Trong công tác khảo sát địa chất công trình, đặc biệt là tại các vùng có tầng đất yếu phức tạp, thí nghiệm xuyên tĩnh CPT là một trong những phương pháp khảo sát hiện trường (In-situ test) hiệu quả nhất. Phương pháp này cung cấp dữ liệu liên tục về các đặc tính cơ lý của đất nền, giúp các kỹ sư đưa ra giải pháp thiết kế móng tối ưu và chính xác.
VNG (Viet Nam Geological) hiện là đơn vị tiên phong cung cấp dịch vụ thí nghiệm CPT/CPTu trọn gói, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt trong và ngoài nước.
Thế nào là thí nghiệm CPT, CPTu?
-
Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (Cone Penetration Test): Là phương pháp sử dụng hệ thống kích thủy lực để ấn một mũi xuyên hình nón vào trong đất với tốc độ không đổi. Quá trình này giúp đo đạc các lực cản của đất tác dụng lên mũi xuyên và ống chiến (măng sông) nhằm xác định các đặc tính kỹ thuật của các lớp đất đá và phân tầng địa tầng.
-
Thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu (Piezocone Penetration Test): Là bước cải tiến của CPT tiêu chuẩn, tích hợp thêm bộ cảm biến đo áp lực nước lỗ rỗng ($u$). Thí nghiệm CPTu được ứng dụng chủ yếu trong đất dính (sét, bùn) và đất rời có kích thước hạt mịn (nhỏ hơn đường kính đầu xuyên) nhằm đánh giá tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng, tính thấm và khả năng chịu nén của đất.
Thí nghiệm CPT để làm gì?
Công tác thí nghiệm xuyên tĩnh tại hiện trường trỏ tới các mục tiêu kỹ thuật cốt lõi sau:
-
Phân tầng địa chất: Xác định ranh giới liên tục giữa các lớp đất theo chiều sâu mà không làm xáo động cấu trúc tự nhiên của nền đất.
-
Xác định sức kháng xuyên mũi (qc): Đo lực cản hình nón khi mũi xuyên tiến sâu vào lòng đất.
-
Xác định ma sát thành đơn vị (fs): Đo lực cản ma sát của đất tác dụng lên ống măng sông hình trụ.
-
Đo áp lực nước lỗ rỗng (u): Đánh giá sự phát triển và tiêu tán của áp lực nước dưới đất khi ấn dụng cụ xuyên piezocone, làm cơ sở tính toán hệ số thấm và độ lún cố kết.
Quy trình thực hiện thí nghiệm xuyên tĩnh CPT
Thiết bị thí nghiệm chủ lực
Hệ thống thiết bị CPT/CPTu tại VNG được cấu thành từ các bộ phận tiêu chuẩn:
-
Mũi xuyên: Bộ phận trực tiếp tiếp xúc với đất, đầu mũi hình nón có góc đỉnh 60°, đường kính đáy mũi 35.7 mm (diện tích tiết diện ngang $F_c = 10\text{ cm}^2$). Mũi xuyên tích hợp cảm biến điện tử để truyền tín hiệu về bộ xử lý. Đối với CPTu, mũi xuyên có gắn thêm đá thấm để đo áp lực nước.
-
Cần xuyên: Ống thép đặc biệt đường kính đồng bộ với mũi xuyên, chiều dài mỗi cần vách 1000 mm, bên trong rỗng để luồn cáp tín hiệu.
-
Hệ thống truyền lực: Bơm thủy lực và pittông công suất lớn để ấn hệ thống cần xuyên xuống đất.
-
Hệ thống Interface: Gồm các module điều khiển kỹ thuật số, màn hình hiển thị trực tiếp và máy ghi số liệu tự động (sử dụng các bộ đo tiên tiến như CPT Gouda-Geo hoặc CPT Geomil).
-
Hệ thống đối tải: Trọng lượng xe tải chuyên dụng hoặc hệ thống neo xoắn cắm sâu vào lòng đất để tạo phản lực trong quá trình ấn.
Quy trình vận hành tại hiện trường
-
Chuẩn bị: Kiểm tra hiệu chuẩn cảm biến, định vị chính xác vị trí tim hố xuyên theo bản đồ thiết kế, cố định hệ thống neo hoặc xe đối tải đảm bảo tháp xuyên vuông góc với mặt đất.
-
Tiến hành xuyên: Kích hoạt hệ thống thủy lực, ấn cần xuyên liên tục vào đất với tốc độ tiêu chuẩn 2 cm/s.
-
Nối cần: Quá trình xuyên chỉ được dừng ngắn hạn khi tiến hành nối thêm cần xuyên. Các kỹ sư phải kiểm tra độ thẳng đứng liên tục, tránh hiện tượng cong hoặc gãy cần.
Các thông số kỹ thuật và công thức tính toán
-
Sức kháng xuyên đầu mũi (qc): qc = Qc / Fc Trong đó: qc là sức kháng xuyên đơn vị (kG/cm2); Qc là lực tác dụng lên đáy mũi xuyên (kG); Fc là diện tích tiết diện đáy mũi (10 cm2).
-
Ma sát thành đơn vị (fs): fs = Qs / Fs Trong đó: fs là ma sát thành đơn vị (kG/cm2); Qs là lực tác dụng lên ống đo ma sát (kG); Fs là diện tích bề mặt ống đo ma sát (cm2).
-
Sức kháng xuyên tổng (Qt): Qt = Qc + Qs
-
Tỷ số sức kháng xuyên (Fr): Fr = (fs / qc) x 100%
Báo cáo thí nghiệm CPT và Hệ thống bảng tra kỹ thuật
Kết quả thí nghiệm CPT được xuất dưới dạng biểu đồ quan hệ theo chiều sâu. Trục tung biểu diễn độ sâu (m), trục hoành biểu diễn sự biến đổi liên tục của các thông số qc, fs, và áp lực nước lỗ rỗng u.
Doanh nghiệp có thể ứng dụng số liệu đồ thị để phân loại và đánh giá trạng thái đất nền dựa trên các bảng quy chuẩn kỹ thuật sau:
Phân loại đất theo tỷ số ma sát (Fr) của các tác giả quốc tế
| Loại đất | Schmertmann | Begemann | Fugro | Sangleret |
| Cát sạn | 0 – 0.5 | |||
| Cát | 0.5 – 2 | 1.25 – 1.6 | 0.5 – 1.5 | < 2 |
| Cát bụi | 1.75 – 2.5 | 1.6 – 2.5 | 1.5 – 2 | 1 – 2.75 |
| Bụi | 2.3 – 3.5 | 2.5 – 3.6 | 2 – 2.5 | 2.75 – 3.5 |
| Sét bụi, sét pha | 3 – 4.5 | 3.6 – 4 | 2.5 – 3 | 3.4 – 7 |
| Sét | > 4 | 4 – 7 | 3 – 6 | 3 – 8 |
| Than bùn | > 7 | > 6 |
Phân loại đất theo tiêu chuẩn Việt Nam (20 TCN – 174 – 89)
| Loại đất | qc (kG/cm2) | Fr (%) |
| Cát hạt thô và trung | > 90 | 0.3 – 0.8 |
| Cát hạt mịn | < 90 | 0.5 – 0.7 |
| Cát bụi, cát pha | < 30 | 1.0 – 3.0 |
| Sét pha | 7 – 40 | 2.0 – 4.0 |
| Sét | 7 – 30 | 4.0 – 9.0 |
| Bùn | 0.2 – 5.0 |
Xác định độ chặt của đất loại cát (Theo RXN 33-70)
| Loại cát | Sức kháng mũi qc (kG/cm2) | Độ chặt quy ước | Hệ số rỗng e |
| Hạt to và vừa |
< 50 50 – 150 > 150 |
Rời Chặt vừa Chặt |
> 0.70 0.70 – 0.55 < 0.55 |
| Hạt nhỏ |
< 30 30 – 100 > 100 |
Rời Chặt vừa Chặt |
> 0.75 0.75 – 0.60 < 0.60 |
| Hạt mịn ít ẩm |
< 30 30 – 100 > 100 |
Rời Chặt vừa Chặt |
> 0.80 0.80 – 0.60 < 0.60 |
| Hạt mịn bão hòa nước |
< 15 15 – 60 > 60 |
Rời Chặt vừa Chặt |
> 0.80 0.80 – 0.60 < 0.60 |
Xác định độ sệt (trạng thái) của đất loại sét theo qc
| Sức kháng xuyên mũi qc (kG/cm2) | Trạng thái đất nền |
| > 50 | Cứng |
| 30 – 50 | Nửa cứng |
| 10 – 30 | Dẻo cứng |
| < 10 | Dẻo mềm và dẻo chảy |
Xác định góc ma sát trong (phi) của đất cát theo độ sâu
| Sức kháng mũi qc (kG/cm2) | Góc ma sát trong (độ) theo chiều sâu khảo sát | ||
| < 2 m | 2 – 5 m | > 5 m | |
| 10 | 28 | 27 | 26 |
| 20 | 30 | 29 | 28 |
| 40 | 32 | 31 | 30 |
| 70 | 34 | 33 | 32 |
| 120 | 36 | 35 | 34 |
| 200 | 38 | 37 | 36 |
| 300 | 40 | 39 | 38 |
Xác định áp lực tính toán quy ước (R0) theo TCN – 174 89
| Sức kháng xuyên mũi qc (kG/cm2) | Áp lực tính toán quy ước R0 (kG/cm2) |
| 10 | 1.2 |
| 20 | 2.2 |
| 30 | 3.1 |
| 40 | 4.0 |
| 50 | 4.9 |
| 60 | 5.8 |
Dịch vụ thí nghiệm xuyên tĩnh chất lượng cao từ VNG
Để đảm bảo tính chính xác và giá trị pháp lý cao nhất cho hồ sơ kỹ thuật, công tác thí nghiệm CPT phải được vận hành bởi đơn vị khảo sát địa kỹ thuật chuyên sâu. VNG (Viet Nam Geological) cam kết mang lại giải pháp khảo sát hiện trường toàn diện:
-
Hệ thống xe chuyên dụng và máy xuyên tĩnh kỹ thuật số đời mới từ các thương hiệu hàng đầu thế giới (Geomil, Gouda-Geo).
-
Đội ngũ kỹ sư địa chất dày dặn kinh nghiệm, xử lý số liệu chuẩn xác bằng các phần mềm chuyên ngành hiện đại.
-
Báo cáo kết quả rõ ràng, minh bạch, nghiệm thu đạt chuẩn các quy định của Bộ Xây dựng.
Bên cạnh công tác CPT, VNG cung cấp giải pháp đồng bộ từ khâu khoan thăm dò ban đầu cho đến lập báo cáo địa kỹ thuật chi tiết. Để được hỗ trợ các tiêu chuẩn thí nghiệm hiện hành, quý khách hàng có thể đối chiếu thêm thông tin tại chuyên mục Tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam trên Wikipedia.
