5.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
5.2.1 PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM TRUYỀN QUA ỐNG
Siêu âm là dao động cơ học đàn hồi truyền đi trong môi trường vật chất với tần số dao động từ 20kHz ytrở lên. Sóng siêu âm dùng để kiểm tra chất lượng của bê tông cọc khoan nhồi, kiểm tra độ đồng nhất, các khuyết tật, biến dạng có thể xuất hiện trong quá trình thi công.
Phương pháp siêu âm dựa trên 2 nguyên lý cơ bản:
- Sóng siêu âm có khả năng tập trung năng lượng vào một phạm vi nhỏ hẹp trên nguyên tắc tận dụng các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ…
- Sóng siêu âm có khả năng tập trung năng lượng cao nên tạo được biên độ dao động lớn cho các hạt trong môi trường có sóng truyeàn qua.
Để nghiên cứu, đánh giá chất lượng của vật liệu bê tông người ta có thể đo đạc các thông số sau đây: tốc độ (hay thời gian truyền sóng), mức độ khuếch tán năng lượng siêu âm trong môi trường, độ tập trung sóng sau khi đi qua môi trường. Tuy nhiên, qua những kinh nghiệm thực tế người ta thấy rằng chỉ cần nghiên cứu tốc độ (thời gian) truyền sóng qua môi trường bê tông cũng đủ để đánh giá chất lượng với độ chính xác cần thiết.
Quá trình thí nghiệm được thực hiện bằng cách đo tốc độ (thời gian) truyền sóng từ 2 điểm cố định trong suốt chiều dài cọc. Đầu phát và đầu thu sóng sẽ được thả song song cùng cao độ suốt chiều dài thân cọc theo các ống đặt sẳn dọc thân cọc trước khi đổ bê tông. Thời gian truyền sóng
qua vật liệu cọc giữa 2 đầu dò được đo liên tục trong quá trình thả đầu dò và hiển thị trên màn hình vi tính. Từ đó, có thể nhận biết các khuyết tật dựa vào tín hiệu truyền sóng: thời gian truyền sóng tăng đột ngột hoặc mất tín hiệu hoàn toàn.
Đặc điểm của phương pháp siêu âm:
- Phương pháp siêu âm đánh giá tổng thể chất lượng bê tông cọc trong phạm vi sóng truyền qua, không cho phép xác định kích thước và loại khuyết tật.
- Các giá trị tốc độ truyền sóng chỉ có giá trị tham khảo vì phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 ống siêu âm, xem như không đổi trong suốt chiều dài cọc.
b) Nguyên lý cấu tạo thiết bị và phương pháp kiểm tra
§ Nguyên lý cấu tạo thiết bị:
Thiết bị kiểm tra bao gồm các bộ phận chính sau đây:
- Một đầu đo phát sóng dao động đàn hồi (xung siêu âm) với cáp dẫn và một bộ phận xung có tần số truyền sóng trong phạm vi 20-100 kHz.
- 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 đo chiều sâu hạ đầu đo.
- Một bộ thiết bị điện tử để ghi nhận và điều chỉnh tín hiệu thu được.
- Một hệ thống hiển thị tín hiệu.
- Một hệ thống ghi nhận và biến đổi tín hiệu thành những đại lượng vật lý đo được.
- Cơ cấu định tâm cho 2 đầu đo khi đường kính của đầu đo nhỏ nhơn ít nhất 10 mm so với đường kính trong của ống đo.
§ Phương pháp kiểm tra:
Khảo sát sóng siêu âm truyền qua một cấu kiện bê tông được thực hiện theo các bước sau: phát xung siêu âm từ một đầu đo đặt trong ống chứa đầy nước sạch và truyền qua cấu kiện bê tông của cọc khoan nhồi. Sau đó thu sóng siêu âm bằng một đầu đo thứ 2 đặt trong một ống khác cũng chứa đầy nước sạch, ở cùng mức cao độ với đầu phát. Sau đó thực hiện xử lý số liệu: đo thời gian truyền sóng giữa 2 đầu đo trên suốt chiều cao của ống đặt sẳn, ghi sự biến thiên biên độ của tín hiệu đo được.
Số lượng bố trí ống đo chôn sẳn phụ thuộc vào kích thước cọc khoan nhồi nhằm mục đích để kiểm tra được nhiều nhất khối lượng bê tông trong khi góc quét của chùm tia siêu âm bị hạn chế (xem hình 5- 11). Theo TCVN 206:1998 quy định số lượng bố trí các ống đo như sau:
+ D £ 60 cm: bố trí 2 ống (hoặc 1 ống ở giữa cọc khi đầu phát và đầu thu nằm trên cùng 1 trục).
+ 60 < D < 120 cm : boá trí 3 oáng.
+ D > 120 cm: boá trí 4 oáng.
Hướng truyền sóng
Hình 5-10: Sơ đồ cấu tạo thiết bị phuơng pháp siêu âm.
Hộp điều khiển
Máy in Máy tính xử lý số liệu
Thiết bị đo độ sâu
Đầu thu Cọc thử Đầu Phát
Hình 5-11: Sơ đồ bố trí các ống đo
§ Phân tích kết quả đo kiểm tra:
Để đánh giá độ đồng nhất của bê tông thân cọc người ta có thể có thể dựa vào các đặc trưng âm ghi nhận được như: vận tốc, biên độ, năng lượng và thời gian truyền hoặc dựa vào hình dáng của sóng âm thu nhận được. Có thể tham khảo kính nghiệm của Liu Xin Lu (1997)
Bảng 5-1: Phán đoán chất lượng bê tông thân cọc
Chất lượng Thời gian truyền Biên độ Hình dạng sóng Tốt Đều đặn, không đột biến Không suy giảm lớn Bình thường Có gián đoạn Tăng lớn Có suy giảm Biến đổi lạ Nứt gãy Tăng rõ rệt Suy giảm rõ rệt Biến đổi lạ
Để đánh giá cường độ bê tông thân cọc có thể căn cứ vào vận tốc truyền âm trong bê tông thân cọc như sau:
Bảng 5-2: Quan hệ giữa cường độ bê tông và vận tốc âm
Vận tốc âm (m/s) Cường độ nén (MPa) Vận tốc âm (m/s) Cường độ nén (MPa)
3750 – 4000 35 3250 – 3500 25
3500 – 3750 30 3000 – 3250 20
Ngoài ra, có thể đáng giá chất lượng bê tông thân cọc căn cứ vào tốc độ xung và vận tốc truyền âm theo các bảng sau:
Bảng 5-3: Quan hệ giữa chất lượng bê tông và tốc độ xung Tốc độ xung (m/s) Đánh giá chất lượng
> 4570 Raát toát
3660 – 4570 Toát
3050 – 3660 Nghi ngờ
2135 – 3050 Keùm
< 2135 Raát keùm
Bảng 5-4: Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc theo vận tốc truyền aâm
Vận tốc aâm (m/s)
< 2000 2000 – 3000
3000 - 3500 3500 - 4000 > 4000 Chất lượng
beâ toâng
Raát keùm Keùm Trung bình Toát Raát toát Caáp chaát
lượng cọc
V IV III II I