Thí nghiệm nén tĩnh cọc là thí nghiệm được dùng khi nén cọc lớn để xác định sức chịu tải của cọc, lấy số liệu quan hệ cường độ, biến dạng và tải trọng của cọc làm cơ sở thiết kế. Thiết kế hoặc điều chỉnh phương án thiết kế, lựa chọn thiết bị và kỹ thuật thi công phù hợp. Vì vậy, công việc nén tĩnh thí nghiệm rất quan trọng đối với một công trình.
I - Nguyên tắc thí nghiệm nén tĩnh cọc
Thí nghiệm nén tĩnh cọc là dùng tĩnh tải tác dụng lên thân cọc, để thân cọc lún sâu hơn xuống đất dưới tác dụng của lực ép. Khác với thí nghiệm nén không nở hông (thí nghiệm nén, chủ yếu là trong phòng, trong điều kiện không thể phình nới sang phía bên), tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực và hệ thống phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết hợp cả hai.
Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, biến dạng,... thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích, đánh giá sức chịu tải và quan hệ chuyển vị của cọc trên mặt đất.
Trước khi nén tĩnh cọc việc cần làm của các kỹ sư xây dựng là lựa chọn và tìm ra loại cọc phù hợp và đảm bảo chất lượng. Vậy thế nào là cọc đảm bảo chất lượng, hãy đến với quy trình ép cọc bê tông mới nhất năm 2022.
II - Số lượng cọc thí nghiệm nén tĩnh cọc
Do thiết kế quy định, thông thường thí nghiệm nén tĩnh cọc được lấy bằng 1% tổng số cọc của công trình nhưng trong mọi trường hợp không ít hơn 02 cọc.
III - Thiết bị thí nghiệm nén tĩnh cọc
1. Thí nghiệm nén tĩnh cọc sẽ bao gồm
Đối trọng: Khi đã sử dụng thí nghiệm nén tĩnh cọc, công tình đó cần có đối trọng bê tông đúc sẵn có được xếp thành khối.
Hệ dầm đỡ: Là hệ khung thép gia cường được tính toán và chế tạo để chịu tải trọng thử lớn nhất Pmax = 300 tấn. Thanh đỡ chính là 01 dầm hộp được làm bằng thép cao 400mm, hộp được gia cố chắc chắn.
Hệ thống dầm phụ: Là hệ thống dầm thép cao - I500mm đặt trên hệ đỡ. Hệ thống dầm được gia cố để không bị biến dạng khi chịu tải trọng và trong quá trình thử thủy tĩnh cọc.
Hệ gối đỡ: Là hệ thống gồm nhiều bê tông cốt thép đúc sẵn có kích thước và tải trọng khác nhau (tấn) đủ để đỡ một hệ đối trọng thí nghiệm được đặt trên mặt đất để đỡ hệ dầm ứng lực. Hệ thống chịu lực được tính toán có đủ mặt cắt để đảm bảo tải trọng tác dụng trong quá trình thử áp lực tĩnh của cọc không gây lún và không ảnh hưởng đến hoạt động của cọc và các thiết bị khác trong quá trình thử.
Hệ tải trọng: Là hệ thống gồm nhiều bê tông cốt thép đúc sẵn có kích thước và tải trọng khác nhau (tấn), các đối trọng khi thí nghiệm thủy tĩnh cọc được đặt trên hệ dầm phụ để cân bằng. Tải trọng đối trọng được tính toán dựa trên yêu cầu của từng loại cọc và tải trọng thiết kế yêu cầu.
Hệ thống gia tải: Hệ thống gia tải thử nghiệm trong dự án sử dụng kích thủy lực có sức nâng lớn hơn 150% tải trọng thử nghiệm lớn nhất, kích thủy lực đã được đơn vị chức năng kiểm định, chứng nhận và nghiệm thu. Hệ thống kích được đặt trên đầu cọc thử, trục của kích thủy lực trùng với trục của cọc thử áp lực tĩnh của thân cọc, hệ thống kích và dầm truyền đảm bảo truyền tải trọng tâm một cách chính xác của cọc thử.
- Hệ thống đo lực: Hệ thống đo lực sử dụng máy đo thủy lực và tải trọng đo là 0-600kg / cm2. Lực nén tác dụng lên đầu cọc thử được tính toán từ chỉ số áp kế và sức nâng của kích thủy lực, được đơn vị có chức năng kiểm tra và chứng nhận.
Hệ thống bơm thủy lực: Hệ thống bơm thủy lực được kết nối với kích thủy lực thông qua đường ống cấp dầu cho kích, điều chỉnh sức nâng của kích theo lưu lượng bơm yêu cầu là 3 lít / phút và áp suất lớn nhất là 600 kg / cm vuông theo TCVN 9393 2012.
Hệ thống đo chuyển vị: Gồm 04 máy đo lún, dải đo lớn nhất là 50mm, độ chính xác 0,01mm, được cố định trên thân cọc thử áp lực tĩnh bằng khung từ và hệ thống vòng thép do các đơn vị sau cung cấp: nó có chức năng kiểm tra và cấp chứng chỉ kiểm định.
Hệ thống lắp ghép đo chuyển vị: Là hệ thống lắp ghép gồm nam châm vĩnh cửu có chân từ, được cố định trên hệ thống cùm thép gắn trên đầu cọc thử áp lực tĩnh.
Hệ thống dầm tiêu chuẩn: Dầm tiêu chuẩn hay còn gọi là cầu mét có đủ độ cứng để không bị tác động bởi thời tiết (có thể là dầm hộp, dầm chữ U, I, V), khoảng cách giữa chân đỡ cầu và mét, khoảng cách từ quy chiếu đến tâm cọc nén áp lực tĩnh không nhỏ hơn 3D.
Hệ thống mốc tiêu chuẩn: Hệ thống mốc tiêu chuẩn được sử dụng trong các tòa nhà là một phần thép được chôn dưới đất. Độ cứng của thanh chuẩn đảm bảo rằng nó không bị biến dạng trong quá trình thử nghiệm và không bị ảnh hưởng bởi các tác động bên ngoài. Chúng phải được tính toán trong phòng thí nghiệm trước khi thực hiện ngoài thực địa.
2. Khi tiến hành thí nghiệm
- Chất lượng của cọc được thử phải được thử tĩnh cọc dựa trên các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cọc hiện hành. Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc được thực hiện đối với cọc mà kết cấu đất bị phá hủy trong quá trình thi công có đủ thời gian phục hồi hoặc bê tông đạt cường độ.
Đối với cọc bê tông cốt thép dự ứng lực, thời gian nghỉ từ khi kết thúc cọc bê tông ép đến khi chạy thử là 07 ngày. Đối với cọc khoan nhồi, thời gian nghỉ từ khi thi công đến khi thử nghiệm là 21 ngày. Đầu cọc thử có thể cắt hoặc bổ sung nhưng phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Khoảng cách từ đầu cọc đến dầm chính phải đủ để đặt kích và thiết bị đo.
+ Khi khoan thí nghiệm nén tĩnh cọc, bề mặt đầu cọc phải phẳng và vuông góc với trục cọc, nếu cần thiết phải được gia cố để không bị phá hoại cục bộ dưới tác dụng của tải trọng thử.Nếu xét thấy lực ma sát của thân cọc cao hơn các thanh thép dưới đáy móng sẽ ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm áp lực tĩnh của thân cọc thì cần có biện pháp triệt tiêu lực ma sát của thân cọc. Kích phải được đặt trực tiếp trên tấm đệm đầu cọc, hướng tâm so với tâm cọc. Khi sử dụng nhiều kích, các kích phải được bố trí sao cho tải trọng truyền dọc trục, tập trung vào đầu cọc. Kẹp đầu cọc được cố định vào thân cọc cách đầu cọc một khoảng bằng 0,5 đường kính hoặc chiều rộng.
Các dầm tiêu chuẩn được đặt song song với hai bên cọc thử, các giá đỡ dầm được chôn chắc chắn trong đất. Máy đo độ dịch chuyển được lắp đặt đối xứng hai bên đầu cọc và được lắp đặt ổn định trên dầm tham chiếu, độ dịch chuyển của máy đo độ dịch chuyển được đỡ trên kẹp đầu cọc hoặc đệm đầu cọc (và ngược lại).
3. Khoảng cách lắp dựng thiết bị được quy định như sau
- Lớn hơn 3D là khoảng cách tính từ tâm cọc thử đến tâm cọc neo hoặc cánh neo mặt đất nhưng không nhỏ hơn 2m trong mọi trường hợp của thí nghiệm nén tĩnh cọc.
Điểm gần nhất từ cọc thử nghiệm đến giá đỡ lớn hơn 3D, nhưng không được nhỏ hơn 1,5m.
Khoảng cách từ cọc của thí nghiệm nén tĩnh cọc đến giá đỡ dầm tiêu chuẩn không nhỏ hơn 1,5m.
Tải trọng lớn hơn 5D, nhưng không nhỏ hơn 2,5m trong mọi trường hợp, kể từ điểm mốc đến cọc thử, neo và gối tựa.
4. Quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc
Máy thí nghiệm được gia tải trước một tải trọng trước khi tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc Để kiểm tra hoạt động của thiết bị, cho đầu cọc thử tiếp xúc với thiết bị thử, gia tải trước ở mức 5% tải trọng thiết kế, giữ tải trong 10 phút, sau đó giảm tải về 0% và điều chỉnh chuyển vị cho Mức tải 0%.
5. Quy định về tăng và giảm tải trong thí nghiệm nén tĩnh cọc
Gia tải từng cấp với tải trọng thí nghiệm nén tĩnh cọc dự kiến lớn nhất là 200% Ptk, mỗi cấp bằng 25% tải trọng thiết kế. Cấp tải trọng mới chỉ được bổ sung khi vận tốc lún đầu cọc đạt ổn định thông thường (ΔS≤0,25mm) nhưng không quá 2 giờ. Duy trì mức tải trọng lớn nhất cho đến khi đầu cọc ổn định bình thường hoặc 24 giờ, tùy theo thời gian nào lâu hơn.
Sau khi gia tải, nếu cọc không bị hư hỏng thì giảm tải về 0, mỗi mức giảm tải bằng 2 lần mức gia tải, thời gian giữ mỗi cấp là 30 phút.
6. Quy định về phá hoại, dừng và kết thúc thí nghiệm nén tĩnh cọc
6.1. Quy định về phá hoại cọc
Vật liệu làm cọc bị hủy hoại
Tổng chuyển vị bị vượt quá 10% của cọc thí nghiệm nén tĩnh cọc
Độ lún cọc tăng đột ngột, tốc độ lún lớn hơn 5 lần cấp tải trước đó
Sau 24h, cọc không đạt độ lún ổn định
6.2. Thí nghiệm nén tĩnh cọc phải tạm dừng nếu phát hiện thấy các hiện tượng sau
Các mốc chuẩn của thí nghiệm nén tĩnh cọc không ổn định, đặt sai so với dự tính
Kích không hoạt động đúng như đã tính
Phản lực không hoạt động đều
Đầu cọc bị vỡ, không được giữ nguyên trạng
Đất nền bị tổn hại nặng nề
6.3. Kết thúc thí nghiệm nén tĩnh cọc
Khi đã đạt được mục tiêu của thí nghiệm nén tĩnh cọc như đã vạch ra theo đề cương hoặc cọc không thể thực hiện được do các yếu tố ngoại cảnh.
Ngoài quy định về thí nghiệm nén tĩnh cọc, để hiểu hơn những quy định trong xây dựng Việt Nam, hãy cùng tìm hiểu về 64 quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.
IV - Xử lý và gia cường đầu cọc thí nghiệm nén tĩnh cọc
Các đầu cọc có thể phải cắt hoặc ghép để nhà thầu thí nghiệm xử lý công việc hợp lý cho phù hợp với tính chất công việc thí nghiệm được giao (điều này phụ thuộc vào công trường và thiết bị thí nghiệm).
Láng vữa Sika GP để san phẳng cọc.
Kiểm tra sức nâng của hệ thống thiết bị thử áp lực tĩnh cọc, kích thủy lực, bơm dầu, đồng thời kiểm tra độ nhạy và độ đồng đều của áp kế và chuyển vị theo chu kỳ kiểm tra thiết bị và dụng cụ đo lường.
V - Công tác an toàn phòng chống cháy nổ tại công trình thí nghiệm nén tĩnh cọc
Ngoài việc tuân thủ các quy định về an toàn lao động trong quá trình thi công, thí nghiệm nén tĩnh cọc phải tuân thủ các quy định sau:
Nhân viên không có thẩm quyền không được phép vào khu vực thử nghiệm.
Kiểm tra mức độ an toàn của hệ thống dầm, gối tựa và giá đỡ chịu tải.
Vào mùa mưa, đơn vị thí nghiệm phải có bạt che mưa.
Vì thí nghiệm áp lực tĩnh thân cọc được thực hiện tại hiện trường và sử dụng thiết bị nặng nên cần có các biện pháp an toàn thích hợp để tránh tai nạn lao động và hư hỏng máy móc, thiết bị thí nghiệm.
Trong quá trình thử nghiệm áp lực tĩnh cọc, các thiết bị khác không được phép hoạt động gần khu vực thử nghiệm để đảm bảo an toàn và độ chính xác của số liệu thu thập được trong quá trình thử nghiệm.
Sau thí nghiệm, tất cả các thiết bị thí nghiệm cần được tháo dỡ, vận chuyển ra khỏi công trường và bảo dưỡng cẩn thận.
Đối với công tác phòng cháy chữa cháy, luôn có các biện pháp ngăn chặn nguồn lửa và môi trường dễ cháy, cũng như có các quy định cụ thể đối với việc sử dụng, vận hành, bảo dưỡng máy móc, thiết bị, vật tư và các sản phẩm có nguy cơ gây cháy nổ. Có thể là nguồn gốc của đám cháy. Các chất dễ cháy phải được đặt và cách ly thích hợp với môi trường dễ cháy.
Kết luận
Trên đây là những kiến thức cơ bản về thí nghiệm nén tĩnh cọc. Hy vọng bạn đã thu lượm thêm nhiều kiến thức để áp dụng hiệu quả vào thực tế công việc của mình.
