Chng 11: Ph-ơng pháp đồng vị phóng xạ (tia gamma) Để kiểm tra chất l-ợng và phát hiện khuyết tật trong bê tông móng, ng-ời ta sử dụng nguồn đồng vị C s -137 (hoặc C r-60 ) để khảo sát đặc tr-ng cơ bản của vật liệu. Khi truyền qua bê tông, c-ờng độ bức xạ bị giảm yếu do sự hấp thụ của bê tông. Về lý thuyết đã chứng minh đ-ợc: mật độ bê tông thay đổi phụ thuộc tuyến tính với logarit của c-ờng độ bức xạ I thu nhận theo ph-ơng trình: = A + B ln I Trong đó: A, B đ-ợc xác định trên mẫu chuẩn trong phòng thí nghiệm phụ thuộc vào c-ờng độ bức xạ ban đầu Io, chiều dày của móng d, hệ số suy giảm và một số tham số khác. Khi chiều dày d không đổi thì việc xác định chỉ hoàn toàn phụ thuộc vào số l-ợng tia phóng xạ phát và thu. Từ mật độ và sự phân bố của nó sẽ xác định đ-ợc các khuyết tật và độ đồng nhất của bê tông cọc móng. (3) Ph-ơng pháp biến dạng nhỏ (PIT) Ph-ơng pháp thử bằng biến dạng nhỏ dựa trên nguyên lý phản xạ khi trở kháng thay đổi, của sóng ứng suất truyền dọc theo thân cọc, gây ra bởi tác động của lực xung tại đầu cọc. Nguyên lý công tác của thiết bị dùng trong ph-ơng pháp này đ-ợc trình bày về nguyên tắc ở hình 7.20 với trình tự thực hiện chủ yếu nh- sau: - Dùng búa tay có lắp bộ cảm biến lực, đóng lên đầu cọc; - Ghi lại hình sóng lực xung làm điều kiện biên; Lực cản ở mặt bên của cọc mô phỏng theo luật tắt dần tuyến tính, lực cản ở mũi cọc mô phỏng theo lò xo và bộ phận tắt dần. Dùng các tham số giả định của đất để tính bằng ph-ơng pháp lặp và điều chỉnh trở kháng để sao cho hình sóng tính toán t-ơng đối khớp với hình sóng đo đ-ợc từ thực tế, từ đó phán đoán vị trí và độ lớn khuyết tật. Ngoài ph-ơng pháp biến dạng nhỏ PIT theo tr-ờng phái của Mỹ, ở Viện cơ học Việt Nam có hệ thống thiết bị MIMP-15 kiểm tra chất l-ợng cọc theo nguyên lý trở kháng cơ học (MIM) của ng-ời Pháp theo tiêu chuẩn Pháp NF 160-94. (4). Ph-ơng pháp biến dạng lớn (PDA) Ph-ơng pháp thử bằng biến dạng lớn (theo mô hình E.A. Smith hoặc theo Case) là ph-ơng pháp đo sóng của lực ở đầu cọc và sóng vận tốc (tích phân gia tốc) rồi tiến hành phân tích thời gian thực đối với hình sóng (bằng các tính lặp) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong thanh cứng và liên tục do lực va chạm dọc trục tại đầu cọc gây ra. Nguyên lý của ph-ơng pháp nh- trình bày trên hình 6.21. Các đầu đo gia tốc và ứng suất đ-ợc gắn chặt vào cọc, các tín hiệu từ đầu đo đ-ợc truyền từ cọc nh- năng l-ợng lớn nhất của búa, ứng suất kéo nén lớn nhất của cọc, sức chịu tải Case-Goble, hệ số độ nguyên vẹn đ-ợc quan sát trong quá trình thí nghiệm trên hệ thống máy phân tích và hiển thị. Các số liệu hiện tr-ờng đ-ợc phân tích bằng ch-ơng trình CAPWAP (hoặc Case) nhằm xác định sức chịu tải tổng cộng của cọc, sức chống ma sát của đất ở mặt bên và ở mũi cọc cùng một số thông tin khác về công nghệ đóng và chất l-ợng cọc. Kết quả kiểm tra chất l-ợng cọc bằng ph-ơng pháp biến dạng lớn đ-ợc xử lý bằng phần mềm chuyên dụng và có dạng nh- trình bày trên hình 6.22. Có thể phán đoán mức độ khuyết tật (có tính chất định tính) của cọc theo hệ số hoàn chỉnh (theo bảng 7.38). Bảng 6.38. Phán đoán mức độ khuyết tật của thân cọc Hệ số 1,0 0,8-1,0 0,6-0,8 0,6 Mức độ khuyết tật Hoàn chỉnh Tổn thất ít Phá hỏng Nứt gẫy Nh- đã l-u ý trên đây, các ph-ơng pháp kiểm tra không phá hỏng vừa nêu có những hạn chế của nó. Do đó để có độ tin cậy cao hơn trong việc xác định các khuyết tật của cọc th-ờng phải dùng không ít hơn hai ph-ơng pháp khác nhau để cùng kiểm tra và xác nhận, không vội tin vào một ph-ơng pháp nào khi có nhiều nghi ngờ về kết quả. Có thể để khẳng định, phải dùng các ph-ơng pháp trực giác tuy tốn kém và cồng kềnh nh- khoan lấy mẫu hoặc đào khi điều kiện cho phép. Trong bảng 7.39 và 7.40 tóm tắt nêu một số -u và nh-ợc điểm cũng nh- phạm vi áp dụng của các ph-ơng pháp kiểm tra nói trên. Bảng 6.39. Các ph-ơng pháp truyền qua trực tiếp (tia gamma hoặc siêu âm) P pháp Ư khuyết Ph-ơng pháp kiểm tra bằng siêu âm truyền qua Ph-ơng pháp kiểm tra bằng gamma truyền qua Nguyên tắc và điều -Đo sóng siêu âm truyền qua các ống đặt sẵn -Đo số phóng xạ giữa các ống đặt sẵn hoặc các lỗ kiện áp dụng hoặc các lỗ khoan lấy mẫu. -Các dao động đ-ợc truyền từ một ống khác cùng cao độ để đo thời gian đến và biên độ dao động khoan lấy mẫu. -Nguồn phóng xạ và đầu thu để trong các ống gần nhau hoặc đối diện nhau có đổ đầy n-ớc. Vùng mật độ thấp sẽ làm tăng photon trên đầu đo. Ưu điểm -T-ơng đối nhanh -Xác định đ-ợc khuyết tật giữa các ống khá chuẩn -Không bị hạn chế độ sâu -Xem kết quả ngay trên màn hình -T-ơng đối nhanh -Xác định đ-ợc khuyết tật giữa các ống khá chuẩn -Không bị hạn chế độ sâu -Xem kết quả ngay trên màn hình Nh-ợc điểm -Phải đặt tr-ớc các ống hoặc phải khoan lỗ -Khó xác định đ-ợc khuyết tật ở gần mặt bên của cọc -Phải đặt tr-ớc các ống hoặc phải khoan lỗ -Có thể gây nhiễm phóng xạ -Khoảng cách lớn nhất giữa các ống là 80cm. ứng dụng -Kiểm tra đồng chất của bê tông hoặc xác định bất kỳ khuyết tật nào trong cọc -Kiểm tra đồng chất của bê tông hoặc xác định bất kỳ khuyết tật nào trong thân cọc Bảng 6.40. Các ph-ơng pháp thử động bề mặt (PIT, MIM, PDA) P.pháp Ư khuyết Ph-ơng pháp thử động biến dạng nhỏ (gõ - PIT, MIM) Ph-ơng pháp thử động biến dạng lớn (PDA) Nguyên tắc và điều kiện áp dụng - Đo thời gian truyền sóng dọc trong bê tông. - Dùng búa gõ vào đầu cọc truyền sóng nén đi - Đo vận tốc và biến dạng đầu cọc. - Dùng búa rơi tự do trên đầu cọc để gây ra chuyển dịch cọc xuống gặp mũi cọc hoặc bất kỳ khuyết tật nào sẽ phản xạ lại bề mặt. - Việc phân tích sẽ tiến hành sau vào trong đất - Dùng lý thuyết ph-ơng trình truyền sóng để phân tích Ưu điểm - Không cần chôn ống tr-ớc - Thiết bị gọn nhẹ xách tay - Nhanh -Không cần chôn ống tr-ớc -Thiết bị gọn nhẹ xách tay -Nhanh Nh-ợc điểm -Không xác định đ-ợc đ-ờng kính cọc -Không xác định đ-ợc các khuyết tật trong phạm vi 30cm ở đầu cọc hoặc chiều dài lớn hơn 30 lần đ-ờng kính -Phải có quả búa rơi đủ nặng và gây va đập trên đầu cọc khoan nhồi -Việc chuẩn bị thử rất phức tạp và đòi hỏi sự cẩn thận cao. ứng dụng -Kiểm tra sơ bộ tính đồng nhất của bê tông và xác định sơ bộ khuyết tật trong thân cọc -Xác định khá chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên thân cọc. -Xác định sức chịu tải của cọc (phân bố ma sát thành bên+sức chống ở mũi) -Xây dựng đ-ợc biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị. . dạng nhỏ PIT theo tr-ờng phái của Mỹ, ở Viện cơ học Việt Nam có hệ thống thi t bị MIMP-15 kiểm tra chất l-ợng cọc theo nguyên lý trở kháng cơ học (MIM) của ng-ời Pháp theo tiêu chuẩn Pháp NF. suất truyền dọc theo thân cọc, gây ra bởi tác động của lực xung tại đầu cọc. Nguyên lý công tác của thi t bị dùng trong ph-ơng pháp này đ-ợc trình bày về nguyên tắc ở hình 7.20 với trình tự. Chng 11: Ph-ơng pháp đồng vị phóng xạ (tia gamma) Để kiểm tra chất l-ợng và phát hiện khuyết tật trong bê tông móng, ng-ời ta sử dụng nguồn đồng vị C s -137 (hoặc C r-60 ) để khảo sát đặc