Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 80:2002 về đất xây dựng - Phương pháp xác định mođun biến dạng tại hiện trường bằng tấm nén phẳng

TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM

TCXDVN 80 : 2002

ĐẤT XÂY DỰNG. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔĐUN BIẾN DẠNG TẠI HIỆN TRƯỜNG BẰNG TẤM NÉN PHẲNG

Soils. In situ test methods of determination of deformation module by plate loading

1. Mục đích thí nghiệm, phạm vi áp dụng

Thí nghiệm xác định môđun biến dạng của đất nền trong phạm vi chiều dày bằng hai đến ba lần đường kính tấm nén, nhằm tính toán độ lún của công trình.

Tiêu chuẩn này áp dụng cho đất loại sét, đất loại cát và đất hòn lớn trong điều kiện hiện trường, ở thế nằm và độ ẩm tự nhiên hoặc sau khi san lấp và đầm, nén đến độ chặt yêu cầu.

Không áp dụng tiêu chuẩn này cho đá, đất trương nở và đất nhiễm mặn khi thí nghiệm chúng trong điều kiện thấm ướt.

Chú thích: Đất có tính lún nhiều và đột ngột khi bị tẩm ướt được thí nghiệm theo quy định riêng, nếu ở các phụ lục C, D và E.

2. Thuật ngữ và định nghĩa

Môđun biến dạng của đất: một đặc trưng, biểu thị khả năng chịu nén của đất; là hệ số tỷ lệ giữa gia số của áp lực tác dụng lên tấm nén với gia số tương ứng của độ lún tấm nén, được quy ước lấy trong đoạn liên hệ tuyến tính.

Áp lực tự nhiên của đất: áp lực thẳng đứng trong khối đất tại một độ sâu do trọng lượng bản thân của các lớp nằm trên.

Phụ tải: tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đất thông qua diện tích phụ thêm quanh tấm nén.

Cấp gia tải: lượng tải trọng tác dụng lên tấm nén khi thí nghiệm từng đợt.

Độ lún ổn định quy ước: gia số độ lún tấm nén sau một khoảng thời gian, chứng tỏ sự tắt dần biến dạng của đất nền trên thực tế.

3. Quy định chung

3.1. Mô đun biến dạng E của đất được xác định theo biểu đồ liên hệ giữa độ lún tấm nén với áp lực tác dụng lên tấm nén.

3.2. Thí nghiệm đất bằng tấm nén được tiến hành trong hố đào, hố móng, giếng đào hoặc lỗ khoan, được bố trí cách điểm thăm dò kỹ thuật từ 1,5 đến 2,0m.

3.3. Thí nghiệm trong hố đào và hố móng được tiến hành cho những đất nằm cao hơn mực nước dưới đất; thí nghiệm trong lỗ khoan – cho đất ở sâu từ 6 tới 15m, kể cả khi nằm thấp hơn mực nước dưới đất.

3.4. Diện tích tiết diện ngang của hố đào phải không nhỏ hơn 1,5m x 1,5 m. Đường kính hố tạo ra bằng phương tiện cơ giới phải không nhỏ hơn 900mm. Đường kính lỗ khoan thí nghiệm phải không nhỏ hơn 325mm.

3.5. Các phương pháp khoan và đào phải đảm bảo cho đất thí nghiệm giữ được kết cấu nguyên và độ ẩm tự nhiên. Lỗ khoan phải thẳng đứng và được chống bằng ống vách tới độ sâu thí nghiệm. Khi sắp tới độ sâu thí nghiệm (còn cách 1m), không được dùng phương pháp khoan đập.

3.6. Các hố đào thí nghiệm phải được bảo vệ, để không bị nước mặt và nước mưa xâm nhập.

3.7. Khi thí nghiệm trong lỗ khoan ở vị trí thấp hơn mực nước dưới đất, không được hạ thấp mực nước vốn có tại đây.

3.8. Lớp đất thí nghiệm phải có chiều dày không nhỏ hơn hai lần đường kính d hoặc cạnh tấm nén. Kết quả thí nghiệm chỉ có ý nghĩa đối với lớp đất dày 2-3d.

3.9. Kèm theo kết quả xác định môđun biến dạng tại hiện trường phải có các tài liệu và số liệu về vị trí thí nghiệm, mô tả đất và các đặc trưng cơ-lý chủ yếu: thành phần hạt, độ ẩm, khối lượng riêng và khối lượng thể tích, hệ số rỗng, các giới hạn dẻo và độ sệt, hệ số nén lún, góc ma sát trong và lực dính.

3.10. Mẫu đất để xác định các đặc trưng cơ-lý chủ yếu được lấy ở khoảng cách không lớn hơn 3m kể từ tâm hố khai đào thí nghiệm.

3.11. Khi xử lý kết quả thí nghiệm, tiến hành tính toán môđun tổng biến dạng E với độ chính xác như sau: đến 1MPa đối với E > 10Mpa; đến 0,5MPa đối với E từ 2 đến 10MPa và đến 0,1MPa đối với E < 2MPa.

3.12. Sự cần thiết xác định E bằng tấm nén, số lượng thí nghiệm đều do cơ quan tư vấn khảo sát quyết định. Người thí nghiệm chịu trách nhiệm về kết quả đo đạc và tính toán.

4. Phương pháp tiến hành thí nghiệm

4.1. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm

4.1.1. Để thí nghiệm, phải có: tấm nén, các thiết bị chất tải, neo giữ, do biến dạng (xem các hình 1 và 2).

- Kết cấu thiết bị phải đảm bảo khả năng chất tải lên tấm nén thành từng cấp 0,01 – 0,1 MPa; truyền tải đúng tâm lên tấm nén; giữ được từng cấp áp lực không đổi trong thời gian yêu cầu.

- Tấm nén phải đủ cứng, có dạng tròn hoặc vuông, đáy phẳng, với kích thước như sau:

+ Kiểu I: diện tích 2500 và 5000cm²;

+ Kiểu II: diện tích 1000cm², có phụ tải hình vành khăn bổ sung thêm đến 5000cm²;

+ Kiểu III: diện tích 600cm².

Hình 1: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đất trong hố đào bằng tải trọng tĩnh

1. Tấm nén; 2. Kích thủy lực;

3. Dầm định vị dọc; 4. Các cọc neo vít.

Hình 2: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đất bằng tải trọng tĩnh trong lỗ khoan

1. Dầm định vị; 2. Kích; 3. Lực kế

4. Các cọc neo vít; 5. Ống vách; 6. Tấm nén.

Bảng 1. Kiểu và diện tích tấm nén được quy định tùy theo đất thí nghiệm

Tên đất	Vị trí tấm nén so với mực nước	Độ sâu thí nghiệm (m)	Vị trí tiến hành thí nghiệm	Tấm nén
				Kiểu	Diện tích, cm2
Đất hòn lớn, đất cát – cát chặt và chặt trung bình; đất loại sét – sét, sét pha có độ sệt IL ≤ 0,25, cát pha khi IL ≤ 0	Ngang mực nước dưới đất và cao hơn	≤ 6	Trong hố móng, hố đào, giếng	I II III	5.000 2.500 1.000
Đất cát – cát xốp; đất loại sét – sét và sét pha có độ sệt IL > 0,25, cát pha khi IL > 0, bùn; đất hữu cơ	Ngang mực nước dưới đất và cao hơn	≤ 6	Trong hố móng, hố đào, giếng	I   II	5.000   1.000
Đất hòn lớn; đất cát – cát chặt; đất loại sét – sét và sét pha có độ sệt IL ≤ 0,5, cát pha khi IL < 0	Ngang mực nước dưới đất và cao hơn	≤ 6	Tại đáy lỗ khoan	III	600
Đất cát: đất loại sét: sét, sét pha và cát pha với mọi trị độ sệt IL: bùn, đất hữu cơ	Dưới mực nước dưới đất	Tới 15	Tại đáy lỗ khoan	III	600

4.1.2. Việc chất tải được thực hiện bằng kích hoặc các quả tạ đã biết trọng lượng. Kích phải được hiệu chỉnh trước. Tải trọng được đo với sai số không quá 5% so với cấp áp lực tác dụng.

4.1.3. Các võng kế để đo độ lún của tấm nén được gắn chặt vào hệ mốc chuẩn. Tấm nén được nối với võng kế bằng sợi dây thép đường kính từ 0,3 đến 0,5mm, Hệ đo phải đảm bảo đo được độ lún với sai số không lớn hơn 0,1mm. Khi cần đạt độ chính xác tới 0,01mm, phải dùng thiên phân kế.

Cần xét tới biến dạng của dây thép do tác dụng nhiệt và hiệu chỉnh số đọc của các võng kế. Lượng hiệu chỉnh được xác định theo võng kế kiểm tra (xem điều 4.2.6).

Độ lún của tấm nén là trị trung bình các số đọc của hai (hoặc nhiều hơn) thiết bị đo ở hai phía đối diện.

Chú thích: Khi thí nghiệm đất trong lỗ khoan và đo độ lún tấm nén theo chuyển vị của đầu trên cột ống dùng để truyền tải trọng, phải xét tới biến dạng nén của các ống đó và có biện pháp loại trừ sự uốn dọc của chúng.

4.1.4. Hệ mốc chuẩn để gắn các võng kế phải gồm 4 cọc, được đóng hoặc xoắn xuống đất từng đôi một, đối diện nhau so với hố đào, cách các mép hố từ 1,0 đến 1,5m; cùng các xà kim loại song song gắn với các cọc đó dùng để đỡ các võng kế. Độ sâu của cọc trong đất phải đủ để đảm bảo cho hệ mốc chuẩn không bị dịch chuyển trong quá trình thí nghiệm. Phải giữ cho hệ mốc chuẩn và các võng kế khỏi chịu tác dụng của nắng, gió và mưa.

4.1.5. Khuyến khích áp dụng các thiết bị hiện đại để chất tải, đo ghi, xử lý và lưu giữ số liệu thí nghiệm.

4.2. Chuẩn bị thí nghiệm

4.2.1. Khi thí nghiệm trong hố móng, hố đào và giếng đào, tấm nén được đặt ở công trình khai đào. Để đáy tấm nén thật khít với đất, phải xoay tấm nén không ít hơn hai vòng theo các hướng, quanh trục thẳng đứng. Sau khi đặt, phải kiểm tra mức độ nằm ngang của tấm nén.

Trong đất loại sét có độ sệt I_L > 0,75, phải đặt tấm nén trong một hố tại đáy công trình khai đào. Hố có độ sâu từ 40 đến 60cm và kích thước ngang lớn hơn đường kính hoặc cạnh tấm nén không quá 10cm. Khi cần, phải gia cố vách hố này.

4.2.2. Mặt đất trong phạm vi diện tích đặt tấm nén phải được san thật phẳng. Khi khó san phẳng đất, tiến hành rải một lớp đệm cát nhỏ hoặc cát trung ít ẩm, dày từ 1 đến 2cm cho đất loại sét và không lớn hơn 5cm cho đất hòn lớn.

4.2.3. Khi thí nghiệm trong lỗ khoan, phải dùng mũi khoan riêng vét sạch đáy từng đợt và chuyển dần mùn lên mặt đất, rồi mới đặt tấm nén có diện tích 600cm².

4.2.4. Tấm nén được lắp vào cột ống đường kính 219mm và hạ xuống đáy lỗ khoan đã được vét sạch. Dùng đối trọng và các vòng định hướng để cân bằng tấm nén cùng với cột ống khi hạ. Đặt tấm nén sâu hơn chân ống chống từ 2 đến 5cm.

4.2.5. Sau khi đặt tấm nén, tiến hành lắp thiết bị chất tải, thiết bị neo và hệ thống neo.

4.2.6. Võng kế kiểm tra được lắp trên hệ mốc chuẩn. Dây của võng kế kiểm tra được gắn vào mốc không di động đặt ở ngoài thành hố thí nghiệm. Chiều dài dây phải bằng chiều dài của các võng kế đo độ lún của tấm nén.

4.2.7. Sau khi lắp tất cả các thiết bị, đưa các số đọc về vạch không (0), hoặc về điểm quy ước là không; ghi vào nhật ký theo mẫu như ở phụ lục A.

4.3. Tiến hành thí nghiệm

4.3.1. Tăng tải trọng lên tấm nén thành từng cấp AP tùy theo loại đất thí nghiệm và trạng thái (xem các bảng 2.3 và C1). Tổng số các cấp gia tải phải không ít hơn 4, kể từ giá trị tương ứng với áp lực do trọng lượng bản thân của đất tại cao trình thí nghiệm. Trong cấp gia tải đầu tiên phải kể đến trọng lượng của thiết bị tạo nên một phần tải trọng tác dụng lên tấm nén.

Khi dùng tấm nén kiểu II, phụ tải vành khăn phải tương ứng với áp lực thiên nhiên tại cao trình thí nghiệm.

4.3.2. Giữ mỗi cấp gia tải đến khi ổn định biến dạng quy ước của đất: không vượt quá 0,1mm sau thời gian nêu ở các bảng 2.3 và C1. Thời gian giữ mỗi cấp gia tải tiếp sau không ít hơn thời gian giữ cấp trước.

Bảng 2

Tên đất	Mức độ bão hòa	Cấp áp lực DP, MPa, khi độ chặt kết cấu của đất			Thời gian ổn định quy ước
		Chặt	Chặt vừa	Xốp	Giờ
Đất hòn lớn	Sr ≤ 1,0	0,1			0,5
Đất – cát – cát to	Sr ≤ 1,0	0,1	0,05	0,025	0,5
Cát trung	Sr ≤ 0,5	0,1	0,05	0,025	0,5
	0,5 < Sr ≤ 1,0	0,1	0,05	0,025	1,0
Cát nhỏ, cát bụi	Sr ≤ 0,5	0,05	0,025	0,01	1,0
	0,5 < Sr ≤ 1,0	0,05	0,025	0,01	2,0

Bảng 3

Tên đất	Cấp áp lực DP, MPa, khi hệ số rỗng e				Thời gian ổn định quy ước, giờ
	e < 0,5	0,5 < e < 0,8	0,8 < c < 1,1	c > 1,1*
Đất loại sét có độ sệt IL ≤ 0,25	0,1	0,1	0,05	0,05	1
0,25 < IL ≤ 0,75	0,1	0,5	0,05	0,025	2
0,75 < IL ≤ 1	0,05	0,025	0,025	0,01	2
IL > 1	0,05	0,025	0,01	0,01	3

* Khi hệ số rỗng e > 1,1, thời gian ổn định quy ước được tăng lên 1 giờ.

4.3.3. Ghi số đọc các biến dạng kế tại mỗi cấp áp lực

Khi thí nghiệm đất hòn lớn và đất cát: cách 10 phút trong nửa giờ đầu, cách 15 phút trong nửa giờ sau; tiếp theo cứ cách 30 phút cho đến khi đạt được độ lún ổn định quy ước.

Khi thí nghiệm đất loại sét: cách 15 phút trong giờ đầu và 30 phút trong giờ sau và tiếp theo, cứ cách 1 giờ cho đến khi đạt được độ lún ổn định quy ước.

4.3.4. Ngừng thí nghiệm khi ổn định biến dạng ứng với cấp tải trọng cuối, hoặc tổng biến dạng đạt 0,15d, trong đó d là đường kính tấm nén.

4.3.5. Khi có yêu cầu, có thể tiến hành dỡ tải từng cấp. Đối với đất hòn lớn và đất cát, giữ mỗi cấp 10 phút; riêng cấp cuối được giữ tới 20 phút. Đối với đất loại sét, các khoảng thời gian tương ứng là 15 và 30 phút.

4.4. Xử lý kết quả thí nghiệm

4.4.1. Để tính toán môđun biến dạng E, lập biểu đồ liên hệ giữa độ lún với áp lực S = f (P). Biểu thị các giá trị P trên trục hoành và các giá trị độ lún ổn định quy ước S tương ứng trên trục tung (xem phụ lục B, biểu đồ a).

Qua các điểm thí nghiệm chấm trên biểu đồ, vẽ một đường thẳng trung bình bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất, hoặc bằng phương pháp đồ giải. Lấy điểm ứng với áp lực thiên nhiên (xem điều 4.3.1) làm điểm đầu P_d và điểm ứng với cấp gia tải cuối cùng làm điểm cuối P_c.

Nếu gia số độ lún tương ứng với áp lực P_i lớn gấp đôi gia số lún ứng với cấp áp lực kế trước P_i-1, đồng thời bằng hoặc nhỏ hơn giá trị ứng với cấp P_{i + 1}, thì lấy P_{i -1} và S_i-1 làm các giá trị cuối cùng. Lúc đó, số lượng các điểm làm căn cứ để tính toán trị trung bình phải không ít hơn ba.

4.4.2. Môđun biến dạng đất E, MPa, được tính toán cho đoạn tuyến tính của biểu đồ S = f(P), theo công thức:

Trong đó:

 m - hệ số Poisson, được lấy bằng 0,27 cho đất hòn lớn; 0,30 cho đất cát và cát pha; 0,35 cho đất sét pha và 0,42 cho đất sét;

w - hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào hình dạng và độ cứng tấm nén. Đối với tấm nén cứng, hình tròn và hình vuông, lấy w = 0,79;

d – đường kính tấm nén tròn hoặc cạnh của tấm nén vuông, cm;

DP – gia cố áp lực lên tấm nén, bằng P_c – P_d, MPa;

DS – gia số độ lún của tấm nén, cm, tương ứng với DP.

 

Phụ lục A

(Quy định)

SỔ GHI XÁC ĐỊNH MÔĐUN BIẾN DẠNG TẠI HIỆN TRƯỜNG BẰNG TẤM NÉN PHẲNG

(Trang đầu của sổ ghi)

Tên cơ quan:......................................................................................................................

Số ghi N^o:..........................................................................................................................

XÁC ĐỊNH MÔĐUN BIẾN DẠNG TẠI HIỆN TRƯỜNG BẰNG TẤM NÉN PHẲNG

Địa điểm: ..........................................................................................................................

Hạng mục công trình:.........................................................................................................

Công trình:.........................................................................................................................

Ngày thí nghiệm: Bắt đầu………………………….. Kết thúc ...................................................

Hố khai đào số:……………………………….....     Cao độ tuyệt đối: .....................................

Diện tích tấm nén……………………………cm²     Đáy tấm nén............................................ m

Tiết diện hố:………………………………………     Miệng hố:................................................ m

(đường kính lỗ khoan)                                           Mực nước dưới đất:............................ m

Độ sâu: …………………………………………m

Tên đất: ............................................................................................................................

Mô tả vắn tắt thiết bị thí nghiệm: ........................................................................................

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................

...................................................................................................................... Các dụng cụ

(kiểu và số hiệu) dùng để chất tải và đo:

Kích thủy lực số: ……………………………….  Sức nâng:.................................................... t

Áp kế (các dạng đặc trưng kỹ thuật chủ yếu; lý lịch sơ lược):..............................................

.........................................................................................................................................

Loại và số dụng cụ đo: ......................................................................................................

Tải trọng lên tấm nén:.........................................................................................................

Độ lún tấm nén: .................................................................................................................

 

Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm

(Cụ thể hóa và chi tiết hóa của hình 1, hình 2 ở trang 7, kèm theo mặt cắt địa chất tại nơi thí nghiệm đất)