Tài liệu về xây dựng cầu phần móng cầu (nền móng + cọc khoan nhồi)

Tình hình áp dụng các phương pháp kiểm tra chất lượng và xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam : ở nước ta trong những năm gần đây cọc khoan nhồi đã được sử dụng phổbiến trong

phổ biến thì công nghệ thi công cọc khoan nhồi cũng đã được sử dụng một cáchrộng rãi Qua thực tế thi công cho thấy đã có nhiều sai sót về mặt kỹ thuật vàxẩy ra một số sự cố đáng tiếc Điều đó cho thấy cần phải quan tâm tới công tácquản lý, kiểm tra và đánh giá chất lượng cọc khoan nhồi và đề ra các giải phápkhắc phục.

tình hình áp dụng các phương pháp kiểm tra cọc khoan nhồi

Tình hình áp dụng các phương pháp kiểm tra chất lượng và xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi trên thế giới :

Trên thế giới, các phương pháp kiểm tra chất lượng và xác định sức chịu tảicọc khoan nhồi được quan tâm từ rất sớm Đến nay đã có rất nhiều cácnghiên cứu lý thuyết, các phương pháp và thiết bị kiểm tra được áp dụng cóhiệu quả trong công tác quản lý chất lượng cọc khoan nhồi Có nhiều hãngchuyên sản xuất thiết bị và thực hiện công tác kiểm tra, đánh giá chất lượngcọc nh PDI, LOADTEST của Mü, TNO của Hà Lan, Testconsult,

♦ Các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc :

Các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi ban đầu chủ yếu dựavào nguyên lý phản hồi âm thanh, phản hồi xung Năm 1983, Trung tâm thí

nghiệm động lực học ở Delft (Hà Lan) đã nghiên cứu, phát triển phương

pháp phản hồi âm thanh để kiểm tra độ đồng nhất thân cọc

Năm 1977, Wetman đề xuất phương pháp phản hồi xung và đo trở kháng cọc

để xác định khuyết tật trong cọc và độ cứng của hệ cọc-đất nền Đây chính là

cơ sở lý thuyết cho các thiết bị kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi nh là PIT

của hãng PDI-Mü, MIMP của Pháp.

Cũng từ nguyên lý này một số phương pháp kiểm tra chất lượng cọc được đềxuất nh là phương pháp chấn động song song, phương pháp sóng ứng suấttrong Tuy nhiên các phương pháp này chỉ được sử dụng trong các trườnghợp đặc biệt

Phương pháp siêu âm truyền qua nhờ các ống đặt sẵn trong cọc cũng là mộtphương pháp được sử dụng phổ biến trên thế giới Phương pháp này dựa vàovận tốc âm truyền trong bê tông để đánh giá chất lượng cọc Đã có nhiều thiết

bị kiểm tra được chế tạo, trong đó thiết bị được sử dụng nhiều nhất là CSL

(Crosshole Sonic Logging) của hãng Olson Instrument.

Ngoài các phương pháp nêu trên, người ta còn sử dụng một số phương phápsau để kiểm tra chất lượng cọc : phương pháp khoan lấy lõi, phương pháp tiagamma, phương pháp nội soi bê tông

♦ Các phương pháp thư tải xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi :

Trong các phương pháp thư tải cọc khoan nhồi thì phương pháp thư tải tĩnhtruyền thống là phương pháp cho độ chính xác cao nhất và cũng được sửdụng sớm nhất Tuy nhiên, khi các cọc khoan nhồi được thi công sâu hơn,đường kính cọc lớn hơn dẫn đến sức chịu tải cọc rất lớn thì phương pháp thưtải tĩnh truyền thống gặp khó khăn

Những năm 60, Viện công nghệ Case đã xây dựng “Phương pháp thư độngbiến dạng lớn PDA” để kiểm tra sức chịu tải cọc khoan nhồi dựa trên lýthuyết truyền sóng trong cọc Đến nay, phương pháp này được sử dụng phổbiến và được đưa vào quy trình của nhiều nước

Đầu những năm 1980, giáo sư người Mü Jorj O Osterberg của Trường Đạihọc Northwestern, Florida đã đưa ra một công nghệ nén tĩnh mới mà sau này

mang tên ông là “Phương pháp thư tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg”.

Tải trọng thư tác dụng lên cọc được truyền từ hộp tải trọng đặt sẵn trong thâncọc trước khi đổ bê tông Cho đến nay phương pháp này đã được áp dụngrộng rãi và được đưa vào tiêu chuẩn của nhiều nước Công ty Loadtest đang

và thực nghiệm được tiến hành ở nhiều nước, đây cũng là diễn đàn để traođổi để hoàn thiện hơn phương pháp này Hiện nay, hãng TNO của Hà Lan,

một hãng đi đầu trong nghiên cứu phương pháp STATNAMIC đang có hệ

thống thiết bị được sử dụng phổ biến nhất

Tình hình áp dụng các phương pháp kiểm tra chất lượng và xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam :

ở nước ta trong những năm gần đây cọc khoan nhồi đã được sử dụng phổbiến trong xây dựng nền móng các công trình xây dựng, giao thông,cảng, Việc kiểm tra đánh giá chất lượng và sức chịu tải của cọc khoan nhồi

đã được quan tâm chú ý

♦ Các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc :

Phương pháp tia gama là phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

được sử dụng lần đầu tiên ở nước ta trong xây dựng cầu Việt Trì (vào đầu

những năm 90) Tuy nhiên nó có hạn chế về độ an toàn và bề dày bê tông đo

được, do đó không được áp dụng rộng rãi

Hiện nay, các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi được sử dụng

phổ biến trong nước là phương pháp thư động biến dạng nhỏ (PIT, MIMP) và

phương pháp siêu âm truyền qua Hầu hết các cọc khoan nhồi được kiểm trađều áp dụng đồng thời cả hai phương pháp này

♦ Các phương pháp thư tải cọc khoan nhồi :

Phương pháp thư tải tĩnh là phương pháp được sử dụng đầu tiên để xác địnhsức chịu tải cọc khoan nhồi

Ngoài ra, hiện nay phương pháp thư động biến dạng lớn cũng đang được sửdụng phổ biến ở nước ta Hầu hết các công trình có sử dụng cọc khoan nhồiđều áp dụng phương pháp thư tải này

Phương pháp thư tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg được áp dụng lần đầutiên ở nước ta trong công trình cầu Mü Thuận vào đầu năm 1998, tiếp đó làcầu Lạc Quần vào cuối năm 1998 Để có thể áp dụng phổ biến phương phápnày cần phải đào tạo được đội ngũ cán bộ có trình độ tay nghề cao

Phương pháp thư tải tĩnh động STATNAMIC là phương pháp chỉ mới được

nghiên cứu về mặt lý thuyết ở Việt Nam Năm 1995, tư vÂn Anh đã đề nghị

áp dụng cho thư cọc tại cảng container Tân Thuận nhưng không được phíaViệt Nam chấp thuận, nguyên nhân có thể do tại thời điểm đó công nghệ nàycòn quá mới đối với chúng ta Với ưu thế về độ tin cậy và giá thành hợp lý,

trong thời gian tới chắc chắn phương pháp thư tải tĩnh động STATNAMIC sẽ

được áp dụng trong việc thư tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam

Các phương pháp kiểm tra cọc khoan nhồi

Kiểm tra chất lượng cọc trong quá trình thi công :

Giới thiệu chung :

Trong giai đoạn thi công (trước khi hình thành cọc), các chỉ tiêu cần kiểm tra

gồm có :

Chất lượng lỗ cọc trước khi đổ bê tông;

Chất lượng và khối lượng bê tông đổ vào cọc;

Lồng cốt thép trong lỗ cọc

Nếu thi công bằng phương pháp ít (dùng dung dịch sét hoặc hoá phẩm khác

để giữ ổn định thành lỗ cọc) thì phải kiểm tra chất lượng dung dịch :

Chế tạo dung dịch đạt chỉ tiêu kỹ thuật;

Điều chỉnh dung dịch theo điều kiện địa chất công trình, điều kiện địa chất thủvăn và công nghệ khoan cụ thể

Kiểm tra chất lượng lỗ cọc :

Chất lượng lỗ cọc là một trong các yếu tố có ý nghĩa quyết định đến chất

TT Thông số kiểm

tra

Phương pháp kiểm tra

1 Tình trạng lỗ cọc

- Kiểm tra bằng mắt có thêm đèn dọi

- Dùng phương pháp siêu âm hoặc camera ghi chụp thành

lỗ cọc

2 Vị trí, độ thẳng đứng

và độ sâu

- Đo đạc so với mốc và tuyến chuẩn

- So sánh khối lượng đất lấy lên với thể tích hình học của cọc

- Theo lượng dùng dung dịch giữ thành vách

- Theo chiều dài tời khoan

- Quả dọi

- Máy đo độ nghiêng, phương pháp siêu âm

3 Kích thước lỗ

- Mẫu, calip, thước xếp mở và tự ghi độ lớn nhỏ đường kính

- Theo đường kính giữ ống thành

- Theo mức độ của cánh mũi khoan khi mở rộng đáy

- Độ sạch của nước xối rửa

- Phương pháp quả tạ rơi hoặc xuyên động

- Phương pháp điện (điện trở, điện dung )

- Phương pháp âmBảng trên trình bày các phương pháp khá đơn giản để kiểm tra chất lượng lỗcọc, tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp phải dùng thiết bị máy móc thíchhợp mới thực hiện được các yêu cầu về kiểm tra chất lượng lỗ cọc

Kiểm tra kích thước và đặc trưng hình học lỗ cọc :

Đo đường kính lỗ cọc :

Đường kính thân cọc hoặc đáy cọc có mở rộng là dựa vào thiết bị tạo lỗ theokích thước thiết kế Trong trường hợp không dùng ống vách để giữ thành thìđường kính của lỗ cọc trước khi lắp đặt lồng cốt thép có thể bị co thắt lạihoặc mở to ra do đó cần phải có kiểm tra để đối chiếu với các sai số quy định.Thiết bị đo đường kính lỗ cọc gồm có 3 phần : đầu đo, bộ phóng đại và bộphận ghi có thể đo đường kính lỗ cọc đến 1,2 m Nguyên tắc hoạt động củathiết bị là do cơ cấu co giãn đàn hồi của 4 ăng ten ở đầu đo mà làm thay đổiđiện trở, dẫn đến thay đổi điện áp, kết quả sự thay đổi được hiển thị bằng sốhoặc máy ghi lưu giữ Trị số điện áp biểu thị và đường kính cọc có quan hệ :

I

V

k∆ +

Khi thi công trong điều kiện có nước ngầm và có dùng dung dịch sét để giữthành thì tình trạng thành vách, độ thẳng đứng và độ dày lớp cặn lắng chỉ cócác thiết bị, máy móc mới có thể kiểm tra được

Phương pháp sóng âm :

Nguyên lý làm việc là dựa vào hiệu ứng điện áp của tinh thể mà phát sinh ra

sóng siêu âm, thông qua bộ chuyển đổi năng lượng đặt ở đầu dò, thu đượccác đại lượng :

Xác định hình dạng lỗ khoan cọc khoan nhồi bằng thiết bị KODEN-DM 684 của Nhật Bản :

Hiện nay, ở Việt Nam đã có các thiết bị để kiểm tra hình dạng của lỗ khoancọc khoan nhồi theo phương pháp sóng âm Trong số đó thì máy siêu âmKODEN-DM-684 được sử dụng nhiều nhất

Cấu tạo thiết bị :

Bộ phận chủ yếu của mỏy phỏt súng õm là thiết bị rung Điện mạch xung cútần số nhất định mà mỏy rung sinh ra sau khi được phúng đại chuyển thànhsúng õm nhờ đầu dũ phỏt Tần số rung của thiết bị cú thể điều chỉnh, thu đượcsúng õm của cỏc loại tần số để đỏp ứng cỏc yờu cầu kiểm tra khỏc nhau.

Bố trớ thiết bị DM-68 trờn miệng lỗ khoan

Bộ phận khuếch đại, phúng đại, chỉnh hỡnh và hiển thị tớn hiệu điện do đầu dũthu truyền đến, hiển thị thời gian bằng trục thời gian hoặc hiển thị bằng số.Người ta cú thể dựa vào độ dài của đoạn sỏng giữa điểm đàu tiờn của súng

và tớn hiệu đầu tiờn để xỏc định thời gian truyền súng trong vật chất của mụitrường

Cỏc thiết bị dũ gồm cú 2 cặp tế bào đầu dũ cảm ứng, mỗi cặp dựng cho mộttrục đo Những trục này gọi là A-A’ và B-B’ định hướng trực giao cho mỗicặp và sẽ được thực hiện tương đẳng với 4 điểm Compa đó đỏnh dấu Thiết bịKODEN DM-684 được định tõm trờn miệng hố khoan sao cho tõm của thiết

bị trựng với tõm của hố khoan bằng cỏch dựng thước đo đến hai trục sau đúđỏnh dấu sơn lờn sàn cụng tỏc quy định trục hướng đo

Ghi nhận số liệu :

Cựng một thời gian đo, chỉ cú thể đọc cho một cặp tế bào đầu dũ cảm biếnthể hiện cho một trục Trong quỏ trỡnh hạ đầu dũ xuống hố khoan, cỏc tế bàocảm ứng sẽ phỏt ra tớn hiệu súng siờu õm một cỏch định kỳ Cỏc súng siờu õm

Một ví dụ về kết quả thu nhận được

Báo cáo kết quả :

Một báo cáo kết quả kiểm tra hình dạng lỗ khoan bằng thiết bị KODEN

DM-684 gồm các nội dung sau :

Kết quả độ nghiêng của lõ khoan bao gồm : độ nghiêng của ống casing, độnghiêng của thành vách lỗ khoan;

Các biên bản kiểm tra hiện trường

Đo bề dày lớp cặn lắng :

Bề dày của lớp cặn lắng ở đáy lỗ cọc có ảnh hưởng rất lớn đến sức chịu tảicủa cọc và độ lún của công trình, do đó khi thi công phải có các biện phápđảm bảo để độ dày lớp cặn lắng không được vượt trị số quy định Hiện naychưa có biện pháp nào thực sự hữu hiệu để đo được bề dày lớp cặn lắng này.Tuy nhiên, người ta có thể dùng một số phương pháp sau :

Phương pháp chùy rơi :

Dùng chùy hình côn nặng khoảng 1 kg, có tai để buộc dây và thả chầm chậmvào lỗ khoan Phán đoán mặt lớp cặn lắng bằng bằng cảm giác tay cầm dây,

độ dày lớp cặn là hiệu số giữa độ sâu đo được lúc khoan xong với độ sâu đođược bằng chùy này Đây là phương pháp thủ công, phụ thuộc nhiều vàongười đo và chỉ phù hợp với cọc có độ sâu nhỏ

Phương pháp điện trở :

Dựa vào tính dẫn điện khác nhau của môi trường không đồng nhất (gồm

nước+dung dịch giữ thành và các hạt cặn lắng) mà xác định chiều dày lớp

cặn lắng này bằng trị số biến đổi của điện trở

Theo định luật Ôm, ta có :

R R

R V V

x +

= 1

Trong đó : V1- điện áp ổn định của dòng xoay chiều, V;

V2- điện áp đo được, V;

R - điện trở điều chỉnh, Ω;

Rx – trị số điện trở của đất ở đáy lỗ, Ω.Giá trị Rx phụ thuộc vào môi trường, nó có các giá trị khác nhau tương ứngvới các giá trị V2 khác nhau đọc được ở máy phóng đại

Cách đo :

3 4

2

1 5

Sơ đồ nguyên lý đo cặn lắng bằng phương pháp điện trở

1-Đầu đo; 2-Bộ khuyÕch đại; 3-Bộ chỉ thị.

Phương pháp điện dung :

Dựa vào nguyên lý khoảng cách giữa hai cực bản kim loại và kích thước giữachóng không thay đổi thì điện dung và suất điện giải của môi trường tư lệthuận với nhau; suất điện giải của môi trường nước+dung dịch giữ thành+cặnlắng có sự khác biệt, do đó từ sự thay đổi của suất điện giải ta suy đượcchiều dày lớp cặn lắng

Hình dưới trình bày nguyên lý xác định chiều sâu lớp cặn lắng bằng phươngpháp điện dung

1 - Đầu đo;

2 - Dây điện;

3 - Nguồn điện khởi động;

4 - Bộ chỉ thị;

5 - Cặn lắng.

Sơ đồ nguyên lý đo cặn lắng bằng phương pháp điện dung

Phương pháp âm (Sonic) :

Phương pháp này dựa trên nguyên lý phản xạ âm khi gặp các mặt phẳng khácnhau trên đường truyền Phương pháp này có đầu dò đảm nhận cả chức năngphát và thu âm thanh Khi sóng gặp lớp cặn lắng phản xạ lại, thời gian ghinhận được lúc này là t1, khi gặp lớp đáy cặn phản xạ lại ghi nhận thời gian là

t2, chiều dày lớp cặn lắng sẽ được tính theo công thức :

C - Vận tốc của sóng âm trong cặn lắng, m/giây

Kiểm tra chất lượng bê tông và công nghệ đổ bê tông :

Công nghệ đổ bê tông và chất lượng bê tông khi thi công trong lỗ cọc códung dịch vữa là yếu tố quyết định đến chất lượng cọc khoan nhồi Do đó thicông bê tông cọc khoan nhồi trong đất có nước ngầm phải tuân thủ các quyđịnh về đổ bê tông dưới nước và phải có sự kiểm tra chất lượng bằng cácthông số sau:

Độ sụt;

Cốt liệu thô trong bê tông;

Chất lượng xi măng;

Mức hỗn hợp bê tông trong lỗ khoan;

Độ sâu ngập ống dẫn bê tông trong hỗn hợp bê tông;

Khối lượng bê tông đã đổ trong lỗ cọc;

Cường độ bê tông sau 7 và 28 ngày

Kiểm tra chất lượng cọc sau thi công :

Giới thiệu chung :

Chất lượng cọc sau khi thi công thường thể hiện bằng những chỉ tiêu chất

phương pháp thư động biến dạng nhỏ, phương pháp siêu âm truyền qua sẽđược giới thiệu kỹ Một số phương pháp khác ít phổ biến hơn sẽ chỉ trình bày

về nguyên lý và cách thức kiểm tra chứ không đi sâu về các quy trình kiểmtra cơ thể

Phương pháp thư động biến dạng nhỏ :

Nguyên lý phương pháp :

Phương pháp thư động biến dạng nhỏ dựa trên nguyên lý phản xạ khi gặp trởkháng thay đổi của sóng ứng suất, gây ra bởi tác động của lực xung tại đầucọc, khi truyền dọc theo thân cọc

Tùy theo việc đo đạc và phân tích số liệu thu dược mà có thể chia ra thành 2phương pháp như sau :

Phương pháp phản hồi âm thanh (Sonic Echo Test-SET) :

Phương pháp phản hồi âm thanh được phát triển ở Trung tâm thí nghiệmĐộng lực học ở Delft, Hà Lan Ưu điểm của phương pháp này là việc kiểmtra được tiến hành nhanh, ít tốn kém và không phải can thiệp vào bên trong

cọc Những nghiên cứu của Finno năm 1995 cho thấy rằng ngay cả khi đầu

cọc được bọc lại thì phương pháp này vẫn tỏ ra có hiệu quả

Mô hình phương pháp phản hồi âm thanh

Về lý thuyết phương pháp này khá đơn giản Dùng búa gõ vào đầu cọc sẽ tạo

ra sóng âm thanh truyền dọc theo chiều dài cọc xuống phía dưới Sóng nàykhi gặp đáy cọc hoặc một khuyết tật trong cọc sẽ phản xạ trở lại và được thubởi một máy đo gia tốc hoặc một bộ chuyển đổi khác phù hợp Thời gianhành trình của sóng xuống đến khuyết tật trên cùng hoặc đáy cọc và phản hồilại lên đến đầu cọc được đọc từ tín hiệu hiển thị trên màn hình của máy đodao động hoặc máy tính

Nếu biết được vận tốc của sóng âm thanh trong bê tông thì chiều dài cọc

(hoặc khoảng cách từ đầu cọc đến một khuyết tật) sẽ được xác định theo

công thức sau :

2

.C t

L= ;Trong đó : t - thời gian hành trình của sóng âm, giây;

L - chiều dài cọc hoặc khoảng cách từ đầu cọc đến khuyết tật, m;

C - Vận tốc của sóng âm trong bê tông, m/giây

tương tự như phương pháp phản hồi âm thanh, tuy nhiên việc xử lý số liệucủa phương pháp này công phu hơn và do đó có thể cho kết quả tốt hơn.Dùng búa tác động một lực va đập vào đầu cọc, dao động đầu cọc và lực vađập tác dụng được ghi lại theo thời gian Hai tín hiệu này được xử lý trongmáy tính bằng phần mềm phân tích sử dụng phương pháp biến đổi nhanhFourier Số liệu xử lý được xuất ra dưới dạng biểu đồ quan hệ giữa tư lệ vận

tốc đầu cọc (V 0 ) / lực đầu cọc (F 0 ) và tần số giao động xung (f) Trên hình

dưới thể hiện một dữ liệu đầu ra lý tưởng của phương pháp này.

Số liệu xuất ra này được giải thích nh sau :

Thứ nhất, đoạn dốc đầu tiên của đường cong có quan hệ với độ cứng dọc trụccủa cọc Nếu độ dốc đoạn này bé hơn so với các cọc khác cùng kích thước đãđược kiểm tra đạt chất lượng tốt, thì trong cọc này có thể đã xuất hiện khuyết tật

Từ số liệu này có thể xác định được độ cứng động mũi cọc theo công thức :

E = 2πf M /( / )V f M

Giá trị độ cứng động mũi cọc tăng theo độ phản xạ mũi cọc Phản xạ mũi cọcthấp thường là do sức kháng của đất cao Tuy nhiên, cũng có thể là các đặc trưngcủa cọc thay đổi lớn hoặc do sức cản động vật liệu cọc và nó chỉ liên quan giántiếp đến sức chịu tải của cọc Do đó giá trị E được tính toán để cung cấp một kếtquả mang tính định lượng để đánh giá chất lượng cọc nh :

Tình trạng mũi cọc;

Các vết nứt ngang;

Độ cứng ngang của cọc;

=

∆

M

Đầu ra lý tưởng của phương pháp ứng xử nhanh

Thứ hai, số gia tần số ∆f giữa hai điểm lồi của đồ thị liên hệ với khoảng cách L

từ đầu cọc tới điểm mà năng lượng sóng bị phản xạ trở lại (các khuyết tật lớn

hoặc đáy cọc) theo công thức :

f C L

2

=

Trong đó : ∆f - thời gian hành trình của sóng âm, giây;

L - chiều dài cọc hoặc khoảng cách từ đầu cọc đến khuyết tật, m;

C - Vận tốc của xung trong bê tông, m/giây

Từ công thức này dễ dàng xác định được, chiều dài cọc hoặc vị trí của khuyếttật trong cọc

Thứ ba, giá trị giới hạn trung bình (đường nét đứt) của đường cong số liệu ra có

thể liên quan đến diện tích tiết diện ngang trung bình của cọc nếu cho rằngm«®un đàn hồi và tư trọng bê tông không thay đổi suốt chiều dài cọc

Các thiết bị sử dụng :

Nói chung phương pháp này khá đơn giản về cả nguyên lý cũng nh các thiết

bị cần thiết Hiện nay, trên thế giới có một số nhà sản xuất các bộ thí nghiệm

0

0

F

V

Thiết bị chủ yếu của phương pháp

Thiết bị tạo va chạm :

Thiết bị phải tạo ra một xung lực va chạm có độ dài nhỏ hơn 1 ms và khônggây ra bất cứ hư hỏng cục bộ nào của cọc trong khi va chạm Thường dùngbúa có đầu là chất dẻo rất cứng Trọng lượng búa được dùng tùy theo chiềudài và kích thước hình học của cọc Va chạm phải được đặt dọc theo trục cọc

Bộ chuyển đổi (máy đo gia tốc) :

Dùng một hoặc nhiều hơn các gia tốc kế để thu nhận số liệu tốc độ, các tínhiệu gia tốc nhận được sau đó được tích phân thành tốc độ trong các thiết bị

xử lý số liệu Có thể chọn dùng các đầu đo tốc độ hoặc chuyển vị để thu nhậntốc độ, chóng tương tự nhau để tạo thành gia tốc kế chuyên dụng

Thiết bị ghi, xử lý và trình diễn số liệu :

Tín hiệu vận tốc âm thanh và mặt cắt dọc cọc

Các tín hiệu từ các gia tốc kế sẽ được chuyển đến thiết bị ghi, biến đổi vàtrình diễn số liệu theo một hàm của thời gian

Với việc phân tích sâu hơn các số liệu thu được của các phương pháp trên, vàcho rằng tư trọng và vận tốc sóng trong bê tông là không đổi, người ta có thểthể hiện được biểu đồ của diện tích mặt cắt ngang như là một hàm của độ sâucọc Kết quả của việc phân tích số liệu này sẽ đưa ra được các mặt cắt dọccọc cho thấy được đường kính trung bình của cọc theo độ sâu Trên hình thểhiện các mặt cắt dọc của cọc đo được theo phương pháp này

Ngoài bộ thiết bị kiểm tra độ đồng nhất thân cọc PIT của Mü, ở hiện nay ởViệt Nam đã có hệ thống thiết bị MIMP-15 kiểm tra chất lượng cọc theo

nguyên lý trở kháng cơ học (MIMP) của Pháp theo Tiêu chuẩn NF 94-160.4

Nền : Khảo sát và thử nghiệm - Phần 4 : Phương pháp dùng trở kháng

Ngoài các thông tin về khuyết tật của cọc nh phương pháp PIT, phương phápnày còn cho phép xác định được độ cứng đàn hồi của hệ cọc-nền, tham số

Tạo được hai diện tích phẳng có đường kính từ 10 cm đến 15 cm, một ở tâm vàmột ở chu vi;

Thử nghiệm :

Đặt thiết bị thu trên đầu cọc có dính một chất làm tiếp xúc để đảm bảo tiếp nhậntốt các sóng truyền cơ học;

Kiểm tra ảnh hưởng của các nguồn dao động bên ngoài;

Tác dụng một lực va đập lên mặt phẳng giữa tâm cọc theo hướng song song vớitrục cọc;

Đo, xử lý và hiển thị các tín hiệu

Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng :

Các ưu điểm của phương pháp :

Phương pháp thư động biến dạng nhỏ có hai ưu điểm chính, đó là :

Thực hiện kiểm tra và xác định kết quả nhanh chóng, bình thường có thể thựchiện kiểm tra đến 20 cọc/ngày;

Không cần phải đặt các ống riêng trong cọc

Hạn chế của phương pháp :

Phương pháp phản hồi âm thanh có một số hạn chế sau:

Thứ nhất, quãng đường truyền sóng càng dài thì năng lượng sóng sẽ càng giảm

đi, do đó các khuyết tật hoặc đáy cọc nằm sâu sẽ khó được phát hiện Đối vớicác thiết bị hiện đại thì chiều sâu giới hạn có hiệu quả của phương pháp này là

khoảng 20 m (66 ft) Một số chuyên gia đã đưa ra mối liên hệ giữa chiều sâu giới hạn có hiệu với tư lệ chiều sâu/đường kính (L/D) và độ cứng của đất đá

xung quanh cọc, với tư lệ L/D tối đa là 30;

Thứ hai, năng lượng sóng sẽ không có khả năng phản xạ từ các khuyết tật trừkhi khuyết tật có kích thước tương đối lớn hoặc nó kéo dài gần hết toàn bộ mặtcắt ngang cọc Năm 1996, Schellingerhout và Muller đã chỉ ra rằng năng lượngsóng phản xạ giảm mạnh khi chiều dày của khuyết tật nhỏ hơn 1/4 bước sóng

âm thanh Đối với sự tác động búa trung bình, bước sóng tạo ra vào khoảng 1,6

m, có nghĩa là phương pháp này sẽ khó phát hiện ra được các khuyết tật có bềdày nhỏ hơn 0,4 m;

Thứ ba, trong hầu hết các trường hợp các khuyết tật hoặc đáy cọc nằm dướikhuyết tật trên cùng sẽ không tạo ra được các phản hồi để có thể phát hiện rađược;

Thứ tư, từ các nghiên cứu được thực hiện trên rất nhiều thí nghiệm, năm 1997Samman và O’Neill đã đưa ra kết luận là ngay cả đối với các cọc ngắn thìphương pháp này cũng thường đưa ra các kết quả sai lệch;

Thứ năm, phương pháp này với các công nghệ hiện tại chỉ có thể đưa ra được độsâu của khuyết tật mà không đưa ra được hướng của nó so với tim cọc Đâychính là một hạn chế rất lớn của phương pháp này vì đối với cọc chịu cả lựcngang thì các vết nứt nhỏ ở vùng chịu nén sẽ bất lợi hơn trong vùng chịu kéo

Phạm vi áp dụng :

Phương pháp thư động biến dạng nhỏ được xem nh là một phương pháp thôchỉ có thể xác định được các khuyết tật lớn nh là đất lẫn vào cọc nhiều hoặcđáy cọc khoan chưa đến độ sâu thiết kế Trên hình dưới thể hiện hình ảnh củamột khuyết tật mà phương pháp này có khả năng phát hiện ra được với độ tincậy cao Phương pháp này cũng chỉ thích hợp với các cọc có chiều dài nhỏhơn 30 lần đường kính

Baker sau nhiều thí nghiệm đã khuyến nghị rằng phương pháp thư động biếndạng nhỏ không nên sử dụng như là phương pháp đầu tiên để kiểm tra độnguyên vẹn của các cọc khoan nhồi khi mà sức chịu tải đáy cọc chiếmkhoảng 40% sức chịu tải của cọc

Khuyết tật nghiêm trọng mà phương pháp thư động biến dạng nhỏ có thể phát hiện được

Một biến thể của phương pháp này được được Olson phát triển năm 1993 gọi

là phương pháp sóng uốn Phương pháp này được sử dụng để phát hiệnkhuyết tật bằng việc tác động lên thành cọc hoặc kết cÂu phía trên đầu cọckhi không thể tiếp cận được đầu cọc

Phương pháp chấn động song song (Parallel Seismic Test) :

Trong những trường hợp không tiếp cận được đầu cọc, hoặc cọc quá dài thìngười ta phải sử dụng một phương pháp khác gọi là phương pháp chấn động

song song Mô hình thí nghiệm của phương pháp này được thể hiện trên hình

Mô hình phương pháp chấn động song song

Trong phương pháp này, người ta dùng búa tác động lên một điểm của kếtcấu phía trên cọc, sóng tạo ra sẽ truyền dọc theo cọc xuống phía dưới Mộtphần năng lượng của sóng trong cọc sẽ được truyền sang đất đá gần cọc Thời

Búa

Đầu thu

Bộ xử lý Đất

Móng

gian truyền của năng lượng sóng trong đất sẽ được thu nhận bởi một đầu thutrong nước được đặt trong ống tại rất nhiều vị trí theo chiều sâu ống Khi có

sự thay đổi đột ngột của thời gian truyền (nh trên hình) chứng tỏ đã có khuyết

tật lớn trong cọc Chiều sâu của đáy cọc cũng có thể được xác định theo cáchnày

Một kết quả của thí nghiệm chấn động song song Phương pháp sóng ứng suất trong (Internal Stress Wave Test) :

Năm 1981, Hearne đã công bố một phương pháp kiểm tra chất lượng cọckhoan nhồi có nguyên lý giống nh phương pháp phản hồi âm thanh Điềukhác biệt ở phương pháp này là các bộ thu nhận dữ liệu được bố trí ở các độ

sâu khác nhau trong cọc Các đầu thu là các máy dò âm thanh dưới đất gọn

nhẹ, được gắn trên các khung thẳng đứng trong cọc và tách biệt với cốt thép.Các dây dẫn được bố trí dọc theo các thanh cốt thép và kéo tới cách đầu cọc 3đến 4 m vÌ phía dưới Tại đó chóng được kết nối với thiết bị thu nhận số liệu.Các thiết bị trên rất dễ lắp đặt Mục đích của phương pháp kiểm tra này là để

dò tìm các sóng ứng suất trong bê tông Ngoài các bộ thu được đặt phía trongống thì có thể bố trí thêm một gia tốc kế ở đầu cọc để thu nhận thêm các dữliệu khác

Sơ đồ bố trí của phương pháp sóng ứng suất trong

Hai bộ thu nh trên hình cùng với một gia tốc kế sẽ cung cấp một lượng thôngtin có giá trị và cho phép xác nhận được bất kỳ một sự bất thường nào của tín

hiệu thu được Ví dụ trên hình dưới cho thấy biên độ của các tín hiệu máy dò

âm thanh trong đất được vẽ trên đồ thị với tư lệ thời gian bình thường Sựtruyền sóng ứng suất tới cũng nh sóng ứng suất phản xạ từ đáy cọc có thểđược thấy ở mỗi vị trí của máy dò âm thanh Trên đồ thị, trục ngang là trụcthời gian, các đường thẳng nối các điểm trên các đường cong cắt nhau tại độsâu từ đó sóng âm phản xạ, có thể xác định được mặt chiếu đứng của cọc.Nếu sóng phản xạ tới từ một cấp độ cao hơn hoặc các tín hiệu bị cản trở tạimột hoặc nhiều cấp trước khi phản xạ tại đáy cọc thì cọc có thể đã có khuyếttật

So với phương pháp phản hồi âm thanh thì các bộ thu nhận tín hiệu củaphương pháp này có ưu điểm hơn do giảm được độ nhiễu tín hiệu, có thể càiđặt được nhiều các bộ thu và tất nhiên cũng có thể bố trí bộ thu ở đáy cọc.Tuy nhiên phương pháp này cũng có những hạn chế nh phương pháp phản

hồi âm thanh Ngoài ra giá thành của nó đắt hơn và việc sử dụng phươngpháp này phải được quyết định trước khi thi công cọc.

Một kết quả điển hình của phương pháp Phương pháp khoan và lấy mẫu (Drilling and Coring) :

Một phương pháp nữa được dùng để kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi làphương pháp khoan và lấy mẫu Các phương pháp này đưa ra được tương đốixác thực các đặc điểm của bê tông trong một thể tích tương đối nhỏ của cọc,tuy nhiên nó lại mất nhiều thời gian và tốn kém và đôi khi cũng có thể nhầmlẫn

Một vấn đề của phương pháp này là việc điều chỉnh hướng mũi khoan Lỗkhoan đôi khi đi trệch ra ngoài thành cọc hoặc gặp phải hoặc nhiều thanh cốtthép Để thực hiện phương pháp một cách chính xác này cần phải có nhữngngười có kinh nghiệm và các thiết bị phù hợp

Phương pháp khoan nhanh hơn so với phương pháp lấy mẫu nhưng các thôngtin thu được lại ít hơn Chất lượng bê tông được khoan đôi khi có thể suyluận ra từ mức độ khoan Nếu khi khoan mà khoan bị tụt đột ngột xuống mộtquãng lớn chứng tỏ tại vị trí đó có khuyết tật Sau khi khoan xong, người ta

sử dụng một thiết bị để kiểm tra đường kính và lỗ khoan được quan sát nhờmột camera được hạ xuống lỗ

Lõi khoan có khuyết tật

Phương pháp lấy mẫu lâu hơn phương pháp khoan, nhưng lại thu được nhiềuthông tin hơn Bằng phương pháp này có thể phân tích được sự tiếp xúc giữađáy cọc và đất nền, kiểm tra được thành phần đất và dung dịch vữa xâm nhậptrong bê tông Ngoài ra nếu cần có thể ép mẫu để xác định cường độ của bêtông Lỗ lấy mẫu cũng nh lỗ khoan có thể được kiểm tra bằng các thiết bịcamera nhỏ đặt trong ống Phương pháp này có lẽ là phương pháp tốt nhấttrong các phương pháp kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc để kiểm tra chấtlượng bê tông đáy cọc cũng nh sư tiếp xúc giữa đáy cọc và đất nền

Phương pháp khoan và lấy mẫu đối với cọc khoan nhồi là phương pháp tốtnhất để phát hiện các khuyết tật có kích thước lớn Trong trường hợp vách lỗkhoan bị sụp xuống lúc đổ bê tông và nếu bê tông bị thiếu hụt trong mặt cắtthì phương pháp này luôn có thể được xác định một cách chắc chắn

Phương pháp siêu âm truyền qua (Crosshole Acoustic Tests) :

Nguyên lý cơ bản :

Siêu âm là dao động cơ học đàn hồi truyền đi trong môi trường vật chất vớitần số dao đọng từ 20 KHz trở lên Khi siêu âm truyền qua môi trường vậtliệu bê tông được tạo thành từ nhiều thành phần như đá, sỏi, cát, xi măng các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, khuyÕch tán xẩy ra đồng thời vàđược đặc trưng bằng sự khuyÕch tán của năng lượng và vận tốc truyền sóngphụ thuộc vào độ đồng nhất, mật độ của vật liệu hay còn gọi chung là chất

Lõi khoan có khuyết tật

lượng của vật liệu bê tông Vì vậy khi tiến hành thu nhận sóng siêu âm saukhi đã truyền qua một phạm vi nghiên cứu có thể đánh giá được chất lượngvật liệu bê tông trong phạm vi truyền sóng siêu âm đó.

Cấu tạo thiết bị và phương pháp kiểm tra :

Cấu tạo thiết bị :

Sơ đồ bố trí của phương pháp nh trên hình dưới Các thiết bị cần thiết trong

phương pháp siêu âm truyền qua bao gồm :

Một đầu dò phát sóng dao động đàn hồi (xung siêu âm);

Một đầu đo thu sóng có cáp dẫn;

Một thiết bị điều khiển các cáp được nối với các đầu đo cho phép tự động đochiều sâu hạ đầu đo;

Một thiết bị điện tử ghi nhận và điều chỉnh tín hiệu thu được;

C¶m biÕn

ThiÕt bÞ xö lý

sè liÖu

M¸y in

TÝn hiÖu nhËn

Sơ đồ bố trí phương pháp siêu âm truyền qua

Các thiết bị cần thiết trong

phương pháp siêu âm truyền qua

Các bước kiểm tra :

Các ống dẫn phải được đặt sẵn trước khi đổ bê tông cọc;

Hạ đầu phát và đầu thu xuống hai ống chứa đầy nước sao cho chóng luôn ở cùng

độ sâu;

Phát xung siêu âm từ đầu phát và nhận tín hiệu từ đầu thu;

Đo thời gian truyền sóng giữa hai đầu đo trên suốt chiều cao của ống đặt sẵn.Đồng thời thiết bị sẽ tự động ghi lại độ sâu của các đầu đo

Ghi lại biến thiên của tín hiệu thu được

Bố trí ống đo :

Các ống thép hoặc nhựa được đặt dọc trong cọc nhờ việc gắn chóng với cốtthép dọc trước khi đổ bê tông Trong phương pháp này nên đặt nhiều hơn 2ống tuy nhiên không nên quá nhiều vì điều đó sẽ ngăn cản bê tông chảyxuống phía dưới trong quá trình thi công Các hãng có kinh nghiệm thi côngcho rằng nên đặt các ống đều đặn xung quanh lồng cốt thép, buộc vào phíatrong lồng, cứ 0,3 m của đường kính cọc thì sử dụng một ống dò thẳng đứng.Theo các Tiêu chuẩn của Việt Nam cũng nh các nước thì số lượng ống chủyếu phụ thuộc vào đường kính cọc

Theo TCXD 206:98 Cọc khoan nhồi-yêu cầu chất lượng thi công, điều 5.6quy định nh sau :

D ≤ 600 mm : 2 ống (hoặc một ống nếu ở giữa cọc khi đầu

phát và đầu thu nằm trên cùng một trục)

Tiêu chuẩn Mü ASTM-D6760 quy định số ống tối thiểu nh sau:

Bảng: Số lượng ống tối thiểu trong phương pháp

siêu âm theo ASTM-D6760Đường kính cọc Số lượng ống Khoảng cách các ống

ống phải có đường kính phù hợp để cho phép đặt các đầu dò vào trong nó (từ

25 đến 52 mm, phụ thuộc vào kích thước của đầu dò), và thường được kéo

hết chiều dài của cọc và được bịt phía dưới để ngăn không cho bê tông chuivào Các ống thép thường được dùng nhiều hơn ống nhựa bởi vì bê tông có

xu hướng tách ra nhanh hơn đối với ống nhựa Nếu sử dụng ống nhựa,phương pháp này chỉ nên thực hiện trong vòng vài ngày đổ bê tông ống nhựa

có thể được sử dụng cho cả phương pháp kiểm tra dùng lỗ thẳng đứng dùng

âm và siêu âm và phương pháp tia gamma Khi sử dụng ống thép thì sẽ mấtnhiều thời gian hơn, do đó nó không phù hợp với phương pháp tia gamma.Trước khi kiểm tra các ống phải được đổ đầy nước để cho năng lượng có thểtruyền từ thành ống đến các bộ dò và ngược lại Nước trong ống cũng giúpgiữ ổn định nhiệt độ trong ống để tránh sự bong bê tông ra khỏi ống Trên

hình dưới là ảnh chụp của lồng cốt thép có gắn các ống nhựa để thực hiện

Hạ các đầu dò xuống lỗ khoan

Tư lệ cọc cần kiểm tra :

Số lượng cọc cần kiểm tra (theo đó là số lượng cọc cần đặt sẵn ống) tùy

thuộc vào trình độ công nghệ thi công của Nhà thầu, điều kiện địa chất côngtrình, địa chất thủ văn, tầm quan trọng của công trình

Theo TCXD 206: 98 Cọc khoan nhồi - Yêu cầu chất lượng thi công thì số

lượng cọc cần kiểm tra không ít hơn 25% số cọc thi công và có kết hợp vớicác phương pháp kiểm tra khác Theo Tiêu chuẩn Pháp thì số lượng cọc cầnkiểm tra phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng và cách thức tiếp nhận lựccủa cọc

Tuy nhiên, theo các khuyến nghị thì nên đặt sẵn ống ở tất cả các cọc thi công,còn số lượng chính xác các cọc cần kiểm tra thì sẽ được quyết định bởi kỹ sư

Tư vấn sau khi đã thi công xong Nếu xuất hiện các khuyết tật nghiêm trọngthì kỹ sư Tư vấn có thể yêu cầu tăng số lượng cọc kiểm tra lên Trong trườnghợp này thì nếu các ống không được đặt sẵn trước thì phải thực hiện khoan đểđặt đầu dò vào Công việc này là rất khó khăn, tốn kém và nhiều khi khôngthể thực hiện được

Báo cáo kết quả đo :

Báo cáo kết quả đo phải bao gồm tối thiểu các thông tin sau :

Tiêu chuẩn sử dụng;

Tên cơ quan và người chịu trách nhiệm thực hiện đo;

Mặt bằng công trình và vị trí, ký hiệu móng và cọc thí nghiệm;

Đặc điểm của cọc thí nghiệm :

Ngày đổ bê tống và sự cố (nếu có) đã xẩy ra;

Cao độ mặt bằng và cao độ đáy cọc đã đưa về hệ cao độ quy ước;

Kích thước tiết diện cọc kèm theo các biên bản thi công và nghiệm thu trênhiện trường;

Xác định vị trí các ống đo đã được đánh số trên bản vẽ, có ghi cao độ chính xác

và gắn theo hướng Bắc chuẩn hoặc hướng thượng lưu-hạ lưu sông;

Các số liệu quy về cao độ quy ước của các đầu đo trên của các ống đo;

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa thời gian truyền tín hiệu và đầu thu và chiều sâuđo;

Nhận xét có liên quan đến kết quả thí nghiệm đặc biệt là sự giảm của biên độ tínhiệu thu được; các sự cố và các thao tác trong quy định không lường được trước

và có khả năng ảnh hưởng đến kết quả đo;

Hồ sơ kiểm định (so với chuẩn) của thiết bị đo.

Phân tích kết quả đo :

Từ kết quả đo kiểm tra theo phương pháp này có thể đánh giá được độ đồngnhất thân cọc cũng như phạm vi khuyết tật

Tiêu chuẩn này cũng có lưu ý là khi kiểm tra thấy hiện tượng này thì phảitiến hành kiểm tra lại một cách kỹ lưỡng với bước kiểm tra ngắn hơn Ngoài

ra có thể do sai sót khi lắp đặt ống, ống không thẳng dọc theo chiều dài cọc

do đó với mức độ biến đổi khoảng 20% thì vẫn còn có thể chấp nhận được

Việc xác định vị trí khuyết tật bê tông thân cọc (hang hốc, nứt gãy, xốp rống,

thay đổi tiết diện hay lẫn bên đất ) được thực hiện trên cơ sở các biểu đồ

biến đổi vận tốc truyền âm theo độ sâu Dựa theo tung độ chỉ độ sâu có thểxác định được vị trí và phạm vi phân bố theo chiều sâu của khuyết tật đótrong phạm vi một mặt cắt đang xem xét Việc kết hợp nhiều mặt cắt khảo sát

có thể xác định được phạm vi không gian của khuyết tật Trong trường hợp

cần thiết, sau khi đã xác định vùng nghi có khuyết tật có thể dùng phươngpháp quét tia sóng âm theo cả hai phía để xác định phạm vi khuyết tật.Nguyên lý của phương pháp này là cố định một đầu đo tại vị trí có khuyết tật,đầu kia di chuyển theo phương đứng để nhận các tia quét Tại từng vị trí đo

phải tính được khoảng cách truyền sóng âm (khoảng cách giữa hai đầu đo

theo đường chéo).

Xác định cường độ bê tông thân cọc :

Phương pháp kiểm tra chất lượng bê tông cọc bằng siêu âm truyền qua không

cho thông tin về cường độ (hoặc các đặc trưng cơ học khác nh m«®un đàn hồi, hệ số Possion) Muốn có được các thông tin này, ở các công trường lớn

(với khối lượng bê tông nhiều) phải tiến hành xây dựng các tương quan giữa đặc trưng cơ học nào đó (cần dùng nó trong kiểm soát chất lượng) với vận

tốc siêu âm

Trong trường hợp cần có những số liệu sơ bộ về chất lượng hoặc cường độ bê

tông thông qua các đặc trưng sóng âm có thể tham khảo các bảng dưới Cần

kiểm tra lại số liệu này trong điều kiện thực tế bằng cách lấy mẫu bê tôngtrước khi đổ bê tông vào cọc, khoan lấy lõi bê tông thân cọc hoặc dùng sóng

3660 ÷ 4570 Tốt

Bằng các thí nghiệm trong phòng, trong các điều kiện khác nhiều so với thực

tế, năm 1984, J.C.Tijou đã xây dựng mối tương quan giữa cường độ bê tông

Theo tổng kết từ các kinh nghiệm thực tiễn, Tiêu chuẩn Trung Quốc đã đưa

ra bảng đánh giá chất lượng bê tông thân cọc theo vận tốc siêu âm truyền qua

nh sau :

Bảng: Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc qua vận tốc siêu âm

Vận tốc

âm (m/s) < 2000 2000÷3000 3000÷3500 3500÷4000 > 4000Chất

lượng bê

Có thể xác định được vị trí của các khuyết tật theo chiều sâu cọc cũng nh tiết

diện thân cọc (nếu số lượng ống đặt trong chu vi cọc là đủ);

Các kết quả có thể diễn tả được một cách trên màn hình;

Số liệu được đo theo suốt chiều sâu thân cọc

Sử dụng các ống này còn có thuận lợi là nó có thể được dùng nh là một ống dẫn

để lấy mẫu ở đáy cọc để kiểm tra tiếp xúc đáy cọc và đất nền, và chóng cũng cóthể được sử dụng để bơm vữa đáy cọc nếu cần thiết Phương pháp siêu âmtruyền qua hay bất kỳ một phương pháp nào khác sử dụng các ống này đềukhông đắt và có thể thực hiện nhanh chóng

Nếu sử dụng nhiều hơn hai ống thì bằng việc thu nhận và phân tích các dữ liệu

âm thanh giữa từng cặp ống với nhau thì có thể xác định được kích thước cũng

nh hướng của khuyết tật so với tim cọc Đây chính là ưu điểm vượt trội củaphương pháp này so với phương pháp phản hồi âm thanh đã trình bày ở trên

Nhược điểm :

Phương pháp này không thể hiện chất lượng tiếp xúc mũi cọc với đất nền;

Cần phải đặt sẵn các ống dò vào trước khi đổ bê tông làm khó khăn cho công tác

đổ bê tông và tăng giá thành xây dựng;

Khó có thể xác định được các khuyết tật nằm ở ngoài lồng cốt thép, cũng nh cáckhuyết tật nằm ở xa đường thẳng giữa các đầu đo

Ngoài ra phương pháp này chỉ có thể xác định được các khuyết tật lớn còn cáckhuyết tật nhỏ thì phương pháp này khó phát hiện

4000 m/s Kích thước này xấp xỉ kích thước của cốt liệu to nhất trong bêtông Nếu tần số âm lớn hơn 60 KHz, kích thước của các cốt liệu riêng lÊtrong bê tông sẽ ảnh hưởng đến kết quả, do đó người ta đã đưa ra giới hạn vềtần số âm trong phương pháp này Tần số tín hiệu cao hơn cũng có xu hướngtiêu tán nhanh hơn so với các tín hiệu có tần số thấp và do đó có thể khôngthể thu nhận tốt Nếu các ống ở quá xa nhau hoặc vì một lý do nào đó bê tôngtruyền âm kém, hoặc nếu cốt liệu thô trong bê tông quá to thì sử dụng sóng

âm (tần số bé hơn 20 KHz) sẽ cho kết quả tốt hơn sóng siêu âm

Phương pháp tia gamma (Gamma-Gamma Testing) :

Cơ sở của phương pháp :

Cường độ của chêm tia gamma sau khi truyền qua một lớp vật chất được xácđịnh bằng công thức:

Trong đó : K0 và K1 là các hệ số đặc trưng của thiết bị đo, xác định bằng thực

nghiệm trên mẫu chuẩn mật độ

Thực hiện kiểm tra :

Trong phương pháp tia gamma một nguồn phóng xạ ion được hạ xuống mộtống dẫn Như đã trình bày ở trên, ống dẫn này không nên làm bằng thép vì nó

có thể ngăn cản lượng tử ánh sáng (photon) của tia gamma xuyên qua bê

tông Thiết bị chứa nguồn phóng xạ cũng có thể chứa cả bộ thu tia gamma

được thể hiện trên hình dưới Số lượng photon của tia gamma trong một đơn

vị thời gian được phát ra từ hạt nhân của các phân tử tác động vào vật liệuxung quanh ống và phản xạ tới bộ thu với một mức năng lượng nhất định cóliên quan tới tư trọng của vật liệu xung quanh ống Nếu tư trọng của bê tônggiảm lớn so với tư trọng trung bình của bê tông trong một đoạn cọc thì có thể

đã có các khuyết tật trong bê tông ở độ sâu đó

7

4 5

2 1

Sơ đồ kiểm tra cọc bằng phương pháp tia gamma

1-Nguồn phóng xạ; 2-Đầu dò; 3-Bộ kéo cơ học; 4-Bộ đo chiều sâu;

5-Bộ điện tử; 6-Bộ giao diện; 7- Máy tính

Tuy nhiên thể tích bê tông xung quanh mà ống có thể phân tích được là khánhỏ Nói chung là các thiết bị không thể xác định được tư trọng bê tông ởnhững điểm cách xa thành ống hơn 100 mm Do các ống không thể đặt ở

phạm vi 200 mm so với tim cọc (và cũng không nên nếu cọc đủ nhỏ để có thể

đặt được), các kỹ sư phải thay thế bằng việc xác định tư trọng bê tông bằng

ống dò Vùng phân tích

cao hơn của cọc, ta thấy được sự giảm mạnh của tư trọng chứng tỏ rằng đã cókhuyết tật ở đó.

Một phương pháp tương đối mới để kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoannhồi là phương pháp nội soi Theo phương pháp này người ta gắn các ống

nhựa trong suốt đường kính nhỏ (12.7 mm) vào lồng cốt thép tại các khoảng

đều nhau xung quanh lồng Sử dụng các camera siêu nhỏ gắn trên một sợi cáp

để quan sát bê tông xung quanh ống, cũng giống nh phương pháp nội soingười Việc thực hiện phương pháp này cũng tương tự nh phương pháp dùngtia gamma Tuy nhiên kết quả quan sát không chỉ xác định được tư trọng mà

còn đánh giá được chất lượng của bê tông Tất nhiên không thể xác địnhđược chất lượng của bê tông giữa các ống nhưng lại có thể thấy được rõ ràngcác vết nứt hoặc rỗ tổ ong Các thiết bị ghi số liệu và chụp X quang khá đắttuy nhiên việc thực hiện kiểm tra thì lại ít tốn kém Để thực hiện kiểm tra cóhiệu quả thì nên kết hợp với các phương pháp nh phương pháp tia gammahoặc phương pháp phương pháp siêu âm truyền qua.

Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi :

Giới thiệu chung :

Việc thư tải cọc có hai mục đích chính :

Đảm bảo rằng cọc được kiểm tra có khả năng chịu được lực thẳng đứng (đôi khi

có thể là lực ngang) theo tải trọng thiết kế;

Xác định các thông tin chi tiết về khả năng chịu lực ma sát thành bên và khảnăng chịu lực của đáy cọc

Cho đến những năm 1980, chỉ có một phương pháp để thực hiện thư tải cọckhoan nhồi đó là phương pháp thư tải tĩnh truyền thống Tuy nhiên, phương

pháp này có giới hạn về khả năng tạo tải (khoảng 1500 T) và yêu cầu thời

gian lắp đặt và thư tải kéo dài Hiện nay, có hai phương pháp mới để thư tảicọc khoan nhồi đã được phát triển mà không cần đến hệ thống phản lực Hơn

nữa, các phương pháp này (phương pháp thư tải Osterberg và STATNAMIC)

có khả năng tạo tải lớn (3000 đến 6000 T) và tốn ít thời gian lắp đặt thí

nghiệm hơn so với phương pháp thư tĩnh truyền thống và điều đó làm chochóng ít tốn kém hơn

Trong khi phương pháp Osterberg là một hệ thống thư tải tĩnh thì phương

pháp STATNAMIC được xem là một hệ thống bán động (hay còn gọi là tĩnh

động).

Sự khác nhau cơ bản giữa các phương pháp thư tĩnh, STATNAMIC và thưđộng có thể được xem xét từ các yếu tố ứng suất, vận tốc và chuyển vị dọctheo chiều dài cọc

Đối với thí nghiệm động, đầu cọc được tạo một va chạm nhanh bằng một búa

chịu nén Từ trên đầu cọc xuống dưới, sức kháng thành bên của cọc làm giảmứng suất nén Tất cả các điểm dọc theo chiều dài cọc dịch chuyển hầu nhcóng một vận tốc, và chuyển vị cũng thay đổi dần dần dọc theo cọc.

Trong phương pháp thư tải tĩnh, tải trọng được tác dụng lên cọc theo cácbước liên tục Mỗi bước được duy trì trong khoảng thời gian từ hàng phút đếnhàng giờ

Dưới đây giới thiệu một số phương pháp thư tải cọc khoan nhồi đã được sửdụng phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam

Phương pháp thư tải trọng tĩnh truyền thống :

Giới thiệu chung :

Phương pháp thư tải trọng tĩnh truyền thống là phương pháp trực tiếp xác

định sức chịu tải của cọc, thực chất là xem xét ứng xử của cọc (độ lún) trong

điều kiện cọc làm việc nh thực tế dưới tải trọng công trình Phương pháp này

sử dụng hệ thống cọc neo hoặc dùng các vật nặng chất phía trên đỉnh cọc làđối trọng để gia tải nén cọc Trong thí nghiệm này, cọc được gia tải theo từngcấp đến tải trọng thường bằng 1,5-2,0 tải trọng thiết kế Cấp tải sau được tácdụng khi độ lún ở cấp tải trước đã ổn định Dựa trên quan hệ tải trọng-độ lún,sức chịu tải của cọc được xác định với một hệ số an toàn xác định bởi thiếtkế

Cho đến nay thì phương pháp này vẫn được coi là phương pháp có độ chínhxác cao nhất ở Việt Nam phương pháp này đã trở nên quen thuộc và được sửdụng khá phổ biến

Sơ đồ bố trí thí nghiệm thư tải tĩnh được thể hiện nh trên hình dưới Tải trọng

thí nghiệm được cung cấp bởi các kích thủ lực Các kích thủ lực này được bốtrí trên cọc thí nghiệm và ở dưới dầm ngang Khi kích hoạt động truyền tảitrọng nén xuống cọc thư đồng thời truyền tải trọng lên dầm ngang tạo mộtlực nhổ lên các cọc phản lực

Khi thực hiện thí nghiệm ứng suất được truyền từ cọc phản lực xuống đất đá,các ứng suất này có thể gây ảnh hưởng đến sự làm việc của cọc thí nghiệm

Vì thế cọc phản lực nên đặt đủ xa cọc thư để giảm thiểu ảnh hưởng này TheoTiêu chuẩn Mü ASTM D-1143 thì khoảng cách tối thiểu giữa cọc phản lực vàcọc thư là khoảng 5 lần đường kính cọc thư Khi đó yêu cầu dầm ngang phải

đủ dài và khoẻ để chịu được phản lực thí nghiệm

Sơ đồ bố trí thí nghiệm thư tải tĩnh

Một phương pháp khác để tạo phản lực lên cọc thí nghiệm là dùng hệ neo

cường độ cao (high-strength anchors) Góc nghiêng và chiều dài của neo

phải được tính toán sao cho vùng truyền lực của các neo là đủ xa cọc thínghiệm

Quy trình thí nghiệm :