Phương pháp thử động cọc như thế nào?

Phương pháp thử động truyền thống được áp dụng từ khá lâu và rất phổ biến, bằng cách dùng một loại búa có trọng lượng nhất định đóng một nhát lên cọc, cọc sẽ lún xuống, trị số độ lún gọi là độ chối của cọc. Độ chối của cọc đóng được định nghĩa là độ lún của cọc dưới một nhát búa đóng và 1 phút làm việc của búa rung (theo TCXDVN 286-2003 Đóng, ép cọc – Thi công, nghiệm thu)
Về mặt định tính, độ chối càng bé thì sức chịu tải giới hạn của cọc càng lớn và ngược lại. Sau đó đưa trị số độ chối đo được vào công thức đóng cọc để xác định sức chịu tải giới hạn. Có rất nhiều công thức đóng cọc, D.Chellis thống kê vào khoảng 38 công thức thông dụng, nguyên lý xây dựng công thức nói chung như nhau đều dựa trên điều kiện cân bằng công khi đóng cọc và lý thuyết va chạm tự do giữa hai vật thể đàn hồi là búa và cọc.

Trong số những công thức thông dụng thì nổi tiếng và chặt chẽ hơn cả là công thức của Gersevanov, đã được đưa vào trong các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc của Liên Xô (SNIP 2.02.03-85) và Việt Nam (TCXD205:1998).

Tuy vậy, phương pháp Gersevanov còn tồn tại một số vấn đề:

Mô hình ban đầu trong phương pháp của Gersevanov dừng ở hệ thống búa – cọc trên cơ sở lý thuyết va chạm của hai vật thể đàn hồi. Lý thuyết này áp dụng cho sự va chạm tự do của hai vật thể đàn hồi, nên việc áp dụng nó cho bài toán búa – cọc (cọc lại chôn sâu trong đất) khó đưa ra kết quả phù hợp.
Khi đưa vào tiêu chuẩn thiết kế, phương pháp Gersevanov được hoàn thiện hơn, về cơ bản mô hình búa-cọc-đất nền đã thiết lập, song yếu tố đất nền xung quanh thân cọc chưa xét đến một cách đầy đủ, nhất là trong thực tế đất nền có nhiều lớp.
Theo ý kiến của Trenfimenkov : “nhiều số liệu của Liên Xô và nước ngoài chứng tỏ dùng phương pháp thử động để xác định sức chịu tải giới hạn của cọc trong đất sét là không đáng tin cậy…”; hay “mức độ tin cậy rất thấp đối với kết quả thử động bằng búa diesel là một trong những nguyên nhân mà ở Mỹ ít dùng loại búa này để thử động…” và “trị số năng lượng của búa truyền cho đầu cọc thường dưới 50% năng lượng của búa ghi trong lý lịch”, cuối cùng Trenfimenkov kết luận: “không nên xác định sức chịu tải giới hạn của cọc khi thực tế sử dụng búa diesel”.
Phương pháp thử động truyền thống không tính được sức chịu tải giới hạn cho riêng mũi và thân cọc cũng như ứng suất trong cọc khi đóng cọc, là những thông số kỹ thuật mà các nhà tư vấn lại rất quan tâm.
Phương pháp thử động truyền thống thực hiện dễ dàng ngoài hiện trường, cho kết quả nhanh, song mức độ chính xác cũng như lượng thông tin cung cấp còn hạn chế, nên chỉ mang tính chất tham khảo, sơ bộ.
Phương pháp thử động áp dụng lý thuyết truyền sóng ứng suất trong cọc Edit
Mô hình đất nền Edit
Isaacs (1931) đầu tiên chỉ ra tác động của sóng trong quá trình đóng cọc và Fox (1938) đưa ra lời giải phương trình sóng trong cọc. Tại Việt Nam, Nguyễn Thúc An (1977 & 1980) bằng phương pháp giải tích đã giải bài toán sóng ứng suất trong cọc có xét đến ma sát của đất lên thân cọc với giả thiết là phân bố đều, lực chống ở mũi cọc rất lớn và cọc không dịch chuyển trong quá trình đóng cọc.
Việc giải phương trình sóng bằng phương pháp giải tích đã mô tả được quy luật cơ bản của sóng ứng suất trong cọc, song sự phát triển của các mô hình nền với mục tiêu mô tả gần đến sự làm việc thật của nó trong quá trình đóng cọc ngày càng phức tạp dẫn đến khó nhận được kết quả bằng con đường giải tích. Phương pháp số có hiệu quả khi giải phương trình sóng trong các điều kiện mô hình nền phức tạp và phát triển mạnh mẽ khi máy tính điện tử ra đời. Có nhiều mô hình nền cho cọc của các tác giả Smith (1955, 1960, 1962), Forehand & Reese (1964), Airhart (1967), Gibson & Coyle (1968, 1970), Dayal & Allen (1975), De Reuter & Beringen (1979), Likouhi & Poskitt (1980), Holeyman (1985), Nguyễn Trường Tiến (1987) và Trần Đình Ngọc (2002). Các mô hình này có điểm chung là phản lực nền tác động lên cọc trong quá trình đóng gồm hai thành phần: lực đàn hồi dẻo (plasto-elastic) và lực nhớt (viscous). Tùy theo kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của từng tác giả mà việc xác định hai lực này khác nhau, nhưng đều nhằm mô phỏng mối quan hệ giữa lực tác động với chuyển vị của cọc so với nền đất ở mũi và thân cọc.

Phản lực của đất nền tùy thuộc vào loại tải trọng tác động lên cọc là tải trọng tĩnh hay động. Cọc chịu tải trọng tĩnh, quan hệ giữa phản lực với chuyển vị của cọc tăng tuyến tính trong giới hạn Q (Quake). Khi chuyển vị đạt giá trị Q thì phản lực nền đạt sức kháng giới hạn RU, nếu chuyển vị vượt quá Q phản lực nền không đổi ở giá trị RU. Trường hợp cọc chịu tải trọng động (như khi đóng cọc), quan hệ giữa phản lực với chuyển vị lúc này là phi tuyến. Phản lực đất ngoài thành phần đàn hồi dẻo đặc trưng bởi hằng số đàn hồi của đất K, còn xét thêm lực nhớt được đặc trưng bởi hằng số nhớt J, lực nhớt thay đổi theo vận tốc dịch chuyển của cọc với đất nền.

Phương pháp thử động áp dụng lý thuyết truyền sóng ứng suất trong cọc có nhiều ưu điểm so với phương pháp thử động truyền thống. Phương pháp này đã được đưa vào tiêu chuẩn thí nghiệm của Mỹ ASTM D4945:1989 – Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles. Một số tiêu chuẩn của Việt Nam như TCXD205:1998 và TCXD206:1998 có đề cập đến phương pháp này với tên gọi phương pháp thử động biến dạng lớn PDA(Pile Driving Analyzer). Ở nước ta trong 10 năm gần đây, cùng với việc ban hành tiêu chuẩn áp dụng là xu hướng nhập các bộ thiết bị thí nghiệm có cài đặt chương trình phần mềm chuyên dụng, vừa thu thập số liệu hiện trường vừa phân tích xử lý cho ra kết quả thử cọc, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tiễn sản xuất.
Phương pháp thử động áp dụng lý thuyết truyền sóng ứng suất trong cọc nói chung và phương pháp thử động biến dạng lớn PDA nói riêng đều phức tạp, từ thu thập đến phân tích xử lý số liệu đòi hỏi người sử dụng ngoài sự am hiểu về thiết bị, phần mềm, còn phải có kiến thức và kinh nghiệm trong lĩnh vực cơ đất nền móng. Vì vậy, người làm công tác kiểm định đánh giá chất lượng móng cọc nhất thiết phải qua đào tạo và được cấp chứng chỉ hành nghề do các cơ sở có uy tín trong và ngoài nước cấp.