NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ GIÁ TRỊ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA CỌC CĂN CỨ QUAN HỆ NGOẠI SUY TẢI TRỌNG – ĐỘ LÚN ĐẦU CỌC

• Tác giả: Ngô Quốc Bảo
• Người hướng dẫn: Pgs. Bùi Trường Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa – Đhqg – Hcm
• Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Đánh Giá Giá Trị Tải Trọng Giới Hạn Của Cọc Căn Cứ Quan Hệ Ngoại Suy Tải Trọng – Độ Lún Đầu Cọc
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hcm

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cần thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 2. TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA CỌC TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỦA CÁC TÁC GIẢ
• 2.1. Thí nghiệm nén tĩnh
• 2.2. Thiết bị thí nghiệm
• 2.3. Chuẩn bị thí nghiệm
• 2.4. Quy trình gia tải
• 2.5. Các phương pháp xác định sức chịu tải giới hạn của cọc từ kết quả nén tĩnh cọc theo TCVN
• 2.5.1. Phương pháp Offset Limit
• 2.5.2. Phương pháp Chin-Kondner
• 2.5.3. Phương pháp De Beer
• 2.5.4. Phương pháp Decourt
• 2.5.5. Phương pháp 80% Brinch Hansen
• 2.5.6. Phương pháp 90% Brinch Hansen
• 2.5.7. Phương pháp Mazurkiewicz
• 2.5.8. Phương pháp Fuller & Hoy
• 2.5.9. Phương pháp Bulter & Hoy
• 2.5.10. Phương pháp Vander Veen
• 2.5.11. Phương pháp độ cong
• 2.6. Nhận xét chương
• 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG QUAN HỆ, CHỌN LỰA VÀ XÂY DỰNG QUAN HỆ CỦA TẢI TRỌNG VÀ ĐỘ LÚN ĐẦU CỌC THEO HÀM XẤP XỈ
• 3.1. Các phương pháp ngoại suy đường cong tải trọng – độ lún đầu cọc
• 3.1.1. Cơ sở lý thuyết thiết lập công thức tương quan theo các hàm số toán học
• 3.1.2. Các hàm số ngoại suy theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc
• 3.2. Các phương pháp mới được đề xuất dựa trên việc ngoại suy các hàm số toán học
• 3.2.1. Dựa vào lý thuyết của 90% Brinch Hansen
• 3.2.2. Dựa vào các đặc trưng của hàm số điểm cực trị - đường tiệm cận
• 3.3. Nhận xét chương 2
• 4. NGOẠI SUY QUAN HỆ TẢI TRỌNG – ĐỘ LÚN ĐẦU CỌC VÀ ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN TỪ KẾT QUẢ NÉN TĨNH CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP HÀM SỐ XẤP XỈ
• 4.1. Giới thiệu các dữ liệu sử dụng phân tích
• 4.1.1. Dự án: Hà Đô Centrosa Garden
• 4.1.2. Dự án: Trung tâm thương mại dịch vụ Đông Sài Gòn
• 4.2. Đánh giá khả năng chịu tải từ quan hệ tải trọng – độ lún đầu cọc theo các tác giả
• 4.2.1. Khả năng chịu tải của cọc trường hợp thí nghiệm nén tĩnh đến phá hoại
• 4.2.2. Khả năng chịu tải của cọc trường hợp chưa đạt độ lún giới hạn gây phá hoại
• 4.3. Đánh giá khả năng chịu tải và ngoại suy quan hệ tải trọng – độ lún đầu cọc theo các hàm xấp xỉ và quan hệ đề nghị
• 4.3.1. Khả năng chịu tải của cọc trường hợp thí nghiệm nén tĩnh đến phá hoại
• 4.3.2. Khả năng chịu tải của cọc trường hợp chưa đạt độ lún giới hạn gây phá hoại
• 4.3.3. Ngoại suy quan hệ tải trọng – độ lún theo các hàm xấp xỉ đề nghị
• 4.4. Nhận xét chương
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Đánh Giá Tải Trọng Giới Hạn Cọc

Nghiên cứu đánh giá tải trọng giới hạn cọc là một lĩnh vực quan trọng trong geotechnical engineering. Việc xác định chính xác khả năng chịu tải của cọc đóng vai trò then chốt trong thiết kế và thi công móng, đảm bảo sự ổn định và an toàn của công trình. Thí nghiệm nén tĩnh cọc (Static loading test) là phương pháp phổ biến nhất để đánh giá sức chịu tải giới hạn thông qua biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún. Tuy nhiên, không phải lúc nào thí nghiệm cũng đạt đến trạng thái phá hoại. Trong nhiều trường hợp, tải trọng thí nghiệm chưa đạt giá trị giới hạn, đòi hỏi phải sử dụng các phương pháp ngoại suy tải trọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tải trọng giới hạn cọc bằng phương pháp ngoại suy tải trọng - độ lún, một lĩnh vực đang được quan tâm và phát triển.

1.1. Tầm Quan Trọng của Đánh Giá Tải Trọng Giới Hạn Cọc

Việc xác định chính xác tải trọng giới hạn của cọc là cực kỳ quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và ổn định của công trình, đặc biệt là các công trình lớn, chịu tải trọng cao như cầu, nhà cao tầng, và công trình công nghiệp. Đánh giá sai lệch có thể dẫn đến thiết kế không an toàn, gây ra lún, nghiêng, thậm chí là sập đổ công trình. Do đó, nghiên cứu và áp dụng các phương pháp đánh giá chính xác là cần thiết.

1.2. Giới Thiệu Phương Pháp Ngoại Suy Tải Trọng Độ Lún

Phương pháp ngoại suy tải trọng - độ lún là một giải pháp hữu hiệu khi thí nghiệm nén tĩnh không đạt đến trạng thái phá hoại. Bằng cách sử dụng các mô hình toán học để kéo dài đường cong quan hệ tải trọng - độ lún, phương pháp này cho phép dự đoán sức chịu tải giới hạn của cọc. Việc lựa chọn mô hình ngoại suy phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo độ tin cậy của kết quả.

II. Thách Thức Trong Đánh Giá Tải Trọng Giới Hạn Cọc Hiện Nay

Mặc dù thí nghiệm nén tĩnh cọc là phương pháp trực tiếp nhất, nhưng việc thực hiện thí nghiệm đến phá hoại thường tốn kém và mất thời gian. Trong nhiều trường hợp, điều kiện địa chất phức tạp, kích thước cọc lớn, hoặc yêu cầu kỹ thuật của dự án không cho phép thí nghiệm đến phá hoại. Do đó, việc đánh giá tải trọng giới hạn dựa trên các phương pháp gián tiếp như ngoại suy đường cong tải trọng-độ lún trở nên cần thiết. Tuy nhiên, các phương pháp ngoại suy tải trọng khác nhau có thể đưa ra kết quả khác nhau, đòi hỏi người kỹ sư phải có kinh nghiệm và hiểu biết sâu sắc để lựa chọn phương pháp phù hợp nhất cho từng trường hợp cụ thể. TCXD 205:1998 đề cập đến việc xác định sức chịu tải giới hạn dựa trên độ lún, nhưng chưa đề cập chi tiết đến các phương pháp ngoại suy.

2.1. Hạn Chế Của Thí Nghiệm Nén Tĩnh Cọc Truyền Thống

Chi phí cao, thời gian kéo dài và những hạn chế về điều kiện thực tế là những rào cản lớn đối với việc thực hiện thí nghiệm nén tĩnh đến phá hoại. Điều này đặc biệt đúng đối với các dự án lớn, sử dụng cọc có đường kính lớn, hoặc thi công trên nền đất yếu. Việc tìm kiếm các phương pháp đánh giá hiệu quả và tiết kiệm hơn là một nhu cầu cấp thiết.

2.2. Sự Khác Biệt Giữa Các Phương Pháp Ngoại Suy Tải Trọng

Các phương pháp ngoại suy như Davisson, Chin-Kondner, De Beer... đều có những ưu nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của đường cong tải trọng - độ lún, loại đất nền, và kinh nghiệm của người kỹ sư. Sự khác biệt giữa các phương pháp có thể dẫn đến kết quả khác nhau, đòi hỏi sự đánh giá cẩn trọng.

2.3. Thiếu Hụt Tiêu Chuẩn Chi Tiết Về Ngoại Suy Tải Trọng

Các tiêu chuẩn hiện hành, ví dụ như TCVN 9393:2012 và TCXD 205:1998, chưa cung cấp đầy đủ hướng dẫn chi tiết về việc lựa chọn và áp dụng các phương pháp ngoại suy tải trọng. Điều này gây khó khăn cho các kỹ sư trong việc đưa ra quyết định chính xác và nhất quán.

III. Các Phương Pháp Ngoại Suy Tải Trọng Độ Lún Phổ Biến Nhất

Có nhiều phương pháp ngoại suy tải trọng - độ lún khác nhau đã được phát triển và ứng dụng trong thực tế. Mỗi phương pháp dựa trên một giả định khác nhau về hình dạng của đường cong tải trọng - độ lún và có những ưu điểm, nhược điểm riêng. Một số phương pháp phổ biến bao gồm Phương pháp Offset Limit, Phương pháp Chin-Kondner, Phương pháp De Beer, Phương pháp 80% Brinch Hansen, và Phương pháp 90% Brinch Hansen. Việc hiểu rõ bản chất của từng phương pháp là chìa khóa để lựa chọn phương pháp phù hợp nhất cho từng trường hợp cụ thể.

3.1. Phương Pháp Offset Limit Ưu Điểm và Ứng Dụng

Phương pháp Offset Limit xác định sức chịu tải giới hạn tại giao điểm của đường cong tải trọng - độ lún với một đường thẳng song song với phần tuyến tính của đường cong, cách một khoảng offset nhất định. Phương pháp này đơn giản, dễ áp dụng, và phù hợp với nhiều loại đất nền. Tuy nhiên, kết quả có thể bị ảnh hưởng bởi cách xác định phần tuyến tính của đường cong.

3.2. Phương Pháp Chin Kondner Phân Tích Đường Cong Phi Tuyến

Phương pháp Chin-Kondner dựa trên việc biến đổi đường cong tải trọng - độ lún thành một đường thẳng và ngoại suy đường thẳng này để xác định sức chịu tải giới hạn. Phương pháp này phù hợp với các đường cong có tính phi tuyến rõ rệt. Điểm yếu của phương pháp này là đôi khi khó xác định được đoạn tuyến tính trên đồ thị đã chuyển đổi.

3.3. Phương Pháp Brinch Hansen Sử Dụng Tiêu Chí Độ Lún Giới Hạn

Phương pháp Brinch Hansen sử dụng các tiêu chí độ lún giới hạn (ví dụ 80% hoặc 90% độ lún tương ứng với tải trọng lớn nhất) để xác định sức chịu tải giới hạn. Phương pháp này đơn giản, dễ áp dụng và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, kết quả có thể bị ảnh hưởng bởi việc lựa chọn tiêu chí độ lún giới hạn.

IV. Ứng Dụng Hàm Số Toán Học Để Ngoại Suy Tải Trọng Độ Lún Cọc

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng các hàm số toán học để ngoại suy đường cong tải trọng - độ lún đầu cọc. Các hàm số toán học, ví dụ như hàm phân thức hệ số mẫu và hàm phân thức hệ số tử, cho phép mô tả một cách chính xác hình dạng của đường cong tải trọng - độ lún. Bằng cách sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu, có thể tìm ra các hệ số của hàm số sao cho đường cong hàm số khớp với dữ liệu thí nghiệm. Sau đó, có thể sử dụng hàm số này để ngoại suy và dự đoán tải trọng giới hạn.

4.1. Cơ Sở Lý Thuyết Xây Dựng Hàm Xấp Xỉ Tải Trọng Độ Lún

Việc xây dựng hàm xấp xỉ dựa trên các nguyên tắc toán học như phương pháp bình phương cực tiểu. Mục tiêu là tìm ra hàm số có thể mô tả chính xác nhất mối quan hệ giữa tải trọng và độ lún dựa trên dữ liệu thực nghiệm. Các hệ số của hàm số được điều chỉnh sao cho tổng bình phương sai số giữa giá trị dự đoán và giá trị thực tế là nhỏ nhất.

4.2. Đề Xuất Các Phương Pháp Đánh Giá Tải Trọng Giới Hạn Mới

Nghiên cứu đề xuất hai phương pháp mới để đánh giá tải trọng giới hạn. Một phương pháp dựa trên lý thuyết 90% Brinch Hansen, và phương pháp còn lại dựa trên các đặc trưng của hàm số, ví dụ như điểm cực trị và đường tiệm cận. Các phương pháp này hứa hẹn sẽ mang lại kết quả chính xác và đáng tin cậy hơn.

4.3. Lựa Chọn Hàm Số Ngoại Suy Phù Hợp Tiêu Chí Đánh Giá

Việc lựa chọn hàm số ngoại suy phù hợp là rất quan trọng. Các tiêu chí đánh giá bao gồm hệ số tương quan (R-squared), độ phù hợp của đường cong hàm số với dữ liệu thực nghiệm, và khả năng dự đoán chính xác tải trọng giới hạn. Cần phải cân nhắc kỹ lưỡng các tiêu chí này để đảm bảo tính tin cậy của kết quả.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Thực Tế Phương Pháp

Nghiên cứu đã áp dụng các phương pháp ngoại suy tải trọng - độ lún dựa trên hàm số toán học cho dữ liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc từ hai dự án thực tế tại TP.HCM: Hà Đô Centrosa Garden và Trung tâm thương mại dịch vụ Đông Sài Gòn. Kết quả cho thấy các phương pháp này có khả năng dự đoán tải trọng giới hạn một cách chính xác, đặc biệt là khi thí nghiệm nén tĩnh không đạt đến trạng thái phá hoại. Việc áp dụng các phương pháp này giúp tiết kiệm chi phí và thời gian, đồng thời đảm bảo an toàn cho công trình.

5.1. Đánh Giá Khả Năng Chịu Tải Cọc Dựa Trên Dữ Liệu Thực Tế

Dữ liệu thí nghiệm từ hai dự án cho phép đánh giá khả năng chịu tải của cọc trong các điều kiện địa chất khác nhau. Việc so sánh kết quả dự đoán với kết quả thí nghiệm thực tế (nếu có) giúp xác định độ tin cậy của các phương pháp ngoại suy tải trọng.

5.2. So Sánh Các Phương Pháp Ngoại Suy Ưu Điểm và Nhược Điểm

Nghiên cứu so sánh kết quả dự đoán tải trọng giới hạn từ các phương pháp ngoại suy tải trọng khác nhau, từ đó chỉ ra ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp. Việc này giúp các kỹ sư lựa chọn phương pháp phù hợp nhất cho từng trường hợp cụ thể.

5.3. Ứng Dụng Phương Pháp Ngoại Suy Trong Thiết Kế Móng Cọc

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để cải thiện quy trình thiết kế móng cọc. Bằng cách sử dụng các phương pháp ngoại suy tải trọng đáng tin cậy, các kỹ sư có thể xác định tải trọng giới hạn một cách chính xác hơn, từ đó thiết kế móng cọc an toàn và hiệu quả.

VI. Kết Luận Và Triển Vọng Phát Triển Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này đã thành công trong việc đánh giá tải trọng giới hạn cọc bằng phương pháp ngoại suy tải trọng - độ lún dựa trên hàm số toán học. Kết quả cho thấy các phương pháp này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp ngoại suy tải trọng mới, đồng thời xây dựng các tiêu chuẩn và quy trình hướng dẫn chi tiết để giúp các kỹ sư áp dụng các phương pháp này một cách hiệu quả và an toàn.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Quan Trọng Nhất

Nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả của việc sử dụng các hàm số toán học để ngoại suy đường cong tải trọng - độ lún. Các phương pháp đánh giá tải trọng giới hạn mới được đề xuất hứa hẹn sẽ mang lại kết quả chính xác và đáng tin cậy hơn.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Nâng Cao Độ Chính Xác

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của các phương pháp ngoại suy tải trọng, bằng cách sử dụng các mô hình toán học phức tạp hơn, hoặc kết hợp với các phương pháp khác như trí tuệ nhân tạo.

6.3. Đề Xuất Các Tiêu Chuẩn Và Quy Trình Áp Dụng Thực Tế

Việc xây dựng các tiêu chuẩn và quy trình hướng dẫn chi tiết sẽ giúp các kỹ sư áp dụng các phương pháp ngoại suy tải trọng một cách hiệu quả và an toàn. Các tiêu chuẩn này nên bao gồm hướng dẫn về việc lựa chọn hàm số ngoại suy phù hợp, đánh giá độ tin cậy của kết quả, và ứng dụng kết quả trong thiết kế móng cọc.

Tổng quan nghiên cứu

Thí nghiệm nén tĩnh cọc là phương pháp quan trọng để đánh giá giá trị tải trọng giới hạn của cọc trong xây dựng nền móng. Tại TP.HCM, các dự án như Hà Đô Centrosa Garden và Trung tâm thương mại dịch vụ Đông Sài Gòn đã thực hiện thí nghiệm nén tĩnh với các cọc khoan nhồi có đường kính từ 800 mm đến 1200 mm, chiều dài cọc trên 60 m, tải trọng thiết kế từ 320 T đến 900 T. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, tải trọng thí nghiệm chưa đạt đến giá trị giới hạn phá hoại, gây khó khăn trong việc xác định chính xác tải trọng giới hạn của cọc.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá giá trị tải trọng giới hạn của cọc dựa trên quan hệ ngoại suy giữa tải trọng và độ lún đầu cọc, áp dụng các hàm số toán học và phương pháp bán thực nghiệm phổ biến. Nghiên cứu tập trung phân tích số liệu thí nghiệm nén tĩnh từ các dự án tại TP.HCM trong giai đoạn 2017-2018, nhằm đề xuất phương pháp ngoại suy phù hợp, nâng cao độ chính xác trong xác định tải trọng giới hạn.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp công cụ đánh giá tải trọng giới hạn cọc hiệu quả, giúp tối ưu thiết kế móng, giảm thiểu rủi ro công trình và tiết kiệm chi phí thi công. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật và phương pháp thử nghiệm trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc trong thí nghiệm nén tĩnh, sử dụng các mô hình toán học để ngoại suy đường cong này nhằm xác định tải trọng giới hạn. Hai nhóm lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Phương pháp hồi quy phi tuyến và tuyến tính: Sử dụng các hàm số toán học như hàm lũy thừa, hàm phân thức hệ số mẫu (1/Q = a + b/S), hàm phân thức hệ số tử (Q = a + b/S), hàm logarit và hàm số mũ để mô hình hóa quan hệ tải trọng - độ lún. Phương pháp bình phương cực tiểu được dùng để tìm các hệ số phù hợp, đánh giá độ tương quan qua hệ số R².

• Tiêu chuẩn Brinch Hansen (80% và 90%): Là các tiêu chuẩn bán thực nghiệm xác định tải trọng giới hạn dựa trên tỷ lệ độ lún tương ứng với phần trăm tải trọng giới hạn. Tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen được áp dụng cho trường hợp cọc thí nghiệm đến phá hoại, trong khi 80% phù hợp với thí nghiệm chưa phá hoại.

Các khái niệm chính bao gồm: tải trọng giới hạn (Qu), độ lún đầu cọc (S), hàm ngoại suy, đường tiệm cận và điểm cực trị của hàm số.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi tại hai dự án lớn ở TP.HCM: Hà Đô Centrosa Garden (cọc A111, đường kính 1200 mm, chiều dài 60.2 m) và Trung tâm thương mại dịch vụ Đông Sài Gòn (cọc TP2, đường kính 800 mm, chiều dài 63.75 m). Tổng số mẫu phân tích khoảng 2 cọc chính với chuỗi dữ liệu tải trọng và độ lún theo từng cấp gia tải.

Phương pháp phân tích gồm:

• Xây dựng các hàm số ngoại suy theo 5 dạng toán học phổ biến, áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu để xác định hệ số hàm số và đánh giá độ phù hợp qua hệ số tương quan.

• So sánh kết quả tải trọng giới hạn dự đoán từ các hàm số với các phương pháp truyền thống như Offset Limit, Chin-Kondner, De Beer, Decourt, Brinch Hansen, Mazurkiewicz, Fuller & Hoy, Butler & Hoy, Vander Veen và phương pháp độ cong.

• Thời gian nghiên cứu từ tháng 9/2021 đến tháng 12/2021, với việc thu thập, xử lý số liệu và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả của hàm phân thức hệ số mẫu và hệ số tử: Hàm số 1/Q = a + b/S và Q = a + b/S cho kết quả ngoại suy phù hợp với đường cong tải trọng - độ lún đầu cọc, thể hiện qua hệ số tương quan cao (R² gần 1). Hàm phân thức hệ số mẫu tiệm cận với dạng đường cong có độ dốc thay đổi từ từ trước khi phá hoại, trong khi hàm phân thức hệ số tử phù hợp với đường cong có độ lún ban đầu nhỏ.

2. Đánh giá tải trọng giới hạn cọc A111 (Hà Đô Centrosa Garden): Tải trọng giới hạn thực nghiệm dao động trong khoảng 1575 T đến 1620 T. Các phương pháp Offset Limit, De Beer, 90% Brinch Hansen, Fuller & Hoy, Butler & Hoy và phương pháp độ cong cho kết quả sai số nhỏ, từ 0% đến 2% so với thực nghiệm. Các phương pháp Chin-Kondner, Decourt, 80% Brinch Hansen và Mazurkiewicz dự đoán tải trọng lớn hơn thực tế từ 4% đến 7%.

3. Đánh giá tải trọng giới hạn cọc TP2 (Trung tâm thương mại dịch vụ Đông Sài Gòn): Tải trọng giới hạn thực nghiệm khoảng 768 T đến 832 T. Phương pháp Offset Limit, De Beer, 90% Brinch Hansen, Fuller & Hoy, Butler & Hoy và độ cong cho sai số trong khoảng -9% đến 5%, trong khi Chin-Kondner và Decourt có sai số cao hơn, lên đến 14%.

4. Phương pháp Vander Veen không xác định được tải trọng giới hạn trong các trường hợp nghiên cứu, cho thấy hạn chế khi áp dụng cho các cọc khoan nhồi lớn.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy các hàm phân thức hệ số mẫu và hệ số tử là công cụ hiệu quả để ngoại suy đường cong tải trọng - độ lún, đặc biệt khi thí nghiệm chưa đạt đến tải trọng phá hoại. Việc áp dụng tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen kết hợp với các hàm số này giúp đánh giá tải trọng giới hạn chính xác hơn, phù hợp với đặc điểm đường cong thực tế.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả tương đồng với báo cáo của ngành về độ tin cậy của phương pháp Brinch Hansen và các hàm số toán học trong đánh giá tải trọng giới hạn. Việc sử dụng các hàm số có tiệm cận và điểm cực trị giúp xác định giá trị tải trọng giới hạn một cách khách quan, giảm thiểu sai số do chưa đạt tải trọng phá hoại trong thí nghiệm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tải trọng giới hạn dự đoán theo từng phương pháp với giá trị thực nghiệm, giúp trực quan hóa mức độ phù hợp và sai số tương đối.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hàm phân thức hệ số mẫu và hệ số tử trong đánh giá tải trọng giới hạn cọc: Các đơn vị thi công và thiết kế nên sử dụng các hàm số này để ngoại suy kết quả thí nghiệm nén tĩnh, đặc biệt khi tải trọng chưa đạt đến phá hoại, nhằm nâng cao độ chính xác và tin cậy.

2. Kết hợp tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen với hàm số ngoại suy: Khuyến nghị áp dụng tiêu chuẩn này trong các trường hợp cọc thí nghiệm đến phá hoại, giúp xác định tải trọng giới hạn phù hợp với đặc điểm thực tế của đường cong tải trọng - độ lún.

3. Xây dựng phần mềm hỗ trợ tính toán và phân tích dữ liệu thí nghiệm: Phát triển công cụ tính toán tự động dựa trên các hàm số và phương pháp đã nghiên cứu, giúp rút ngắn thời gian xử lý và giảm sai sót trong đánh giá tải trọng giới hạn.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo về phương pháp ngoại suy và phân tích dữ liệu thí nghiệm nén tĩnh, nhằm nâng cao năng lực chuyên môn và áp dụng hiệu quả các phương pháp mới.

Thời gian thực hiện các giải pháp đề xuất nên được triển khai trong vòng 1-2 năm, với sự phối hợp giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế móng: Nghiên cứu cung cấp phương pháp đánh giá tải trọng giới hạn cọc chính xác, hỗ trợ thiết kế móng an toàn và tối ưu chi phí.

2. Chuyên gia kiểm định và giám sát thi công: Giúp đánh giá kết quả thí nghiệm nén tĩnh, xác định tải trọng giới hạn một cách khách quan, đảm bảo chất lượng công trình.

3. Nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực xây dựng và địa kỹ thuật: Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp phân tích dữ liệu thí nghiệm, làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo.

4. Các cơ quan quản lý và ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật: Hỗ trợ hoàn thiện các tiêu chuẩn, quy trình thí nghiệm và đánh giá tải trọng giới hạn cọc phù hợp với thực tế thi công tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần ngoại suy quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc?
   Khi thí nghiệm nén tĩnh không đạt tải trọng phá hoại, việc ngoại suy giúp dự đoán tải trọng giới hạn chính xác hơn, tránh phải gia tải quá mức gây hư hỏng cọc.

2. Hàm phân thức hệ số mẫu và hệ số tử khác nhau thế nào?
   Hàm phân thức hệ số mẫu (1/Q = a + b/S) phù hợp với đường cong có độ dốc thay đổi từ từ trước phá hoại, còn hàm hệ số tử (Q = a + b/S) phù hợp với đường cong có độ lún ban đầu nhỏ.

3. Phương pháp 90% Brinch Hansen áp dụng khi nào?
   Phương pháp này chỉ áp dụng cho trường hợp thí nghiệm nén tĩnh cọc đã xảy ra phá hoại, giúp xác định tải trọng giới hạn dựa trên tỷ lệ độ lún.

4. Phương pháp Vander Veen có hạn chế gì?
   Phương pháp này không xác định được tải trọng giới hạn trong các trường hợp cọc khoan nhồi lớn chưa phá hoại, do không tìm được đường tiệm cận phù hợp.

5. Làm thế nào để lựa chọn phương pháp phù hợp cho từng dự án?
   Cần xem xét đặc điểm thí nghiệm (đạt phá hoại hay chưa), loại cọc, điều kiện địa chất và mục tiêu đánh giá để chọn hàm số và phương pháp ngoại suy phù hợp, kết hợp kiểm tra độ tin cậy qua hệ số tương quan và sai số so với thực nghiệm.

Kết luận

• Nghiên cứu đã áp dụng thành công 5 hàm số toán học để ngoại suy quan hệ tải trọng - độ lún đầu cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh tại TP.HCM.
• Hàm phân thức hệ số mẫu và hệ số tử cùng tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen cho kết quả đánh giá tải trọng giới hạn chính xác, phù hợp với dữ liệu thực tế.
• Các phương pháp truyền thống như Offset Limit, De Beer, Fuller & Hoy cũng cho kết quả gần đúng, trong khi một số phương pháp khác có xu hướng dự đoán quá cao hoặc không xác định được tải trọng giới hạn.
• Đề xuất áp dụng kết hợp hàm số ngoại suy và tiêu chuẩn Brinch Hansen, đồng thời phát triển công cụ tính toán hỗ trợ để nâng cao hiệu quả đánh giá tải trọng giới hạn cọc.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai đào tạo, hoàn thiện phần mềm tính toán và mở rộng nghiên cứu trên các loại cọc và điều kiện địa chất khác nhau.

Hành động ngay: Các đơn vị thiết kế và thi công nên áp dụng phương pháp ngoại suy hàm phân thức kết hợp tiêu chuẩn 90% Brinch Hansen để nâng cao độ chính xác trong đánh giá tải trọng giới hạn cọc, đảm bảo an toàn và hiệu quả công trình.