Tiêu chuẩn thí nghiệm PDA là gì? Thí nghiệm PDA được tiến hành ra sao? Bài viết dưới đây sẽ cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích về thí nghiệm PDA.
Tiêu chuẩn thí nghiệm PDA là gì? Hiện nay, phương pháp thử biến dạng lớn được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam nên cần có những nghiên cứu có hệ thống về phương pháp này. Phương pháp này khắc phục được một số nhược điểm của phương pháp nén tĩnh và đặc biệt tiện lợi khi có sự hỗ trợ của các kỹ thuật hiện đại. Hãy tìm hiểu ngay về thí nghiệm này.
Tiêu chuẩn thí nghiệm PDA
Tiêu chuẩn thí nghiệm PDA vô cùng dễ hiểu.Thí nghiệm PDA dựa trên 2 tiêu chuẩn:
TCVN 11321: 2016 “Cọc – Phương pháp thử độ biến dạng lớn”.
ASTM D4945-00 “Phương pháp thử độ biến dạng lớn đối với cọc”.
Thí nghiệm PDA là gì?
PDA là phương pháp thử tải trọng động để xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong thanh đàn hồi. Với năng lượng xung lực phải đủ lớn để gây chuyển vị cọc khoan nhồi dưới mỗi nhát búa trên đầu cọc khoan nhồi không nhỏ hơn 3mm, đủ để huy động toàn bộ lực cản của đất nền.
Mục đích của việc thí nghiệm PDA
Phương pháp thử biến dạng lớn [PDA] được áp dụng để đánh giá sức chịu tải của cọc đơn thẳng đứng, cọc xiên đơn, không phụ thuộc vào kích thước và phương pháp thi công [khoan đóng cọc, khoan ép, khoan thả, khoan dẫn, khoan nhồi …] thông qua việc xác định thân cọc. Lực và vận tốc bởi một lực tác dụng lên đầu cọc bằng búa nặng để tạo ra một chuyển vị đủ lớn trong vùng đầu cọc.
Nguyên tắc thử biến động dạng lớn PDA
Phương pháp thực nghiệm biến thiên biến dạng lớn [PDA] dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất một chiều trong thanh đàn hồi. Sóng ứng suất do búa đóng truyền từ đầu cọc đến đầu cọc. Cường độ và vận tốc của sóng ứng suất phụ thuộc vào năng lượng búa và cơ tính của vật liệu làm cọc. Quá trình truyền sóng chịu ảnh hưởng của cường độ đất xung quanh cọc và các đặc tính của vật liệu làm cọc. Bằng cách đo và phân tích quá trình này, sự phân bố cường độ của đất tại các độ sâu xác định cũng như các khuyết tật của cọc được phát hiện.
Khi tác dụng lực lên đầu cọc, sóng ứng suất sẽ truyền xuống dọc trục với vận tốc truyền sóng không đổi [C], là hàm của môđun đàn hồi E và mật độ r, [C^2 = E / r ]. Thời gian cần thiết để sóng ứng suất truyền đến mũi cọc và quay trở lại đầu cọc tỉ lệ thuận với khoảng cách đến nguồn phát sóng ứng suất t = 2.L / C.
Khi sóng ứng suất [Wi] trải qua sự thay đổi trở kháng cơ học từ Z1 = r1.A1.C đến Z2 = r2.A2.C, một phần của sóng phản hồi đi lên [Wu] và phần còn lại truyền xuống dưới, [Wd] để thỏa mãn cả hai điều kiện tương thích và cân bằng sau:
- Wd = Wi. [2.Z2 / [Z2 + Z1]]
- Wu = Wi. [[Z2 – Z1] / [Z2 + Z1]]
Tại mũi tự do [Z2 = 0], sóng nén bị phản xạ hoàn toàn nhưng ngược dấu, còn đối với cọc đều [Z1 = Z2], sóng nén truyền với biên độ không đổi.
Bằng cách bố trí các thiết bị đo xác định các giá trị của vận tốc và lực đầu cọc tại các thời điểm khác nhau [bao gồm cả máy đo gia tốc và máy đo biến dạng], có thể dự đoán được tình trạng, phân bố sức kháng của đất dọc theo thân cọc [sức chịu tải của cọc].
Búa; 2. Cọc khoan nhồi; 3. Đầu gia tốc kế; 3A. Gia tốc kế; 4. Máy đo ứng suất; 4A. Máy đo ứng suất; 5. Thiết bị phân tích kết quả [máy tính + phần mềm]; 6. Máy in kết quả.
Các bước tiến hành thí nghiệm thử biến động dạng lớn PDA
Thực hiện các bước sau:
- Buộc chặt 2 cặp đầu đo gia tốc và biến dạng vào thân cọc đối xứng qua tim cọc khoan nhồi, đường kính tối thiểu bằng 2 lần đường kính cọc.
- Trong thông số máy, kiểm tra tín hiệu của đầu đo. Bắt đầu lại phép đo nếu cần.
- Dùng búa đóng cọc lên đầu cọc khoan nhồi 5 lần.
- Kiểm tra chất lượng tín hiệu ghi của từng nhát búa khi đóng, nếu tín hiệu không tốt thì đặt lại cọc khoan nhồi để kiểm tra lại.
- Tắt máy khoan chuyển sang cọc khoan nhồi khác.
Đầu dò đo gia tốc và ứng suất được gắn vào cọc khoan nhồi, các tín hiệu từ đầu dò được truyền từ cọc khoan nhồi như năng lượng cực đại của búa, ứng suất kéo lớn nhất của cọc khoan nhồi, khả năng chịu tải Case-Goble, hệ số toàn vẹn… được quan sát trong quá trình thí nghiệm về phân tích và hiển thị trên máy tính.
Dữ liệu hiện trường sẽ được phân tích bằng phần mềm CAPWAP [hoặc Case] để xác định tổng sức chịu tải của cọc khoan nhồi, sức kháng ma sát của đất ở mặt bên và ở đầu cọc khoan nhồi và một số thông tin khác về công nghệ đóng và chất lượng cọc khoan nhồi.
Nhờ phần mềm CAPWAP, các kết quả sau có thể được in hoặc hiển thị:
- Sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn
- Ứng suất trong cọc khoan nhồi
- Hoạt động của búa đóng cọc
- Hệ số hoàn công b của tiết diện thân cọc
Kết luận
Cần phải đảm bảo tiêu chuẩn thí nghiệm PDA để kiểm tra, đánh giá đúng khả năng chịu tải của cọc và khẳng định độ chính xác của các giá trị thiết kế, chất lượng toàn bộ quá trình thi công.
Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA
Đọc thêm: Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA- T298 – D4945
PHẠM VI ÁP DỤNG
- Chuẩn bị thí nghiệm: chuẩn bị đầu cọc và các chuẩn bị khác;
- Tiến hành thí nghiệm hiện trường và Lập bảng khối lượng cọc nén động PDA;
- Công tác xử lý số liệu ở trong phòng:
+ Kết quả thu được từ PDA và phân tích bằng phần mềm CAPWAP đối với các cọc thí nghiệm cho ta kết quả về khả năng chịu tải của cọc [Bao gồm cả hai thành phần sức kháng mũi và sức kháng thành]
+ Ngoài việc tính toán khả năng chịu tải của cọc, chương trình CAPWAP cũng tính toán được đồ thị quan hệ giữa tải trọng thí nghiệm và độ lún của cọc, các biểu đồ quan hệ vận tốc, lực mô phỏng và tính toán.
- Kết quả
- Báo cáo kết quả hiện trường theo PP sơ bộ CASE;
- Báo cáo kết quả phân tích bằng phần mềm CAPWAP:
+ Các biểu đồ chuẩn khi phân tích: Biểu đồ ứng suất phân tích và đo, Biểu đồ ứng suất và vận tốc đo tại hiện trường, Biểu đồ mô phỏng quan hệ chuyển vị và lực của dầu cọc và mũi cọc, biểu đồ phân bố sức kháng thành dọc theo thân cọc.
+ Các bảng biểu kết quả phân tích bằng CAPWAP: Ứng suất nén lớn nhất trên cọc, gia tốc và chuyển vị của cọc, tốc độ lan truyền của sóng biến dạng trong cọc, năng lượng truyền lớn nhất.
- Bảng tổng hợp kết quả phân tích sức chịu tải của cọc bằng phần mềm CAPWAP bao gồm: Sức chịu tải của cọc, sức chịu tải mũi cọc, sức chịu tải thân cọc, phân bố sức chịu tải của cọc dọc theo thân cọc và các số liệu liên quan khác.
Ý NGHĨA VÀ SỬ DỤNG
Thí nghiệm biến dạng lớn của cọc được thực hiện nhằm xác định sức chịu tải và độ khuyết tật [nếu có] của cọc, hay còn gọi là phương pháp PDA. ACAO là công ty địa chất với nhiều kinh nghiệm và công trình liên quan đến thí nghiệm này. Hôm nay ACAO xin hướng dẫn và chia sẻ chi tiết về phương pháp thí nghiệm PDA này nhé.
1. Tiêu chuẩn thí nghiệm PDA.
- Tiêu chuẩn TCVN 11321:2016 “Tiêu chuẩn kiểm tra cọc động theo phương pháp biến dạng lớn PDA”.
2. Mục đích thí nghiệm biến dạng lớn của cọc.
- Xác định sức chịu tải cọc ly tâm bằng phương pháp biến dạng lớn PDA.
- Thí nghiệm được thực hiện nhằm xác định sức chịu tải và khuyết tật [nếu có] của cọc bằng phương pháp PDA.
3. Thiết bị thí nghiệm sức tải chịu cọc PDA.
3.1: Thiết bị chính cho thí nghiệm PDA.
+ Máy đo và ghi nhận số liệu PDA kiểu PAX hoặc 8G – Hãng PDI – Mỹ. + 02 đầu đo gia tốc và 02 đầu thu biến dạng. + Cáp truyền và các thiết bị phụ trợ khác. + Phần mềm phân tích CAPWAP.
+ Búa thử 4 tấn.
3.2: Các thiết bị khác phục vụ công tác thí nghiệm.
+ Cần cẩu. + Ôtô để vận chuyển thiết bị phục vụ thí nghiệm. + Máy khoan cầm tay 620w. + Thước thép và các thiết bị chuyên dùng khác.
+ Các thiết bị phục vụ công tác chuẩn bị mặt bằng.
Xem thêm: Khoan Khảo Sát Địa Chất – Khoan Địa Chất ACAO.
4. Tải trọng thí nghiệm và tính toán chiều cao búa rơi.
- Đơn vị thí nghiệm đề nghị sử dụng búa G = 4 tấn. + Tính toán/ Calculate: - Thả búa rơi tự do xuống đầu cọc khi thí nghiệm động bằng phương pháp PDA. Công thức xác định năng lượng va đập [Trích dẫn trang 42 sách MÓNG CỌC PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ của tác giả GS.TS Vũ Công Ngữ]: r.E = 3Pu[e+2.54] Trong đó: P: Tải trọng thí nghiệm. e: Độ chối. r: Hệ số hiệu suất. E:Năng Lượng búa. E = Q.H
Q: Trọng lượng búa.
Xem thêm: Thí Nghiệm Nén Tĩnh Cọc.
5. Quy trình thí nghiệm.
5.1. Cơ sở của phương pháp
- Phương pháp biến dạng lớn dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất một chiều trong thanh đàn hồi. Sóng ứng suất gây ra bởi tác động của búa đóng truyền từ đầu cọc đến mũi cọc. - Cường độ và vận tốc của sóng ứng suất phụ thuộc vào năng lương búa và đặc tính cơ học của vật liệu cọc. Quá trình truyền sóng ảnh hưởng bởi cường độ đất xung quanh cọc và đặc tính của vật liệu cọc. - Bằng cách đo và phân tích quá trình này, phân bố cường độ đất tại các độ sâu được xác định cũng như các khuyết tật của cọc được phát hiện. - Khi tác dụng lực tại đỉnh cọc, sóng ứng suất sẽ truyền xuống theo thân cọc với vận tốc sóng. - [C] không đổi, đó là một hàm của modul đàn hồi cọc E và tỷ trọng ρ, [C2= E/ρ]. Thời gian cần thiết cho sóng ứng suất truyền tới mũi cọc và phản hồi trở lại đỉnh cọc tỉ lệ với khoảng cách tới nguồn gây sóng phản hồi t = 2L/C. - Khi sóng ứng suất [Wi] gặp sự thay đổi kháng trở cơ học từ Z1 = ρ1.A1.C tới Z2 = ρ 2.A2.C, thì một phần sóng phản hồi đi lên [Wu] và phần còn lại truyền xuống dưới [Wd] để cả hai điều kiện tương thích và cân bằng sau được thoả mãn: Wd = Wi[ 2 Z2 / [Z2 + Z1]] Wu = Wi[ [ Z2 - Z1] / [Z2 + Z1]]
- Tại đầu mũi tự do [Z2 = 0], sóng nén được phản hồi toàn bộ nhưng ngược dấu, còn đối với cọc đồng đều [Z1 = Z2] thì sóng nén lan truyền với biên độ không đổi.
- Bằng cách bố trí các thiết bị đo xác định các giá trị vận tốc và lực ở đầu cọc tại các thời điểm khác nhau [bao gồm các đầu đo gia tốc và đầu đo biến dạng] có thể cho phán đoán được tình trạng khuyết tật và sự phân bố sức kháng của đất dọc theo thân cọc [sức chịu tải của cọc].
Xem thêm: Thí Nghiệm Biến Dạng Nhỏ Của Cọc [ Thí Nghiệm PIT ]
5.2. Cách thức tiến hành thí nghiệm.
a. Chuẩn bị thí nghiệm.
Chuẩn bị mặt bằng và đầu cọc thí nghiệm. - Phần đầu cọc phải được đập bỏ hết phần bê tông xấu, tạo phẳng đầu cọc. - Để tránh đầu cọc bị phá vỡ bởi búa, một đệm được sử dụng trong thử nghiệm - Nệm đầu cọc làm bằng thép dày 10mm, có dạng mũ chụp,đường kính 520mm và chiều cao 300-400mm - Phía trong của mũ chụp đệm bằng miếng gỗ tiện tròn [đường kính bằng đường trong của mũ chụp] để tránh cho đầu cọc bị tác dụng lực xung kích lớn có thể làm phá hoại đầu cọc. - Đào đất xung quanh cọc sao cho đầu cọc phải lộ thiên một khoảng tối thiểu là 2D [D - Là đường kính cọc] tính từ mặt cọc nối. - Tại vị trí cách đầu cọc một khoảng L=1.5D [D - Là đường kính cọc] mài phẳng và nhẵn mặt bê tông thân cọc đến phần bê tông có chất lượng tốt để khoan và bắt các đầu đo vào thân cọc [hai phía đối diện qua tim cọc] - Tạo mặt bằng đủ điều kiện an toàn và thực hiện thí nghiệm cho cẩu nâng búa trọng lượng 4 tấn [trọng lượng búa có thể được thay đổi tùy vào tải trọng yêu cầu thí nghiệm] lên độ cao tối đa là 3m [chiều cao búa rơi có thể thay đổi] thả rơi tự do
- Đặt búa và giá búa: Đặt khung dẫn hướng và cố định khung dẫn hướng của búa vào thân cọc bằng các bu lông. Căng các dây kéo bằng tăng đơ [nếu cần thiết] để cố định phía trên của khung dẫn hướng. Đưa búa thử vào trong khung dẫn hướng. Bảo đảm búa thử dịch chuyển trong khung theo rãnh dẫn hướng
- Gắn các đầu đo lên cọc: Gắn các đầu đo lên cọc bằng ốc vít. Các liên kết này cần đảm bảo không để đầu đo chuyển dịch so với thân cọc. Sau đó nối dây cáp đầu đo vào dây cáp nối chính với máy PDA - Kiểm tra các đầu đo sau khi gắn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Tính thông suốt của toàn bộ hệ thống.
- Nhập các dữ liệu mô tả cọc và búa thử, bao gồm chiều dài, đường kính cọc, modun đàn hồi bê tông cọc…
Xem thêm: Phòng LAS XD990 ACAO.
b. Các bước tiến hành thí nghiệm.
Cho búa thử đập vào đầu cọc. Các đầu đo sẽ thu nhận tín hiệu và truyền về máy ghi và hiển thị PDA. Người vận hành PDA luôn phải kiểm tra độ chính xác của các dữ liệu về độ nhất quán và tính cân bằng trong quá trình thử/ + Tiến hành đóng loạt búa thử: Búa thử được thả từng cấp một, các cấp thả có cao độ rơi khác nhau: Cấp đầu có búa rơi cách đỉnh cọc 0.3m, cấp thứ hai cách đỉnh cọc 0.7m tương ứng như trong bảng tính. + Trong quá trình đóng nếu tải trọng thử đã đạt tải trọng yêu cầu thử của cọc thì quá trình thí nghiệm kết thúc. + Quá trình thí nghiệm kết thúc khi tải trọng thử yêu cầu FMX đạt hoặc lớn hơn tải trọng thử yêu cầu của cọc và dữ liệu thu đảm bảo về độ nhất quán và cân bằng trong quá trình thử.
+ Sau khi thử, dữ liệu ghi tại hiện trường sẽ được số hoá chuyển thành tệp dữ liệu cho chương trình phân tích CAPWAP.
c. Phân tích kết quả thí nghiệm trong phòng.
- Căn cứ vào số liệu hiện trường, người kỹ sư sẽ sử dụng phần mềm phân tích để mô phỏng đánh giá sức chịu tải của cọc. CAPWAP là chương trình phân tích cọc sử dụng những kết quả của các thí nghiệm cọc động để tính toán sức chịu tải tĩnh của cọc [sức kháng thành và sức kháng mũi], hệ số đàn hồi và nhớt của đất, xây dựng đường quan hệ giữa độ lún và chuyển vị của cọc. Chương trình CAPWAP so sánh kết quả tính toán phương trình sóng trong mô hình đất và cọc giả thiết với kết quả thí nghiệm thực tế. Trên cơ sở đó, CAPWAP điều chỉnh các hệ số đặc trưng của mô hình để kết quả giải phương trình sóng theo mô hình này sát với thực tế nhất.
V. An toàn lao động khi thí nghiệm PDA.
- Người lái cần trục phải được đào tạo về chuyên môn và huấn luyện về an toàn lao động. - Trước khi vận hành phải kiểm tra tình trạng kỹ thuật của thiết bị, phải thống nhất tín hiệu xi nhan với tổ trưởng và công nhân. - Cần phải phối hợp chặt chẽ với người xi nhan, người làm việc móc tải và tiếp nhận tải. Người lái cẩu chỉ được hành động khi đã hiểu rõ tín hiện xi nhan. - Không được nâng tải lớn hơn tải trọng ở tầm với tương ứng. - Không được nâng khi tải treo chưa ổn định. - Không được thả trùng hoặc tháo bỏ dây treo tải khi chưa đặt vào vị trí vững chắc. - Không nâng hạ tải khi có người trên tải. - Búa cọc đang hoạt động. Không đứng dưới bất cứ vật nào đang được nâng lên - Khu vực thí nghiệm được căng dây an toàn cảnh báo không cho người không có nhiệm vụ vào khu vực thí nghiệm. - Trong điều kiện thời tiết xấu [lạnh, mưa...] để máy PDA trong xe hoặc nơi bảo vệ khác. Giữ cho máy PDA ấm và khô. Nếu nhiệt độ ấm, tránh để PDA dưới ánh nắng trực tiếp, ở các điều kiện khắc nghiệt nên sử dụng điều hoà không khí. - Nếu phải trèo lên đỉnh cọc, hãy đề phòng [đi găng tay, sử dụng thắt lưng an toàn v.v...] để tránh tổn thương nghiêm trọng.
- Không được đánh rơi các gia tốc kế. Không dẫm lên các đầu dò. Không để dây cáp bị cắt. Không buộc dây cáp vào dây dẫn bởi vì nếu đóng cọc dây cáp có thể bị mất. không cho phép các phương tiện chạy qua dây cáp.
Công ty cổ phần A Cao.
Địa chỉ: Số 82, Đường Phương Trạch, Vĩnh Ngọc, Đông Anh, Hà Nội
Số điện thoại: 0987.560.666
Email:
Phòng thí nghiệm Las XD990 – Người bạn đồng hành đáng tin cậy!