CHƯƠNG 1. Thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục Thí nghiệm nén tĩnh cọc bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục nhằm xác định, kiểm tra sức chịu tải hiện trường của cọc và thiết lập biểu đồ quan hệ tải trọng và biến dạng. Quy trình nén tĩnh cọc có thể được áp dụng theo tiêu chuNn Việt Nam TCVN 9393-2012, tiêu chuNn Mỹ ASTM D1143-81 hoặc theo các tiêu chuNn riêng do Tư vấn thiết kế quy định. Thí nghiệm nén tĩnh cọc được thực hiện trong hai giai đoạn đó là giai đoạn trước khi thi công cọc đại trà (giai đoạn thăm dò) và giai đoạn trong hoặc sau khi thi công cọc đại trà (gia đoạn kiểm tra).
Đối với giai đoạn trước khi thi công cọc đại trà, thí nghiệm được thực hiện trên một số cọc đặc trưng nhằm xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ đó đánh giá phương án thiết kế cơ sở ban đầu để có thể điều chỉnh phương án thiết kế nếu cần thiết. Đồng thời, kết quả thí nghiệm còn giúp chọn công nghệ và thiết bị thi công cọc đại trà phù hợp. Các cọc thử cho giai đoạn này là những cọc này nằm ngoài phạm vi móng công trình, có đủ cường độ để chịu được tải trọng thí nghiệm lớn nhất có thể và ở vị trí có điều kiện địa chất đất nền tiêu biểu hoặc tại vị trí đất nền bất lợi nhất. Giai đoạn thí nghiệm trong hoặc sau khi thi công cọc đại trà nhằm kiểm tra chất lượng, sức chịu tải của cọc so với thiết kế và chất lượng thi công cọc.
1 Thí nghiệm nén tĩnh cọc sử dụng đối trọng BTCT Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cho kết quả chính xác nhất trong các phương pháp thí nghiệm xác định sức chịu tải của cọc tại hiện trường hiện nay và có thể làm cơ sở cho việc kiểm chứng các phương pháp khác. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có Trang 5 Luan van những khó khăn nhất định trong quá trình thực hiện, có những trường hợp thí nghiệm cọc thử trong giai đoạn thăm dò chưa đạt tới giá trị sức chịu tải như mong muốn (thí nghiệm dừng trước khi đạt sức chịu tải cực hạn). Trong những trường hợp này, để tiết kiệm chi phí thi công lại cọc thử cũng như có phương án tối ưu để thi cọc đại trà thì cần phải dùng đến những phương pháp tính toán ngoại suy để xác sức chịu tải cực hạn của cọc thí nghiệm. Các phương pháp xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh Sức chịu tải cực hạn của cọc là sức chịu tải tối đa mà cọc có thể chịu được cho đến lúc cọc bị phá hoại, phá hoại này có thể là phá hoại đất nền hay phá hoại kết cấu cọc (vỡ cọc hay gãy cọc).
Sức chịu tải cực hạn của cọc ở hiện trường được xác định từ kết quả thí nghiệm ở giai đoạn thăm dò. Trong một số trường hợp, thử cọc chưa đến phá hoại, nghĩa là sau khi thử cọc vẫn được sử dụng trở lại cho công trình, để xác định sức chịu tải cực hạn của cọc thì người thiết kế có thể sử dụng các phương pháp ngoại suy. Phương pháp SNIP 2.85 Sức chống giới hạn Qu của cọc đuợc xác định như sau tương ứng là giá trị tải trọng gây ra độ lún tăng liên tục hoặc giá trị ứng với độ lún ξSgh trong các trường hợp còn lại: Với Sgh là trị số lún giới hạn trung bình cho trong tiêu chuNn thiết kế nền móng, được qui định trong nhiệm vụ thiết kế hoặc lấy theo tiêu chuNn đối với nhà và công trình tương ứng khi thiết kế nền nhà và công trình, thông thường lấy Sgh = 8cm; ξ là hệ số chuyển từ độ lún lúc thử đến độ lún lâu dài của cọc, thông thường lấy ξ = 0,1. Khi có cơ sở thí nghiệm và quan trắc lún đầy đủ, có thể lấy ξ = 0,2.
2 Phương pháp xác định Qu Trang 6 Luan van Nếu độ lún ξSgh lớn hơn 40mm thì sức chịu tải cực hạn của cọc Qu nên lấy ở tải trọng tương ứng 40mm. Phương pháp Davisson Theo phương pháp Davisson (TCXDVN 205:1998), sức chịu tải giới hạn của cọc là tải trọng ứng với độ lún giới hạn trên đường cong tải trọng khi thử tĩnh cọc. Độ lún giới hạn được xác định như sau; Nếu đường kính cọc D ≤ 600mm thì: QLp D Sf = + 3.1) AEp 120 Nếu đường kính cọc D > 600mm thì: QLp D Sf = + (1.2) AEp 120 Trong đó Sf là độ lún tại cấp tải trọng phá hoại (đơn vị mm); Q là tải trọng tác dụng lên cọc (đơn vị T); Lp là chiều dài cọc (đơn vị mm); A là diện tích tiết diện cọc (đơn vị mm2); Ep là module đàn hồi của vật liệu cọc (đơn vị T/mm2); D là đường kính cọc (đơn vị mm). 3 Cách xác định sức chịu tải cực hạn theo phương pháp Davisson Các bước để xác định sức chịu tải cọc cực hạn theo phương pháp Davisson như sau: 1.
Vẽ biểu đồ tải trọng - chuyển vị Trang 7 Luan van 2. Vẽ đường đàn hồi theo phương trình sau: P = ∆ ( AE p / Lp ) với ∆ là chuyển vị đầu cọc (đơn vị mm). Vẽ đường Davisson song song với đường đàn hồi với khoảng cách hai đường là 3,8 + D/120 (mm) nếu đường kính cọc D ≤ 600mm; D/30 (mm) nếu đường kính cọc D > 600mm. Giao điểm của đường Davisson với đường kết quả nén tĩnh là sức chịu tải cực hạn (huy động) Qu.
Phương pháp ngoại suy Chin-Kondner Phương pháp ngoại suy Chin-Kondner (Fellenius. 2006) giúp xác định sức chịu tải cọc dựa trên mối quan hệ giữa tải trọng cho phép Q và biến dạng là một đường hyperbolic (Hudson 2008). Với phương pháp Chin-Kondner, chuyển vị δ tương ứng với từng cấp tải trọng Q được thể hiện dưới dạng biểu đồ quan hệ δ/Q và δ (xem Hình 1. Sau giai đoạn biến động ban đầu, đường Chin-Kondner có dạng tuyến tính, nghịch đảo độ dốc của đường thẳng này chính là phép ngoại suy Chin-Kondner về sức chịu tải cực hạn của cọc (Fellenius 2001).3) C1 trong đó: Qu là sức chịu tải cực hạn; C1 là độ dốc của đường δ/Q-δ.
Phép ngoại suy tải trọng cho phép tương ứng với từng chuyển vị theo phương pháp Chin-Kondner được xác định là một đường cong “lý tưởng” theo công thức sau: δ Q= (1.4) C1δ + C2 trong đó: C1 và C2 lần lượt là độ dốc và tung độ của đường δ/Q-δ; Q là sức chịu tải cho phép; δ là chuyển vị.4) là một đường xấp xỉ “hyperbolic” đối với số liệu thí nghiệm nén tĩnh. Trong trường hợp giá trị giới hạn lớn hơn giá trị chuyển vị đầu vào từ thí nghiệm nén tĩnh, biểu đồ trở thành “đường ngoại suy hyperbolic” của số liệu thí nghiệm. Trang 8 Luan van Hình 1. 4 Biểu đồ ngoại suy Chin-Kondner 1.
Phương pháp Decourt Phương pháp Decourt (Fellenius 2006) xác định sức chịu tải dựa trên việc thiết lập biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị δ và Q /δ (Hình 1. Với đồ thị này, xác định phương trình đường thẳng của các điểm cấp tải cuối của thí nghiệm. Từ đó, xác định hệ số C1, C2 lần lượt là hệ số góc và hằng số của đường thẳng trên. Sức chịu tải cực hạn được xác định bằng công thức: C2δ Q= (1.
5 Biểu đồ tải trọng- chuyển vị Đối với các thí nghiệm nén tĩnh cọc mà điểm uốn chưa xác định được rõ ràng thì sức chịu tải cực hạn của cọc từ thí nghiệm hiện trường được xác định từ hai phương pháp Chin-kondner và Decourt cho ra kết quả tốt hơn các phương pháp còn lại. Do đó, nghiên Trang 9 Luan van cứu này đề xuất sử dụng giải thuật gen di truyền kết hợp mạng nơ-ron nhân tạo để tối ưu phương pháp Chin-Kondner nhằm mang lại kết quả tốt hơn cho việc xác định sức chịu tải cực hạn của cọc. Giải thuật tiến hóa di truyền Tính toán tiến hóa (Evolutionary computation) (Nguyễn Đình Thúc 2001) là việc ứng dụng các khái niệm sinh học như quần thể, biến dị và đấu tranh sinh tồn để đưa ra các lời giải ngày càng tốt hơn cho việc tính toán. Các phương pháp tiếp cận được tuân thủ theo tính toán tiến hóa và được gọi chung là giải thuật tiến hóa, trong đó hình thức được sử dụng rộng rãi nhất của giải thuật tiến hóa là giải thuật di truyền (Genetic Algorithms - GA).
Giải thuật di truyền Thuật toán di truyền hình thành dựa trên quan niệm cho rằng quá trình tiến hóa tự nhiên là quá trình hoàn hảo, hợp lý nhất và tự nó đã mang tính tối ưu. Đây là một tiên đề đúng và phù hợp với thực tế khách quan. Trong tự nhiên, tối ưu thể hiện ở chỗ thế hệ sau bao giờ cũng tốt hơn thế hệ trước nhờ hai quá trình cơ bản là sinh sản và chọn lọc tự nhiên. Những cá thể nào phát triển thích nghi với môi trường sẽ tồn tại và ngược lại, những cá thể nào không thích nghi với môi trường sẽ bị đào thải.
Sự thay đổi của môi trường sẽ tác động đến quá trình tiến hóa và bản thân quá trình tiến hóa cũng có tác động và làm thay đổi môi trường. Cá thể mới sinh ra nhờ vào sự lai ghép ở thế hệ cha và mẹ, một cá thể mới có thể mang những đặc tính của cha và mẹ ở thế hệ trước (di truyền) hoặc mang những đặc tính mới hoàn toàn (đột biến). Trong quá trình tiến hóa, di truyền và đột biến là hai cơ chế quan trọng như nhau mặc dù xác suất để xảy ra hiện tượng đột biến nhỏ hơn nhiều so với hiện tượng di truyền. Mặc dù cơ chế là ngẫu nhiên nhưng thuật toán di truyền không phải là một thuật toán ngẫu nhiên.
Thuật toán di truyền khai thác và tận dụng được một cách hiệu quả thông tin quá khứ để có được những kết quả mới như mong muốn. Những cải tiến trong việc sử dụng thuật toán di truyền đã làm tăng thêm hiệu quả của việc tối ưu lời giải của các bài toán phức tạp. Các quá trình cơ bản trong thuật toán di truyền 1.1 Mã hóa dữ liệu Mã hóa dữ liệu, hay còn gọi là biểu diễn di truyền cho lời giải của bài toán, là bước đầu tiên và rất quan trọng trong việc tìm ra lời giải của bài toán. Mỗi lời giải của bài toán được biểu diễn dưới dạng một chuỗi ký tự hữu hạn hay còn được gọi là một nhiễm Trang 10 Luan van sắc thể.
Các ký tự có thể là số nhị phân, số thập phân, … tùy vào từng bài toán cụ thể.