị (1(1 (Ỉíỉt (ỉến }ììí! sú t h en {ỉiới ỉiụti

TRƯỜNG HỢP DAT ĐEN s ứ c CHỊU TÀI BỂN GIỚI HAN

Tài trong

JJiỉiJì 6 .2 b : Đ ườĩì\ị c o n ^ c ỉ ìu v ể n vị (h) c ỉìấ í íd i (líỉìlì Íươiií^ (íươiì\ị

180

TÀI TRONG

H ì n h 6 ,2c : C á c i ỉ ỉ i ' ờ n \ ^ C O Ì Ì ^ ^ ĩ c i i ĩ r ọ Ị Ị o

- i l i u v é ỉ i \ ' ị ( ỉ ũ í ỉ d ĩ ( I c / Ì sức i h ổ n o í ì i ù i ị f ị ứ ị l i a n

TRƯỜNG HƠP DAT ĐEN s ứ c CHIU TẢI BỂN GIỚI HAN

TÁI TRỌNG

l ỉ i n l ĩ 6 .2 d : D ìứ ỉì '^ C()ìì\ị clinỴến \ ị (lo chííí ỉá i diỉìh fií'ơỉì^ d iừ m ^

181

4. THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PH ÁP LẮP ĐẶT

4.1. Hộp tải trọng Osterberg

Hộp Osterberg là bộ phận quan trọng nhất của côn" ĩiíĩhệ này.Nó có cấu tạo như một kích thuỷ lực,có hình lăng trụ tròn khi dùng cho cọc khoan nhồi và hình hộp vLiôns hay chữ nhật khi dùng cho cọc đóng.Để tạo áp lực người ta dùng hỗn họp dầu và nước sạch.Trong hộp có bố trí ba đầu đo áp lực theo đường sinh và cách nhau 120 " đế ghi nhận các giá trị áp lực và loại trừ khả năng lệch tâm của lực đặt khi hộp kích làm việc. Hiện nay, Công ty LOADTEST, giữ độc quyền về công nghệ này, đã sản xuất các loại hộp như sau:

Cho cọc khoan nhồi:

Khả năng tạo tải (T)

Đưòíng kính (insơ)

Chiều cao (insơ)

Hành trình (insơ)

Tự trọns

(kg)

40 4 5-3/16 3 975 5-1/4 5-3/16 3 14.5200 9 10-3/4 6 86400 13 11-5/8 6 1351000 21-1/4 11-5/8 6 3603000 34-1/4 12-1/8 6 495

Cho cọc đóng :

Khả năng tạo tải (T) Kích thước (insơ) Hành trình (insơ)

30018 (insơ)" dùng cho cọc bê tông đúc sẩn 6

50014 (insơ)" tiêu chuẩn (cọc bê tông đúc sẵn) 6

800 18 (insơ)“ dùng cho cọc ống 6

4.2. Các thiết bị khác

Gồm :

- Máy bơm cao áp và hệ thống ống dẫn phục vụ cho hộp tải trọng,

- Hệ thống đo chuyển vị đầu cọc và mũi cọc,

- Hệ thống đo áp lực và chuyển vị của hộp tải trọng,

- Máy borm vữa áp lực cao(tối thiểu 100 cfm) và hệ thống ống dẫn vữa,các ốn g có măng sét để chôn sẩn trong cọc,

- Thiết bị ghi nhận số liệu và xử lý tại chỗ,

- Máy tính với phần mềm xử lý kết quả.

182

4.3. Trình tụ tiến hành và các yêu cầu kỹ thuật khi lắp đặt

+ Biróc 1 : Lắp sán (các) hộp osterberg, các đường dẫn áp lực và các thiết bị khác dirợc chổn ti ưúc troníi cọc vào khung thép của cọc khoan nhồi. Bản 2;ia cường của hộp lái trọn” ctươc hàn chật vào khuní: cốt thép và đảm bảo trùng với trục của khung trước khi hạ cốt Uicp vào Iroim hô' cọc. Trorm trườim hợp có tầng đặt hộp tải trọng ở giữa của klniim Ihì phải cắt rời hết các cốt chủ tại cao trình đật hộp để đảm bảo hai đoạn cọc có thỏ chuyến dịch iươiitĩ đối và trái chiều nhau.

+ Birớc 2 : Việc ihi cỏim hố cọc đã hoàn thành sẽ tiến hành đổ một lóp bê tông hay \'ữa ihícli liợp xuốns dáv hố đào và khi bô tôns hoặc vữa còn tươi tiến hành đặt khung C(M thép đã ụăn đầy dú các thiôt bị thí nghiệm sao cho khung này “ngồi” thật chắc lên bê lóne lioậc vữa ỏ’ đáy. Để đảm bảo khôno cây hư hỏim cho các thiết bị khi cẩu lắp khuiiẹ cốt ihép lừ vị trí nằm ncaim sana vị trí thẳne đứng đặl vào hố cần khống chế độ uốn vổim tirơiií đối lớn nliâì khônc vưọl quá 60cm và khoảng cách lớn nhất giữa các dicnì uốn VỔHÍI tirơiìti dỏi lứn nhâì phải là 750cm. Do vậy cần phải có biện pháp và các kliuim đõ’ ihích hợp dô dõ' kliLins cốt thép tronii quá trình cẩu lắp.

+ Bưức 3 : Tiến hành dổ bc lôiiíi ihàn cọc. Nén có phụ gia đạt sớm cường độ thiết kế dê có llic liên hành thí nghiệiiì. (,'ần có ít nhâì 8 mẫu thí nghiệm thử nén hình lăng trụ duực lấv từ hc lôim thân cọc. Troiis d(,i có một mẫu sc ihử trước khi thử lái và ít nhất hai mẩu sõ tỉiử vào imày ihử tải.

+ Bước 4 : Troiiu quá trình lióii liànli lliu' lải không dưực hạ các ống vách bằng chấn dộng iroim khu vực tíấn nưi hư lái. Có thể vãn tiếp tục công tác khoan nhưng phải cách Xi\ nơi t h ử ít n h ấ l ! à 5 111. 1 rong quá trình i h ử nếu các thiết b ị cho thấy b ấ t cứ một dấu iiiệu ảnh hưỏ ig n:..w ciiii cỏiig lác ihi công thì cần phải dừng công tác đó ngay.

+ Bưóc > : Sau khi lliLi xo n g cần thu dọn nẹay các thiết bị, vật tư... đc k h ôn g ảnh

huởiiiỉ đến các bước ihi công sau. Nếu cọc thử sẽ được dùng lại trong công trình thì cần phai liến hành bơm vữa xào bên trong hộp và xung quanh hộp tải trọng theo một công n,uhẹ bo-m đã được chuán bi 11'ước.c • • •

4.4, Công tác ph un vữa sau khi thử

Trong quá trình thử tai, thân cọc bị cắt rời theo mặt bằns phần trên (đoạn ma sát thành bên) và phần dưới (đoạn có sirc chống mũi cọc) của tầng đặt các hộp tải trọng. Quá trình đó tạo nên một khoản” không gian hình xuyến, kích thước của nó phụ thuộc vào quy mô mở rộng của hộp Osterberg khi thử.

Tronc trưỜTie; hop thử tải trên một cọc sẽ được dùng lại sau khi thử (cọc làm việc- working pile) thì cần phải tiến hành phun vữa khoảng trống đã hình thành trong quá trình thí nahiỏm đó dc nhằm tái liên kết các đoan trên và dưới của thân coc

183

(a) Phun vữa sau khi thử cho hộp Osterherg

- Dùng vữa xi măng Portland và nước, không dùng cát.

Vữa phải lỏng và dễ bơm. Bước đầu có thể sử dụng thành phần 4 đến 6 gallons nirớccho một bao xi măng loại 9 5 - Ib (theo đơn vị M ỹ ) .

Phải trộn kỹ để đảm bảo xi măng khôns bị vón cục, phải đổ vữa xi mãng qua lưới lọctrước khi bơm.

Nối đầu ra của máy bơm vào một ống thuỷ lực của hộp Osterbero,, mở ống kia đế cho dung dịch thuỷ lực lưu thông được.

- Bơm vữa vào trong đường ống thuỷ lực của hộp Osterberg. Qu..n sát các đặc trimg của vạt liệu bơm và vật liệu phát ra từ đầu ống thuỷ lực kia, khi thấy hai ống đã câii bằng thì dừng bơm.

- Cần lấy ba mẫu vữa để thử nén cường độ 28 ngày.

Lượng vữa trộn kiến nghị để phun cho các hộp Osterberg ;

Đưòng kính hộp (insơ) 13 21 34

Khối lượng vữa 4 7 13

(h) Phun vữa cho khoảnÍỊ không <\an ỈXIO quanh hộp Osterherg

- Vữa chỉ bao gồm xi mãng Portland và nước, không có cát. Quá trình trộn cẩn được tliực hiện nliư vữa bưni clio hộp Oslerbcrg. Khối lượng vữa chuan bị phải bằng íl nhất 3 lần khối lưọtig lý thuyết đòi hỏi để lấp đầy khoảng không gian hình xuyến bao quanh hộp Osterberg và các ống dẫn vữa

- Bơm nước để tống ra ngoài các nút bịt các đường ống dãn vữ' V ặt trưó.; (mỗi thân cọc có 2 đưòrng ống).

- Bơm vữa thông qua một trong các ống đặt trước cho đến khi quan sái được dòng vữa xuất hiện từ ống thứ hai hoặc cho đến khi đã bơm được 1 ,J lần khối lượng lý thuyết.

- Nếu không quan sát được dòng vữa phun ra từ ống thứ 2 thì chuyển bơm đến ống thứ 2 và bơm cho đến khi đã bơm được 1,5 lần khối lượng lý thuyêt

- Nếu cần phải thay thế bằng vữa có cường độ cao hơn, thì cần tiến hànl bơm với cácvữa có cưòng độ cao hcfn (có thể t’ộn với cát). Quá trình bơm với loại vữa ày tiến hành tương tự như đối với nước xi măng bơm ban đầu. Toàn bộ quá trình bơm can hoàn thànhtrước khi vữa đã bơm ban đầu nin! kết.

- Lấy ba mẫu của mỗi loại vữa ìể thử nén 28 ngày

Lượng vữa trộn kiến nghị để bom cho khoảng không gian bao a lanh hộp Osterberg :

84

Đưòne kính thân cọc (ft)

Kliối lirọììỵ vữa (lì')

3. IM-ỈUƠNG PHÁP ĐẶT TẢI

25

3

30

4

40

5

50

6

65

7

80

8

100

Tái Irọim đặl ihônu qua việc tăng áp lực úau ironc hộp tái irọnu và (lược thcc) dõi qua các đồim hồ đo áp lii'c cãn ticn m áy hưm CLina cấp cho

liộp ihonu qua hệ lliốnt: ôìm dẫn đặl íru'()’f Iroiìii cọc.

Viẹc UIIIU lái dirợc ihực hiện iheo các C|U\ ' cỉịiili Iroim ASTM D-1143 "Plììiơii'^ pháp cỊìấí tải nhdnh". Ban dấu can clậl các bước tai bane 5% sức cliịu tai íiiói liạn cúa cọc thử.BuìVc ízia lai sau dó có ihê tănt; lên lioạc uiám di tiiỳ theo sự ÚTIÍÍ xử của

cọc trt)im klii thứ.

Việc gãii các dầu đo cluiyên \'ị irivc úèp cần clưực Ihực hiện llìco các \ẽu cau sau : ít nhâì có hai dầu đo đc ulii lai cluivcn vị lui'ó'im xuốiiíí phía (luxVi của mũi cọc và hai đìiii do chi lại chuyên (ÍỊch lên pliía trên cua đầu cọc. Đ ộ ITIO’ cua hộp Oslcrbcre; có

ihc dược đo dc xác dịnli chưycn dịch lèn và xiiốn.c cúa mũi coc.

Tai trọiiíi dược tăim theo lừne cấp Iiliu' đã IICU cho dốn khi thàn cọc dạt

sức chịu tài íiiói hạn hoặc theo sức chổim mũi, hoặc ihco ma sát ihànhbên; hoậc cho đến khi đạl khá năns lạo tai cực hạn, hoặc độ mở rộng cực hạn của hộp lái irọne Osicrberu: hoặc theo nhữnỉĩ yêu cầu riêníỉ của noười thiết kế, kỹ sư tư vấn.

Tại lừng cấp tái irọii" (khi iíia tải cũnẹ như khi giám tải) các đổng hồ đo chuyển \ị cáii đirợc đo lại các khoaim thời í ian 1; 2 và 4 phút khi cấp tải trọng được giữ kliòn.íi đổi.

Hình 6.3: Hộp OsterhcriỊ hô trí ớ (ỉá\' Ìồiìiị cốí thép C(H khoan nlìổi

185

Trong chu kỳ dỡ tải cần chọn các bước giảm lải sao cho mỗi cấp giám có ít nhất 4 điểm số liệu để vẽ trên đường coim tải trọng - chuyển vị. Trong trường hợp cần thiêì có thể bổ sung các chu kỳ giảm tải và dỡ tải có trình tự tương tự sau khi đã kết thúc chu kỳ

thí nghiệm đầu tiên.

Các đồng hồ đo chuyển vị dùníĩ để đo chuyển dịch của mũi cọc và đầu cọc cần có hành trình ít nhất là 10 cm và có độ chính xác đến 0,025 mm. Chuyển vị tại mũi cọc cũng có thể đo bằng cách dùng đầu đo tuyến tính loại dây rung đê’ đo độ m ở rộng cùa hộp Osterberg (15 cm). Các đầu đo hoặc đầu đo luyến tính loại dây rung được dùng đế đo độ nén thân cọc phải có hành trình ít nhất là 25 mm và độ chính xác đến 0,0025 mm.

6. M Ộ T SỐ D Ự Á N THỤC TẾ

6.1. Công trình cầu Mỹ Thuận

Cầu Mỹ Thuận bắc qua sông Mê Kông nối lién hai tính Vĩnh Long và Tiền Giang, cách thành phố Hổ Chí Minh 125 km về phía Tây Nam.

Tại công trình này đã sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 2,4 m và có độ sâu lừ 90 đến gần 100 m. Hai trụ tháp chính Bắc và Nam, mỗi trụ sử dụng 16 cọc. Hai m ố neo bờ Bắc và Nam, mỗi m ố sử dụng 2 cọc. Toàn bộ công trình có 36 cọc, đều có cùng đưòdig kính 2,4 m, độ sâu thay đổi theo yêu cầu chịu lực và điều kiện địa chất. Độ sâu hạ cọc cuối cùr; được quyết định trên cơ sở thử tài trọng tĩnh bằng phương pháp hộp Osterber ;- để xác định ma sát thành bên của các lóp đâì khác nhau và sức chống ớ mũi. Trên cô r^ trình người ta đã tiến hành thử 5 cọc, trong đó có 2 cọc bô' trí hai tầng đật hộp Oste berg và 3 cọc đặt một lầng hộp Osterberg tại mũi cọc. Đã sử dụng loại hộp Osterber- có đường kính 540mm, khả năng tạo tải trọng 12Ơ0 T. Mỗi tầng được đặt 3 hộp Osterberg và được nối thông với nhau để đảm bảo làm việc đổng thời. Dưới đây là một số C'ii tiết cấu tạo các bản gia cường cho các tầng đặt hộp tải trọng và ỏ' tầng mũi, cũng như sơ đồ bố trí các thiết bị để đo chuyển vị của hộp. Đồng thời cũng ihể hiện các đường ống dẫn dầu cho hộp kích và các ống dẫn vữa khi bơm vào trong các tầng đặt hộp sau ^lii đã kết thúc thí nghiệm.

Việc quản lý chất lượng và trình tự thực hiện các công tác kiểm tra được thực hiện theo sơ đồ sau đây:

186

Trình lự thi công và kiểm ira chất lượng cọc khoan nhồi tại cầu Mỹ Thuận

187

188

189

190

Bàr clc ;ne:) oãy

V õ r q í ' é p / \ _____ _S?Ts'1 0 0 - ' õ r ' " 1 1

Ba-O-Cell 54ũmm cho mỗi cao trình (tổng cóng 6) mỗi

MẢT BẰNG

rBốn thanh dẫn thépC IO O x 11 di qua mỗi O-Cell vả hàn vảo vòng dai ngoài

Vòng thép dày 50mm (dường kinh trong 680mrn)

Lỗ mở dường kinh 680mm

Bản đỡđường kính 2.2m ^ dày50m m CHI TlẾT BẢN ĐÂY

Đường kính 540mm

Hình 6.4: Clìi íiểt cá c hân ^ia cườnỵ d ỡ hộp O síerherg

c ố t Ihóp đứng (hàn cláy vào vòng đai c ù a lố họp đỡ trẽn)

Tố hợp đở trên đày lOOmm

Ban thép đỡ dưới dường kính 2.2m đày 50mm

MÁT CÂT NGANG CÁC O-CELL ở CAO TRÌNH ĐÁY

Thanh hướng ống đô’ bé tỏng (không vẽ trén mặt bầng)

Cọc Vhoan dường kinh 2,4m

Hàn dáy cốt thép vào vòng ngoải

Bề mặt cùa lấm cần phài geased

Hộp O-Cell 540mm sứ cchỊu 11000 kN

Đáy thản cọc

Hỉnh 6.5: Bô'trí cúc hộp Osterhei ii cho cá( vi trí mũi và ^iữa thán cọc .

Tmh hình địa chất khu vực chôn các cọc khoan nhồi và các kết quả thu được trong các thí nghiệm thử íải cọc cho trong những hình dưới đây :

191

S ou lh P icr

-?3m

- I2 m

-56m

-9 3 n

16rr

■?3m

-12m

-56m

Silty C lay - C2

-47 to -5ôm Scour eve

-OOm

Hìnlĩ 6.6: Mặt cắt (íííỉ các írụ tháp Bái và Nam sơ dồ h ố trí các hộp tcii Irọiìịi.

Hình 6.7: Mặt câl (lãt Ini lììố ncơ Ndiii \ ủ sơ đó há tri các hộp kii trọnịí

Chuyển vị (mm)

H ình 6.8: Thí nịịhìệm cìưít rải cọc trụ ìììố ìh \j Nam : Quan hệ của phân đoợìì hên tréìi áiếni L

192

Chuyến VỊ (mm)

Hình 6.9 : Thí iì^Ịìiệtiì cỉìấĩ Ịcii cọc trụ ỈÌÌO neo Nam Qitatỉ hệ của pììán doợỉì ĩừ A dến B

Chuyến vị (mm)

Hinh 6.10 : Thí n\>hiệnì cluĩr tâi cọc ĩrii m ốu eo Nam Quan Ịìệ í lìa phân đoạn ở mũi cọc

193

ẵ

10

Sữc chịu tál theo dất thiết kế (MN)

15 20 25 30 35

Hinìi 6.11: Cár trii neo Bắc vù N u ỉ ì ì , các cíậc ỉriOiỉ^ íliict kê (ìiíỊ kỹ íỉìỉiậĩ

Sưc chiu tai (MN)

00 -

20-

40 -

E60

80 -

100 -

120

Thân''V

s

N

20- I -

3 0 40_ J _

SO —1_

Mũi

Sức chiu lãi ỉhán : Nam

Sức Chiu ĩai mũi : Narr'

Sức chiu tai giớ( han : Narn

Sức chiu tài thán : Bầc Sức chịu tãi mủi : Băc

Sức ch Ịu tái giới han : Băc

Tống cóng

(>0

Hình 6.12: Các triỊ neo Bác vù Nufìì, í'ủc dặc Ỉì-iỡìiỉ i ỉ ìớ i lỉỢỉi (lịa kỹ ĩlmậĩ

194

Từ cá c kết quá thí imhiẹm la dã riíl ra kct luạii sau :

(a) C ác chi tiêu tliiét kc' vổ địa kỹ ihiiậl :

- Sức chịu lái Iroim lóp cái S3 là 4.5 MPa, yèii CÌÌLI mũi cọc chôn sâu tối thiểu 2,5m.

- Troim lớp cál S3 ma sál thân cọc là 90 kPa

- Troim lóp sél C3 nia sál Ihân cọc là 55 kPa

- 1'roiiíi tính toán dặc Irime địa kỹ thuật siói hạn lấy hệ sô ihành phần (t> = 0,72

- Cần phái trừ đi trọnc lirợnỵ cọc bằiiíi 0,057 MN/iii irono đặc truTig thiết kế địa kỹthuậl klii so sáiili với các tái Irọnẹ ihiéì kè.

T r ê n c ơ SO' đ ó n m r ò i t a d ã q u y ế t đ ị n h c á c đ ặ c t r ư n c t h i c t k ế c ú a m ó n g c ọ c n h ư s a u :

- Sức chịu tái dịa kỹ thuật ihiết kẽ 24 MN (O = 0,9) dõi !iói các cao trình mũi cọc là -95m (Nam) và -91 m (Bác).

- 'lai trọng thicì kế lớn Iiliiít đối VỚI làì cá các loại coc là 24 MN, sau khi đã phân phối lại, hì do tải trọng va làu tại 45" cày ra.

- Tái trọng cọc lớn nhất khi làu \'a tại là 28 i\lN Iihiniíĩ đã bị giảm do tải trọng p h à i i b ố l ạ i t h ô n g q u a k ế t c â u bèii I r c n .

- NỐII tãng xói dcn -56 111 thì sẽ giám dặc irưim thiốỉ kê địa kỹ thuật 2 5 MN nhimg khi đó các tải trọng thiếi kò cũng tliâp hoìi iikm iziá trị íiroìic tự

Đ ò i V ( ý i c á c c ọ c c ó b ô I r í l i ; i i l â ĩ i g l i ộ p q u á t r ì n h c l i á l l a i d i r ợ c t i ê n h à n h n h ư s a u ;

Giai đoạn chai lai ihứ nhàt ; Mộp 13 mỏ' {khônti cán tixV dịcli chuyển lôn phía trên của đoạn cọc AB). ChAl uii thòiig qua hộp A, do ,ìức chốnu mũi giới hạn lớn hơn nhiều so VỚI ma sát thành bên đoạn AB nên thí nghiệm sẽ đạt đếii ciới hạn ma sát trước do đó

phan tích kêt quả tlií nghiệni cúa giai (toạn này sc xác dịnh aược giá trị ma ját giới hạn đoạn AB.

Giai đoạn chất lái tĩiứ hai : Hộp B đóng. Chất lái hộp A, do 'úc này sức chống mũi gi()’i hạn nhỏ hơn I.,a sát thành bên loàn bộ ch .cu dài Ihàn cọ c từ A đến đầu c ọ c nên

trong thí nghiệm sõ dạt dếii sức chóng mũi giới hạn trưóc. vì vậy từ thí nghiệm trong giai đoan này sẽ xác địnìi dược sức chống mũi giới hạn của cọc.

Giai đoạn chât tải thứ ba: Hộp A đóng (mũi cọc làm viêc bình thường). Chất tải hộp B. Lúc này ma sát ihành bên đoan thân cọc từ B lên đến đầu cọc nhỏ hơn tổng lưc kháng của mũi cọc và ma sál ihân cọc đoạn từ mũi cọc lên đến điểm B nên trong ttií nghiệm sẽ đạt đến ma sát giới hạn đoạn từ B lên đầu cọc trước, vì vậy thí nghiệm trong giai đoạn này sẽ xác định được ma sát thành bên giới hạn đoạn từ B lên đến đầu cọc.

195

Sức chịu tải của cọ c được xác định theo tổng ba thành phần đã xác định trong ba

giai đoạn thử tải trên.

P \ I 1 B -dau COC'AM pm u j gn ms gh ms<:h

Hai cọc thí ngh iệm với hai tầng hộp là những cọc của các m ố n eo có ch iều sâu ngập

đất lớn nên giá trị m a sát thành bên lớn và cần được xác định ch o lừng đoạn. Ba cọc thí

nghiệm với m ột tầng hộp đặt ở m ũi cọc là nhũng cọc ở giữa sông có độ sâu ngập đất

nhỏ hơn nhiều nên chỉ cần m ột giai đoạn chất tải cũng có thể xác định được m a sát

thành bên giới hạn, hoặc sức chống m ũi giớ i hạn.

Trong khi thí nghiệm tải trọng ở cầu Mỹ Thuận người ta cũng đã có được một số kinh ngh iệm sau:

+ Theo các kết quả thí nghiệm, ma sát đơn vị thành bên thu được nhò hơii các trị số dự kiến theo các tài liệu khảo sát địa chất (chí đạt từ 50 - 80% giá trị dự kiến). Theo các chuyên gia nền m óng của ú c , Mỹ và Đức thì có thể do những nguyên nhân sau ;

(a) Do đường kính cọc lớn nên khi đông cứng, bê tông có hiện tượng co ngót và kém tiếp xúc với thành đất bao quanh.

(b) Do công nghệ thi công cọc khoan có sử dụng vữa Ben tô nít và áp lực dung dịch vữa lên thành vách lớn nên khi đào đã hình thành inộl vỏ sét cứng, nhẵn ánh hưởim đến ma sát giữa bê tông và đất bao quanh.

D o vậy người ta đã có các biện pháp côn g nghệ bổ sung như sử dụng phụ g ia trưong

nở, dùng m ột thiết bị thả vào trong thành lỗ khoan để tạo nhám bằng các bàn chải cáp

cứng. N gười ta cũng dự kiến đặt các ốn g phun vữa ra ngoài thành bê tông sau khi đã

đông cứng để tăng m a sát giữa thân cọc và đất, nhưng khó khăn vổ cô n g nghệ nên đã

không thực hiện được giải pháp này.

+ Các số liệu về sức chống ở mũi tưcỉng đối phù họp giữa kết quả thí nghiệm và dự kiến.

6.2. Dự án Hung Tung Lau - Hồng Kông

Thí ngh iệm được tiến hành cho cọc khoan nhồi đường kính 1 m , ch iều dài cọ c 17 m,

trong đó có 3 m mũi cọc đặt trong lớp đá Granit có độ cứng 2 và 3 ,đây là cống trình cho m ột cầu đường sắt ở H ồng K ông, theo tính toán của thiết k ế tải trọng thiết k ế trên

m ỗi cọ c là 6 6 0 0 kN , hệ số an toàn là 2 và chỉ khai thác thành phần m a sát. M ột hộp lải

trọng loại 3 0 0 0 T đã được đặt ở m ũi cọ c và tiến hành thử cho đến phá hoại. Sơ đồ b ố trí

thí nghiệm và kết quả như trên hình 6.13. Từ thí nghiệm này người ta đã rút ra được một số kết luân sau :

196

Thí nghiệm không được tiến hành cho đến khi phá hoại thiết bị. Thiết bị đã thử đến 3000 T mà không có hư hỏng, tuy nhiên trong thí nghiệm này đã dừng tăng tải ở mức 1640 T.

Ca hai đườiig cong chuyển vị hướng lên trên và hướng xuống dưới gần như tuyến tính và có độ lún rất nhỏ khi đạt tải trọng cực đại, điều đó cho thấy cả hai lực

197

bám dính ihành bên và sức chống ở mũi còn cách trạng thái phá hoại rất xa. Chuyển vị tổng cộng dưới mức tải cực đại 1640 T được giữ trong 24 giờ là cực kỳ nhỏ, điều đó cho thấy có rất ít, hoặc không có độ lún đột ngột.

• Cọc khoan nhồi này đã được thiết k ế chỉ với lực m a sát thành bên và không cho phép xẩy ra sức chống ở mũi. Thí nghiệm đã chỉ ra rằng mũi cọc có thể chịu được tải trọng thí nghiệm cực đại và được dùng cùng với thành phần ma sát trong thiết kế, do vậy có thể tăng gấp đôi tải trọng thiết kế cho phép, hoặc giảm độ sâu ngàm vào trong đá Granit để chịu tải trọng thiết kế.

• Nếu tiến hành, đến hết khả năng tạo tải của thiết bị hoặc phá hoại của cọc (nếu nó xẩy ra trước) thì cả hai tải trọng thiết kế cho phép về ma sát và sức chống mũi có thể được tăng tương ứng và cho phép giảm độ sảu ngàm cọc cần thiết.

• Nếu thực hiện điều nói trên trong thí nghiệm này thì sẽ giúp giảm thời gian phải sứ dụng máy khoan đá để khoan đến độ sâu yêu cầu.

• Cọc thí nghiệm có thể được sử dụng lại như một cọc làm việc đơn giản bằng cách phun vữa vào trong hộp tải trọng sau khi đã hoàn thành thí nghiệm . Đ iều này cũng đã được thực hiện tại nhiều thí nghiệm Osterberg khác.

6.3. Thí nghiệm Osterberg cho cọc baret

ở V iệt Nam, năm 1995 tại công trình nhà VIETCOM BANK Hà Nội đã tiến hành thí nghiệm thử lải cho cọc barct bằng hộp Ostcrbcrg với tải Irọng thử 1200T.V iệc ihí nghiệm đã được tiến hành bởi các công ty Loadtest và Soil dynaniic (M alaysia).

Nãm 1997, tại dự án Alfaro’s Peak ở Trung tâm Manila Philipin đã tiến hành thử tải cho cọc baret có chiều sâu 28,2 m.Tải trọng ihỉr lớn nhất lên đến 2150 T gồm cả hai thành phần ma sát thành bên và sức chống ở mũi. Thí nghiệm được tiến hành bởi các công ty Loadtest,Bachy-Soletanche và một nhà thầu địa phương. Hình ảnh dưới đây thể hiện khung cốt thép của cọc đã lắp hai hộp tải trọng 1200 T ở dưód đáy khung.

6,4. Thử tải Osterberg cho cọc đóng

V iệc áp dụng hộp tải trọng cho cọc đóng đã được áp dụng khá rộng rãi ở

H inh 6.14: Lắp đặt hai hộp Osterherg 1200 T đê thử tài đến 2150 T

cho cọc hciret sán 28,2 m ỎPIìilipin.

198

H ìn h 6 .15 : C ln iẩ iì bị dóììịị cọc có gắn hộp Osterheviị ỏniữi.

!Víỹ. Năm 1997, Sở Giao thông Louisiana đã có cliưong trình nghiên cứu ảnh hirỏng của thời íỉian đến sứcC-

cimi tải của cọc tại dự án di d()'i dân để xây dựng cầu Ba>ou Boeuf ở ihành phố Morsan. Các hộp Osterberg dưọc o;ấn ớ mũi cọc bê tông cốt ihép đúc sẵn vuông 73x75 cm. Một chương trình Ihí nshiệm để xác định sức mang tải ma sál thành bên theo từníi khoảng thời gian trong vòns 2 năm.

Ba loạt thí nghiệm đầu tiên được tiến hành tại cácthời diếm một tuần,ba tuần và năm tuần sau khi đóng. Các thí nghiệm khác được tiến hành sau 6 Iháng, 12 tháng và 24 tháng kể từ khi đóng cọc.

Mót hộp tải trọng 900T có tầm hành trình 23 cm đã được gắn cho cọc vuông có cạnh 75 cni, dài 43 m . Cọc được gắn các thiết bị đo trên toàn bộ chiều dài để nghiên cứu sự làm \iệc irong suốt chiều dài chôn cọc. Do điều kiện đất cát chặt nên việc đóng cọc rất khó khăn và phải dùng búa thuỷ lực HPSI 2005. Cọc được đóng cho đến khi đạt được sức kháng cực đại với 267 nhát búa cho 30 cm cuối cùng và độ chối cuối cùng là 6 mm. Kết

quả thí nghiệm cho thấy rõ việc tăng ma sát thành bên và giúp cho Sở Giao thông Louisiana đánh giá được hiệu quả của ảnh hưởng tuổi đến sự làm việc của hệ móng để thiết kế hệ móng kinh tế nhất cho các hạng mục công trình tiếp theo.

6.5. Các thí nghiệm hiện trường kiểm chứng phương pháp Osterberg

(a) Thí nghiệm ở cảng Orange, Fìoìida

Chương trình thí nghiêm được Cục Đường bộ Liên bang Mỹ tài

Hình 6 .16 : B ố trí hộp tải trọn^ và các thiết hi do, phun vữa cho cọc khoan nhồi

(Dự án K C R West R a iì-H o n iị kon^).

199

trợ nhằm giái quyết vấn đề đánh í iá độ chính xác của kết quá thu dưọc từ Iliử tải llico phương pháp Osterberg, đe thực hiện việc này người ta đã tiến hành ihí nghiệm cho niội cọc khoan nhồi bê tône đườns kính Im. Trên thân cọc gắn các đầu đo tuyến lính loại dây rung để đo các íĩiá trị tải trọng dọc theo ihãn cọc trong quá trình thí nghiệm Osterbers. Kết quả của các giá trị đo được bằng các đầu đo dọc ihco thân cọc và bằng hộp Osterberg cho trong hình vẽ dưới đây.

Thứ ta i cáng O range.tru 1010,00

0,00 -

10.00

20.00

l Ị -30.00 cổ8 -40,00

Tinh đươc theo đầu do lực Đo đươc băng hóp lài trong

•50,00

60,00

70.00

•80.00

-90.00

- 100,00

0,75

0.00 20,00 40.00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160.00 180.00 200.00

Tai trong, tán

Hinli 6.17: Biến (ỉồ plìủiì ỉ)ổícii írọiìíỉ (lọc ĩlìco ilìủỉì cọc ÍỈÌU chrực íìì cá(' dấu do (Ị(ìy ruỉiỉ> và ỉìộp Osĩerhcr^ị íạ\ cchìi ̂ Onỉfì\ịe, Flori(ỉ(i

Trong biểu đồ trên các dấu cộnc ihể hiện lực tốns cộng tại cao trình đ(it các đầu đo (bằng cách nhân ứng suất đọc được với mô đun đàn hổi và diện tích tiết diện ngang của cọc). Mỗi một đưÒTiíĩ vẽ qua các điếm này thể hiện sự giảm dần lực trong thân cọc khi đi lên tính từ các hộp Osterberg cho từns 2Ìa số tái trọnc cho đến mức tải 170 T.Hai (lẫy ký hiệu o ở đáy ứng với mồi cấp lải thê hiện tải irọns Ircn đinh và mũi cọc đo được theo áp lực đã đặt. Điều này, cho thấy hai phép do khác nhau dã cho kết quả giốim nhau. Nó cũng cho biết lực dính bám của đất và vĩra với hộp lải Irọnc là nhỏ và có thế bỏ qua.

2 00

ịb fỉ'h ì lì^lìiệm Ở O siik a N h ậ t Bản

Đã liến hành thí nghiệm trên nhiều cọc giống nhau trên cùng một hiện trường ở Osaka, Các cọc có cùng chiều dài và tiết diện.Cọc tròn đưòng kính 120cm, dài 38 m. Khoáng 3 m phía trên là các lớp cát, bùn, cuội sỏi hay sét,còn lại là chôn trong cát rất chật. Đã liến hành thử tĩnh truyền thống bằng hệ kích đặt trên đầu cọc, gia tải bằng hệ các cọc neo. Cọc này được gắn các đầu đo trên toàn bộ chiều dài cọc. Đê’ mô phỏng đicLi kiện làm việc của tầng hầm đã dùng một ống vách rộng hơn ở đoạn 18 m phía trên của cọc đế loại bỏ ma sát thành bên của cọc này. Một cọc khác(Thí nghiệm đơn giản A) có hộp tải trọng ở đáy và cũng bị loại ma sát đến độ sâu 18 m. Cọc thứ ba (Thí nghiệm đơii Hiản B) cũng có hộp tải trọng ở đáy nhưng không loại ma sát ở phần 18 m phía trên.

Hình 6.18 trình bày đường cong tải trọng - chuyển vị ở đáy cho cả ba trưòíng hợp thí nghiệm.Các tải trọng dưới dạng tải trọng trên một đơn vị diện tích và chuyển vị dưới dạng độ lún /đưòíng kính tính theo phần trăm.Tải trọng đặt đến 880T (US) và chuyển vỊ xuống dưới khoảng 10 cm.Theo các hình này cho thấy đưòng cong sức chống mũi cọc- chuyển vị nhận được từ thí nghiệm truyền thống bằng cách lấy tải trọng tổng cộng đặt trên đỉnh cọc trừ đi phần ma sát bên trên nhận được từ các đầu đo ứng suất rất trùng với đường cong sức chống mũi cọc-chuyển vị nhận trực tiếp từ hộp tải trọng trong thí nghiệm A.Thí nghiệm B cũng khá trùng cho biết ảnh hưởng của phần ma sát bên trên 18 m là không đáng kể.Sau đó đã tiến hành các thí nghiệm khá. với 3 m trên tự do cũng cho thấy các kết quả tưofng tự.Nó cũng chứng tỏ trong trưòfng hợp này ma sát và sức chống mũi tưong tự nhau khi cọc bị nâng lên từ đáy hoặc bị ấn xuống từ đầu cọc.

201