Thí nghiệm động biến dạng lớn (PDA) theo TCVN 11321:2016

1. Khái niệm

Thí nghiệm động biến dạng lớn (High-Strain Dynamic Testing, thường gọi là thí nghiệm PDA - Pile Driving Analyzer) là phương pháp kiểm tra chất lượng cọc bằng cách sử dụng tải trọng động (va đập của búa nặng rơi tự do) tác dụng dọc trục lên đầu cọc. Tác động này tạo ra sóng ứng suất truyền từ đầu cọc xuống mũi cọc và phản hồi ngược trở lại.

Thí nghiệm được thực hiện tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11321:2016 (Cọc - Phương pháp thí nghiệm động biến dạng lớn), đồng thời tương thích với các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM D4945 và EuroCode EN ISO-22477-4.

2. Mục đích thí nghiệm

Theo TCVN 11321:2016, thí nghiệm động biến dạng lớn hướng tới các mục tiêu kỹ thuật chính:

• Xác định sức chịu tải cực hạn (Ru): Đánh giá tổng sức chịu tải cực hạn của cọc đơn, tách biệt sức kháng ma sát thành cọc (Rs) và sức kháng mũi cọc (Rb).
• Đánh giá độ toàn vẹn của thân cọc (BTA): Phát hiện, định vị vị trí và đánh giá mức độ khuyết tật của cọc thông qua hệ số toàn vẹn BTA.
• Kiểm soát ứng suất thi công: Xác định ứng suất nén cực đại (CSX) và ứng suất kéo cực đại (TSX) xuất hiện trong cọc dưới tác động của nhát đập búa, tránh gây hư hỏng cọc.
• Đánh giá hiệu suất búa: Xác định năng lượng truyền thực tế (EMX) từ hệ thống búa đập vào cọc.

Lắp đặt thiết bị thí nghiệm động biến dạng lớn (PDA)

3. Thiết bị thí nghiệm (Hệ thống Goble Pile Check - GPC™)

Hệ thống thiết bị thí nghiệm hiện đại Goble Pile Check (GPC™) do GS. TS. George G. Goble (cha đẻ của phương pháp Thử nghiệm tải trọng động DLT) khởi xướng. Hệ thống đáp ứng đầy đủ các tiêu chí khắt khe của TCVN 11321:2016, ASTM D4945 và EuroCode EN ISO-22477-4:

a. Hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu trung tâm (GPC™ Unit)

• Khả năng tương thích nền tảng: Hệ thống cho phép triển khai trực tiếp trên các máy tính xách tay thông thường hoặc máy tính bảng chuyên dụng cấp phát cho kỹ sư, giúp đơn giản hóa việc cấu hình.
• Truyền dữ liệu không dây chuẩn IEEE 802.11: Sử dụng chuẩn kết nối Wi-Fi IEEE 802.11 thay vì Bluetooth hay sóng vô tuyến 2.4 GHz thông thường, giúp đảm bảo tín hiệu truyền không dây ổn định và tin cậy. Tín hiệu được số hóa trực tiếp ngay tại hộp phát (Transmitter Box) giúp loại bỏ nguy cơ mất mát dữ liệu hoặc suy giảm tín hiệu do chất lượng cáp.
• Hộp phát tín hiệu tối ưu: Chỉ cần 01 hộp phát tín hiệu (Transmitter Box) duy nhất cho cả hai phía của cọc.
• Tùy chọn kết nối dây cáp Ethernet: Khi cần thiết, hệ thống hỗ trợ kết nối qua cáp mạng Ethernet thương mại có chi phí thấp với chiều dài truyền tải lên đến 100m.

b. Cảm biến tích hợp (Combination Transducers)

• Công nghệ cảm biến gộp: Thay vì lắp riêng lẻ, cảm biến biến dạng (Strain Gauge) và cảm biến gia tốc (Accelerometer) được tích hợp trong cùng một đầu đo kết hợp bắt bu-lông.
• Ưu điểm: Tối thiểu hóa thời gian khoan đục cọc, giảm độ phức tạp và thao tác lắp đặt tại hiện trường.

c. Hệ thống phần mềm thu thập & Phân tích chuyên sâu

• Phần mềm thu thập dữ liệu (GPC™ Acquisition):
  • Giao diện đồ họa trực quan, hiển thị thời gian thực 4 biểu đồ chính (Fi, VZi, F&V, và WU&D) theo tỷ lệ L/c.
  • Tự động vẽ đồ thị sức kháng đất nền theo từng nhát đập của búa.
  • Tính năng linh hoạt: Cho phép kỹ sư thay đổi tần số lấy mẫu (sampling rate) và cài đặt ngưỡng kích hoạt (trigger) bất kỳ lúc nào trong quá trình đóng cọc mà không cần dừng đập búa hay tạo file dữ liệu mới.

Đồ thị biểu diễn đa thông số

• Phần mềm phân tích khớp sóng tự động (N_GAPA™ & GPC Review™):
  • N_GAPA™ (Nguyen_Goble Automatic Pile Analysis): Phần mềm phân tích khớp sóng tự động tốc độ cao, cho kết quả chính xác và hoàn toàn tương đồng với CAPWAP trên tất cả các loại cọc (cọc ống, cọc bê tông, cọc nhồi...).

Giao diện phần mềm N_GAPA với chức năng khớp sóng tự động

• • GPC Review™: Hỗ trợ xuất báo cáo nghiệm thu tự động, trực quan hóa biểu đồ tải trọng - độ lún.

Giao diện phần mềm GPC Review

d. Búa đập và Tấm đệm cọc

• Quả búa đập: Trọng lượng búa tuân thủ TCVN 11321:2016 (thường từ 1% đến 2% sức chịu tải thiết kế cọc) để tạo ra độ lún dư đủ kích hoạt tối đa sức kháng đất nền.
• Tấm đệm đầu cọc: Bằng gỗ dán hoặc vật liệu đàn hồi chuyên dụng nhằm phân bố đều lực đập và giảm chấn tần số cao.

4. Quy trình thực hiện thí nghiệm

Quy trình thí nghiệm được tiến hành qua các bước chuẩn hóa:

[Chuẩn bị cọc & mặt bằng] ➔ [Lắp cảm biến] ➔ [Đập búa & Thu dữ liệu] ➔ [Khớp sóng & Lập báo cáo]

Đọc thêm về bài viết: CIC Cung Cấp Thiết Bị Thí Nghiệm Thử Động Biến Dạng Lớn (PDA) Cho Công Ty Cổ Phần Tư Vấn Xây Dựng Và Đầu Tư Tổng Hợp

Bước 1: Chuẩn bị cọc thí nghiệm và mặt bằng

• Bề mặt đầu cọc được làm phẳng, vuông góc với trục đứng. Cường độ bê tông đầu cọc đạt chuẩn theo TCVN 11321:2016.
• Xác định vị trí bắt cảm biến trên thân cọc, cách đầu cọc một khoảng từ 1.5 D đến 2.0D (D là đường kính/cạnh cọc).

Bước 2: Lắp đặt thiết bị GPC

• Khoan lắp các đầu đo kết hợp đối xứng hai bên thân cọc.
• Nối đầu đo vào hộp phát tín hiệu trung tâm (Transmitter Box).
• Khởi động phần mềm GPC™ Acquisition trên máy tính, nhập các thông số cọc: Diện tích tiết diện (A), Mô đun đàn hồi động (E), Vận tốc truyền sóng (c), Chiều dài cọc (L).

Bước 3: Tiến hành đập búa và thu thập dữ liệu

• Đặt tấm đệm, căn chỉnh trục búa thẳng đứng với cọc.
• Thả búa rơi tự do với độ cao tăng dần.
• Hệ thống GPC™ Acquisition ghi nhận và hiển thị ngay lập tức dạng sóng Lực F(t), Vận tốc V(t) và sức chịu tải tức thời theo từng nhát đập trên màn hình.
• Đo độ lún dư của cọc sau mỗi nhát đập

Bước 4: Phân tích dữ liệu và Lập báo cáo

• Tại hiện trường: Kiểm tra tín hiệu sóng F-V, đánh giá ứng suất nén/kéo và sức chịu tải sơ bộ.

• Phân tích khớp sóng (Signal Matching): Sử dụng phần mềm N_GAPA™ hoặc CAPWAP để tự động tính toán chính xác:
  • Sức chịu tải cực hạn Ru, phân bố ma sát thành cọc Rs và sức kháng mũi Rb.
  • Biểu đồ mô phỏng quan hệ tải trọng - độ lún (P-S).
  • Đánh giá độ toàn vẹn cọc theo hệ số BTA

• Lập báo cáo: Xuất hồ sơ kết quả thí nghiệm bằng GPC Review™ hoàn chỉnh theo quy định của TCVN 11321:2016.

Mọi thông tin chi tiết xin vui lòng liên hệ:
Trung tâm Giải pháp Phần mềm và Thiết bị Công nghệ
Hotline: 0976 268 036 / 024 3974 1373