Thí nghiệm vượt ngưỡng SPT là một trong những thí nghiệm cơ bản trong khảo sát địa chất công trình, thực hiện trong hầu hết các nhiệm vụ khảo sát địa chất.
1. Giới thiệu về Thử nghiệm thâm nhập tiêu chuẩn (spt)
Thử nghiệm xuyên tiêu chuẩn spt là thử nghiệm xuyên động được thực hiện trong lỗ khoan, được sử dụng làm cơ sở để phân chia các lớp đá, xác định mật độ cát, trạng thái sét, xác định vị trí của các lớp đất nơi đặt cọc và tính toán sức chịu tải của cọc.Cũng như thiết kế móng nông… Phép thử này còn dùng để xác định độ sâu mà phép đo dừng lại, đánh giá khả năng hóa lỏng của loại đất. Cát bão hòa nước.
Công ty 1902, c.r. Thí nghiệm SPT đầu tiên của Gow, sử dụng một ống mẫu đường kính 1 inch (khoảng 2,54 cm), một quả tạ 50 kg để đập vào SPT. Đến năm 1922, khi công ty gow sáp nhập vào công ty cọc bê tông raymond, thử nghiệm spt bắt đầu được thực hiện rộng rãi ở Bắc Mỹ. Năm 1927, terzaghi đề xuất thử nghiệm SPT được tiêu chuẩn hóa hiện nay (ống lấy mẫu đường kính 2 inch, quả tạ 63,5 kg). Năm 1948, terzaghi và peck đã mô tả chi tiết thí nghiệm spt trong cuốn sách Cơ học đất – Lý thuyết và Thực hành của họ. Từ đó đến năm 1995/1996, spt trở thành thí nghiệm phổ biến nhất ở Bắc Mỹ. Tuy nhiên, tất cả các nhà khoa học ở Bắc Mỹ đều đồng ý rằng đây là thí nghiệm bị lạm dụng nhiều nhất bởi các nhà thầu (theo nghĩa nên kết hợp với cpt hoặc dmt hoặc các thí nghiệm khác, người ta chỉ làm thí nghiệm spt vì thiết bị quen thuộc và sẵn có). Các nước Châu Âu hiện nay ít sử dụng phương pháp này nhưng các nước Bắc Mỹ vẫn sử dụng rộng rãi spt
Phương pháp kiểm tra này thường được sử dụng trong nhiều công việc khảo sát xây dựng vì có nhiều ưu điểm: thiết bị đơn giản, dễ vận hành và ghi chép, giải thích kết quả, phù hợp với nhiều loại đất và độ sâu đo, chi phí thấp …
2. Một số định nghĩa và thuật ngữ
Kiểm tra độ xuyên tiêu chuẩn (kiểm tra độ xuyên tiêu chuẩn), spt: là một trong những phương pháp khảo sát địa chất công trình để xây dựng các công trình khác nhau. Thử nghiệm được thực hiện bằng cách đưa một đầu dò hình ống vào đất từ đáy giếng thích hợp để thử nghiệm. Thông số kỹ thuật thâm nhập, thiết bị và năng lượng đóng được chỉ định. Ghi lại và hiệu chỉnh số lượng búa cần thiết để truyền đầu nhọn vào đất theo các khoảng độ sâu quy định. Đất trong ống mẫu được quan sát, mô tả, bảo quản và thử nghiệm như một mẫu đất xáo trộn.
Khả năng chống xuyên thủng tiêu chuẩn.
3. Thử nghiệm thâm nhập tiêu chuẩn (spt)
3.1. Mục đích
Thử nghiệm để đánh giá:
– Khả năng chịu lực của đất
– Tỷ trọng tương đối của cát
– Trạng thái đất sét
– Cường độ nén một trục của đất sét (qu)
– Lấy mẫu kết hợp để phân loại đất
3.2. Nguyên tắc thử nghiệm
Thử nghiệm sử dụng một ống mẫu thành mỏng có đường kính ngoài là 51 mm, đường kính trong là 35 mm và chiều dài là 650 mm. Ống mẫu được đưa xuống đáy lỗ khoan và thả rơi từ khoảng cách 760 mm bằng búa trượt có khối lượng 63,5 kg. Việc đóng ống mẫu được chia thành ba nhịp, mỗi nhịp sâu 150mm và tổng cộng 450mm, số búa trong mỗi nhịp được tính, chỉ ghi tổng số búa trong hai nhịp cuối cùng, con số này thường được gọi là thành “giá trị”. n ”.
Chỉ có 50 giá trị trong số này được ghi lại sau 50 nhát búa trong đó ống mẫu 150 mm không được lắp vào hoàn toàn. Số lượng búa phản ánh độ nén của mặt đất và được sử dụng trong tính toán địa kỹ thuật.
3.3. Thiết bị Phòng thí nghiệm
– Ống mẫu: OD 50,8mm, ID 34,9mm, chiều dài shunt: 609mm, chiều dài đầu 57,1mm.
– Quả tạ có khối lượng 63,5kg rơi tự do trên bục.
– Đế.
– Thanh trượt định hướng.
3.4. Trình tự thử nghiệm
– Bước 1: Khoan đến độ sâu mong muốn để kiểm tra, mở đáy, hạ thấp ống mẫu và lắp bệ búa, cần, tạ …
– Bước 2: Dây cần đóng thành 3 khoảng, mỗi khoảng cách nhau 15cm (tổng chiều sâu đóng 45cm).
– Bước 3: Cho quả tạ rơi tự do từ độ cao 76cm, đếm và ghi lại quả nặng đóng lại sau mỗi đoạn 15cm.
-Bước 4: Lấy chỉ số khối lượng đóng của 30cm cuối cùng làm chỉ số spt.
Khoảng cách kiểm tra spt thường là 1-3m, tùy thuộc vào độ đồng đều của mặt đất.
3.5. Đọc sửa:
Điện trở xuyên qua (n) phụ thuộc vào năng lượng hữu ích của búa và độ sâu của điểm thử nghiệm, vì vậy số đọc cần được hiệu chỉnh sau khi thử nghiệm.
Tổng năng lượng của quả nặng rơi là: e = 63,5 * 0,76 ≈ 48,3 kg.m
Tuy nhiên, năng lượng electron này không được truyền hết vào ống mẫu, nó cũng mất năng lượng trong:
– Sự mất mát năng lượng do ma sát giữa quả nặng thả và trục dẫn hướng và ma sát giữa ròng rọc và ròng rọc
– Mất năng lượng do người làm thí nghiệm (kiểu búa kéo dây qua ròng rọc): khi hạ dây xuống để búa rơi thì người làm thí nghiệm không thả tự do mà vẫn hơi bám vào dây. (sợ dây văng ra, gây nguy hiểm ….)
– Mất mát năng lượng do ma sát giữa đất khoan và thanh xuyên
Ở các nước đang phát triển, thiết bị kéo sợi phổ biến vẫn là loại vòng, sử dụng dây kéo trên ròng rọc. Các nước tiên tiến áp dụng loại này, và hiệu suất năng lượng là 45% -65%. Ở Việt Nam chúng tôi chưa có chỉ số, nhưng để an toàn, chúng tôi có thể tạm thời tăng năng lượng hữu ích từ 30% lên 55%
Hiệu suất năng lượng của một số thiết bị spt (%)
Nhập spt
Loại nhẫn (bánh rán)
Bảo mật
Dây + Ròng rọc
Tự động
Dây + Ròng rọc
Tự động
Bắc Mỹ
45
70-80
80-100
Nhật Bản
67
78
anh ấy
50
60
Cùng một loại đất, nếu n60 = 10 ở độ sâu 1m, thì ở độ sâu 30m, n60 = 20. Điều này là do ở 30m áp suất bên lớn hơn 1m nên cần nhiều lần thổi hơn, do đó n phải được chuẩn hóa đến một giá trị có cùng năng lượng hiệu dụng. Ở các nước phát triển, 60% được coi là năng lượng hữu ích trung bình. Vì vậy, thường chuyển n thành n60 (60% năng lượng hữu ích)
Vì vậy, chúng ta cần điều chỉnh theo 2 hệ số chuẩn hóa sau:
n’60 = n60 * cn = n * ce * cn
Vị trí:
ce = eh / 60; trong đó ce là hệ số hiệu suất và eh là năng lượng hiệu dụng thực tế của thiết bị
60 – Tiết kiệm năng lượng tiêu chuẩn (60%)
Ở nước ta, chúng ta có thể lấy ce = 0,5 ÷ 0,9
cn – Hệ số chiều sâu. Hệ số này được nhiều tác giả khuyến nghị như sau:
Liao và Whitman (1986): cn = (0,9576 / σ’vo) 0,5
Peck (1974): cn = 0,77 * log (20 / 1,05 / σ’vo)
Scampton (1986): cn = 2 / (1+ σ’vo)
Ở đây, ‘vo là ứng suất dọc hiệu dụng (thanh)
4. Tương quan giữa các chỉ tiêu cơ lý của đất và kết quả spt
4.1. Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của các bộ phận của đất dựa trên kết quả spt
– Đánh giá mật độ tương đối của đất rời dựa trên spt:
terzaghi và peck (1967) lần đầu tiên đưa ra mối tương quan dr – n (trong đó dr là mật độ tương đối và n là giá trị spt thô, chưa điều chỉnh)
n
0 ÷ 4
4 ÷ 10
10 ÷ 30
30 ÷ 50
& gt; 50
Tiến sĩ (%)
0 ÷ 15
15 ÷ 35
35 ÷ 65
65 ÷ 85
85 ÷ 100
Trạng thái
rất lỏng lẻo
Rời khỏi
Gầy gò
chặt chẽ
rất chặt chẽ
– Đánh giá trạng thái của đất sét dựa trên kết quả spt
Szechy và varga (1978) đưa ra mối tương quan giữa độ nhớt (b) và số mũ n60, nhưng độ tin cậy của bảng này không cao lắm vì đất có độ nhạy khác nhau sẽ có tương quan khác nhau
n60
<2
2-8
5-15
15-30
& gt; 30
b
& gt; 0 ÷ 0,5
0,25 ÷ 0,5
0 ÷ 0,25
-0,5 ÷ 0
<-0,5
Trạng thái
mềm
Linh hoạt
Nửa cứng
Khó khăn
rất mạnh mẽ
– Đánh giá biến dạng của đất dựa trên kết quả spt
+ Đánh giá mô đun biến dạng cát dựa trên kết quả spt
ohya và cộng sự (1982) cho biết rằng từ kết quả của các thử nghiệm xuyên tiêu chuẩn, chúng ta có thể dự đoán một cách đại khái về mô đun biến dạng như sau:
e = k.n60` (thanh)
Trong đó: k = 5, cát lẫn bụi và đất sét;
k = 10 cát sạch, thường là cát kết tụ
k = 15, đất cát sạch, quá cứng
+ Đánh giá mô đun đàn hồi tức thời của sét dựa trên kết quả spt
ohya và cộng sự (1982) đề xuất rằng mô đun đàn hồi tức thời có thể được tính toán tạm thời:
eu (6 đến 50) * n600,63 (thanh)
Giá trị trung bình là: eu ≈ 19,3 * n600,63
+ Đánh giá mô đun biến dạng sét dựa trên kết quả spt
Stroud (19740) đã đề xuất phương pháp sau để ước tính mô-đun biến dạng khi không có sự giãn nở hông:
m = 4,1 * n60 nếu ip 30 (chỉ số dẻo)
m = (8,6 – 0,15ip) * n60 nếu ip <30
+ Đánh giá mô đun chống cắt của đất dựa trên kết quả spt
value và cộng sự (1979) đề xuất rằng môđun cắt tức thời gmax (được sử dụng để tính toán sức kháng địa chấn) có thể được tính toán tạm thời
gmax (60 ÷ 350) n600,77 (thanh)
Giá trị trung bình là gmax 120 n600,77
Mô-đun cắt (dưới tải trọng tĩnh dài hạn) thường chỉ bằng 5% -10% của mô-đun cắt lớn nhất gmax
+ Đánh giá khả năng chống cắt của cát dựa trên kết quả spt
Tính toán mổ xẻ và công sự:
φ 54 – 27,6034 e-0,14n60 ‘
Tính toán của Schmertmann
φ ≈ arctg [n60 / (12,2 + 20,3 σ’vo)] 0,34
Chúng tôi có một bảng liên kết giữa n và
n
0 ÷ 4
4 ÷ 10
10 ÷ 30
30 ÷ 50
& gt; 50
Theo peck và cộng sự.
<28
28 ÷ 30
30 ÷ 36
34 ÷ 41
& gt; 41
Theo Meyerhof
<30
30 ÷ 35
35 ÷ 40
40 ÷ 45
& gt; 45
Mật độ tương đối
rất lỏng lẻo
Rời khỏi
Gầy gò
chặt chẽ
rất chặt chẽ
+ Đánh giá độ bền cắt của đất sét dựa trên kết quả spt
Mối quan hệ giữa các thử nghiệm cường độ cắt không thoát nước su và spt thường ít tin cậy hơn. Trong số đó, có hai mối quan hệ phổ biến là:
terzaghi và peck (1976): su = 0,06 * n60 (thanh)
Bản gốc (1974): su = 0,29 * n600,72 (thanh)
Điều quan trọng cần lưu ý là mối tương quan của n và su phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như độ nhạy của đất sét.
+ Đánh giá khả năng pha loãng của đất dựa trên kết quả spt
Dựa trên số liệu thống kê thu thập được, hạt giống và de alba đã thiết lập mối tương quan giữa n’60 và khả năng pha loãng của đất rời. Kết quả đưa ra biểu đồ mối quan hệ giữa hai đại lượng: n’60 và tỷ số τ1 / σ’vo; ta thấy rằng cùng với giá trị n’60, đất tốt hơn (có khả năng chống va đập cao hơn) là đất cát nhiều tiền phạt hơn trong hỗn hợp.
4.2. Đánh giá một số chỉ tiêu cơ lý của đất dựa trên kết quả phổ theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (tcvn (9351-2012))
– Mối quan hệ giữa điện trở xuyên tiêu chuẩn nspt và kháng xuyên tĩnh đầu qc
Đặt hàng
Loại đất
Tỷ lệ qc / nspt
1
Tia chớp
2
2
Chớp nhoáng
3
3
cát mịn
4
4
Cát thô vừa
5 ÷ 6
5
Hạt vừa
& gt; 8
Theo mối quan hệ trên, chúng ta có thể rút ra mối quan hệ giữa tỷ lệ qc / nspt và thành phần hạt mẫu đất
-Đánh giá một số chỉ tiêu cơ lý của đất theo kết quả spt
+ Đối với đất trống:
Trạng thái
Tiến sĩ (%)
nspt
φ ()
Bọt biển
<30
<10
25,00 ÷ 30,00
Gầy gò
30 ÷ 60
10 ÷ 30
30,00 ÷ 32,30
chặt chẽ
60 ÷ 80
30 ÷ 50
32,30 ÷ 40,00
rất chặt chẽ
& gt; 80
& gt; 50
40,00 ÷ 45,00
Mối quan hệ giữa góc nội ma sát và lực cản xuyên tiêu chuẩn như sau:
φ = (12 + nspt) 0,5 + a
Mô đun biến dạng e (mpa):
e = [a + c (nspt +6)] / 10
Trong đó: a là hệ số, 40 khi nspt>; 15; bằng 0 khi nspt <15
c là hệ số, giá trị phụ thuộc vào loại đất:
+ c = 3.0 với đất sét;
+ c = 3,5 cát mịn;
+ c = 4,5, đất cát trung bình;
+ c = 7,0 grit;
+ c = 10,0 cát và sỏi
+ c = 12,0 với sỏi và cát
+ Đối với đất kết dính:
Mối quan hệ của nspt với độ nhớt và cường độ nén với độ giãn nở hông (qu)
nspt
Độ dày
Bài hát , mpa
<2
Luồng
<0,025
2 ÷ 4
Nhựa – Dòng chảy
0,025 ÷ 0,050
4 ÷ 8
Linh hoạt
0,050 ÷ 0,100
8 ÷ 10
Khó khăn
0,100 ÷ 0,200
15 ÷ 30
khó
0,200 ÷ 0,400
& gt; 30
Rắn
& gt; 0,400
5. Tính toán cơ sở dựa trên kết quả spt
– Áp dụng kết quả spt trực tiếp cho các thiết kế cơ sở nông
+ Đánh giá khả năng chịu lực của móng theo kết quả spt
+ Dự báo dàn xếp dựa trên kết quả spt
– Được ứng dụng để dự đoán sức chịu tải của cọc
– tcvn 9351-2012 đưa ra công thức tham chiếu sau:
+ Móng nông: Khả năng chịu lực cho phép của móng băng trên đất hạt rời có thể được tính theo công thức sau
σ = a * nspt / 10
Trong đó: đối với đất không bão hòa, a là 1; đất bão hòa là 2/3
+ Móng cọc: Công thức chung để tính toán sức chịu tải cho phép của móng cọc dựa trên kết quả spt có thể lấy theo yêu cầu của Bộ Xây dựng Nhật Bản
q = [αnaap + (0,2nsls + clc) πd] / 3
Trong đó: q là sức chịu tải cho phép của cọc (t, tấn)
ap là tiết diện cọc (m2)
d là đường kính cọc (m)
ls là chiều dài của cọc trong cát (m)
lc là chiều dài của cọc trong đất sét (m)
nôm na là giá trị nspt của đất dưới mũi cọc
ns là giá trị nspt của đất và cát trên thân cọc
c là độ dính của đất sét với thân cọc (t / m2)
α phụ thuộc vào phương pháp thi công, đối với cọc bê tông cốt thép, α = 30, dù là cọc khoan nhồi hay đóng cọc, α = 15, cọc khoan nhồi
6. Nhận xét về thử nghiệm spt
– Theo kulhawy và trutmann (1996) và nhiều tác giả khác, trong tất cả các thí nghiệm hiện trường, thí nghiệm spt là kém tin cậy nhất. Các thông số ước lượng bằng các thí nghiệm spt thường không đáng tin cậy.
– Thử nghiệm spt đơn giản và thuận tiện vì nó được thực hiện trong một lỗ khoan thăm dò, kết hợp với việc lấy mẫu không giống nhau để mô tả và kiểm tra các loại đất, cho phép thực hiện thí nghiệm ở độ sâu đủ lớn. Thí nghiệm không quá tốn kém; thí nghiệm có thể được thực hiện trên hầu hết các loại đất. (Ưu điểm so với các điều kiện thí nghiệm khác)
– Phép đo điện trở xuyên tiêu chuẩn nspt cung cấp các thông số cần thiết để tính toán nhiều thông số cơ lý; đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng trong ước tính khả năng chịu lực, ước lượng khả năng chịu cắt. Tuy nhiên, do sai số và độ tin cậy thấp, thông số này phải được sử dụng cho phù hợp.
– Các chỉnh sửa và xử lý lỗi đối với kết quả nspt cải thiện độ tin cậy của các thử nghiệm. Cải tiến mới của thí nghiệm, spt-t (thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn với mô-men xoắn), sau khi tính số lần thổi n, vặn thanh và lấy ống mẫu ra, từ đó lấy ra một mẫu lực ma sát giữa đất và thành ống thu được (thiết bị quay và máy đo biến dạng đặc biệt). Bằng cách này, chúng ta có thêm một tham số mặt đất.
– Tóm lại, để có được những phát hiện chính xác và phù hợp cho các giải pháp thiết kế và xử lý cơ sở; thì không thể chỉ sử dụng các thử nghiệm hiện trường như thử nghiệm thâm nhập tiêu chuẩn spt mà cần phải kết hợp với các thử nghiệm hiện trường khác để có thể Nhận các kết quả và thông số chính xác và đáng tin cậy nhất. Độ tin cậy cao.
Tác giả: ks nguyen viet phuong
