Nghiên cứu ứng dụng thiết bị xuyên động panda để khảo sát địa chất công trình

Chia sẻ: Nhan Chiến Thiên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Nghiên cứu ứng dụng thiết bị xuyên động panda để khảo sát địa chất công trình" giới thiệu một phương pháp khảo sát nền đất nông mới được phát triển gần đây dựa trên nguyên lý xuyên động. Thiết bị sử dụng để khảo sát Panda có kích thước nhỏ gọn, thi công đơn giản bằng cách đóng xuyên mũi côn vào nền đất nhờ một búa tiêu chuẩn và đo lực xuyên động tại mũi xuyên, từ đó rút ra các tính chất của nền đất như độ chặt, chiều dày lớp địa chất đồng nhất. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị xuyên động panda để khảo sát địa chất công trình

. 69 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ XUYÊN ĐỘNG PANDA ĐỂ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Đặng Quang Huy*, Tạ Đức Thịnh, Phạm Văn Hùng, Bùi Anh Thắng r n Đại học Mỏ - Địa chất. Tóm tắt Bài báo gi i thiệu m t p ư n p p k ảo sát n n ất nông m ư c phát triển gần ây ựa tr n n uy n lý xuy n ng. Thi t bị sử dụn ể khảo s t P n kí t ư c nhỏ gọn, thi công n ản bằn n xuy n mũ n v o n n ất nhờ m t búa tiêu chuẩn v o lực xuyên ng tạ mũ xuy n, t r tr tín ất của n n ất n ư chặt, chi u dày l p ịa chất ồng nhất. M t số k t quả thí nghiệm hiện trường so sánh giữa thi t bị Panda và thi t bị xuyên tĩn ũn ư c gi i thiệu cho thấy thi t bị này có khả năn sử dụn ể khảo s t ịa chất các công trình hạ tần sở. Từ khóa: anda, u n ộn , u n t n , k ảo s t ịa chất 1. Đặt vấn đề Hiểu bi t v n n ất là m t nhu cầu không thể thi u ư trư c khi xây dựng công trình nói chung và công trình hạ tần sở nói riêng. Rất nhi u p ư n p p k ảo sát n n ất tại hiện trườn ũn n ư tron p òn t í n ệm ã ư c phát triển và ứng dụn ể p ứng nhu cầu n y C p ư n p p t ăm ò ịa v t lý n ư t ăm ò ịa chấn, p ư n p p trọng lự , p ư n p p ện hoặ ện t l p ư n p p k ảo sát n n ất không phá hủy, k t quả của các p ư n p p n y rất hữu ích trong việ ịn ư ng các lỗ khoan khảo s t ũn n ư t m r ểm dị t ường trong n n ất. Mặc dù v y, trong hầu h t trường h p, k t quả của chúng k n ủ ểx ịnh các thông số ịa kỹ thu t ũn n ư ặ tín ọc củ ất không thể x ịnh trực ti p, o n t ường phả kèm v i việc khoan khảo sát hoặ p ư n p p t ăm ò ịa kỹ thu t khác. C p ư n p p k o n khảo sát k t h p lấy mẫu ất o p p n ười kỹ sư t ểx ịnh ư c các chỉ t u lý ủa n n ất n ư t n p ần hạt, loạ ất, miêu tả các l p ất ũn n ư x ịn ư c khả năn ịu tải củ ất nhờ vào các thí nghiệm trong phòng v i mẫu ất t u ư c. Khả năn ịu tải củ ất x ịn ư c t các thí nghiệm trong phòng phụ thu c rất l n vào chất lư ng mẫu ất t u ư c. Mẫu ất càng nguyên vẹn v ồng nhất v i mẫu ất trong tự nhiên cho k t quả thí nghiệm ín x ò ỏi thời gian thi công và chi phí lấy mẫu càng l n. Ngoài ra, trong quá trình v n chuyển v lưu ữ, mẫu ất ã ịu những bi n dạng nhất ịnh khi n o ườn chịu tải thu ư ct p ư n p p n y vẫn có sự sai lệ tư n ối so v i trong thực t . C p ư n p p t í n ệm hiện trườn op px ịn ư c khả năn ịu tải của n n ất ặt trong trạng thái tự nhiên của chúng. K t quả củ p ư n p p n y t ườn n tn y v ư c sử dụng rất nhi u trong việc thi t k n n móng công trình. Các thí nghiệm c t mà phổ bi n nhất l p ư n p p t cánh hiện trường cho bi t sức kháng c t k n t o t nư c của các loạ ất dính m m y u, ão ò nư c mà không sử dụn ư c v ất cứng, rờ t o t nư c nhanh. Các thí * Ngày nhận bài: 01/3/2022; Ngày phản biện: 21/3/2022; Ngày chấp nhận n : / / * Tác giả liên hệ: Email: dangquanghuy@humg.edu.vn
70 nghiệm n n n ư n n n ện trường, nén ngang trong lỗ khoan có thể sử dụn ư ối v i mọi loạ ất và cho k t quả tin c y, n ư l n, m un n ồi, sức chịu tải củ ất n ưn p ư n p p n y ò ỏi thời gian và chi phí l n, biện pháp thi công phức tạp. C p ư n p p xuy n n ư xuy n tĩn y xuy n ng c o p p n ư c khả năn chịu tải của n n ất t o sâu C mũ xuy n n n n (tron t í n ệm xuy n tĩn , xuy n ng) hoặc ống (trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn) ư xuy n v o lòn ất nhờ máy nén hoặc búa. T lực nén hoặc số lư ng búa, chúng ta có thể n k ín x sức chịu tải của các l p ất C p ư n p p n y n n un t n k n qu p ức tạp và cho k t quả tin c y n n ư c sử dụng r ng rãi trong khảo s t ịa chất công trình trên th gi i. P ư n p p xuy n ng Panda là m t p ư n p p k ảo sát n n ất m ư c nghiên cứu và ứng dụng phổ bi n tại Pháp trong nhữn năm ần ây P ư n p p n y ưu ểm của thí nghiệm xuy n, ặc biệt là t n n ản và vô cùng nhỏ gọn. Thi t bị P n ư c gi i thiệu và hoàn thiện lần ầu tiên bởi Gourvès (1991) tại Trường ại học Blaise Pascal, Pháp. Sau , t t bị này ti p tụ ư c nghiên cứu và phát triển tạ ây, v i m t số n tr n n ý có thể kể n n ư (Benz-Navarrete, 2009) cho thi t bị Panda 2 và (Escobar, 2015) cho thi t bị Panda 3. Mặ ã n u cải ti n, n ưn t t bị này vẫn ư o n t ện ở phiên bản cuối n , v ặc biệt là việc sử dụng, kiểm nghiệm tin c y của nó trong thực t công trình vẫn còn bị hạn ch , số lư ng thí nghiệm ư n u o , t p tục nghiên cứu ứng dụn p ư n pháp này vào khảo s t ịa chất phục vụ xây dựng công trình hạ tần l u cần thi t, có thể mang lại những l i ích to l n và thi t thực. 2. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm 2.1. Cơ sở lý thuyết của thiết bị thí nghiệm Panda Thi t bị Panda có nguyên lý khá giống v i nguyên lý của thi t bị xuy n n DCP, u dựa vào mối liên hệ giữ t n r v u sâu mũ y xuy n v o ất ể phân chia c t ất thành các l p v n tín ất lý ủ ất. Mặc dù v y, ểm k n u ản giữa p ư n p p n y l tải trọn r tron t í n ệm DCP cố ịnh, còn thí nghiệm Panda tải trọn n y t y ổi phụ thu c vào thao tác của kỹ thu t viên. Ngoài ra, trong thí nghiệm DCP, k t quả ư c biểu diễn thông qua số lư n r òn tron t í n ệm Panda, k t quả ư c biểu diễn dự v o năn lư n n v o ở ầu cần xuy n Năn lư ng này tính toán dựa vào phần m m chuyên dụn v lưu trực ti p vào máy tính k t nối v i hệ thống cảm bi n phức tạp ặt tạ Cũn n ờ , t í n ệm Panda có thể ứng dụng trong nhi u trường h p v tín to n ư c nhi u thông số n so v i thí nghiệm DCP. 2.2. Các bộ phận của thiết bị Panda Các b ph n của thi t bị P n ư c thể hiện trong hình 1. Có thể thấy, ây l m t thi t bị n ản v ng. Khi không sử dụng, thi t bị ư c thu x p gọn trong m t valy xách tay nhỏ gọn (Hình 1b), khố lư ng của toàn b thi t bị này vào khoảng 15kg. Các b ph n chính của thi t bị gồm có: - Búa: Búa cầm tay chống sốc, mặt búa bằng nhựa hoặc có thể bọc cao su. - ầu : l ph n g n v i cần xuy n, ồng thờ ũn l n t p nh n chấn ng t búa n xuốn n tron n y n các cảm bi n o lực hoặc bi n dạng hoặc chấn ng. - Tay cầm g n v o ể kỹ thu t viên cầm k n - Cần xuyên: bằn t p ường kính 12mm dài 500mm. Cần xuyên có ren ở 2 ầu ể nối v i n uv rãn ể rút cần xuyên lên khi k t thúc thí nghiệm.
. 71 - Dây o uyển vị: ể o uyển vị củ mũ n xuy n v o ất Dây o nằm trong h p tính có lò xo kéo gọn lại khi không sử dụng. Khi nào sử dụng, kéo m t ầu củ ây o n vào tay cầm. - H p tín trun tâm: L n lưu trữ và xử lý dữ liệu. - H p hiển thị: Có màn hình cảm ứn ể hiển thị k t quả v u chỉnh các thông số. - Mũ xuy n: Mũ xuy n t p n n, ể âm xuy n v o n n ất. Khi k t thúc thí nghiệm, mũ xuy n n y t ường bỏ lại trong n n ất. (a) (b) Hình 1. Các bộ phận của thiết bị Panda (Benz-Navarrete, 2009) 2.3. Các thế hệ thiết bị Panda ể kh c phục m t số hạn ch của thí nghiệm xuy n ng, thi t bị P n ư c b t ầu nghiên cứu t nhữn năm 1990 tạ Trườn ại học Blaise Pascal, Pháp bởi Gourves (Gourvès R., 1991). Mụ í ủa thi t bị này là có thể thực hiện các thí nghiệm ở những vị trí k k ăn, ểm trở, m ất nghiêng v i m t chi phí khảo sát hiện trường khiêm tốn và dựa vào tải trọn xuy n u chỉn ư ể có thể ứng dụng trong những loạ ất t rất y u, n trung bình. Trải qua ba th p kỷ nghiên cứu, hoàn thiện kỹ thu t ũn n ư lý t uy t, n nay, thi t bị này ã t hệ. Th hệ ầu tiên phát triển năm 1989 ư c thể hiện trong hình 2a. V i mỗi nhát búa tiêu chuẩn gõ xuống, tải trọn t n v o ầu v xuyên củ mũ n v o lòn ất ư c ghi lại nhờ vào cảm bi n g n ở T , sứ k n xuy n ng ở ầu mũ n q ựa theo công thức Hollandais xây dựng t ịnh lu t Newton trong v t lý cổ ển ư c tính toán và hiển thị ngay trên h p dữ liệu. Tuy v y, do thi t bị Panda không có th năn ủ r t trên cao xuống giốn n ư t t bị xuy n ng DCP nên thành phần th năn (M H) tron n t ức 2 Hollandais gố ư c thay th bở n năn s n r o (1/2MV ) n năn n y ư c tính toán dựa trên v n tốc búa tại thờ ểm ti p xúc v , ảm bi n o v n tốc này còn nhi u hạn ch dẫn t i k t quả thí nghiệm k n ín x v t ường gặp nhi u nhiễu loạn. Th hệ thứ hai (Hình 2b) phát triển t nhữn năm 2000 ể cải thiện việ o năn lư ng khi pv o Tại th hệ này, việc tính toán sức kháng xuyên không dự tr n ịnh lu t
72 Newton mà dựa vào lý thuy t n ồi. Ứng suất bi n dạng gây ra bởi lự t ng của búa khi chạm v o ư c ghi lại nhờ các cảm bi n o n dạng ở ầu T ứng suất này, có thể tính to n năn lư ng thực sự truy n v o ầu n y k t p xúc v i búa. Th hệ P n 2 ũn l thi t bị xuy n n ầu tiên sử dụng lý thuy t tính toán này vào khảo sát n n ất truy n thống. n thờ ểm hiện tại, thi t bị Panda 2 ã o n t ện và vẫn n ư c sử dụng r ng rãi tại P p ũn n ư m t số nư n ư C l , Trun Quốc. Th hệ cuố n P n 3 ư c phát triển t năm 2009 (Benz-Navarrete, 2009), hiện nay vẫn n ư c nghiên cứu và hoàn thiện. Ở th hệ n y, năn lư n n xuốn ư c tính toán dựa vào sự lan truy n sóng do sự va chạm giữ v T các số liệu ghi lại ở mỗi nhát búa nhờ cảm bi n bao gồm lự t ng, gia tốc và tố sóng, h p tính toán xử lý dữ liệu và ư r ồ thị nhi u thông số n ư lự k n xuy n n q , M un n dạn ng, tố truy n sóng nén. Qua mỗi th hệ, các h p tính toán hay cảm bi n u ư c cải ti n, ở th hệ thứ 3 này thi t bị có thể k t nối trực ti p v m y tín ể x m v lưu trữ dữ liệu. Tuy th hệ này có thể o ư c nhi u thông số, n ưn ện nay Panda 3 vẫn n tron qu tr n o n t ện và nghiên cứu thực nghiệm, ư ư c sử dụng r n rã n ư P n 2 (a) (b) Hình 2. Sơ đồ nguyên lý thiết bị Panda I (a) và Panda II (b) (Zhou, 1997), (Jurado, 2018) 2.4. Các bước tiến hành thí nghiệm Các nguyên lý tính toán, mô hình lý thuy t củ p ư n p p n y k p ức tạp, tuy v y khi ra thự ịa, việ t o t ể khảo sát n n ất lạ v n n ản ể t o t ư c chỉ cần m t n ười v i các trang bị n ản nhất C ư c ti n hành thí nghiệm gồm có: - Chuẩn bị thí nghiệm: kiểm tra và l p ặt các thi t bị n ư mũ xuy n, ần xuyên, cáp nối v o , p nối vào h p hiển thị, h p tính. - Ti n hành thí nghiệm (Hình 3): Sau khi l p ặt hoàn chỉnh thi t bị, x ịn ểm thí nghiệm v n v o n ở ầu cần xuyên, lự n t ể tùy chỉnh theo t ng loạ ất và thao tác của kỹ thu t v n, ất chặt thì lự n mạn v n ư c lại. Mỗi cần xuyên dài 50cm, tại mỗi ầu r n ể nối v i nhau, tại thờ ểm n ầu, t n t ường g n 2 cần xuy n ể t o t ư c thu n l , s u , mỗ ư c thí nghiệm có thể g n thêm 1 hoặc 2 cần xuyên mỗi lần cho t k mũ
. 73 xuy n ạt t i chi u sâu thí nghiệm. Mỗi lần g n thêm cần xuy n, ây o uyển vị ũn ư c tháo ra và l p lại. Trong quá trình thí nghiệm cần ảm bảo các cần xuy n ư c nối chặt v i nhau v p ư n ủa cần xuy n k n ư c lệ qu 10 so v p ư n quy ịnh. Hình 3. Thí nghiệm Panda tại hiện trường - K t thúc thí nghiệm: K mũ xuy n ạt t sâu x ịnh hoặ ạt chối không thể xuy n t m ư c nữa ta d ng thí nghiệm , p tính và các cáp nố ư c tháo rờ trư c khi ti n hành thu hồi cần xuyên. Cần xuyên có thể ti n hành kéo lên bằng tay hoặc bằng dụng cụ chuyên dụn tron trường h p k k ăn (H n 4) T n t ườn , mũ xuy n ư ể lại trong ất, n ưn tron m t số trường h p ất m m y u, m s t k n n kể thì có thể thu hồ ể sử dụng cho lần sau. Hình 4. Dụng cụ thu hồi cần xuyên 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận K t quả nghiên cứu tr n y tron o n y ư c trích m t phần trong chuỗi thí nghiệm nghiên cứu v hóa lỏn ất tạ ân Du ss -Anne vùng ven biển Tây B nư c Pháp (Hình 5). Trong chuỗi thí nghiệm này, thi t bị P n 3 ư c sử dụn n ư m t tham số so sánh v i k t quả thí nghiệm nén ngang trong lỗ k o n v CPTU ồng thờ ể kiểm tra thi t bị P n 3 n tron quá trình hoàn thiện. K t quả thí nghiệm ư c thể hiện trong hình 6. K t quả CPTU (Hình 6a) cho thấy n n ất khu vực này có sức kháng xuyên giảm dần t o sâu, v i l p b mặt dày 1m cho k t
74 quả sứ k n mũ xuy n nằm trong khoảng 7-18 MPa và giảm dần trong khoản sâu 1-2,5m. T sâu 2,5m trở xuốn n 5m sức kháng xuyên qc nhỏ khoảng 1 MPa. Dựa vào tỷ sức kháng Fr và giá trị qc, ta có thể phân loạ s các l p ất n ư hình 6b (Robertson, 1990). Theo k t quả Panda 3 (Hình 6b), ta có thể nh n thấy rõ rệt l p ất ầu tiên dày 0,8m v i sức k n xuy n ng qd trung bình khoản 20 MP , s u ảm t ng t xuống 10 MPa tạ sâu 0,8m. L p thứ 2 nằm trong khoản sâu 0,8-1,5m v i sức kháng xuyên giảm dần t 10 MPa xuống khoảng 5 MPa tạ sâu 1,5m S u , sứ k n xuy n ng nhỏ, nằm trong khoảng 1-2 MPa. So sánh k t quả của thí nghiệm xuy n tĩn v t í n ệm Panda 3, có thể thấy có sự tư n ồn n kể giữa sứ k n mũ xuy n qc và sứ k n xuy n ng qd. Mặc dù v y, sức kháng xuy n ng qd ườn n ư l n n m t chút so v i sứ k n mũ xuy n qc, nguyên nhân có thể do sứ k n xuy n ng có bao gồm cả m t phần m s t t n n vị củ mũ n xuy n ng. Mặt phân cách giữa l p ất thứ 3 sét pha và l p ất thứ 4 sét trong cả hai thí nghiệm không thực sự rõ rệt vì sự t y ổi k t quả sứ k n mũ xuy n tạ ây l rất nhỏ n ưn n n un , t ể o n ư mặt phân cách giữa hai l p ất 3-4 của cả hai thí nghiệm này trùng khít v i nhau. nn y ã m t số nghiên cứu v mối liên hệ giữa k t quả thí nghiệm Panda và các thí nghiệm khác. Có thể kể n các nghiên cứu của (Gourvès & Richard, 1995); (Langton, 1999), tron t ả ã ư r mối liên hệ n ư s u: Thí nghiệm xuy n tĩn CPT: 1 qd (MPa) = 1 qc MPa (CPT) Thí nghiệm c t cánh: 1 qd (kPa) = Cu (kPa)/(15-20) Thí nghiệm CBR: log10CBR=0,352+1,057log10qd(MPa) Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT: 1 qd (MPa) = (0.1-0.2)N (SPT) Các mối liên hệ trên cho thấy thí nghiệm Panda có thể ư c ứng dụn ể thay th cho nhi u thí nghiệm khảo s t ịa kỹ thu t, k t h p v i sự gọn nhẹ, t o t n ản, ây l m t p ư n pháp rất hứa hẹn ể khảo s t ịa chất công trình hạ tần sở. Mặc dù v y, do mứ phổ bi n ư ư c r ng rãi củ p ư n p p n y n n o nư c Pháp, vẫn cần phải có số lư ng nghiên cứu so sánh nhi u n ể x ịn khả tín của các công thức trên. Hình 5. Vị trí thí nghiệm Panda 3
. 75 (a) (b) (c) Hình 6. Kết quả thí nghiệm CPTU và Panda 3 4. Kết luận K t quả thí nghiệm P n ư c trình bày trong bài báo này cho thấy m t sự tư n ồng n kể giữa sứ k n xuy n ng v i sứ k n mũ n ủa k t quả thí nghiệm CPTU. Bên cạn , kí t ư c nhỏ gọn, t o t n ản khi n o p ư n p p n y rất hữu ích trong các khu vực khảo s t ịa hình phức tạp và có thể ư c ứng dụng trong khảo s t ịa chất công trình, kiểm so t chặt của n n ườn , , p, m p nghiêng hoặc các l p ất chèn lấp ường ống hạ tầng. Lời cảm ơn o ư c hoàn thành v i sự p ỡ củ tài B2022-MDA-04. Tài liệu tham khảo Benz-Navarrete, M.-A. (2009). Mesures dynamiques lors du battage du pénétromètre Panda 2. Clermont- Ferrand II: Université Blaise Pascal. Escobar, E. (2015). Mise au point et exploitation d'une nouvelle technique pour la reconnaisance des sols: le PANDA 3. Clermont-Ferrand: PhD thesis, Université Blaise Pascal-Clermont-Ferrand II. Gourvès, R. (1991). Le panda-pénétromètre dynamique léger à énergie variable. Clermont-Ferrand: LERMES CUST, Université Blaise Pascal,. Gourvès, R., & Richard, B. (1995). The panda ultralight dynamic penetrometer. Proc 11th Euro. Conf. on Soil Mechanics and Foundation Engineering, . Copenhagen. Jurado, C. S. (2018). Exploitation du signal pénétrométrique pour l‟ l‟o t nt on ‟un mo èl terrain. Clermont-Ferrand: Université Clermont Auvergne. Langton, D. (1999). The Panda lightweight penetrometer for soil investigation and monitoring material compaction. Ground engineering, 33-37. Robertson, P. (1990). Soil classification using the cone penetration test. Canadian Geotechnical Journal, , 27(1), pp. 151-158. Zhou, S. (1997). Caractérisation des sols de surface à l'aide du pénétromètre à énergie variable type "PANDA". Clermont-Ferrand II: Université Blaise Pascal.