THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN SPT

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT là một trong các thí nghiệm cơ bản của công tác khảo sát địa chất công trình, xuất hiện ở hầu hết nhiệm vụ khảo sát địa chất.

THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN SPT – các VẤN ĐỀ CƠ BẢN

1. Giới thiệu về thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Bạn đang đọc: THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN SPT

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT là thí nghiệm xuyên động được thực thi trong hố khoan, được sử dụng làm cơ sở để phân loại các lớp đất đá, xác lập độ chặt của đất loại cát, trạng thái của đất loại sét, xác lập vị trí lớp đất đặt mũi cọc, giám sát năng lực chịu tải của cọc, cũng như phong cách thiết kế móng nông … Thí nghiệm này còn được sử dụng để xác lập chiều sâu dừng khảo sát, nhìn nhận năng lực hoá lỏng của đất loại cát bão hoà nước .

Năm 1902, Công ty C.R. Gow thí nghiệm SPT đầu tiên với ống mẫu đường kính 1 inch (xấp xỉ 2,54 cm), quả tạ để đập SPT nặng 50 kg. Đến năm 1922, thí nghiệm SPT bắt đầu được thực hiện rộng rãi ở Bắc Mỹ khi công ty Gow sát nhập vào công ty Raymond Concrete Pile. Năm 1927, Terzaghi đã đề xuất thí nghiệm SPT được chuẩn hóa như hiện nay ( ống lấy mẫu đường kính 2 inch, quả tạ 63,5kg). Năm 1948, Terzaghi và Peck mô tả chi tiết thí nghiệm SPT trong cuốn sách “ Cơ học đất-Lý thuyết và Thực tiễn”. Từ đó cho đến các năm 1995/1996, SPT trở thành thí nghiệm phổ thông nhất ở Bắc Mỹ. tuy vậy, tất cả các nhà khoa học ở Bắc Mỹ đều cho rằng, đây là thí nghiệm bị các nhà thầu lạm dụng nhất (theo nghĩa, nhẽ ra nên kết hợp cùng thí nghiệm CPT, hoặc DMT hoặc thí nghệm khác, thì vì quen thuộc và có sẵn thiết bị, người ta lại chỉ tiến hành thí nghiệm SPT). Ngày nay các nước Châu u ít sử dụng phương pháp này, nhưng các nước Bắc Mỹ vẫn sử dụng rộng rãi SPT

Phương pháp thí nghiệm này thường được vận dụng cho nhiều khu công trình khảo sát kiến thiết xây dựng vì 1 số ít ưu điểm : thiết bị đơn thuần, thao tác và ghi chép diễn giải hiệu quả khá thuận tiện, sử dụng cho nhiều nền đất và độ sâu khảo sát, ngân sách thấp …

2. Một số định nghĩa và thuật ngữ

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test), SPT: là một trong các phương pháp khảo sát địa chất công trình phục vụ xây dựng các công trình khác nhau. Thí nghiệm được tiến hành bằng cách đóng một mũi xuyên có hình dạng ống mẫu vào trong đất từ đáy một lõ khoan đã được thi công phù hợp cho thí nghiệm. Quy cách mũi xuyên, thiết bị và năng lượng đóng đã được quy định. Số búa cần thiết để đóng mũi xuyên vào đất ở các khoảng độ sâu xác định được ghi lại và chỉnh lý. Đất chứa trong ống mẫu được quan sát, mô tả, bảo quản và thí nghiệm như mẫu đất xáo động.

Sức kháng xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration resistance), Nspt: Số búa cần thiết để đóng mũi xuyên vào trong đất nguyên trạng 30 cm với quy cách thiết bị và phương pháp thì nghiệm quy định.

3. Nội dung thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

3.1. Mục đích

Thí nghiệm sử dụng để nhìn nhận : – Sức chịu tải của đất nền – Độ chặt tương đối của nền đất cát – Trạng thái của đất loại sét – Độ bền nén một trục ( qu ) của đất sét – Kết hợp lấy mẫu để phân loại đất

3.2. Nguyên lý thí nghiệm

Thí nghiệm sử dụng một ống mẫu thành mỏng dính với đường kính ngoài 51 mm, đường kính trong 35 mm, và chiều dài 650 mm. Ống mẫu này được đưa đến đáy lỗ khoan sau đó sử dụng búa trượt có khối lượng 63,5 kg cho rơi tự do từ khoảng cách 760 mm. Việc đóng ống mẫu được chia làm ba nhịp, mỗi nhịp đóng sâu 150 mm tổng số 450 mm, người ta sẽ tính số búa trong mỗi nhịp và chỉ ghi nhận tổng số búa trong hai nhịp cuối và hay gọi số này là ” giá trị N ” . Trong trường hợp sau 50 búa đầu mà ống mẫu chưa cắm hết 150 mm thì người ta chỉ ghi nhận 50 giá trị này. Số búa phản ảnh độ chặt của nền đất và được sử dụng để giám sát trong địa kỹ thuật .

3.3. Dụng cụ thí nghiệm

– Ống mẫu : đường kính ngoài 50,8 mm, đường kính trong 34,9 mm, chiều dài ống chẻ : 609 mm, chiều dài mũi đóng là 57,1 mm . – Tạ có khối lượng 63,5 kg, rơi tự do trên đế nện . – Đế nện . – Cần trượt xu thế .

3.4. Trình tự thí nghiệm

– Bước 1 : Khoan tạo lỗ đến độ sâu dự tính thí nghiệm, vét sạch đáy, hạ ống mẫu SPT và lắp ráp đế nện, cần, tạ … – Bước 2 : vạch lên cần đóng 3 khoảng chừng, mỗi khoảng chừng 15 cm ( tổng chiều sâu đóng 45 cm ) . – Bước 3 : Cho tạ rơi tự do ở độ cao 76 cm, đếm và ghi số tạ đóng cho từng khoảng chừng 15 cm . – Bước 4 : lấy chỉ số tạ đóng của 30 cm sau cuối làm chỉ số SPT . Khoảng cách thí nghiệm SPT thường thì từ 1 – 3 m, tùy theo độ như nhau của đất nền .

3.5. Hiệu chỉnh số đọc:

Sức kháng xuyên ( N ) phụ thuộc vào vào nguồn năng lượng có ích của búa và chiều sâu của điểm thí nghiệm, do đó sau khi thí nghiệm xong cần phải hiệu chỉnh số đọc khi thí nghiệm . Năng lượng toàn phần do búa rơi là : E = 63,5 * 0,76 ≈ 48.3 kg. m tuy vậy, nguồn năng lượng E này không trọn vẹn truyền tới ống lẫy mẫu, mà nó còn mất mát nguồn năng lượng xảy ra ở các phần sau : – Mất mát nguồn năng lượng do ma sát giữa búa rơi và trục hướng dẫn, ma sát giữa dây kéo với ròng rọc – Mất mát nguồn năng lượng do người thí nghiệm ( loại búa kéo dây qua ròng rọc ) : Khi thả dây để búa rơi, người thí nghiệm không thả tự do mà vẫn hơi níu dây lại ( sợ văng dây, gây nguy hại … ) – Mất mát nguồn năng lượng do ma sát giữa đất lỗ khoan với cần xuyên Ở các nước đang tăng trưởng, thiết bị SPT phổ cập vẫn là loại nhẫn ( donut ), sử dụng dây kéo trên ròng rọc. Với loại này ở các nước tiên tiến và phát triển, nguồn năng lượng hiệu suất cao là 45 % – 65 %. Tại Nước Ta, tất cả chúng ta chưa có thống kê, nhưng để bảo đảm an toàn, hoàn toàn có thể tạm lấy nguồn năng lượng có ích từ 30 % đến 55 % Năng lượng hiệu suất cao ( % ) của một số ít thiết bị SPT Loại SPT Loại nhẫn ( donut ) Loại bảo đảm an toàn ( safety ) Dây + Ròng rọc Tự động Dây + Ròng rọc Tự động Bắc Mỹ 45

70-80 80-100 Nhật 67 78

Anh

50 60

Ngoài ra, cùng một loại đất, nếu N60 = 10 tại chiều sâu 1 m, thì tại chiều sâu 30 m hoàn toàn có thể, N60 = 20. Đó là do tại 30 m, áp lực đè nén ngang lớn hơn rất nhiều so với 1 m, vì vậy cần phải đập nhiều nhát đập hơnDo đó, phải chuẩn hóa N về một giá trị có cùng nguồn năng lượng hiệu suất cao. Ở các nước tiên tiến và phát triển, người ta coi 60 % là nguồn năng lượng hữu dụng trung bình. Vì vậy thường quy đổi N về N60 ( 60 % nguồn năng lượng có ích ) Như vậy, ta cần hiệu chỉnh theo 2 thông số chuẩn hóa dưới đây : N ’ 60 = N60 * CN = N * CE * CN Trong đó : CE = EH / 60 ; với CE là thông số hiệu suất cao và EH là nguồn năng lượng hiệu suất cao có thực của thiết bị 60 – Năng lượng hiệu suất cao tiêu chuẩn ( 60 % ) Ở nước ta, hoàn toàn có thể lấy CE = 0,5 ÷ 0,9 CN – Hệ số độ sâu. Hệ số này được nhiều tác giả yêu cầu như sau : Liao và Whitman ( 1986 ) : CN = ( 0,9576 / σ ’ vo ) 0,5 Peck ( 1974 ) : CN = 0,77 * log ( 20/1, 05 / σ ’ vo ) Skempton ( 1986 ) : CN = 2 / ( 1 + σ ’ vo ) Ở đây, σ ’ vo là ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng ( bar )

4. Tương quan giữa các chỉ tiêu cơ lý của đất và kết quả SPT

4.1. Đánh giá một số chỉ tiêu cơ lý của đất dựa vào kết quả SPT

– Đánh giá độ chặt tương đối của đất rời dựa trên tác dụng SPT : Terzaghi và Peck ( 1967 ) tiên phong đưa ra đối sánh tương quan Dr – N ( với Dr là độ chặt tương đối và N là số đọc SPT thô, chưa hiệu chỉnh ) N 0 ÷ 4 4 ÷ 10 10 ÷ 30 30 ÷ 50 > 50 Dr ( % ) 0 ÷ 15 15 ÷ 35 35 ÷ 65 65 ÷ 85 85 ÷ 100 Trạng thái Rât rời Rời Chặt vừa Chặt Rất chặt

– Đánh giá trạng thái của đất dính dựa trên tác dụng SPT Szechy và Varga ( 1978 ) đưa ra tương quna giữa độ sệt ( B ) và chỉ số N60, tuy vậy độ đáng tin cậy của bảng này không cao lắm, vì các đất có độ nhạy cảm khác nhau sẽ có đối sánh tương quan khác đi N60 30 B > 0 ÷ 0,5 0,25 ÷ 0,5 0 ÷ 0,25 – 0,5 ÷ 0

+ Đánh giá mô đun cắt của đất dựa trên kết quả SPT

Worth và tập sự ( 1979 ) cho rằng mô đun cắt tức thời Gmax ( để giám sát kháng chấn ) hoàn toàn có thể tạm tính Gmax ≈ ( 60 ÷ 350 ) N600, 77 ( bar ) Giá trị trung bình là Gmax ≈ 120 N600, 77 Mô đun cắt ( dưới tải trọng tĩnh lâu dài hơn ) thường thì chỉ bằng 5 % – 10 % mô đun cắt cực lớn Gmax + Đánh giá sức kháng cắt của đất cát dựa trên tác dụng SPT Cách tính của Peck và công sự : φ ≈ 54 – 27,6034 e-0, 14N60 ’ Cách tính của Schmertmann φ ≈ arctg [ N60 / ( 12,2 + 20,3 σ ’ vo ) ] 0,34 Ta có bảng đối sánh tương quan giữa N và φ N 0 ÷ 4 4 ÷ 10 10 ÷ 30 30 ÷ 50 > 50 Theo Peck và tập sự 41 Theo Mayerhof 45 Độ chặt tương đối Rất rời Rời Chặt vừa Chặt Rất chặt

+ Đánh giá sức kháng cắt của đất sét dựa trên hiệu quả SPT Các quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước Su và thí nghiệm SPT thường có độ an toàn và đáng tin cậy thấp. Trong đó, hai quan hệ thông dụng là : Terzaghi và Peck ( 1976 ) : Su = 0,06 * N60 ( bar ) Hara ( 1974 ) : Su = 0,29 * N600, 72 ( bar ) Nên quan tâm rằng, đối sánh tương quan N và Su phụ thuộc vào vào rất nhiều yếu tố khác, ví dụ như tính nhạy cảm của đất sét . + Đánh giá năng lực biến loãng của đất dựa trên hiệu quả SPT Dựa vào các số liệu tích lũy và thống kê, Seed và De Alba đã thiết lập nên mối đối sánh tương quan giữa N ’ 60 với năng lực biến loãng của đất rời. Kết quả đưa ra được đồ thị tương quan giữa 2 đại lượng là : N ’ 60 và tỷ số của τ1 / σ ’ vo ; ta thấy cùng với giá trị N ’ 60, đất tốt hơn ( có năng lực kháng chấn cao hơn ) là đất có hàm lượng hạt mịn nhiều hơn trong cấp phối của cát .

4.2. Đánh giá một số chỉ tiêu cơ lý của đất dựa vào kết quả SPT theo tiêu chuẩn hiện hành tại Việt Nam (TCVN (9351-2012)

– Quan hệ giữa sức kháng xuyên tiêu chuẩn NSPT và sức kháng xuyên tĩnh đầu mũi qc Thứ tự Loại đất Tỷ số qc / NSPT 1 Sét 2 2 Sét pha 3 3 Cát hạt mịn 4 4 Cát hạt trung, thô 5 ÷ 6 5 Cát hạt trung lẫn sạn sỏi > 8

Từ mối quan hệ trên, ta hoàn toàn có thể xây dựng biểu đồ mối đối sánh tương quan giữa tỷ số qc / NSPT và thành phần hạt của mẫu đất – Đánh giá 1 số ít chỉ tiêu cơ lý của đất theo tác dụng SPT + Đối với đất rời :

Trạng thái

Dr (%)

NSPT

φ ( ͦ )

Xốp 80 > 50 40,00 ÷ 45,00

Quan hệ giữa góc ma sát trong và sức kháng xuyên tiêu chuẩn, hoàn toàn có thể như sau : φ = ( 12 + NSPT ) 0,5 + a Mô đun biến dạng E ( MPa ) : E = [ a + c ( NSPT + 6 ) ] / 10 Trong đó : a là thông số, được lấy bằng 40 khi NSPT > 15 ; lấy bằn 0 khi NSPT

NSPT

Độ sệt

qu, MPa

30 Rắn > 0,400

5. Tính toán móng theo kết quả SPT

– Ứng dụng trực tiếp tác dụng SPT vào phong cách thiết kế móng nông + Đánh giá sức chịu tải của nền dựa trên hiệu quả SPT + Dự báo độ lún dựa trên tác dụng SPT – Ứng dụng vào dự báo sức chịu tải của cọc – TCVN 9351 – 2012 đưa ra 1 số ít công thức tìm hiểu thêm sau : + Móng nông : Sức mang tải được cho phép của móng băng trên đất hạt rời hoàn toàn có thể tính theo công thức σ = a * NSPT / 10 trong đó : a được lấy bằng 1 so với đất không bão hòa ; lấy bằng 2/3 so với đất bão hòa + Móng cọc : Công thức tổng quát thống kê giám sát sức mang tải được cho phép của móng cọc theo hiệu quả SPT hoàn toàn có thể lấy theo ý kiến đề nghị của Bộ Xây dựng Nhật Q. = [ αNAAp + ( 0,2 NSLS + CLc ) πD ] / 3 Trong đó : Q. là sức mang tải được cho phép của cọc ( T, tấn ) Ap là tiết diện cọc ( mét vuông ) D là đường kính cọc ( m ) Ls là chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát ( m ) Lc là chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét ( m ) NA là giá trị NSPT của đất dưới mũi cọc NS là giá trị NSPT của đất cát bên thân cọc C là lực dính của đất sét bên thân cọc ( T / mét vuông ) α nhờ vào vào giải pháp thiết kế, α = 30 với cọc bê tông cốt thép, đóng hoặc khoan dẫn, α = 15 với ọc khoan nhồi

6. Nhận xét về thí nghiệm SPT

– Theo Kulhawy và Trautmann ( 1996 ) và nhiều tác giả khác, trong tổng thể các thí nghiệm hiện trường, thí nghiệm SPT là thí nghiệm có độ an toàn và đáng tin cậy kém nhất. Các chỉ tiêu ước tính từ thí nghiệm SPT thường cũng có độ đáng tin cậy thấp . – Thí nghiệm SPT dễ làm, thuận tiện, vì thực thi ngay trong hố khoan thăm dò, tích hợp lấy mẫu không nguyên dạng sử dụng miêu tả và thí nghiệm phân loại đất, thí nghiệm thực thi được ở độ sâu đủ lớn. Chi tiêu cho thí nghiệm không quá đắt ; Thí nghiệm hoàn toàn có thể triển khai với hầu hết các loại đất. ( có lợi thế so với các thì nghiệm hiejn trường khác )

– Số đo sức kháng xuyên tiêu chuẩn NSPT cung cấp được thông số cần thiết để tính toán nhiều chỉ tiêu cơ lý; đặc biệt phù hợp với các ứng dụng ước tính sức chịu tải, ước tính chỉ tiêu kháng cắt. tuy vậy do sai số và độ tin cậy thấp nên lưu ý sử dụng thông số này cho phù hợp.

spring tiếng Anh là gì vậy?

– Việc hiệu chỉnh và xử lí sai số của hiệu quả NSPT đã giúp nâng cao độ đáng tin cậy của thí nghiệm hơn. các nâng cấp cải tiến mới của thí nghiệm, đó là SPT-T ( Standard Penetration Test with Torque ), sau khi đếm số nhát đập N, người ta xoắn cần và lấy ống mẫu, từ đó đo được lực ma sát giữa đất và thành ống mẫu ( thiết bị cần quay và hộp đo biến dạng chuyên được sử dụng ). Như vậy, ta có thêm được một thông số kỹ thuật của đất nền . – Tựu chung lại, để có được tác dụng khảo sát đúng mực và tương thích ship hàng cho công tác làm việc phong cách thiết kế và giải pháp xử lí nền móng ; thì không hề sử dụng đơn lẻ các thì nghiệm hiện trường như thí nghiệm Xuyên tiêu chuẩn SPT được, cần tích hợp thí nghiệm SPT với các thí nghiệm hiện trường khác, để thu được hiệu quả và thông số kỹ thuật đúng mực nhất và có độ an toàn và đáng tin cậy cao . Tác giả : KS Nguyễn Việt Phương