Các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi sử dụng nhiều cho công trình có tải trọng lớn hoặc trên nền đất yếu như nhà cao tầng, công trình cầu hoặc nhà trong khu vực xây chen,…Tuy nhiên, trong thực tế xây dựng vì nhiều nguyên nhân khác nhau mà sự cố cọc khoan nhồi xảy ra rất nhiều, điều này một mặt ảnh hưởng đến tiến độ công trình, làm tăng chi phí đồng thời có thể ảnh hưởng đến chất lượng chịu tải của móng.

Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 64 CÁC PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG CỌC KHOAN NHỒI ThS Phạm Ngọc Tân Phó trưởng Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung KS Nguyễn Huỳnh Minh Trang Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt: Cọc khoan nhồi sử dụng nhiều cho cơng trình có tải trọng lớn đất yếu nhà cao tầng, cơng trình cầu nhà khu vực xây chen,…Tuy nhiên, thực tế xây dựng nhiều nguyên nhân khác mà cố cọc khoan nhồi xảy nhiều, điều mặt ảnh hưởng đến tiến độ cơng trình, làm tăng chi phí đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng chịu tải móng Do quản lý móng cọc khoan nhồi phải biết cách sử dựng phương pháp thích hợp để kiểm tra chất lượng cọc từ lúc thi cơng đến hồn thành đưa cọc vào sử dụng Từ khoá: cọc khoan nhồi, phương pháp kiểm tra chất lượng cọc nhồi Đặt vấn đề Hiện nay, với phát triển nhanh thị, quy mơ cơng trình ngày lớn, cơng trình nhà cao tầng, cơng trình cầu vượt sơng lớn ngày nhiều Thơng thường với cơng trình này, kết cấu móng giải pháp móng chủ yếu móng cọc khoan nhồi Tuy nhiên, thực tế xây dựng nhiều nguyên nhân khác mà cố cọc khoan nhồi xảy nhiều, điều mặt ảnh hưởng đến tiến độ cơng trình, làm tăng chi phí đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng chịu tải móng Cũng hạng mục cơng trình khác, để đảm bảo chất lượng, cọc khoan nhồi cần kiểm tra chất lượng q trình thi cơng (tạo lỗ, chất lượng bê tông, độ đáy hố…) khâu cuối kiểm tra chất lượng thân cọc sức chịu tải cọc Đó khâu kiểm tra có đặc thù riêng cọc khoan nhồi Trong phạm vi viết chúng tơi nói khâu kiểm tra chất lượng thân cọc Do có sức mang tải lớn, q trình thi cơng gồm nhiều cơng đoạn phức tạp, nên cọc nhồi hoàn thành cần bảo đảm chất lượng, không chứa khuyết tật gây ảnh hưởng xấu đến làm việc cọc so với thiết kế Để đánh giá chất lượng cọc, hệ phương pháp không phá hủy phá hủy áp dụng Phương pháp không phá hủy thường ưu tiên sử dụng nhằm phát khuyết tật nguy hiểm phương pháp phá hủy sử dụng sau để đánh giá định lượng chúng, giúp nhà thiết kế đề xuất biện pháp sữa chữa hợp lý Phƣơng pháp đánh giá độ nguyên vẹn kết cấu cọc khoan nhồi Độ nguyên vẹn yêu cầu đảm bảo cọc làm việc kết cấu theo yêu cầu thiết kế Cụ thể như: đủ tiết diện, vật liệu thân cọc đảm bảo tính u cầu, khơng nứt gãy hay có khuyết tật dọc theo thân cọc làm ảnh hưởng đến làm việc bình thường Thơng báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 cọc người ta gọi độ đồng cọc 2.1 Độ đồng (h0) kết cấu cọc khoan nhồi Độ đồng bê tông cọc theo nguyên tắc quy luật ngẫu nhiên xác định sau: ho = – Sx = – 3.Cv x (1) 65 bê tông,  mật độ bê tông Tương ứng với độ lệch quân phương SV S xác đ�oán khuyết tật cọc Các vị trí phán đốn vị trí có sóng phản hồi khác với biểu đồ đặc trưng 2.3.3 Nhận xét 1- Khi  = tức khơng có sóng phản hồi (Wu = 0)   = 1, từ (6.8a) ta Z2 = Z1 hay nói cách khác khơng có thay đổi trở kháng cọc tức cọc đồng 2- Khi  > 0,  <  Z2 < Z1, từ (6.5) E c (đặc trưng cho vật liệu cọc) khơng thay đổi ta có A2 < A1 (A tiết diện ngang cọc), tức cọc giảm thiết diện Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 3- Khi  < 0,  > hay Z2 > Z1, tức A2 > A1, cọc tăng thiết diện 4- Mặt khác ta nhận thấy từ đầu, thiết lập phương trình ta bỏ qua tác động ma sát đất xung quanh cọc lên lan truyền sóng thân cọc Trên thực tế, ma sát đất tác động mạnh giá trị  ghi nhận không phản ánh giá trị  theo lý thuyết chắn định lượng A2 theo A1 Hơn nữa, việc giả định E c không đổi theo suốt chiều dài thân cọc không thực tế cọc đổ lơ bê tơng khác với độ sụt cường độ khác nên độ đặc khác Do có thay đổi trở kháng tất yếu tố có liên quan phải đồng thời xem xét thiết diện cọc, 68 chất lượng bê tông, điều kiện đất quanh cọc… 2.4 Phƣơng pháp siêu âm 2.4.1 Nguyên lý làm việc Phương pháp siêu âm dùng để xác định chất lượng cọc dựa đặc điểm qúa trình truyền sóng siêu âm vật liệu Vậy liệu có cấu tạo đặc chắc, tốc độ lan truyền sóng siêu âm chúng lớn Đối với bê tơng đặc chắc, tốc độ lan truyền sóng siêu âm khoảng 3000  5000mm/s phụ thuộc vào thành phần cấp phối vật liệu Đối với bê tông tốt, đường vạch ứng với thời gian tới đỉnh sóng phải đen Dựa vào trị số tốc độ truyền sóng âm, suy đốn chất lượng vật liệu tạo cọc theo bảng Bảng Đánh giá chất lượng bê tông cọc theo giá trị vận tốc truyền sóng siêu âm Vận tốc (m/s) < 2000 2000 - 3000 3000 - 3500 3500 - 4000 > 4000 Chất lượng Rất Kém Trung bình Tốt Rất tốt Bảng Quan hệ cường độ bê tơng cọc vận tốc truyền sóng siêu âm Vận tốc (m/s) 3000 - 3250 3250 - 3500 3500 - 3750 3750 - 4000 Cường độ nén (Mpa) 20 25 30 35 dọc thân cọc trước đổ bê tông tạo cọc Các xung điện tạo phận gây xung chuyển thành sóng siêu âm qua đầu phát đến đầu thu lại đựơc chuyển trở lại thành xung điện máy xử lý chuyển tín hiệu sang dạng số lưu trữ lại nhớ để in chuyển sang máy tính Cường độ tín hiệu thời gian trễ đựơc biểu diễn trục hồnh với trục tung Hình Nguyên lý kiểm tra cọc siêu âm chiều sâu Tùy vào độ trễ cường độ Trong thí nghiệm siêu âm, hai đầu tín hiệu xác định khuyết dò (đầu phát đầu thu sóng siêu âm) tật cọc bê tơng rỗ, lẫn bùn đất, thả song song cao độ chất lượng bê tông kém, thiết diện cọc suốt chiều dài cọc theo ống đặt sẵn thay đổi… Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 2.4.2 Thiết bị qui trình thí nghiệm 2.4.2.1 Thiết bị Tùy thuộc vào hãng sản xuất kích thước, hình dáng thiết bị khác gồm phận sau: - máy tạo xung ghi lại tín hiệu đo - đầu phát đầu nhận nối với máy cuộn dây - lăn đo chiều sâu - dây đấu với máy tính để chuyển tín hiệu - phần mềm in số liệu 2.4.2.2 Quy trình thí nghiệm Các ống đặt cọc phải có đường kính khơng nhỏ 50mm, thép bịt kín đầu, nối với hàn bắt ren Trước thí nghiệm cần đổ đầy nước vào ống, dùng đầu dị nặng để rà thơng ống, hai đầu phát đầu thu thả đồng thời vào ống đến đáy Cho chạy phát thử tín hiệu lên đều, tốt bắt đầu ghi cách kéo đồng thời hai dây lên, trường hợp xấu không ghi phải cân chỉnh lên xuống đầu có tín hiệu ổn định Phương pháp có ưu điểm xác định tương đối xác vị trí khuyết tật theo chiều sâu tiết diện cọc số ống thử đặt tương đối đủ theo chu vi cọc Tuy phương pháp có nhược điểm không kiểm tra chất lượng chỗ tiếp xúc mũi cọc việc khám dị phải dừng cách đáy 10cm phải đặt trước ống 2.4.3 Bố trí ống đo Các ống đo kim loại hay chất dẻo, bịt kín hai đầu thả vào lỗ cọc với lồng thép, chúng 69 cố định vào khung lồng thép để không bị dịch chuyển đổ bê tơng Số lượng ống phụ thuộc vào kích thước cọc khoan nhằm để kiểm tra nhiều khối lượng bê tơng góc qt chùm tia siêu âm bị hạn chế (hình 6.6) * Theo TCXD 206: 1998, điều 5.6 quy định sau: - d  60 cm: đặt hai ống ống cọc đầu phát đầu thu nằm trục - 60 < d 120 cm: đặt bốn ống *Theo tiêu chuẩn Trung Quốc quy định: - d < 35 cm: đặt hai ống - 35 < d < 80 cm: đặt ba ống - d > 80 cm: đặt bốn ống * Theo tiêu chuẩn Mỹ quy định: - d  75 cm: đặt hai ống, góc ống 1800 - 75 < d  105 cm: đặt ba ống, góc ống 1200 - 105 < d  150 cm: đặt bốn ống, góc ống 900 - 150 < d  240 cm: đặt sáu ống, góc ống 600 - d > 240 cm: đặt tám ống, góc ống 450 2.4.4 Nhận Xét - Phương pháp siêu âm đánh giá tổng thể chất lượng bê tơng cọc phạm vi sóng truyền qua khám dò kiểm tra phận lõi thân cọc gồm hai ống đặt sẵn khơng kiểm tra mặt ngồi cọc (ví dụ việc bao bọc cốt thép không tốt), không cho xác định kích thước chất khuyết tật Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 - Dữ liệu sở để đánh giá chất lượng bê tông biểu đồ phổ, bê tông chất lượng tốt, vạch biểu đồ phổ đen chất lượng bê tông đồng đều, vạch thẳng, ổn định Còn giá trị tuyệt đối thời gian truyền sóng, tốc độ truyền sóng có ý nghĩa tham khảo phụ thuộc vào khoảng cách hai ống siêu âm coi suốt chiều dài - Cọc nghi ngờ có khuyết tật khi: tín hiệu bị hồn toàn, độ đen vạch quang phổ thứ giảm mạnh, thời gian truyền sóng tăng đột ngột tương ứng với giảm đột ngột tốc độ truyền sóng Khi cần phân tích cẩn thận địi hỏi người sử dụng phải có kinh nghiệm thực tế 2.5 Phương pháp tia Gama truyền qua lỗ Phương pháp cho phép xác định vị trí khuyết tật thân cọc, đầu mũi cọc (tuy chưa thật xác) đánh giá tình hình quan trọng nó, ngồi cho biết độ đồng bê tông 2.5.1 Nguyên lý làm việc Phương pháp dựa tượng hấp thụ chùm tia gama qua vật liệu Nếu gọi N số lượng phôton gama đến sau lúc xuyên qua chiều dày d vật liệu có mật độ  thì: N  N e K  d (11) Trong đó: - N0: số lượng photon gama phát đơn vị thời gian (N0 phụ thuộc vào nguồn phóng xạ) - K: hệ số giảm yếu tùy thuộc vào cường độ xạ sử dụng tính chất vật liệu (K = 19) 70 Như vào N (lúc biết trước bề dày bề dày không đổi) loại vật liệu định (bê tông) biết tình hình chất lượng bê tông dọc theo chiều dài thân cọc có mẫu chuẩn có sẵn (đúc trước dựa vào mẫu bê tơng có phương pháp khoan) tìm mật độ tương ứng Hơn có mẫu chuẩn cho mối quan hệ cường độ mật độ tìm cường độ 2.5.2 Phạm vi sử dụng Tương tự phương pháp siêu âm Tốc độ kiểm tra đạt cọc ngày tùy theo biện pháp phòng ngừa lúc sử dụng đồng vị phóng xạ Ưu điểm lớn phương pháp sau đổ bê tơng xong, tiến hành kiểm tra, không yêu cầu tuổi bê tơng, có phát bê tơng có vấn đề chất lượng, lợi dụng lúc bê tông chưa đông cứng xử lý thuận lợi Phương pháp giúp ta xác định vị trí khuyết tật chiều sâu lẫn tiết diện, biết nhanh kết qủa trường cho kết qủa mũi cọc ống đặt sẵn hạ xuống gần mũi cọc (dưới cm) Tại điểm đo, phạm vi ảnh hưởng có dạng hình elip có trục lớn bề dày vật liệu truyền qua trục nhỏ gần 15 cm Tuy phương pháp bị hạn chế khoảng cách tối đa ống đặt sẵn 80 cm, cọc có đường kính 80 cm phải đặt ống, đường kính 120 cm phải đặt ống… phải có lượng ống đủ lớn phải có biện pháp phịng ngừa ảnh hưởng phóng xạ Thơng báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 2.5.3 Nhận xét 1- Phương pháp bị hạn chế phạm vi ảnh hưởng tương đồi nhỏ cần tốn lượng ống nhiều, khoảng cách tối đa ống đặt 80 cm 2- Phương pháp cho phép đánh giá chất lượng bê tông cọc vành ngồi chu vi cọc chất lượng bê tơng cọc làm để đánh giá thật khó Mặt khác bê 71 tơng bảo vệ cốt thép chất lượng khó đánh giá 3- So với phương pháp khám dò siêu âm phương pháp khám dị tia gama xếp vào nhóm phương pháp truyền qua trực tiếp Về hai phương pháp thực tương tự mô tả chung sau: Bảng Các phương pháp truyền qua trực tiếp Phƣơng pháp kiểm tra Phƣơng pháp kiểm tra tia siêu âm truyền qua gamma truyền qua - Đo sóng âm truyền qua ống - Đo số phóng xạ ống đất sẵn lỗ khoan lấy đặt sẵn lỗ khoan lấy mẫu mẫu Nguyên tắc điều kiện - Các dao động truyền từ ống khác cao độ để đo áp dụng thời gian đến biên độ dao động - Tương đối nhanh Ưu điểm - Nguồn phóng xạ đầu thu để ống gần đối diện có đổ đầy nước Vùng mật độ thấp làm tăng photon đầu đo - Tương đối nhanh - Xác định khuyết tật - Xác định khuyết tật ống chuẩn ống chuẩn - Không bị hạn chế độ sâu - Không bị hạn chế độ sâu - Xem kết - Xem kết hình hình - Phải đặt trước ống - Phải đặt trước ống phải khoan lỗ phải khoan lỗ Nhược điểm - Khó xác định khuyết tật - Có thể gây nhiễm phóng xạ lỗi cọc - Khoảng cách lớn ống 80cm Ứng dụng - Kiểm tra tính đồng bê - Kiểm tra tính đồng bê tông xác định khuyết tông xác định khuyết tật thân cọc tật thân cọc Giá/1 cọc 3.000.000 – 5.000.000đ + chi phí 3.000.000 – 5.000.000đ + chi phí đặt ống đặt ống Thơng báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 2.6 Phƣơng pháp khoan lấy mẫu Bằng thiết bị khoan lấy mẫu bê tơng có đường kính 50 150 mm từ độ sâu khác nhau, lấy mẫu liên tục theo chiều sâu Quan sát mẫu trường cho phép đánh giá sơ chất lượng bê tông cọc Trong trường hợp cần thiết nén mẫu để xác định cường độ bê tông Đây phương pháp kiểm tra xác chất lượng tiếp xúc mũi cọc đất mũi cọc Tuy nhiên, phương pháp nhiều hạn chế vì: lỗ khoan để đánh giá tồn đường kính cọc nên độ tin cậy không cao Phương pháp đơn giản tốn nhiều thời gian kinh phí Lúc khoan cần phải ghi chép tốc độ khoan đợt (độ 5cm đợt) Các ghi chép giúp nhà chuyên mơn việc nhận định tình hình Việc xem xét lõi khoan cho biết độ đồng bê tông chất lượng chỗ tiếp xúc bê tông với đất đầu mũi cọc Cần phân biệt đứt gẫy tác dụng khoan đứt đoạn không liên tục đổ bê tông Về nguyên tắc khoan lấy lõi suốt chiều dài cọc, xét mức độ cần thiết, cơng trình cầu Hàm Rồng khoan lấy lõi mũi cọc Việc thực cọc có đường kính 2m Bên cọc đặt sẵn ống thép có đường kính 105mm, đáy ống có nắp bịt đặt cách đáy cọc 1m Việc khoan lõi thực từ đáy ống độ sâu 20 cm cách đáy cọc Các mẫu khoan đặt liên tục tiến hành quan sát Đồng thời vào ổn định tốc độ 72 khoan để đánh giá tính đồng liên tục bê tông mũi cọc 2.7 Quan sát thiết bị vô tuyến Thiết bị bao gồm: camera hình trụ trịn, kín có đường kính 48 mm có số đầu dị khác quan sát dọc trục ngang, đoạn cáp dài độ 100 m nối camêra với trung tâm điều khiển, trung tâm điều khiển, máy thu hình có chu trình kín, máy ghi hình có hiệu suất nâng cao Hình Sơ đồ dây truyền quan trắc Camera thu nhỏ truyền hình Phương pháp thực cách khoan tạo lỗ dọc thân cọc, sau hạ camera vô tuyến xuống để quan sát thành hố khoan Thiết bị khoan sử dụng trường hợp khoan phá, khơng cần phải lấy mẫu bê tơng Góc quan sát camera 3600 , cho phép quan sát cách chi tiết thành hố khoan, vị trí bê tơng bị rỗ phát cách dễ dàng Kết luận 1- Việc đánh giá tổng thể chất lượng bê tông phải nghiên cứu cách kỹ lưỡng chất lượng công tác chuẩn bị, chất lượng qúa trình đổ bê tơng khơng vào việc khám dị trực tiếp hay khoan Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 lấy lõi v.v… sau cọc nhồi bê tông xong 2- Các phương pháp biến dạng nhỏ (PIT), phương pháp siêu âm tia gama truyền qua phương pháp kiểm tra cọc tiên tiến, giá thành rẻ kiểm tra đựơc nhiều cọc thời gian ngắn, nên phương pháp khuyến khích áp dụng rộng rãi cho cơng trình móng cọc đặc biệt cọc khoan nhồi 3- Bên cạnh ưu điểm phương pháp nêu mục 2, thân 73 số liệu ghi lại đựơc máy khơng nói nhiều, cần có am hiểu sâu sắc lý thuyết kinh nghiệm qua nhiều cơng trình thực tế xem xét đánh giá xác thực trạng khuyết tật 4- Từ hạn chế phương pháp nói cần có thí nghiệm bổ sung khoan lấy lõi, quan sát thiết bị vô tuyến… Cũng nhật ký thi công cọc tài liệu khảo sát địa chất hỗ trợ nhiều để có kết luận cuối chất lượng cọc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Châu Ngọc Ẩn 2005 Giáo trình Nền Móng, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM [2] Nguyễn Bá Kế 2000 Giáo trình Sự Cố Nền Móng Cơng Trình (Phịng Tránh, Sửa Chữa, Gia Cường), NXB Xây Dựng, Hà Nội [3] Phạm Ngọc Tân 2012 Tài liệu giảng dạy lớp giám sát thi công chuyên đề “Giám sát Nền móng”, ĐHXD Miền Trung  ...ây phương pháp kiểm tra xác chất lượng tiếp xúc mũi cọc đất mũi cọc Tuy nhiên, phương pháp cịn nhiều hạn chế vì: lỗ khoan để đánh giá tồn đường kính cọc nên độ tin cậy không cao Phương pháp đơn g...hoan Thơng báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2015 lấy lõi v.v… sau cọc nhồi bê tông xong 2- Các phương pháp biến dạng nhỏ (PIT), phương pháp siêu âm tia gama truyền qua phương pháp kiểm tra cọc t...háp truyền qua trực tiếp Về hai phương pháp thực tương tự mô tả chung sau: Bảng Các phương pháp truyền qua trực tiếp Phƣơng pháp kiểm tra Phƣơng pháp kiểm tra tia siêu âm truyền qua gamma truyền q