Chương 4 — Lấy mẫu và thử nghiệm hiện trường¶

Chương này bàn về các phương pháp lấy mẫu và thử nghiệm tại chỗ, và quan trọng hơn — về các hệ số hiệu chỉnh phải áp dụng trước khi dùng kết quả. Đây là chương giải thích vì sao giá trị SPT "thô" báo trên biên bản hố khoan không được đưa thẳng vào thiết kế.

Figure: burt-ch04-spt-corrections

Hình. Thí nghiệm SPT và chuỗi hiệu chỉnh từ N hiện trường về (N₁)₆₀ qua các hệ số năng lượng, đường kính lỗ khoan, chiều dài cần và loại ống mẫu.

4.1 Các loại lấy mẫu¶

Bảng của mục này phân loại mẫu theo mức độ xáo trộn: mẫu nguyên dạng (lấy bằng ống mẫu thành mỏng hoặc mẫu khối), mẫu ít xáo trộn, và mẫu xáo trộn (từ ống phẩy tiêu chuẩn).

Bảng 4.1 — Phân loại mẫu theo mức xáo trộn.

Loại mẫu	Phương pháp	Mức xáo trộn	Dùng cho
Nguyên dạng	Mẫu khối, ống thành mỏng	Không / ít	Cường độ, nén cố kết
Ít xáo trộn	Ống mẫu piston	Ít–vừa	Cường độ, nén cố kết
Xáo trộn	Ống phẩy tiêu chuẩn (SPT)	Nhiều	Phân loại, chỉ số
Hoàn toàn xáo trộn	Khoan rửa, guồng xoắn	Rất nhiều	Nhận dạng lớp

4.2 Các loại khoan¶

Bảng của mục này liệt kê các phương pháp khoan (khoan guồng xoắn, khoan rửa, khoan xung kích, khoan kim cương) và phạm vi đất đá phù hợp với từng loại.

Bảng 4.2 — Các phương pháp khoan và phạm vi phù hợp.

Phương pháp	Phù hợp với
Guồng xoắn (auger)	Đất mềm đến dẻo cứng, trên mực nước ngầm
Khoan rửa (wash boring)	Đất hạt rời, phân loại nhanh
Xung kích (percussive)	Sỏi, cuội, đá phong hóa
Khoan kim cương (diamond)	Đá, lấy lõi liên tục
Khoan nón xoay (TC bit)	Đất cứng, đá mềm

4.3 Lấy mẫu hiện trường¶

Hướng dẫn lấy mẫu: vị trí, độ sâu, ký hiệu mẫu, bảo quản và vận chuyển về phòng thí nghiệm, cùng thời gian tối đa từ lấy mẫu đến thí nghiệm.

4.4 Thử nghiệm hiện trường¶

Bảng của mục này liệt kê các thí nghiệm tại chỗ phổ biến (SPT, CPT, DMT, áp kế máy nén ngang, cắt cánh vane) và đại lượng mà mỗi thí nghiệm đo được.

Bảng 4.4 — Các thí nghiệm hiện trường và đại lượng đo được.

Thí nghiệm	Đại lượng đo được
SPT	Số búa N, mẫu xáo trộn
CPT	qc, fs, u
DMT	p0, p1, p2
Áp kế (pressuremeter)	pL, EM
Cắt cánh (vane)	Cu của sét mềm
Địa vật lý (seismic)	Vs, Vp

4.5 So sánh các thí nghiệm tại chỗ¶

Bảng so sánh các thí nghiệm theo chi phí, độ tin cậy, loại đất phù hợp và thông số suy ra được — giúp chọn thí nghiệm theo câu hỏi thiết kế.

Bảng 4.5 — So sánh các thí nghiệm tại chỗ.

Thí nghiệm	Chi phí	Độ tin cậy	Loại đất phù hợp	Thông số suy ra
SPT	Thấp	Trung bình	Đa số đất, kể cả sỏi	Dr, φ, Cu, E
CPT	Trung bình	Cao	Cát, bụi, sét mềm	Phân loại, φ, Cu, OCR, E
DMT	Trung bình	Cao	Sét, bụi, cát	K₀, OCR, E, Cu
Áp kế (pressuremeter)	Cao	Cao	Đất hạt rời, đá mềm	E, pL, K₀
Cắt cánh (vane)	Thấp	Trung bình	Sét mềm	Cu

4.6 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn trong đất (SPT)¶

Quy trình SPT: ống phẩy tiêu chuẩn, búa 63,5 kg rơi 760 mm, đếm số búa cho 300 mm xuyên cuối. Bảng của mục này liên hệ N với độ chặt tương đối và góc ma sát (chi tiết ở Chương 5).

Bảng 4.6 — Liên hệ N với độ chặt tương đối và góc ma sát.

Độ chặt tương đối	N hiện trường	Dr	φ (cát sạch)
Rất rời	≤ 4	< 15%	< 28°
Rời	4–10	15–35%	28–30°
Chặt vừa	10–30	35–65%	30–40°
Chặt	30–50	65–85%	40–45°
Rất chặt	> 50	> 85%	45–50°

Chi tiết hệ thức cường độ xem Chương 5.

4.7 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn trong đá¶

SPT trong đá bị ảnh hưởng mạnh bởi khe nứt và mức từ chối; bảng của mục này đưa cách diễn giải giá trị N cao trong đá phong hóa.

Bảng 4.7 — Diễn giải giá trị N cao trong đá phong hóa.

Hiện tượng	Diễn giải
N tăng đột ngột	Gặp đá hoặc tầng cứng
N = 50 (từ chối)	Có thể đá, cuội, hoặc lớp rất chặt
N cao nhưng thu hồi mẫu thấp	Nghi ngờ đá nứt hoặc cuội — kiểm tra bằng khoan lõi
N cao trong "đất"	Xác minh lại mô tả đất và mức từ chối

4.8 Hệ số hiệu chỉnh theo tải phủ cho kết quả SPT¶

Hệ số hiệu chỉnh áp lực tải phủ Cn đưa N về ứng suất thẳng đứng hữu hiệu chuẩn 100 kPa, cho ra N₁ = Cn · N. Bảng của mục này đưa công thức Cn và bảng tra theo độ sâu/ứng suất.

Bảng 4.8 — Hệ số hiệu chỉnh áp lực tải phủ Cn.

σ′v (kPa)	Cn (xấp xỉ)
25	1,4
50	1,2
100	1,0
200	0,85
400	0,7

Cn ≈ √(100 / σ′v), giới hạn Cn ≤ 1,7 (Liao & Whitman); N₁ = Cn · N.

4.9 Hệ số hiệu chỉnh thiết bị và hố khoan cho kết quả SPT¶

Bảng của mục này liệt kê các hiệu chỉnh năng lượng búa (CE), đường kính hố khoan (CB), chiều dài cần (CR) và loại ống lấy mẫu (CS), cho ra giá trị N₆₀ = N · (CE·CB·CR·CS) dùng cho mọi hệ thức tương quan.

Bảng 4.9 — Các hệ số hiệu chỉnh thiết bị và hố khoan.

Hệ số	Ý nghĩa	Giá trị điển hình
CE	Năng lượng búa	0,5–1,0 (búa an toàn 0,6–0,8)
CB	Đường kính hố khoan	1,0 cho 65–115 mm, giảm khi lớn hơn
CR	Chiều dài cần	1,0 cho 3–4 m; 0,75 khi < 3 m
CS	Loại ống lấy mẫu	1,0 (có lót); 1,1–1,3 (không lót)

N₆₀ = N · (CE · CB · CR · CS).

4.10 Thí nghiệm xuyên nón (CPT)¶

Bảng của mục này đưa cách đọc sức kháng nón qc, ma sát thành fs, tỷ số ma sát FR = fs/qc, và áp lực lỗ rỗng u — dùng để phân loại đất và suy ra thông số (xem Chương 5).

Bảng 4.10 — Các đại lượng đọc từ thí nghiệm CPT.

Đại lượng	Ký hiệu	Ý nghĩa
Sức kháng nón	qc	Cường độ xuyên của đầu nón
Ma sát thành	fs	Ma sát bên của ống
Tỷ số ma sát	FR = fs / qc	Chỉ số phân loại đất
Áp lực lỗ rỗng	u	Đo bằng piezocone (CPTu)

4.11 Thí nghiệm áp kế màng (DMT)¶

Bảng của mục này đưa các chỉ số A, B, C (p0, p1, p2) và các chỉ số dẫn xuất ID (vật liệu), KD (ứng suất ngang), ED (mô đun).

Bảng 4.11 — Các chỉ số của thí nghiệm DMT.

Chỉ số	Định nghĩa	Ý nghĩa
A	p0	Áp lực tiếp xúc màng
B	p1	Áp lực mở rộng màng
C	p2	Áp lực đóng màng
ID	(p1 − p0) / (p0 − u0)	Chỉ số loại vật liệu
KD	(p0 − u0) / σ′v	Chỉ số ứng suất ngang
ED	34,7 × (p1 − p0)	Mô đun DMT

4.12 Thí nghiệm áp kế (pressuremeter)¶

Thí nghiệm nén ngang đo áp lực giới hạn pL và mô đun áp kế EM — phù hợp với đất hạt rời và đá mềm.

4.13 Cắt cánh (vane shear)¶

Thí nghiệm cắt cánh đo cường độ kháng cắt không thoát nước Cu tại chỗ trong sét mềm — nhanh, rẻ, và không lấy mẫu.

4.14 Hệ số hiệu chỉnh cắt cánh¶

Bảng của mục này đưa hệ số hiệu chỉnh μ theo chỉ số dẻo (Bjerrum), vì cắt cánh đo cường độ khác với cường độ "dài hạn" dùng trong thiết kế: Cu(thiết kế) = μ · Cu(vane).

Bảng 4.14 — Hệ số hiệu chỉnh cắt cánh theo chỉ số dẻo (Bjerrum).

PI (%)	μ
20	1,0
30	0,9
40	0,85
50	0,8
60	0,75
80	0,7
≥ 100	0,65

Cu(thiết kế) = μ · Cu(vane).

4.15 Thí nghiệm xuyên nón động (DCP)¶

DCP có năng lượng bằng khoảng ⅓ SPT nhưng hình dạng nón ít ma sát hơn ống phẩy. Bảng của mục này liên hệ n (số búa/100 mm) với cường độ (xem mục 5.10).

Bảng 4.15 — Liên hệ số búa DCP với cường độ tương đối.

n (búa / 100 mm)	Cường độ tương đối
0–3	Rất yếu
3–6	Yếu
6–10	Trung bình
10–20	Cứng
> 20	Rất cứng / từ chối

4.16 Cường độ bề mặt từ đi bộ khảo sát¶

Bảng của mục này đưa cách ước lượng cường độ bề mặt bằng dấu giày, dấu bánh xe và dấu thiết bị — một công cụ rẻ tiền để đánh giá nhanh tính thi công.

Bảng 4.16 — Ước lượng cường độ bề mặt từ dấu giày.

Dấu hiệu	Cường độ bề mặt tương đối
Không để lại dấu	Rất cứng
Dấu mờ	Cứng
Dấu rõ, giày lún nhẹ	Trung bình
Lún sâu vài cm	Mềm
Lún > 5 cm	Rất mềm

4.17 Cường độ bề mặt từ xe chạy qua¶

Bảng liên hệ vết bánh xe với cường độ bề mặt và loại đất, dùng cho khảo sát sơ bộ đường và nền đường.

Bảng 4.17 — Ước lượng cường độ từ vết bánh xe.

Vết bánh xe	Cường độ bề mặt
Không có vết	Cứng, chịu tải tốt
Vết nông, ổn định	Trung bình
Vết sâu, đất đùn lên	Yếu
Bánh lún, xe không qua được	Rất yếu

4.18 Vận hành thiết bị đào đất¶

Bảng của mục này liên hệ loại đất/đá với phương pháp đào phù hợp (máy đào, máy ủi, cày xới, nổ mìn) và năng suất điển hình (xem Chương 12).

Bảng 4.18 — Liên hệ loại vật liệu với phương pháp đào.

Vật liệu	Phương pháp đào phù hợp
Đất rời, mềm	Máy đào, máy ủi thông thường
Đất dính, cứng	Máy đào lực lớn, cày xới (ripper)
Đá phong hóa mạnh	Cày xới, búa thủy lực
Đá mềm–trung bình	Búa thủy lực, nổ mìn nhẹ
Đá mạnh	Nổ mìn

Năng suất đào xem Chương 12.

Ghi nhớ của chương¶

Không dùng N thô. Luôn hiệu chỉnh về N₆₀ (mục 4.8–4.9) trước khi áp dụng bất kỳ hệ thức tương quan nào.
Hiệu chỉnh cắt cánh (mục 4.14) là bắt buộc — bỏ qua sẽ thiết kế quá thiên về an toàn.
Chọn thí nghiệm theo câu hỏi thiết kế, không theo thói quen.