Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9393:2012 về Cọc - Phương pháp thử nghiệm hiện trường

• Số hiệu: TCVN9393:2012
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2012

Cấp tải trọng	Thời gian theo dõi và đọc số liệu
Cấp gia tải	Không quá 10 min một lần cho 30 min đầu; Không quá 15 min cho một lần 30 min sau đó; Không quá 1 h một lần cho 10 h tiếp theo; Không quá 2 h một lần cho các giờ tiếp theo.
Cấp gia tải lại và cấp giảm tải	Không quá 10 min một lần cho 30 min đầu; Không quá 15 min một lần cho 30 min sau đó; Không quá 1 h một lần cho các giờ tiếp theo.

4.4.6. Tốc độ chuyển vị đầu cọc đạt giá trị sau đây được xem là ổn định quy ước:

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

b) Không quá 0,1 mm/h đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mền đến dẻo chảy.

4.4.7. Tải trọng thí nghiệm lớn nhất do thiết kế quy định, thường được lấy như sau:

a) Đối với cọc thí nghiệm thăm dò: Bằng tải trọng phá hoại hoặc bằng 250 % đến 300 % tải trọng thiết kế;

b) Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra: Bằng 150 % đến 200 % tải trọng thiết kế.

4.4.8. Theo dõi và xử lý một số trường hợp có thể xảy ra trong quá trình gia tải:

a) Trị số cấp gia tải có thể được gia tăng ở các cấp đầu nếu xét thấy cọc lún không đáng kể hoặc được giảm khi gia tải gần đến tải trọng phá hoại để xác định chính xác tải trọng phá hoại;

b) Trường hợp cọc có dấu hiệu bị phá hoại dưới cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến thì có thể giảm về cấp tải trọng trước đó và giữ tải như quy định;

...

...

...

4.4.9. Tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị và chuyển vị - thời gian của từng cấp tải để theo dõi diễn biến quá trình thí nghiệm.

4.4.10. Trong thời gian thí nghiệm, phải thường xuyên quan sát và theo dõi tình trạng cọc thí nghiệm, độ co giãn của cần neo đất hoặc của thép liên kết cọc neo với hệ dầm chịu lực, độ chuyển dịch của dàn chất tải... để kịp thời có biện pháp xử lí.

4.4.11. Cọc thí nghiệm thăm dò được xem là bị phá hoại khi:

a) Tổng chuyển vị đầu cọc vượt quá 10 % đường kính hoặc chiều rộng tiết diện cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của cọc khi cần thiết; hoặc

b) Vật liệu cọc bị phá hoại.

4.4.12. Cọc thí nghiệm kiểm tra được xem là không đạt khi:

a) Cọc bị phá hoại theo quy định ở 4.4.11;

b) Tổng chuyển vị đầu cọc dưới tải trọng thí nghiệm lớn nhất và biến dạng dư của cọc vượt quá quy định nêu trong phưởng án thí nghiệm.

4.4.13. Thí nghiệm được xem là kết thúc khi:

...

...

...

b) Cọc thí nghiệm bị phá hoại.

4.4.14. Thí nghiệm phải tạm dừng nếu phát hiện thấy các hiện tượng sau đây:

a) Các mốc chuẩn đặt sai, không ổn định hoặc bị phá hỏng;

b) Kích hoặc thiết bị đo không hoạt động hoặc không chính xác;

c) Hệ phản lực không ổn định.

Việc thí nghiệm có thể được tiếp tục sau khi đã xử lý, khắc phục.

4.4.15. Thí nghiệm bị hủy bỏ nếu phát hiện thấy:

a) Cọc đã bị nén trước khi gia tải;

b) Các tình trạng nêu ở 4.4.14 không thể khắc phục được.

...

...

...

4.5.1. Các số liệu thí nghiệm được phân tích, xử lí và đưa vào dạng bảng như quy định ở Phụ lục C, bao gồm:

a) Bảng số liệu thí nghiệm;

b) Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm.

4.5.2. Từ các số liệu thí nghiệm, thành lập các biểu đồ quan hệ sau đây:

a) Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị;

b) Biểu đồ quan hệ chuyển vị - thời gian của các cấp tải;

c) Biểu đồ quan hệ tải trọng - thời gian;

d) Biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng - thời gian.

CHÚ THÍCH: Mẫu các biểu đồ xem Phụ lục B. Tỉ lệ xích của biểu đồ quan hệ tải trọng (S) - Chuyển vị (P) thường được lấy S/P = 1/10 đến 1/20 (P_max càng lớn, tỉ lệ càng nhỏ).

...

...

...

a) Phương pháp đồ thị dựa trên hình dạng đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị:

- Trường hợp đường cong biến đổi nhanh, thể hiện rõ điểm tại đó độ dốc thay đổi đột ngột (sau đây gọi là điểm uốn), sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng tương ứng với điểm đường cong bắt đầu biến đổi độ dốc.

- Nếu đường cong biến đổi chậm, khó hoặc không thể xác định chính xác điểm uốn thì căn cứ vào gia tải và quy trình thí nghiệm để chọn phưởng pháp xác định sức chịu đựng tải giới hạn (xem Phụ lục E).

CHÚ THÍCH: Giá trị sức chịu tải giới hạn xác định theo phương pháp khác nhau có thể khác nhau.

b) Phương pháp dùng chuyển vị giới hạn tương ứng với sức chịu tải giới hạn:

Sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng tương ứng với chuyển vị bằng 10 % đường kính hoặc chiều rộng cọc.

CHÚ THÍCH: Biến dạng đàn hồi của cọc được tính bằng PL/EA, trong đó P là tải trọng tác dụng, E là môđun đàn hồi của vật liệu cọc, L là chiều dài cọc, A là diện tích tiết diện cọc.

c) Xét theo tình trạng thực tế thí nghiệm và cọc thí nghiệm:

- Sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng lớn nhất khi dừng thí nghiệm (trường hợp phải dùng thí nghiệm sớm hơn dự kiến do điều kiện gia tải hạn chế);

...

...

...

4.5.4. Sức chịu tải cho phép của cọc đơn thẳng đứng được xác định bằng sức chịu tải giới hạn chia cho hệ số an toàn.

4.5.5. Tùy thuộc và mức độ quan trọng của công trình, điều kiện đất nền, phương pháp thí nghiệm và phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn, tư vấn thiết kế quyết định áp dụng hệ số an toàn cho phù hợp với từng trường hợp cụ thể (tham khảo Phụ lục E)

4.6. Báo cáo kết quả thí nghiệm

4.6.1. Những vấn đề chung

a) Đặc điểm công trình;

b) Địa điểm hiện trường thí nghiệm;

c) Điều kiện địa kỹ thuật (kết quả khảo sát hiện trường và trong phòng, sở đồ bố trí các điểm khảo sát, hình trụ hố khoan gần cọc thí nghiệm nhất...);

d) Sơ đồ bố trí cọc.

4.6.2. Đặc điểm cọc thí nghiệm

...

...

...

b) Thiết bị và phương pháp thi công cọc;

c) Loại cọc;

d) Vật liệu cọc;

e) Kích thước cọc (chiều dài, đường kính);

f) Cao độ đầu cọc, cao độ mũi cọc;

g) Đặc điểm cốt thép;

h) Kết quả kiểm tra cường độ mẫu bê tông;

i) Loại cọc thí nghiệm (thăm dò, kiểm tra);

j) Tải trọng thiết kế của cọc;

...

...

...

4.6.3. Sơ đồ thí nghiệm và thiết bị

a) Ngày thí nghiệm;

b) Loại thí nghiệm;

c) Số lượng cọc thí nghiệm;

d) Mô tả sơ bộ thí nghiệm

e) Sơ đồ bố trí cọc thí nghiệm và hệ thống thiết bị thí nghiệm;

f) Sơ đồ bố trí hệ đo đạc, quan trắc;

g) Các chứng chỉ kiểm định thiết bị thí nghiệm...

4.6.4. Quy trình thí nghiệm

...

...

...

b) Quy trình tăng tải, giảm tải;

c) Biểu theo dõi, ghi chép số liệu thí nghiệm tại hiện trường.

4.6.5. Biểu diễn kết quả thí nghiệm

4.6.6. Kết luận, kiến nghị về kết quả thí nghiệm

4.7. Công tác an toàn

Ngoài việc tuân thủ nội quy an toàn lao động trong xây dựng, cần phải chấp hành các quy định sau đây trong thí nghiệm:

a) Người không có trách nhiệm không được vào khu vực thí nghiệm;

b) Các phế liệu, gạch vỡ, bùn nhão, dầu mỡ... trên hiện trường thí nghiệm phải dọn sạch    sẽ;

c) Phải có biện pháp bảo vệ thiết bị, máy móc thí nghiệm khỏi mưa gió, nắng nóng;

...

...

...

e) Việc lắp đặt và tháo dỡ đối trọng cần được thực hiện với biện pháp an toàn thích hợp;

f) Dỡ bỏ các giá đỡ, neo... và dọn sạch khu vực thí nghiệm để đảm bảo an toàn mặt bằng thi công;

g) Sau khi kết thúc thí nghiệm, toàn bộ các thiết bị thí nghiệm cần được tháo dỡ, vận chuyển khỏi hiện trường và được bảo dưỡng cẩn thận.

PHỤ LỤC A

(Tham khảo)

Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm

Hình A.1 - Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng làm phản lực

...

...

...

Hình A.2 - Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực

Hình A.3 - Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đổi trọng kết hợp cọc neo làm phản lực

Hình A.4 - Sơ đồ bố trí hệ kích thủy lực và hệ đo đạc trong thí nghiệm nén tĩnh

PHỤ LỤC B

(Quy định)

Các biển đồ quan hệ

...

...

...

Hình B.1 - Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị

Hình B.3 - Biểu đồ quan hệ tải trọng - thời gian - chuyển vị

PHỤ LỤC C

(Quy định)

Mẫu ghi chép số liệu thí nghiệm

Bảng C.1 - Mẫu ghi chép số liệu thí nghiệm

Tên công trình:   ………………………..

...

...

...

Ngày thí nghiệm: ………………………

Người thí nghiệm: ……………………..

Người kiểm tra: …………………………

Số liệu cọc: …………………………………….

Kích thước cọc:            ……………………………….

Chiều dài cọc: ………………………………….

Tải trọng thí nghiệm Max: …………………….

Phưởng pháp gia tải: ………………………….

Ngày thí nghiệm

...

...

...

Thời gian theo dõi

Tải trọng TN

Sổ đọc chuyển vị kế

Độ lún đầu cọc

Mm

Ghi chú

% Tải trọng TK %

Tải thí nghiệm

tấn

...

...

...

Đồng hồ No.2

Đồng hồ No.3

Đồng hồ No.4

Chuyển vị S₁

Chuyển vị S₂

Chuyển vị S₃

Chuyển vị S₄

Chuyển vị TB

(1)

...

...

...

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

...

...

...

(13)

(14)

(15)

...

...

...

...

...

...

CHÚ THÍCH:

(1) Ngày, tháng thí nghiệm;

(2) Thời gian thí nghiệm (thời gian bắt đầu gia tải và giảm tải);

(3) Thời gian đọc số liệu;

...

...

...

(5) Tải trọng thí nghiệm tính bằng tấn;

(6), (7), (8), (9) Số đọc trên chuyển vị kế (đồng hồ đo lún);

(1), (11), (12), (13) Chuyển vị đầu cọc tính từ chuyển vị kế;

(4) Chuyển vị đầu cọc trung bình;

(15) Ghi chú những hiện tượng, sự cố và các quan sát phát hiện trong quá trình thí nghiệm.

Bảng C.2 - Bảng tổng hợp số liệu thí nghiệm

Chu kỳ thí nghiệm

Tải thí nghiệm T

Thời gian giữ tải

...

...

...

Chuyển vị đầu cọc

mm

Ghi chú

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

PHỤ LỤC D

(Tham khảo)

Một số quy trình thí nghiệm đặc biệt

Các quy trình gia tải nêu sau đây chủ yếu áp dụng cho thí nghiệm cọc đơn. Các yêu cầu về thiết bị thí nghiệm và công tác chuẩn bị giống như quy định trong tiêu chuẩn.

D.1 Thí nghiệm theo phương pháp thời gian gia tải không đổi

...

...

...

D.1.1 Quy trình gia tải

Gia tải và giảm tải từng cấp, mỗi cấp bằng 20 % tải trọng thiết kế, thời gian tải mỗi cấp bằng 1 h (hoặc thời gian cố định nào đó).

D.1.2 Ghi chép số liệu

Theo dõi và ghi chép số liệu theo quy trình gia tải tốc độ chậm.

CHÚ THÍCH: Phương pháp này do ASTM 1143 - 81 đề nghị áp dụng

D.2 Thí nghiệm theo phương pháp gia tải nhanh

(Quick Load Test for Individual Piles)

D.2.1 Quy trình gia tải

a) Gia tải đến tải trọng lớn nhất, mỗi cấp bằng 10 % đến 15 % tải trọng thiết kế, thời gian giữ tải 2,5 min;

...

...

...

D.2.2 Ghi chép số liệu

a) Ghi chép số liệu ngay trước và sau khi gia tải mỗi cấp;

b) Tại cấp tải trọng lớn nhất, ghi chép các số liệu khi ngừng gia tải và sau đó tại các thời điểm 2,5 min và 5 min.

c) Ghi các số liệu ngay sau khi giảm tải hoàn toàn về 0 và sau đó tại các thời điểm 2,5 min và 5 min.

CHÚ THÍCH: Phương pháp này do Cục giao thông bang New York, Cục quản lí đường cao tốc liên bang và ASTM 1143 - 81 đề nghị áp dụng.

D.3 Thí nghiệm theo phương pháp gia tải với sổ gia chuyển vị không đổi

(Constant Settlement Increment Loading Method)

D.3.1 Quy trình gia tải

a) Điều chỉnh tải trọng khi gia tải sao cho mỗi số gia chuyển vị không đổi (bằng khoảng 1 % đường kính hoặc chiều rộng cọc);

...

...

...

c) Tiếp tục gia tải cho đến khi chuyển vị của cọc đạt tới 10 % đường kính hoặc chiều rộng cọc (hoặc cho đến hết khả năng gia tải của kích);

d) Sau khi duy trì số gia chuyển vị cuối cùng, giảm tải về 0 qua 4 cấp. Cấp tải mới không được giảm nếu trong 1 h, độ phục hồi của cấp tải trước nhỏ hơn 0,3 % đường kính hoặc chiều rộng cọc.

D.3.2 Ghi chép số liệu

a) Ghi chép số liêu tại điểm thời gian thích hợp để xác định tốc độ thay đổi tải trọng nhằm duy trì số gia chuyển vị không đổi và tốc độ phục hồi;

b) Sau khi giảm tải hoàn toàn về 0, ghi chép các số liêu cuối cùng sau 12 h.

CHÚ THÍCH: Phương pháp này do ASTM 1143 - 81 đề nghị áp dụng.

D.4 Thí nghiệm theo phương pháp gia tải với tốc độ chuyển vị không đổi

(Constant Rate of Penetration Method - CRP)

D.4.1 Thiết bị thí nghiệm

...

...

...

D.4.2 Quy trình gia tải

a) Điều chỉnh tải trọng trong thời gian gia tải sao cho tốc độ chuyển vị của cọc dao động trong khoảng 0,01 inch/min đến 0,05 inch/min (0,25 mm/min đến 1,25 mm/min) đối với đất dính hoặc 0,03 inch/min đến 0,10 inch/min (0,75 mm/min đến 2,5 mm/min) đối với đất rời, hoặc theo quy định khác;

b) Tiếp tục gia tải cho đến khi không cần tăng tải mà cọc vẫn tiếp tục lún với tốc độ quy định;

c) Duy trì gia tải với tốc độ chuyển vị quy định cho đến khi tổng chuyển vị ít nhất bằng 10 % đường kính hoặc chiều rộng cọc;

d) Tiến hành giảm tải khi cọc ngừng lún ở cấp tải trọng lớn nhất.

D.4.3 Ghi chép số liệu

a) Ghi chép các số ít nhất 30 s một lần hoặc theo khoảng thời gian thích hợp để xác định tốc độ chuyển vị của cọc;

b) Khi cọc đã đạt tốc độ chuyển vị quy định, tiếp tục ghi chép các số liêu trong thời gian gia tải và xác định tải trọng lớn nhất;

c) Ghi chép các số liệu giảm tải, tại cấp giảm tải về 0 ghi số liệu cuối cùng sau 1 h.

...

...

...

D.5 Thí nghiệm theo chu kỳ của Thụy Điển

(Swedish Cyclic Load Method)

D.5.1 Quy trình gia tải

a) Gia tải đến 1/3 tải trọng thiết kế;

b) Giảm tải còn 1/6 tải trọng thiết kế;

c) Lặp lại gia tải, giảm tải như trên 20 lần;

d) Gia tải đến cấp tải lớn hơn 50 % cấp tải bước (a), sau đó lại lặp lại các bước (a) và (b);

e) Tiếp tục như trên cho đến tải trọng phá hoại.

D.5.2 Ghi chép số liệu

...

...

...

b) Tại cấp tải trọng lớn nhất, ghi chép các số liệu khi ngừng gia tải và sau đó tại các thời điểm 2,5 min và 5 min;

c) Ghi các số liệu ngay sau khi giảm tải hoàn toàn về 0 và sau đó tại các thời điểm 2,5 min và 5 min.

CHÚ THÍCH: Phương pháp này do Ủy ban về móng cọc của Thụy Điển đề nghị áp dụng.

PHỤ LỤC E

(Tham khảo)

Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh

E.1. Xác định sức chịu tải giới hạn theo chuyển vị giới hạn quy ước

Trên đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị, sức chịu tải giới hạn P_gh là tải trọng quy ước ứng với chuyển vị giới hạn quy ước, S_gh. Bảng E.1 giới thiệu một số giá trị P_gh và S_gh theo đề nghị của các tác giả khác nhau.

...

...

...

Chuyển vị giới hạn

Điều kiện áp dụng

Phương pháp đề nghị

10 % D

Các loại cọc

Tiêu chuẩn Pháp DTU 13-2

Tiêu chuẩn Anh BS 8004: 1986

Tiêu chuẩn Nhật JSF 1811 - 1993

2 S_max

...

...

...

S_max ứng với 0,9P

Brinch Hansen

Thụy Điển

2,5 % D

Cọc khoan nhồi

De Beer

(3 % đến 6 %) D

40 mm đến 60 mm

60 mm đến 80 mm

...

...

...

Cọc khoan nhồi chống

Cọc có L/D từ 80 đến 100

Trung Quốc

E.2 Xác định sức chịu tải giới hạn theo phương pháp đồ thị

Sức chịu tải giới hạn được xác định dựa trên hình dạng đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị S = f(P), logS = f(logP), trong nhiều trường hợp cần kết hợp với các đường cong khác như S = f(logt), P = f(S/logt)... Tùy thuộc vào hình dạng đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị, sức chịu tải giới hạn được xác định theo một trong hai trường hợp sau:

a) Trường hợp đường cong có điểm uốn rõ ràng: sức chịu tải giới hạn được xác định trực tiếp trên đường cong, là tải trọng ứng với điểm đường cong bắt đầu thay đổi độ dốc đột ngột hoặc đường cong gần như song song với trục chuyển vị;

b) Trường hợp đường cong thay đổi chậm, rất khó hoặc không thể xác định chính xác điểm uốn: sức chịu tải giới hạn được xác định theo các phương pháp đồ thị khác nhau.

Tùy thuộc vào quy trình gia tải, loại cọc thí nghiệm và điều kiên đất nền, có thể áp dụng một trong các phương pháp đồ thị sau đây để xác định sức chịu tải giới hạn của cọc, trong đó:

...

...

...

b) Phương pháp Davission, phương pháp Fuller và Hoy, phương pháp Butler và Hoy là các phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết quả thí nghiệm theo quy trình gia tải tốc độ nhanh;

c) Phương pháp 90 % của Brinch Hansen là phương pháp thích hợp xác định sức chịu tải từ kết quả thí nghiệm theo quy trình gia tải tốc độ với tốc độ chuyển vị không đổi CRP.

CHÚ THÍCH 1: Các phương pháp Chin, 80 % của Brinch Hansen là các phương pháp thích hợp cho cả quy trình gia tải tốc độ chậm và tốc độ nhanh;

CHÚ THÍCH 2: Phương pháp Davission chỉ thích hợp cho cọc đóng, phương pháp Fuller và Hoy không thích hợp cho cọc dài;

CHÚ THÍCH 3: Giá trị sức chịu tải giới hạn xác định theo phương pháp đồ thị khác nhau có thể khác nhau. Viêc xác định sức chịu tải giới hạn của cọc bằng phương pháp đồ thị phụ thuộc rất nhiều vào trình độ chuyên môn và kinh nghiệm của người sử dụng.

E.3 Phương pháp xác định sức chịu tải cho phép

Sức chịu tải cho phép thường được xác định bằng sức chịu tải giới hạn hoặc tải trọng phá hoại chia cho hệ số an toàn. Thông thường hệ số an toàn F_s = 2, tuy nhiên việc áp dụng hệ số an toàn cao hơn hoặc thấp hơn do thiết kế quyết định tùy thuộc vào mức độ quan trọng của công trình, điều kiện đất nền, đặc điểm cọc và phương pháp thí nghiệm.

Hệ số an toàn F_s > 2 thường được áp dụng cho các trường hợp sau:

a) Khi xác định P_gh từ đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị phát triển chậm khó xác định điểm uốn;

...

...

...

c) Đối với cọc thí nghiệm thăm dò khác về chủng loại, kích thước hoặc chiều dài của cọc được dùng sau này;

b) Đối với cọc xiên mà sức chịu tải xác định theo kết quả thí nghiệm cọc thẳng đứng;

d) Số lượng cọc thí nghiệm hạn chế trong điều kiện đất nền phức tạp, địa tầng thay đổi mạnh;

e) Đối với công trình quan trọng đòi hỏi yêu cầu cao về độ lún.

f) Hệ số an toàn F_s  2 có thể được áp dụng đối với các trường hợp sau:

a) Khi P_gh xác định từ điểm uốn rõ ràng trên đường cong quan hệ tải trọng - chuyển vị;

b) Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra trong điều kiện thuận lợi phù hợp với điều kiện thiết kế;

c) Đối với cọc thí nghiệm có kết quả gần phù hợp với các phương pháp khác;

d) Trong cùng một hiện trường có điều kiện đất nền đồng nhất, kết quả thí nghiệm của các cọc sai lệch không đáng kể;

...

...

...

MỤC LỤC

Lời nói đầu ...........................................................................................................................

1. Phạm vi áp dụng ................................................................................................................

2. Thuật ngữ và định nghĩa .....................................................................................................

3. Quy định chung .................................................................................................................

4. Phương pháp thí nghiệm ....................................................................................................

Phụ lục A (Tham khảo) Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm .............................................................

Phụ lục B (Quy định) Các biển đồ quan hệ ...............................................................................

...

...

...

Phụ lục E (Tham khảo) Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh