Sức chịu tải cọc theo thí nghiệm Nén tĩnh | Nền tảng thiết kế xây dựng

Thí nghiệm Nén tĩnh cọc là quy trình bắt buộc để khẳng định thiết kế, thi công và nghiệm thu móng cọc. Kỹ sư thiết kế phải chỉ định số lượng, vị trí, tải trọng cọc thí nghiệm, theo sức chịu tải dự báo của cọc. Sau khi có kết quả thí nghiệm, lại là việc anh ta cần làm để đánh giá kết quả này có phù hợp với dự báo của mình không, trước khi ra quyết định thi công cọc đại trà. Dưới đây xin trình bày một cách thực hành về vấn đề thiết kế căn bản này.

===============================

Đọc kết quả thí nghiệm

Quy trình thí nghiệm thử tải tĩnh cọc chịu nén thẳng đứng dọc trục tuân theo yêu cầu của TCVN 9393:2012 “Cọc – Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải ép tĩnh dọc trục”. Lưu ý dành cho nhà thầu và tư vấn giám sát trong quá trình thí nghiệm, theo điều 4.4.2 và 4.4.6: Chỉ được tăng tải thí nghiệm lên cấp tiếp theo khi độ lún cọc đạt Ổn định quy ước. Nôm na là có thể coi cọc đã tắt lún ở cấp tải hiện tại:

- Không quá 0,25mm/h đối với cọc chống vào đất hòn lớn, đất cát, đất sét từ dẻo đến cứng

- Không quá 0,10mm/h đối với cọc ma sát trong đất dẻo mềm – dẻo chảy

❓Cấp tải trọng là gì

Thí nghiệm nén tĩnh sẽ được thực hiện tăng dần rồi giảm dần tải trọng theo từng cấp, chứ không bơm kích 1 cách đột ngột, Giá trị mỗi cấp tải tính bằng % của sức chịu tải tính toán của cọc theo thiết kế. Thời gian duy trì mỗi cấp tải theo 4.4 TCVN 9393:2012, khá lâu nên mới gọi là “Nén tĩnh”. Mục đích để tải trọng thí nghiệm gần nhất với sự làm việc thực tế của cọc trong móng: tăng dần theo thi công từng tầng, và duy trì dài hạn.

Báo cáo kết quả thí nghiệm chuyển cho người thiết kế cần đưa ra kết quả tải trọng – độ lún ứng với từng cấp tải. Dữ liệu được báo cáo thành dạng bảng tổng hợp kết quả và các biểu đồ có dạng như sau:

❗️Vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế xây dựng: xác định được tải trọng cực hạn $R_{c,u}$ từ các dữ liệu trên.

Cách xác định: tuân thủ theo điều 4.5.3 của TCVN 9393:2012. Có mấy trường hợp như sau:

1️⃣Cọc bị phá hoại: 

+ Về đất nền: khi độ lún vượt quá 10% đường kính (hoặc chiều rộng) cọc. Lúc đó Rc,u bằng tải trọng ứng với độ lún 10% đó. *Ví dụ thực tế trường hợp này như trong file đính kèm, của 1 dự án ở Hoà Lạc, Hà Nội.

hoặc theo điều 7.3.2 TCVN 10304:2014: độ lún cọc S tăng liên tục mà không tăng tải, với S≤20mm. Rc,u bằng cấp tải trọng trước đó.

+ Về vật liệu: vỡ bê tông, …Rc,u bằng cấp tải trọng trước cấp tải gây phá hoại vật liệu cọc.

2️⃣Cọc không bị phá hoại: 

Rc,u xác định theo điều 7.3.2 TCVN 10304:2014, ứng với độ lún $S={\xi}S_{gh}$, với cọc chiều sâu lớn, khi mũi cọc cắm vào tầng đất ít bị nén, cần kể thêm biến dạng đàn hồi của bê tông cọc: $S={\xi}S_{gh}+S_e$

Rc,u có thể xác định bằng cách nội suy tuyến tính từ bảng dữ liệu Tải trọng-độ lún theo S. Trường hợp tính ra Rc,u lớn hơn tải trọng nén tĩnh lớn nhất, Rc,u lấy bằng tải trọng lớn nhất khi dừng thí nghiệm. Thông thường ${\xi}S_{gh}$= 0,2.150mm = 30mm.

 

Phương pháp tính toán

Xác định Rc,u theo điều 7.3.2 TCVN 10304:2014, như đã nói.

Tư vấn thiết kế cần tính toán sức chịu tải của cọc theo điều 7.1.11 của tiêu chuẩn:

$$N_{c,d}=\frac{\gamma_o}{\gamma_n}\frac{R_{c,k}}{\gamma_k}$$

$R_{c,k}$ là trị tiêu chuẩn, xác định từ các giá trị $R_{c,u}$ đã tính toán (gọi là các trị riêng), theo 7.1.12 của tiêu chuẩn.

- Nếu số trị riêng <6, $R_{c,k}=R_{c,u min}$;

- Nếu số trị riêng ≥6, $R_{c,k}$ bằng trung bình các giá trị $R_{c,u}$

$\gamma_o,\gamma_n,\gamma_k$ lấy theo điều 7.1.11, dùng các giá trị trong ngoặc ().

Giá trị sức chịu tải trọng tính toán $N_{c,d}$ có thể lớn hơn, hay nhỏ hơn giá trị dự báo thiết kế ban đầu trước khi thí nghiệm. Trường hợp nhỏ hơn rơi vào nôm na là thí nghiệm không đạt. Đây là căn cứ để người thiết kế điều chỉnh sức chịu tải cọc trong công văn cọc đại trà.

Nếu dùng Strain Gauge cho cọc thí nghiệm, có thể từ kết quả thí nghiệm ngoại suy ra sức chịu tải cho các cọc có chiều sâu, kích thước khác nhau.

 

Q&A

Cọc thí nghiệm bị phá hoại rồi còn dùng được không?

Câu hỏi này bật ra đầu tiên cho người thiết kế xây dựng, khi kết quả nén cho độ lún cọc vượt 10%. Có vứt nó đi để thay bằng cọc khác chịu tải trọng trong đài cọc?

"Có thể dùng được" là câu trả lời.

Nó chỉ chịu được tải $N_{c,d}$ nhỏ hơn dự báo ban đầu.

Lý do: tuy cọc đã bị tụt, nhưng cũng không thể coi xung quanh cọc là không khí, không còn tác dụng chống cắt để giữ cọc nữa. Đất vẫn còn khả năng níu cọc lại, dù đã bị xáo động. Hơn nữa, sau thời gian thí nghiệm, đất cũng được hồi lại phần nào. Và “phần nào” đó được tính toán đủ cơ sở pháp lý theo TCVN 10304:2014 như đã nêu.

===============================

🎁Đính kèm là bảng tính toán sức chịu tải từ thí nghiệm nén tĩnh theo TCVN.

Đón đọc Chủ đề liên quan về sức chịu tải cọc từ thí nghiệm Strain Gauge.