Thiết bị xuyên tĩnh

Thiết bị xuyên tĩnhGiới thiệu thiết bị và tĩnh năng kỹ thuậtThiết bị xuyên tĩnh được cấu tạo từ các bộ phận chủ yếu sau:1. Mũi xuyênMũi xuyên CPTUCó hai kiểu mũi xuyên cơ bản:Mũi xuyên di động: đi với cần xuyên có cấu tạo cần trong và cần ngoài. Khi đo thì cần ngoài đứng yên, cần trong và mũi xuyên ấn vào trong đất.Mũi xuyên cố định: đi với cần xuyên có cấu tạo không có cần trong, di chuyển đồng thời với cần xuyên trong quá trình xuyên và đo ghi số liệu liên tục. Loại mũi xuyên này được gắn thêm các cảm biến đo lực (đo sức kháng mũi, ma sát thành đơn vị, áp lực nước lỗ rỗng, góc nghiêng mũi xuyên,).2. Cần xuyên3. Hệ thống tạo lực ấnĐể tạo lức ấn mũi xuyên và cần xuyên vào trong đất dùng một trong hai phương pháp sau:- Phương pháp thủy lực: Dùng hệ thống gồm máy bơm dầu thủy lực (dầu thủy lực là loại dầu chịu được áp và nhiệt độ cao) và kích tạo lực ấn, kéo khi xuyên. Bơm sẽ bơm dầu thủy lực tạo lực ấn để nâng và hạ hệ thống kích (hệ thống pittong) của máy xuyên, hệ thống kích này kéo và ấn cần xuyên trong quá trình xuyên. Hiện nay, phương pháp này đã tạo ra lực khoảng từ 10-20 tấn và lớn hơn. - Phương pháp cơ học: dùng hệ thống bánh răng và tay quay tạo lực ấn và kéo cần xuyên trong quá trình xuyên, tạo ra lực ấn và kéo khoảng 10 tấn. Phương pháp này dùng sức người nên cần xuyên và mũi xuyên được ấn và kéo chậm, chiều sâu xuyên hạn chế (khoảng 20m), hiệu quả không cao, phù hợp với điều kiện địa hình chật hẹp, vận chuyển khó khăn. Sử dụng phương pháp này có máy xuyên tay. 4. Hệ thống đối tải5. Hệ thống đo ghi số liệua. Hệ thống đoHệ thống đo số liệu có nhiệm vụ đo sức kháng xuyên đầu mũi, ma sát thành đơn vị (đối với xuyên thông thường – CPT) và một số thông số khác như áp lực nước lỗ rỗng, góc nghiêng của mũi, vị trí của mũi xuyên (đối với xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng - CPTu). Có hai phương pháp đo:- Phương pháp cơ học: Dùng đồng hồ áp lực để đo các lực tác dụng vào mũi xuyên. Phương pháp này khi xuyên sử dụng cần kép, khi đo cần ngoài đứng yên, cần trong di chuyển tác dụng vào pittong trên máy xuyên ép dầu thủy lực trong hộp pittong di chuyển tác dụng vào đồng đo lực gắn trên máy xuyên, qua đồng hồ đo được giá trị áp lực của đất tác dụng vào mũi xuyên và ống đo ma sát, trong quá trình xuyên khoảng 20 cm các giá trị lại được đo một lần. Phương pháp này được áp dụng cho một số loại máy xuyên (CPT) goda (xuyên máy, xuyên tay). - Phương pháp điện: phương pháp này sử dụng các sensor lực đặt trong mũi xuyên (số lượng sensor phụ thuộc vào số lượng các thông số cần đo), đối với xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng (CPTu) thường có 5 sensor tương đương với 5 kênh (kênh đo sức kháng đầu mũi, ma sát thành đơn vị, áp lực nước lỗ rỗng-U2, góc nghiêng của mũi, vị trí mũi xuyên), một số loại mũi xuyên còn có thêm 2 kênh đo áp lực nước lỗ rỗng (U1 và U3). Sử dụng phương pháp này trong quá trình xuyên sự thay đổi về sức kháng đầu mũi, ma sát thành, áp lực nước lỗ rỗng, góc nghiêng mũi xuyên, vị trí mũi xuyên được các sensor ghi nhận và chuyển thành các tín hiệu điện, các tín hiệu điện này được truyền về hộp ghi qua hệ thống giây cáp tín hiệu, các thông số được ghi liên tục (khoảng 1 cm 1 lần).b. Hệ thống ghi số liệuCó nhiệm vụ ghi lại các thông số mà hệ thống đo cung cấp. Có hai phương pháp ghi.- Phương pháp thủ công: theo phương pháp này các thông số do hệ thống đo cung cấp được ghi vào sổ nhật ký. Khoảng 20cm một lần ghi số liệu.- Phương pháp tự động. Theo phương pháp này các thông số do hệ thống đo cung cấp được hộp data log chuyển thành tín hiệp số truyền vào máy tính, máy tính ghi và lưu số liệu liên tục (khoảng 1cm một lần ghi) dưới dạng file số liệu.Vận hành thiết bịBước 1: Xác định vị trí xuyên theo thiết kếBước 2: Chuẩn bị mặt bằng xuyên. Bước 3: Chuẩn bị đối tải.Bước 4: Đặt máy vào phía dưới hệ thống khung dầm của đối tải sao cho tâm máy nằm đúng vị trí cần xuyên. Bước 5: Lắp các ống ty ô dầu thủy lực nối máy ép (máy ấn cần xuyên) với hệ thống bơm dầu thủ lực đối với xuyên máy.Bước 6: Chuẩn bị đủ số lượng cần xuyên theo yêu cầu và một số dụng cụ cần thiết dùng tháo lắp cần và mũi xuyên trong quá trình xuyên.Ghi chú: Đối với xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng cần thực hiện thêm các bước từ 7 đến 10:Bước 7: Bão hòa đá thấmViệc bão hòa đá thấm được thực hiện trước ở trong phòng bằng phương pháp hút chân không. Đá thấm sau khi được bão hòa ở trong phòng được bảo quản trong dung dịch glixerin và vận chuyển ra công trường. Bước 8: Luồn dây cáp tính hiệu vào phía trong cần xuyên, số lượng cần phụ thuộc vào chiều sâu xuyên và chiều dài dây cápBước 9: Lắp mũi xuyên và kết nối với hệ thống đo ghi số liệuĐá thấm sau khi được bão hòa được lắp vào mũi xuyên. Quá trình lắp đặt đá thầm vào mũi xuyên phải đảm bảo đá thấm luôn ở trạng thái báo hòa và mũi xuyên cũng phải được bão hòa. Sau khi lắp mũi xuyên, kết nối mũi xuyên với hệ thống đo ghi số liệu bằng dây cáp tín thiệu.Bước 10: Hiệu chỉnh các thông số đo (Qc, Fs, U2,) cho mũi xuyênBước 11: Xuyên phá. Tiến hành xuyên phá lớp đất phía trên cùng nễu có lẫn nhiều dăm sạn, gạch vỡ,...hoặc đất quá cứng.Bước 12: Lắp mũi xuyên và cần xuyên đầu tiên vào hệ thống ấn.Bước 13: Tiến hành xuyên Tiến hành xuyên bằng cách tăng áp lực xuyên lên đầu cần xuyên. Tốc độ xuyên đạt khoảng 1.6-2.0cm/s.+ Đối với xuyên cơTrong quá trình xuyên cứ 20cm đọc và ghi số liệu một lần. Tại độ sâu cần ghi số liệu dừng xuyên (khi đó cần ngoài đứng yên) tác lực vào đầu cần ty, cần ty làm cho mũi xuyên dịch chuyển, lúc này cần ty tỳ lên piston của máy xuyên. Bằng đồng hồ áp lực được gắn trên máy xuyên đọc được các giá trị X và Y tương ứng với lực cùa đất tác dụng vào mũi và ống đo ma sát của mũi xuyên.Xuyên hết một cần xuyên lại nối cần xuyên khác vào và tiếp tục xuyên.Quá trình xuyên diến ra liên tục đến độ sâu yêu cầu.+ Đối với xuyên CPTuQuá trình xuyên diễn ra liên tục với tốc độ ấn cần xuyên trung bình như đã nêu ở trên. Các số liệu về Qc, Fs, U2, góc nghiêng của mũi xuyên,... được hộp data log và máy tính ghi với khoảng cách 1cm 1 số liệu.Xuyên hết một cần lại nối cần xuyên khác vào và tiếp tục xuyên đến hết chiều sâu yêu cầu.Bước 14: Kéo mũi và cần xuyênSau khi xuyên đến chiều sâu yêu cầu. Dừng xuyên, ghi lại số liệu trong máy tính và cất các phụ kiện máy tính, hộp data log,..đối với xuyên CPTu. Tiến hành kéo cần và mũi xuyên lên với tốc độ phù hợp.Ghi chú: Một số điều cần chú ý khi xuyênTrong quá trình xuyên đảm bảo máy xuyên luôn thẳng đứng, cần xuyên không được quá nghiêng.Đối tải luôn đủ, neo không bị nhổ hoặc hệ thống chất tải không bị nghiêng. Trong trường hợp đối tải không đủ hoặc cần và mũi xuyêng nghiêng nhiều cần phải dừng xuyên và khắc phúc nếu không khắc phục được phải kéo mũi xuyên lên.Nếu phải dừng xuyên khi chưa đạt độ sâu yêu cầu vì bất kỳ lý do gì, thì phải kéo mũi xuyên lên, dịch chuyển sang vị trí khác cách vị trí ban đầu ít nhất là 1m và tiến hành xuyên lại nếu tư vấn và chủ đầu tư yêu cầu.Quá trình xuyên phải diễn ra liên tục đến độ sâu yêu cầu. Nếu vì lý dò gì phải dừng xuyên tạm thời thì phải ghi vào nhật ký xuyên.Các thông số thí nghiệm xác định1. Đối với xuyên cơCác thông số thí nghiệm xác định khi xuyên tĩnh bao gồm: - Sức kháng xuyên đầu mũi: Là sức kháng xuyên của đất tác dụng lên mũi xuyên, được xác định bằng tỷ số giữa lực tác dụng lên mũi côn và diện tích tiết diện đáy mũi.- Ma sát thành đơn vị: Là sức kháng của đất tác dụng lên bề mặt của ống đo ma sát , được xác định bằng tỷ số giữa lực tác dụng lên bề mặt ống đo ma sát QS và diện tích bề mặt ống đo Fs- Sức kháng xuyên tổng: Là tổng lực tác dụng lên mũi côn và lực tác dụng lên ống đo ma sát. Qt = Qc + Qs - Tỷ sức kháng xuyên Fr : Là tỷ số gia ma sát thành đơn vị (fs) và sức kháng xuyên đầu mũi qc2. Đối với xuyên đo áp lực nước lỗ rỗng CPTuKhác với xuyên tĩnh cơ thông thường, các thông số xác định được khi xuyên sẽ được một phần mềm chuyên dụng tĩnh toán, phân tích cho ra các số liệu và biểu đồ sau:- Số liệu Qc, Fs, Fr, U2, v, v’, OCR, Su,... theo chiều sâu, với khoảng cách 1cm một số liệu.- Các biểu đồ đi kèm gồm có: Biểu đồ Qc, Fs, Fr, U2, biểu đồ tiêu tán, phân loại đất,... theo chiều sâu.Khả năng ứng dụng trong khảo sát ĐCCTThiết bị xuyên tĩnh đã qua nhiều thế hệ, đến nay được phát triển và hiện đại hơn rất nhiều so với thế hệ đầu tiên. Thì hệ xuyên tĩnh hiện nay đã được tích hợp thêm phần điện tử và tự động hóa nên các thông số đo được nhiều hơn và chính xác hơn, đo được các thông số về áp lực nước lỗ rỗng, mực nước ngầm, góc nghiêng của mũi, vị trí của mũi xuyên và các thông số về địa chất của đất. Ngoài ra, thì năng lực của máy xuyên cũng được nâng lên rất nhiều, lực ấn lên tới 30tấn, máy xuyên cũng được cải tiến có nhiều loại như máy xuyên không tự hành, tự hành, bán tự hành,...phù hợp với từng dạng công trình và địa hình như xuyên trên cạn, sông, biển.Mặt khác mô hình làm việc của mũi xuyên tương tự mô hình làm việc của cọc nên sức chịu tải của cọc tính toán từ kết quả xuyên sát hơn với thực tế. Đối với các lớp đất rời hay đất yếu, việc lấy mẫu về thí nghiệm trong phòng có nhiều hạn chế và kết quả có độ tin cậy không cao, trong trường hợp này thiết bị xuyên tĩnh (đặc biệt xuyên CPTu) được sử dụng để bổ sung thêm tài liệu phục vụ thiết kế.Thiết bị xuyên vận hành đơn gian, thời gian thi công và giá thành thấp hơn khoan công tác khoan nên trong nhiều trường hợp hố khoan được thay thế bằng hố xuyên.