Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

I Đặt vấn đề

Cọc khoan nhồi đang đợc sử dụng rộng rãi tại nhiều công trình dân dụng, công nghiệp và giao thông tại Việt nam Loại cọc này có khả năng áp dụng thích hợp cho các công trình có tải trọng lớn, trong các khu đô thị đông đúc Trong những năm gần đây, ngành xây dựng công trình giao thông ở nớc ta đã có những tiến bộ vợt bậc Cùng với các công nghệ thi công cầu tiên tiến nh đúc hẫng cân bằng, đúc đẩy, thi công cầu dây văng khẩu độ lớn, đã và đang trở nên phổ biến thì công nghệ thi công cọc khoan nhồi cũng đã đợc sử dụng một cách rộng rãi Qua thực tế thi công cho thấy đã có nhiều sai sót về mặt kỹ thuật và xẩy ra một số sự cố đáng tiếc Điều đó cho thấy cần phải quan tâm tới công tác quản lý, kiểm tra và đánh giá chất lợng cọc khoan nhồi và đề ra các giải pháp khắc phục.

II tình hình áp dụng các phơng pháp kiểm tra cọc khoannhồi

II.1 Tình hình áp dụng các phơng pháp kiểm tra chất lợng và xácđịnh sức chịu tải cọc khoan nhồi trên thế giới :

Trên thế giới, các phơng pháp kiểm tra chất lợng và xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi đợc quan tâm từ rất sớm Đến nay đã có rất nhiều các nghiên cứu lý thuyết, các phơng pháp và thiết bị kiểm tra đợc áp dụng có hiệu quả trong công tác quản lý chất lợng cọc khoan nhồi Có nhiều hãng chuyên sản xuất thiết bị và thực hiện công tác kiểm tra, đánh giá chất lợng cọc nh PDI, LOADTEST của Mỹ, TNO của Hà Lan, Testconsult,

 Các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc :

Các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi ban đầu chủ yếu dựa vào 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 phơng pháp

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

Năm 1977, Wetman đề xuất phơng 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 lợng cọc khoan nhồi nh là PIT của hãng PDI-Mỹ, MIMP của Pháp.

Cũng từ nguyên lý này một số phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc đợc đề xuất nh là phơng pháp chấn động song song, phơng pháp sóng ứng suất trong Tuy nhiên các phơng pháp này chỉ đợc sử dụng trong các trờng hợp đặc biệt.

Phơng pháp siêu âm truyền qua nhờ các ống đặt sẵn trong cọc cũng là một phơng pháp đợc sử dụng phổ biến trên thế giới Phơng pháp này dựa vào vận tốc âm truyền trong bê tông để đánh giá chất lợng cọc Đã có nhiều thiết bị kiểm tra đợc chế tạo, trong đó thiết bị đợc sử dụng nhiều nhất là CSL

(Crosshole Sonic Logging) của hãng Olson Instrument.

Ngoài các phơng pháp nêu trên, ngời ta còn sử dụng một số phơng pháp sau để kiểm tra chất lợng cọc : phơng pháp khoan lấy lõi, phơng pháp tia gamma, phơng pháp nội soi bê tông

 Các phơng pháp thử tải xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi :

Trong các phơng pháp thử tải cọc khoan nhồi thì phơng pháp thử tải tĩnh truyền thống là phơng pháp cho độ chính xác cao nhất và cũng đợc sử dụng sớm nhất Tuy nhiên, khi các cọc khoan nhồi đợc thi công sâu hơn, đờng kính cọc lớn hơn dẫn đến sức chịu tải cọc rất lớn thì phơng pháp thử tải tĩnh truyền thống gặp khó khăn.

Những năm 60, Viện công nghệ Case đã xây dựng “Phơng pháp thử động biến dạng lớn PDA” để kiểm tra sức chịu tải cọc khoan nhồi dựa trên lý thuyết truyền sóng trong cọc Đến nay, phơng pháp này đợc sử dụng phổ biến và đợc đa vào quy trình của nhiều nớc.

Đầu những năm 1980, giáo s ngời Mỹ Jorj O Osterberg của Trờng Đại học Northwestern, Florida đã đa ra một công nghệ nén tĩnh mới mà sau này mang

tên ông là “Phơng pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg” Tải trọng

thử tác dụng lên cọc đợc truyền từ hộp tải trọng đặt sẵn trong thân cọc trớc khi đổ bê tông Cho đến nay phơng pháp này đã đợc áp dụng rộng rãi và đợc đa vào tiêu chuẩn của nhiều nớc Công ty Loadtest đang là hãng giữ độc quyền về sản xuất các thiết bị của phơng pháp này.

Phơng pháp thử tải cọc khoan nhồi mới nhất là “Phơng pháp thử tải tĩnh động

STATNAMIC” Phơng pháp này đợc thí nghiệm lần đầu tiên vào năm 1988 ở

Canada Từ năm 1989 nó đã bắt đầu dợc ứng dụng trong thực tế ở các nớc Canada, Hà Lan, Nhật Bản, Năm 1995, Hội nghị quốc tế lần thứ nhất về

STATNAMIC tổ chức từ ngày 27-30/9 đã tập hợp gần 200 nhà khoa học trên

thế giới Trong Hội nghị này đã thông báo các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đợc tiến hành ở nhiều nớc, đây cũng là diễn đàn để trao đổi để hoàn thiện hơn phơng pháp này Hiện nay, hãng TNO của Hà Lan, một hãng đi đầu

trong nghiên cứu phơng pháp STATNAMIC đang có hệ thống thiết bị đợc sử

dụng phổ biến nhất.

II.2 Tình hình áp dụng các phơng pháp kiểm tra chất lợng và xácđịnh sức chịu tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam :

ở nớc ta trong những năm gần đây cọc khoan nhồi đã đợc sử dụng phổ biến trong xây dựng nền móng các công trình xây dựng, giao thông, cảng, Việc kiểm tra đánh giá chất lợng và sức chịu tải của cọc khoan nhồi đã đợc quan tâm chú ý

 Các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc :

Phơng pháp tia gama là phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi đợc sử

dụng lần đầu tiên ở nớc 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 đợc, do đó

không đợc áp dụng rộng rãi.

Hiện nay, các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi đợc sử dụng phổ

biến trong nớc là phơng pháp thử động biến dạng nhỏ (PIT, MIMP) và phơng

pháp siêu âm truyền qua Hầu hết các cọc khoan nhồi đợc kiểm tra đều áp dụng đồng thời cả hai phơng pháp này.

 Các phơng pháp thử tải cọc khoan nhồi :

Phơng pháp thử tải tĩnh là phơng pháp đợc sử dụng đầu tiên để xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi

Ngoài ra, hiện nay phơng pháp thử động biến dạng lớn cũng đang đợc sử dụng phổ biến ở nớc ta Hầu hết các công trình có sử dụng cọc khoan nhồi đều áp dụng phơng pháp thử tải này

Phơng pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg đợc áp dụng lần đầu tiên ở nớc ta trong công trình cầu Mỹ Thuận vào đầu năm 1998, tiếp đó là cầu Lạc Quần vào cuối năm 1998 Để có thể áp dụng phổ biến phơng pháp này cần phải đào tạo đợc đội ngũ cán bộ có trình độ tay nghề cao.

Phơng pháp thử tải tĩnh động STATNAMIC là phơng pháp chỉ mới đợc nghiên

cứu về mặt lý thuyết ở Việt Nam Năm 1995, t vấn Anh đã đề nghị áp dụng cho thử cọc tại cảng container Tân Thuận nhng không đợc phía Việt Nam chấp thuận, nguyên nhân có thể do tại thời điểm đó công nghệ này còn quá mới đối với chúng ta Với u thế về độ tin cậy và giá thành hợp lý, trong thời

gian tới chắc chắn phơng pháp thử tải tĩnh động STATNAMIC sẽ đợc áp dụng

trong việc thử tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam.

III.1 Kiểm tra chất lợng cọc trong quá trình thi công :

III.1.1.Giới thiệu chung :

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

gồm có :

 Chất lợng lỗ cọc trớc khi đổ bê tông;

 Chất lợng và khối lợng bê tông đổ vào cọc;  Lồng cốt thép trong lỗ cọc.

Nếu thi công bằng phơng pháp ớt (dùng dung dịch sét hoặc hoá phẩm khác để

giữ ổn định thành lỗ cọc) thì phải kiểm tra chất lợng 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 thuỷ văn và công nghệ khoan cụ thể.

III.1.2.Kiểm tra chất lợng lỗ cọc :

Chất lợng lỗ cọc là một trong các yếu tố có ý nghĩa quyết định đến chất lợng cọc Việc khoan và dọn lỗ cọc, sau đó là cách giữ thành vách lỗ cọc là những công đoạn quan trọng, ảnh hởng đến chất lợng lỗ cọc tốt hay xấu Các chỉ tiêu về chất lợng lỗ cọc bao gồm vị trí, kích thớc hình học, độ nghiêng lệch, tình trạng thành vách và lớp cặn lắng ở đáy lỗ Dới đây trình bày các thông số đánh giá chất lợng và phơng pháp kiểm tra chúng.

-Kiểm tra bằng mắt có thêm đèn dọi

-Dùng phơng pháp siêu âm hoặc camera ghi chụp thành lỗcọc

2 Vị trí, độ thẳng đứng và độ sâu

-Đo đạc so với mốc và tuyến chuẩn

-So sánh khối lợng đất lấy lên với thể tích hình học của cọc-Theo lợng dùng dung dịch giữ thành vách

-Theo chiều dài tời khoan-Quả dọi

-Máy đo độ nghiêng, phơng pháp siêu âm

3Kích thớc lỗ

-Mẫu, calip, thớc xếp mở và tự ghi độ lớn nhỏ đờng kính-Theo đờng kính giữ ống thành

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

Tình trạng đáy lỗ và độ sâu của mũi cọc trong đất đá, độ dày lớp cặn lắng

-Lấy mẫu và so sánh với đất và đá lúc khoan, đo độ sâu trớcvà sau thời gian giữ thành không ít hơn 4 giờ.

-Độ sạch của nớc xối rửa

-Phơng pháp quả tạ rơi hoặc xuyên động- Phơng pháp điện (điện trở, điện dung )

-Phơng pháp âm

Bảng trên trình bày các phơng pháp khá đơn giản để kiểm tra chất lợng lỗ cọc, tuy nhiên trong hầu hết các trờng hợp phải dùng thiết bị máy móc thích

hợp mới thực hiện đợc các yêu cầu về kiểm tra chất lợng lỗ cọc.

III.1.2.1.Kiểm tra kích thớc và đặc trng hình học lỗ cọc :

 Đo đờng kính lỗ cọc :

Đờng kính thân cọc hoặc đáy cọc có mở rộng là dựa vào thiết bị tạo lỗ theo kích thớc thiết kế Trong trờng hợp không dùng ống vách để giữ thành thì đ-ờng kính của lỗ cọc trớc khi lắp đặt lồng cốt thép có thể bị co thắt lại hoặc mở to ra do đó cần phải có kiểm tra để đối chiếu với các sai số quy định.

Thiết bị đo đờng kính lỗ cọc gồm có 3 phần : đầu đo, bộ phóng đại và bộ phận ghi có thể đo đờng kính lỗ cọc đến 1,2 m Nguyên tắc hoạt động của thiết bị là do cơ cấu co giãn đàn hồi của 4 ăng ten ở đầu đo mà làm thay đổi điện trở, dẫn đến thay đổi điện áp, kết quả sự thay đổi đợc hiển thị bằng số hoặc máy ghi lu giữ Trị số điện áp biểu thị và đờng kính cọc có quan hệ :

Khi cọc nhồi đợc tạo lỗ trong điều kiện khô ráo thì việc kiểm tra tình trạng thành vách, độ thẳng đứng, độ sâu, lớp đất rời nằm ở đáy lỗ, lắp đặt lồng cốt

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 lợng đặt ở đầu dò, thu đợc các

Trong đó : t - thời gian sóng âm truyền qua môi trờng, giây; L - đoạn đờng truyền của sóng (âm trình), m; C - Vận tốc của sóng âm, m/giây.

Căn cứ vào kết quả đo trên mặt bằng và theo độ sâu ở đáy lỗ khoan ta xác định đợc độ nghiêng của lỗ khoan trớc khi đổ bê tông.

 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 khoan cọc khoan nhồi theo phơng pháp sóng âm Trong số đó thì máy siêu âm KODEN-DM-684 đợc sử dụng nhiều nhất

 Cấu tạo thiết bị :

Thiết bị gồm có máy phát sóng âm, đầu dò phát và đầu dò thu, bộ phận khuếch đại, máy ghi và máy nâng hạ.

Bộ phận chủ yếu của máy phát sóng âm là thiết bị rung Điện mạch xung có tần số nhất định mà máy rung sinh ra sau khi đợc phóng đại chuyển thành sóng âm nhờ đầu dò phát Tần số rung của thiết bị có thể điều chỉnh, thu đợc sóng âm của các loại tần số để đáp ứng các yêu cầu kiểm tra khác nhau.

Bố trí thiết bị DM-68 trên miệng lỗ khoan

Bộ phận khuếch đại, phóng đại, chỉnh hình và hiển thị tín hiệu điện do đầu dò thu truyền đến, hiển thị thời gian bằng trục thời gian hoặc hiển thị bằng số Ngời ta có thể dựa vào độ dài của đoạn sáng giữa điểm đàu tiên của sóng và tín hiệu đầu tiên để xác định thời gian truyền sóng trong vật chất của môi tr-ờng.

Các thiết bị dò gồm có 2 cặp tế bào đầu dò cảm ứng, mỗi cặp dùng cho một trục đo Những trục này gọi là A-A’ và B-B’ định hớng trực giao cho mỗi cặp và sẽ đợc thực hiện tơng đẳng với 4 điểm Compa đã đánh dấu Thiết bị KODEN DM-684 đợc định tâm trên miệng hố khoan sao cho tâm của thiết bị trùng với tâm của hố khoan bằng cách dùng thớc đo đến hai trục sau đó đánh dấu sơn lên sàn công tác quy định trục hớng đo.

 Ghi nhận số liệu :

Cùng một thời gian đo, chỉ có thể đọc cho một cặp tế bào đầu dò cảm biếnthể hiện cho một trục Trong quá trình hạ đầu dò xuống hố khoan, các tế bàocảm ứng sẽ phát ra tín hiệu sóng siêu âm một cách định kỳ Các sóng siêu âmkhi gặp thành vách phản hồi lại sẽ đợc đo bởi một tế bào cảm ứng tơng tự.Ngay khi đó các tín hiệu phản hồi sẽ đợc chuyển trực tiếp đến máy và đợc inra giấy Bản tín hiệu in ra giấy là giá trị thu đợc dọc theo chiều sâu hốkhoan Tỷ lệ theo phơng đứng trên bản in sẽ cho biết đợc chính xác vị trí nàotrong hố khoan (theo chiều sâu) có khuyết tật hay thành vách bị lệch hay nhôra hoặc mở rộng, thu hẹp Thiết bị KODEN DM-684 có thể đo đợc hốkhoan đờng kính đến 4 m, chiều sâu đến 110 m.

Một ví dụ về kết quả thu nhận đợc

 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 :

 Vị trí công trình;

 Chi tiết cọc kiểm tra : bao gồm số hiệu cọc, chiều dài, đờng kính thiết kế, ngày khoan, ngày kiểm tra,

 Các kết quả kiểm tra về đờng kính lỗ khoan bao gồm : bảng số liệu đờng kính lỗ khoan ở các cao độ nh : đỉnh ống casing, chân ống casing, cao độ mũi cọc và một số cao độ khác theo đề cơng kiểm tra  Kết quả độ nghiêng của lõ khoan bao gồm : độ nghiêng của ống

casing, độ nghiêng của thành vách lỗ khoan;  Các biên bản kiểm tra hiện trờng.

III.1.2.2.Đo bề dày lớp cặn lắng :

Bề dày của lớp cặn lắng ở đáy lỗ cọc có ảnh hởng rất lớn đến sức chịu tải của cọc và độ lún của công trình, do đó khi thi công phải có các biện pháp đảm bảo để độ dày lớp cặn lắng không đợc vợt trị số quy định Hiện nay cha có biện pháp nào thực sự hữu hiệu để đo đợc bề dày lớp cặn lắng này Tuy nhiên, ngời ta có thể dùng một số phơng pháp sau :

 Phơng pháp chùy rơi :

Dùng chùy hình côn nặng khoảng 1 kg, có tai để buộc dây và thả chầm chậm

vào 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 đợc lúc khoan xong với độ sâu đo đ-ợc bằng chùy này Đây là phơng pháp thủ công, phụ thuộc nhiều vào ngời đo và chỉ phù hợp với cọc có độ sâu nhỏ.

 Phơng pháp điện trở :

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

n-ớc+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.

Rx – trị số điện trở của đất ở đáy lỗ, .

Giá trị Rx phụ thuộc vào môi trờng, nó có các giá trị khác nhau tơng ứng với các giá trị V2 khác nhau đọc đợc ở máy phóng đại

 Cách đo :

Thả chậm đầu đo vào lỗ khoan, theo dõi sự thay đổi V2, khi số đọc V2 thay đổi đột ngột thì ghi lại độ sâu của đầu đo ở thời điểm đó đợc giá trị h1 Tiếp tục thả đầu dò, ghi số đọc V2, ghi lại độ sâu h2 Cho đến khi đầu dò không chìm đợc nữa, ghi lại độ sâu h3 Độ sâu cọc khoan đã biết là H nên chiều dày

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

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

Dựa vào nguyên lý khoảng cách giữa hai cực bản kim loại và kích thớc giữa chúng không thay đổi thì điện dung và suất điện giải của môi trờng tỷ lệ thuận với nhau; suất điện giải của môi trờng nớc+dung dịch giữ thành+cặn lắng có sự khác biệt, do đó từ sự thay đổi của suất điện giải ta suy đợc chiều

Phơng pháp này dựa trên nguyên lý phản xạ âm khi gặp các mặt phẳng khác nhau trên đờng truyền Phơng pháp này có đầu dò đảm nhận cả chức năng phát và thu âm thanh Khi sóng gặp lớp cặn lắng phản xạ lại, thời gian ghi nhận đợc lúc này là t1, khi gặp lớp đáy cặn phản xạ lại ghi nhận thời gian là t2, chiều dày lớp cặn lắng sẽ đợc tính theo công thức :

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

III.1.3.Kiểm tra chất lợng bê tông và công nghệ đổ bê tông :

Công nghệ đổ bê tông và chất lợng bê tông khi thi công trong lỗ cọc có dung dịch vữa là yếu tố quyết định đến chất lợng cọc khoan nhồi Do đó thi công bê tông cọc khoan nhồi trong đất có nớc ngầm phải tuân thủ các quy định về đổ bê tông dới nớc và phải có sự kiểm tra chất lợng bằng các thông số sau:  Độ sụt;

 Cốt liệu thô trong bê tông;  Chất lợng xi măng;

 Mức hỗn hợp bê tông trong lỗ khoan;

 Độ sâu ngập ống dẫn bê tông trong hỗn hợp bê tông;  Khối lợng bê tông đã đổ trong lỗ cọc;

 Cờng độ bê tông sau 7 và 28 ngày.

III.2 Kiểm tra chất lợng cọc sau thi công :

III.2.1.Giới thiệu chung :

Chất lợng cọc sau khi thi công thờng thể hiện bằng những chỉ tiêu chất lợng sau :

 Độ nguyên vẹn (tính toàn khối của cọc);

 Sự tiếp xúc giữa đáy cọc và đất nền;

 Sự tiếp xúc giữa thân cọc và đất đá xung quanh.

Hiện nay, có rất nhiều phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi Dới đây trình bày một số phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc sau thi công đã đợc sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam Các phơng pháp phổ biến nh phơng pháp thử động biến dạng nhỏ, phơng pháp siêu âm truyền qua sẽ đợc giới thiệu kỹ Một số phơng 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 kiểm tra cụ thể.

III.2.2.Phơng pháp thử động biến dạng nhỏ :

III.2.2.1.Nguyên lý phơng pháp :

Phơng pháp thử động biến dạng nhỏ dựa trên nguyên lý phản xạ khi gặp trở kháng thay đổi của sóng ứng suất, gây ra bởi tác động của lực xung tại đầu cọc, khi truyền dọc theo thân cọc

Tùy theo việc đo đạc và phân tích số liệu thu dợc mà có thể chia ra thành 2 phơng pháp nh sau :

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

Phơng pháp phản hồi âm thanh đợc phát triển ở Trung tâm thí nghiệm Động lực học ở Delft, Hà Lan Ưu điểm của phơng pháp này là việc kiểm tra đợc 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

đ-ợc bọc lại thì phơng pháp này vẫn tỏ ra có hiệu quả.

Về lý thuyết phơng 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 dới Sóng này khi gặp đáy cọc hoặc một khuyết tật trong cọc sẽ phản xạ trở lại và đợc thu bởi một máy đo gia tốc hoặc một bộ chuyển đổi khác phù hợp Thời gian hành trình của sóng xuống đến khuyết tật trên cùng hoặc đáy cọc và phản hồi lại lên đến đầu cọc đợc đọc từ tín hiệu hiển thị trên màn hình của máy đo dao động hoặc máy tính

Nếu biết đợc vận tốc của sóng âm thanh trong bê tông thì chiều dài cọc (hoặc

khoảng cách từ đầu cọc đến một khuyết tật) sẽ đợc xác định theo công thức

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.

Nếu có một khuyết tật trong cọc, giá trị L nhận đợc từ sự phản hồi đầu tiên sẽ nhỏ hơn chiều dài của cọc và sẽ là chiều sâu thực tế của khuyết tật Trong hầu hết các thiết bị ngời ta thờng lập trình để hiển thị số liệu chiều sâu này bằng

việc nhân giá trị thời gian nhận đợc với C/2.

 Phơng pháp ứng xử nhanh (Transient Response Method-TRM) :

Phơng pháp này cũng dùng để kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc khoan nhồi t-ơng tự nh pht-ơng pháp phản hồi âm thanh, tuy nhiên việc xử lý số liệu của ph-ơng 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 va đập tác dụng đợc ghi lại theo thời gian Hai tín hiệu này đợc xử lý trong máy tính bằng phần mềm phân tích sử dụng phơng pháp biến đổi nhanh Fourier Số liệu xử lý đợc xuất ra dới dạng biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ vận tốc đầu cọc

(V0) / lực đầu cọc (F0) và tần số giao động xung (f) Trên hình dới thể hiện

một dữ liệu đầu ra lý tởng của phơng pháp này Số liệu xuất ra này đợc giải thích nh sau :

 Thứ nhất, đoạn dốc đầu tiên của đờng cong có quan hệ với độ cứng dọc trục của cọc Nếu độ dốc đoạn này bé hơn so với các cọc khác cùng kích thớc đã đợc kiểm tra đạt chất lợng tốt, thì trong cọc này có thể đã xuất hiện khuyết tật Từ số liệu này có thể xác định đợc độ cứng động mũi cọc theo công thức :

E 2 fM /( / )VfM

 Giá trị độ cứng động mũi cọc tăng theo độ phản xạ mũi cọc Phản xạ mũi cọc thấp thờng là do sức kháng của đất cao Tuy nhiên, cũng có thể là các đặc trng của cọc thay đổi lớn hoặc do sức cản động vật liệu cọc và nó chỉ liên quan gián tiếp đến sức chịu tải của cọc Do đó giá trị E đợc tính toán để cung cấp một kết quả mang tính định lợng để đánh

Đầu ra lý tởng của phơng pháp ứng xử nhanh

 Thứ hai, số gia tần số f giữa hai điểm lồi của đồ thị liên hệ với khoảngcách L từ đầu cọc tới điểm mà năng lợng sóng bị phản xạ trở lại (các

khuyết tật lớn hoặc đáy cọc) theo công thức :

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 đợc, chiều dài cọc hoặc vị trí của khuyết tật trong cọc.

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

có thể liên quan đến diện tích tiết diện ngang trung bình của cọc nếu cho rằng môđun đàn hồi và tỷ trọng bê tông không thay đổi suốt chiều dài cọc.

III.2.2.2.Các thiết bị sử dụng :

Nói chung phơng 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 biến dạng nhỏ nh Pile Dynamic Inc.(PDI)-Mỹ, TNO-Hà Lan Nhng bộ thiết

bị đợc sử dụng rộng rãi nhất và đã đợc đa vào trong tiêu chuẩn Mỹ ASTM

D5882-96 là bộ thiết bị Pile Integrity Tester-PIT của hãng PDI Cleveland

Thiết bị chủ yếu của phơng pháp

 Thiết bị tạo va chạm :

Thiết bị phải tạo ra một xung lực va chạm có độ dài nhỏ hơn 1 ms và không gây ra bất cứ h hỏng cục bộ nào của cọc trong khi va chạm Thờng dùng búa có đầu là chất dẻo rất cứng Trọng lợng búa đợc dùng tùy theo chiều dài và kích thớc hình học của cọc Va chạm phải đợc 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 tín hiệu gia tốc nhận đợc sau đó đợc 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 nhận tốc độ, chúng tơng 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 đợc chuyển đến thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn số liệu theo một hàm của thời gian

Với việc phân tích sâu hơn các số liệu thu đợc của các phơng pháp trên, và cho rằng tỷ trọng và vận tốc sóng trong bê tông là không đổi, ngời ta có thể thể hiện đợc biểu đồ của diện tích mặt cắt ngang nh là một hàm của độ sâu cọc Kết quả của việc phân tích số liệu này sẽ đa ra đợc các mặt cắt dọc cọc cho thấy đợc đờng kính trung bình của cọc theo độ sâu Trên hình thể hiện các mặt cắt dọc của cọc đo đợc theo phơng pháp này

Ngoài bộ thiết bị kiểm tra độ đồng nhất thân cọc PIT của Mỹ, ở hiện nay ở Việt Nam đã có hệ thống thiết bị MIMP-15 kiểm tra chất lợng 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 : Phơng pháp dùng trở kháng

Ngoài các thông tin về khuyết tật của cọc nh phơng pháp PIT, phơng pháp này còn cho phép xác định đợc độ cứng đàn hồi của hệ cọc-nền, tham số dùng

 Tiếp xúc thuận tiện với đầu cọc (tháo bỏ cốt đai);

 Loại bỏ phần bê tông bị rỗ, xốp hoặc nứt, làm vệ sinh một mặt phẳng

 Kiểm tra ảnh hởng của các nguồn dao động bên ngoài;

 Tác dụng một lực va đập lên mặt phẳng giữa tâm cọc theo hớng song song với trục cọc;

 Đo, xử lý và hiển thị các tín hiệu.

III.2.2.4.Ưu nhợc điểm và phạm vi áp dụng :

 Các u điểm của phơng pháp :

Phơng pháp thử động biến dạng nhỏ có hai u điểm chính, đó là :

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

 Không cần phải đặt các ống riêng trong cọc.

 Hạn chế của phơng pháp :

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

 Thứ nhất, quãng đờng truyền sóng càng dài thì năng lợng sóng sẽ càng giảm đi, do đó các khuyết tật hoặc đáy cọc nằm sâu sẽ khó đợc phát hiện Đối với các thiết bị hiện đại thì chiều sâu giới hạn có hiệu quả

của phơng pháp này là khoảng 20 m (66 ft) Một số chuyên gia đã đa

ra mối liên hệ giữa chiều sâu giới hạn có hiệu với tỷ lệ chiều sâu/đờng

kính (L/D) và độ cứng của đất đá xung quanh cọc, với tỷ lệ L/D tối đa

là 30;

 Thứ hai, năng lợng sóng sẽ không có khả năng phản xạ từ các khuyết tật trừ khi khuyết tật có kích thớc tơng đối lớn hoặc nó kéo dài gần hết toàn bộ mặt cắt ngang cọc Năm 1996, Schellingerhout và Muller đã chỉ ra rằng năng lợng sóng phản xạ giảm mạnh khi chiều dày của khuyết tật nhỏ hơn 1/4 bớc sóng âm thanh Đối với sự tác động búa trung bình, bớc sóng tạo ra vào khoảng 1,6 m, có nghĩa là phơng pháp này sẽ khó phát hiện ra đợc các khuyết tật có bề dày nhỏ hơn 0,4 m;  Thứ ba, trong hầu hết các trờng hợp các khuyết tật hoặc đáy cọc nằm

dới khuyết tật trên cùng sẽ không tạo ra đợc các phản hồi để có thể phát hiện ra đợc;

 Thứ t, từ các nghiên cứu đợc thực hiện trên rất nhiều thí nghiệm, năm 1997 Samman và O’Neill đã đa ra kết luận là ngay cả đối với các cọc ngắn thì phơng pháp này cũng thờng đa ra các kết quả sai lệch;

 Thứ năm, phơng pháp này với các công nghệ hiện tại chỉ có thể đa ra đợc độ sâu của khuyết tật mà không đa ra đợc hớng của nó so với tim cọc Đây chính là một hạn chế rất lớn của phơng pháp này vì đối với cọc chịu cả lực ngang thì các vết nứt nhỏ ở vùng chịu nén sẽ bất lợi hơn trong vùng chịu kéo.

 Phạm vi áp dụng :

Phơng pháp thử động biến dạng nhỏ đợc xem nh là một phơng pháp thô chỉ có thể xác định đợc các khuyết tật lớn nh là đất lẫn vào cọc nhiều hoặc đáy cọc khoan cha đến độ sâu thiết kế Trên hình dới thể hiện hình ảnh của một khuyết tật mà phơng pháp này có khả năng phát hiện ra đợc với độ tin cậy cao Phơng pháp này cũng chỉ thích hợp với các cọc có chiều dài nhỏ hơn 30 lần đờng kính.

Baker sau nhiều thí nghiệm đã khuyến nghị rằng phơng pháp thử động biến dạng nhỏ không nên sử dụng nh là phơng pháp đầu tiên để kiểm tra độ nguyên vẹn của các cọc khoan nhồi khi mà sức chịu tải đáy cọc chiếm khoảng 40% sức chịu tải của cọc.

Khuyết tật nghiêm trọng mà phơng phápthử động biến dạng nhỏ có thể phát hiện đợc

Một biến thể của phơng pháp này đợc đợc Olson phát triển năm 1993 gọi là phơng pháp sóng uốn Phơng pháp này đợc sử dụng để phát hiện khuyết tật bằng việc tác động lên thành cọc hoặc kết cấu phía trên đầu cọc khi không thể tiếp cận đợc đầu cọc.

III.2.3.Phơng pháp chấn động song song (Parallel Seismic Test) :

Trong những trờng hợp không tiếp cận đợc đầu cọc, hoặc cọc quá dài thì ngời ta phải sử dụng một phơng pháp khác gọi là phơng pháp chấn động song

song Mô hình thí nghiệm của phơng pháp này đợc thể hiện trên hình

Mô hình phơng pháp chấn động song song

Trong phơng pháp này, ngời ta dùng búa tác động lên một điểm của kết cấu phía trên cọc, sóng tạo ra sẽ truyền dọc theo cọc xuống phía dới Một phần năng lợng của sóng trong cọc sẽ đợc truyền sang đất đá gần cọc Thời gian truyền của năng lợng sóng trong đất sẽ đợc thu nhận bởi một đầu thu trong n-ớc đợc 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 đợc xác định theo cách này.

Một kết quả của thí nghiệm chấn động song song

III.2.4.Phơng pháp sóng ứng suất trong (Internal Stress Wave Test) :

Năm 1981, Hearne đã công bố một phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi có nguyên lý giống nh phơng pháp phản hồi âm thanh Điều khác biệt ở phơng pháp này là các bộ thu nhận dữ liệu đợc bố trí ở các độ sâu khác nhau

trong cọc Các đầu thu là các máy dò âm thanh dới đất gọn nhẹ, đợc gắn trên

các khung thẳng đứng trong cọc và tách biệt với cốt thép Các dây dẫn đợc bố trí dọc theo các thanh cốt thép và kéo tới cách đầu cọc 3 đến 4 m về phía dới Tại đó chúng đợc kết nối với thiết bị thu nhận số liệu Các thiết bị trên rất dễ lắp đặt Mục đích của phơng pháp kiểm tra này là để dò tìm các sóng ứng suất trong bê tông Ngoài các bộ thu đợc đặt phía trong ống thì có thể bố trí thêm một gia tốc kế ở đầu cọc để thu nhận thêm các dữ liệu khác.

Sơ đồ bố trí của phơng pháp sóng ứng suất trong

Hai bộ thu nh trên hình cùng với một gia tốc kế sẽ cung cấp một lợng thông tin có giá trị và cho phép xác nhận đợc bất kỳ một sự bất thờng nào của tín

hiệu thu đợc Ví dụ trên hình dới cho thấy biên độ của các tín hiệu máy dò âm

thanh trong đất đợc vẽ trên đồ thị với tỷ lệ thời gian bình thờng Sự truyền sóng ứng suất tới cũng nh sóng ứng suất phản xạ từ đáy cọc có thể đợc thấy ở mỗi vị trí của máy dò âm thanh Trên đồ thị, trục ngang là trục thời gian, các đờng thẳng nối các điểm trên các đờng cong cắt nhau tại độ sâu từ đó sóng âm phản xạ, có thể xác định đợc mặt chiếu đứng của cọc Nếu sóng phản xạ tới từ một cấp độ cao hơn hoặc các tín hiệu bị cản trở tại một hoặc nhiều cấp trớc khi phản xạ tại đáy cọc thì cọc có thể đã có khuyết tật

So với phơng pháp phản hồi âm thanh thì các bộ thu nhận tín hiệu của phơng pháp này có u điểm hơn do giảm đợc độ nhiễu tín hiệu, có thể cài đặt đợc

nhiều các bộ thu và tất nhiên cũng có thể bố trí bộ thu ở đáy cọc Tuy nhiên phơng pháp này cũng có những hạn chế nh phơng pháp phản hồi âm thanh Ngoài ra giá thành của nó đắt hơn và việc sử dụng phơng pháp này phải đợc quyết định trớc khi thi công cọc.

Một kết quả điển hình của phơng pháp III.2.5.Phơng pháp khoan và lấy mẫu (Drilling and Coring) :

Một phơng pháp nữa đợc dùng để kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi là phơng pháp khoan và lấy mẫu Các phơng pháp này đa ra đợc tơng đối xác thực các đặc điểm của bê tông trong một thể tích tơng đối nhỏ của cọc, tuy nhiên nó lại mất nhiều thời gian và tốn kém và đôi khi cũng có thể nhầm lẫn.

Một vấn đề của phơng pháp này là việc điều chỉnh hớng mũi khoan Lỗ khoan đôi khi đi trệch ra ngoài thành cọc hoặc gặp phải hoặc nhiều thanh cốt thép Để thực hiện phơng pháp một cách chính xác này cần phải có những ngời có kinh nghiệm và các thiết bị phù hợp

Phơng pháp khoan nhanh hơn so với phơng pháp lấy mẫu nhng các thông tin thu đợc lại ít hơn Chất lợng bê tông đợc khoan đôi khi có thể suy luận ra từ mức độ khoan Nếu khi khoan mà khoan bị tụt đột ngột xuống một quãng lớn chứng tỏ tại vị trí đó có khuyết tật Sau khi khoan xong, ngời ta sử dụng một thiết bị để kiểm tra đờng kính và lỗ khoan đợc quan sát nhờ một camera đợc hạ xuống lỗ.

Lõi khoan có khuyết tật

Phơng pháp lấy mẫu lâu hơn phơng pháp khoan, nhng lại thu đợc nhiều thông tin hơn Bằng phơng pháp này có thể phân tích đợc sự tiếp xúc giữa đáy cọc và đất nền, kiểm tra đợc thành phần đất và dung dịch vữa xâm nhập trong bê tông Ngoài ra nếu cần có thể ép mẫu để xác định cờng độ của bê tông Lỗ lấy mẫu cũng nh lỗ khoan có thể đợc kiểm tra bằng các thiết bị camera nhỏ đặt trong ống Phơng pháp này có lẽ là phơng pháp tốt nhất trong các phơng pháp kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc để kiểm tra chất lợng bê tông đáy cọc cũng nh s tiếp xúc giữa đáy cọc và đất nền.

Phơng pháp khoan và lấy mẫu đối với cọc khoan nhồi là phơng pháp tốt nhất để phát hiện các khuyết tật có kích thớc lớn Trong trờng hợp vách lỗ khoan bị sụp xuống lúc đổ bê tông và nếu bê tông bị thiếu hụt trong mặt cắt thì ph -ơng pháp này luôn có thể đợc xác định một cách chắc chắn.

III.2.6.Phơng pháp siêu âm truyền qua (Crosshole Acoustic Tests) :

III.2.6.1.Nguyên lý cơ bản :

Siêu âm là dao động cơ học đàn hồi truyền đi trong môi trờng vật chất với tần số dao đọng từ 20 KHz trở lên Khi siêu âm truyền qua môi trờng vật liệu bê tông đợc tạo thành từ nhiều thành phần nh đá, sỏi, cát, xi măng các hiện t-ợng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, khuyếch tán xẩy ra đồng thời và đợc đặc trng bằng sự khuyếch tán của năng lợng và vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào độ đồng nhất, mật độ của vật liệu hay còn gọi chung là chất lợng của vật liệu bê tông Vì vậy khi tiến hành thu nhận sóng siêu âm sau khi đã truyền qua một phạm vi nghiên cứu có thể đánh giá đợc chất lợng vật liệu bê tông trong phạm vi truyền sóng siêu âm đó.

III.2.6.2.Cấu tạo thiết bị và phơng pháp kiểm tra :

 Cấu tạo thiết bị :

Lõi khoan có khuyết tật

Sơ đồ bố trí của phơng pháp nh trên hình dới Các thiết bị cần thiết trong

ph-ơng 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 đợc nối với các đầu đo cho phép tự động đo chiều sâu hạ đầu đo;

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

Sơ đồ bố trí phơng pháp siêu âm truyền qua

Các thiết bị cần thiết trong phơng pháp siêu âm truyền qua

 Các bớc kiểm tra :

 Các ống dẫn phải đợc đặt sẵn trớc khi đổ bê tông cọc;

 Hạ đầu phát và đầu thu xuống hai ống chứa đầy nớc sao cho chúng

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 đợc.

 Bố trí ống đo :

Các ống thép hoặc nhựa đợc đặt dọc trong cọc nhờ việc gắn chúng với cốt thép dọc trớc khi đổ bê tông Trong phơng pháp này nên đặt nhiều hơn 2 ống tuy nhiên không nên quá nhiều vì điều đó sẽ ngăn cản bê tông chảy xuống phía dới trong quá trình thi công Các hãng có kinh nghiệm thi công cho rằng nên đặt các ống đều đặn xung quanh lồng cốt thép, buộc vào phía trong lồng, cứ 0,3 m của đờng kính cọc thì sử dụng một ống dò thẳng đứng Theo các Tiêu chuẩn của Việt Nam cũng nh các nớc thì số lợng ống chủ yếu phụ thuộc vào đờng kính cọc.

Theo TCXD 206:98 Cọc khoan nhồi-yêu cầu chất lợng thi công, điều 5.6 quy 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 Mỹ ASTM-D6760 quy định số ống tối thiểu nh sau:

Bảng: Số lợng ống tối thiểu trong phơng pháp

siêu âm theo ASTM-D6760

25 đến 52 mm, phụ thuộc vào kích thớc của đầu dò), và thờng đợc kéo hết

chiều dài của cọc và đợc bịt phía dới để ngăn không cho bê tông chui vào Các ống thép thờng đợc dùng nhiều hơn ống nhựa bởi vì bê tông có xu hớng tách ra nhanh hơn đối với ống nhựa Nếu sử dụng ống nhựa, phơng pháp này chỉ nên thực hiện trong vòng vài ngày đổ bê tông ống nhựa có thể đợc sử dụng cho cả phơng pháp kiểm tra dùng lỗ thẳng đứng dùng âm và siêu âm và phơng pháp tia gamma Khi sử dụng ống thép thì sẽ mất nhiều thời gian hơn, do đó nó không phù hợp với phơng pháp tia gamma Trớc khi kiểm tra các ống phải đợc đổ đầy nớc để cho năng lợng có thể truyền từ thành ống đến các bộ dò và ngợc lại Nớc trong ống cũng giúp giữ ổn định nhiệt độ trong ống để

tránh sự bong bê tông ra khỏi ống Trên hình dới là ảnh chụp của lồng cốt

thép có gắn các ống nhựa để thực hiện phơng pháp kiểm tra này.

Hạ các đầu dò xuống lỗ khoan

 Tỷ lệ cọc cần kiểm tra :

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

vào trình độ công nghệ thi công của Nhà thầu, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, tầm quan trọng của công trình.

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

l-ợng cọc cần kiểm tra không ít hơn 25% số cọc thi công và có kết hợp với các phơng pháp kiểm tra khác Theo Tiêu chuẩn Pháp thì số lợng cọc cần kiểm tra phụ thuộc vào số lợng cọc trong móng và cách thức tiếp nhận lực của cọc Tuy nhiên, theo các khuyến nghị thì nên đặt sẵn ống ở tất cả các cọc thi công, còn số lợng chính xác các cọc cần kiểm tra thì sẽ đợc quyết định bởi kỹ s T vấn sau khi đã thi công xong Nếu xuất hiện các khuyết tật nghiêm trọng thì kỹ s T vấn có thể yêu cầu tăng số lợng cọc kiểm tra lên Trong trờng hợp này

thì nếu các ống không đợc đặt sẵn trớc thì phải thực hiện khoan để đặt đầu dò vào Công việc này là rất khó khăn, tốn kém và nhiều khi không thể thực hiện đợc.

 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 ngời 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 đa về hệ cao độ quy ớc;

 Kích thớc tiết diện cọc kèm theo các biên bản thi công và nghiệm thu trên hiện trờng;

 Xác định vị trí các ống đo đã đợc đánh số trên bản vẽ, có ghi cao độ chính xác và gắn theo hớng Bắc chuẩn hoặc hớng thợng lu-hạ lu sông;  Các số liệu quy về cao độ quy ớc 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 sâu đo;

 Nhận xét có liên quan đến kết quả thí nghiệm đặc biệt là sự giảm của biên độ tín hiệu thu đợc; các sự cố và các thao tác trong quy định không lờng đợc trớc và có khả năng ảnh hởng 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 phơng pháp này có thể đánh giá đợc độ đồng nhất thân cọc cũng nh phạm vi khuyết tật.

 Đánh giá độ đồng nhất thân cọc :

Sự đồng nhất thân cọc đợc hiểu là đồng đều về mặt chất lợng bê tông thân cọc dọc theo chiều dài cũng nh trên toàn tiết diện ngang của cọc Để đánh giá sự đồng nhất ngời ta dựa vào các đặc trng âm ghi nhận đợc nh : vận tốc, biên độ, năng lợng và thời gian truyền hoặc dựa vào hình dáng của sóng âm thu nhận

đợc Trong Bảng trình bày cách đánh giá chất lợng bê tông theo một số đặc

tr-ng sótr-ng âm.

Bảng : Đánh giá chất lợng bê tông thân cọc theo đặc trng sóng âm

Chất lợngThời gian truyềnBiên độHình dạng sóng

Tốt Đều đặn, không đột Không bị suy giảm Bình thờng

biến lớn

Nứt gãy Tăng đột biến Suy giảm rõ rệt Biến đổi lạ

Theo các Tiêu chuẩn của Mỹ, nếu biểu đồ vận tốc (thời gian) truyền sóng âm

biến đổi cục bộ lớn hơn 20% thì có thể là có khuyết tật lớn Tuy nhiên các Tiêu chuẩn này cũng có lu ý là khi kiểm tra thấy hiện tợng này thì phải tiến hành kiểm tra lại một cách kỹ lỡng với bớc 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 đợc.

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

thay đổi tiết diện hay lẫn bùn đất ) đợc 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 thể xác định đợc vị trí và phạm vi phân bố theo chiều sâu của khuyết tật đó trong phạm vi một mặt cắt đang xem xét Việc kết hợp nhiều mặt cắt khảo sát có thể xác định đợc phạm vi không gian của khuyết tật Trong trờng hợp cần thiết, sau khi đã xác định vùng nghi có khuyết tật có thể dùng phơng pháp quét tia sóng âm theo cả hai phía để xác định phạm vi khuyết tật Nguyên lý của phơng pháp này là cố định một đầu đo tại vị trí có khuyết tật, đầu kia di chuyển theo phơng đứng để nhận các tia quét Tại từng vị trí đo phải tính đợc

khoảng cách truyền sóng âm (khoảng cách giữa hai đầu đo theo đờng chéo).

Phơng pháp kiểm tra chất lợng bê tông cọc bằng siêu âm truyền qua không

cho thông tin về cờng độ (hoặc các đặc trng cơ học khác nh môđun đàn hồi,

hệ số Possion) Muốn có đợc các thông tin này, ở các công trờng lớn (vớikhối lợng bê tông nhiều) phải tiến hành xây dựng các tơng quan giữa đặc trng

cơ học nào đó (cần dùng nó trong kiểm soát chất lợng) với vận tốc siêu âm.

Trong trờng hợp cần có những số liệu sơ bộ về chất lợng hoặc cờng độ bê

tông thông qua các đặc trng sóng âm có thể tham khảo các bảng dới Cần

kiểm tra lại số liệu này trong điều kiện thực tế bằng cách lấy mẫu bê tông trớc khi đổ bê tông vào cọc, khoan lấy lõi bê tông thân cọc hoặc dùng súng bật nẩy với phần bê tông lộ trên mặt đất.

Năm 1966, Whitehurst đã xây dựng bảng đánh giá chất lợng bê tông thân cọc qua tốc độ xung siêu âm nh sau:

Bảng: Đánh giá chất lợng bê tông thân cọc qua vận tốc xung

Tốc độ xung (m/s) Đánh giá chất lợng

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 tơng quan giữa cờng độ bê tông và

Theo tổng kết từ các kinh nghiệm thực tiễn, Tiêu chuẩn Trung Quốc đã đa ra bảng đánh giá chất lợng bê tông thân cọc theo vận tốc siêu âm truyền qua nh

Phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi bằng siêu âm truyền qua có các u điểm nổi bật sau :

 Có thể xác định đợc độ đồng nhất thân cọc;

 Có thể xác định đợc vị trí của các khuyết tật theo chiều sâu cọc cũng

nh tiết diện thân cọc (nếu số lợng ống đặt trong chu vi cọc là đủ);

 Các kết quả có thể diễn tả đợc một cách trên màn hình;  Số liệu đợc đo theo suốt chiều sâu thân cọc.

 Sử dụng các ống này còn có thuận lợi là nó có thể đợc dùng nh là một ống dẫn để lấy mẫu ở đáy cọc để kiểm tra tiếp xúc đáy cọc và đất nền, và chúng cũng có thể đợc sử dụng để bơm vữa đáy cọc nếu cần thiết Phơng pháp siêu âm truyền qua hay bất kỳ một phơng pháp nào khác sử dụng các ống này đều không 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 đợc

kích thớc cũng nh hớng của khuyết tật so với tim cọc Đây chính là u điểm vợt trội của phơng pháp này so với phơng pháp phản hồi âm cũng nh các khuyết tật nằm ở xa đờng thẳng giữa các đầu đo.

 Ngoài ra phơng pháp này chỉ có thể xác định đợc các khuyết tật lớn còn các khuyết tật nhỏ thì phơng pháp này khó phát hiện.

 Điều kiện áp dụng :

Tần số của sóng âm càng cao thì thì càng có thể phát hiện đợc các khuyết tật nhỏ hơn Cũng nh trong phơng pháp phản hồi âm thanh, khuyết tật nhỏ nhất có thể phát hiện đợc là vào khoảng 1/4 bớc sóng của tín hiệu truyền Để đạt đ-ợc độ chính xác cao, nên sử dụng âm thanh có tần số trong dải siêu âm tức là khoảng từ 40 đến 60 KHz Với tần số 60 KHz, có thể phát hiện đợc khuyết tật nhỏ hơn 19 mm trong bê tông bình thờng với vận tốc âm khoảng 4000 m/s Kích thớc này xấp xỉ kích thớc của cốt liệu to nhất trong bê tông Nếu tần số âm lớn hơn 60 KHz, kích thớc của các cốt liệu riêng lẽ trong bê tông sẽ ảnh hởng đến kết quả, do đó ngời ta đã đa ra giới hạn về tần số âm trong phơng pháp này Tần số tín hiệu cao hơn cũng có xu hớng tiêu tán nhanh hơn so với các tín hiệu có tần số thấp và do đó có thể không thể thu nhận tốt Nếu các ống ở quá xa nhau hoặc vì một lý do nào đó bê tông truyền 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

III.2.7.Phơng pháp tia gamma (Gamma-Gamma Testing) :

B - hệ số Build-up.

Nh vậy giữa cờng độ bức xạ I ghi nhận đợc và mật độ  của vật chất có mối quan hệ đơn vị và có thể viết gọn theo công thức :

I K0.exp( K1.);

Trong đó : K0 và K1 là các hệ số đặc trng của thiết bị đo, xác định bằng thực nghiệm trên mẫu chuẩn mật độ.

III.2.7.2.Thực hiện kiểm tra :

Trong phơng pháp tia gamma một nguồn phóng xạ ion đợc hạ xuống một ống dẫn Nh đã trình bày ở trên, ống dẫn này không nên làm bằng thép vì nó có

thể ngăn cản lợng 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 đợc thể

hiện trên hình dới Số lợng photon của tia gamma trong một đơn vị thời gian

đợc phát ra từ hạt nhân của các phân tử tác động vào vật liệu xung quanh ống và phản xạ tới bộ thu với một mức năng lợng nhất định có liên quan tới tỷ trọng của vật liệu xung quanh ống Nếu tỷ trọng của bê tông giảm lớn so với tỷ 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.

Sơ đồ kiểm tra cọc bằng phơng 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 đợc là khá nhỏ Nói chung là các thiết bị không thể xác định đợc tỷ trọng bê tông ở những 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 đợc), các kỹ s phải thay thế bằng việc xác định tỷ trọng bê tông bằng việc

ống dò

Vùng phân tích

lấy các mẫu xung quanh chu vi lồng thép.

Trên hình dới thể hiện các kết quả phân tích của phơng pháp này trên một cọccó gắn 4 ống dẫn (đờng kính lồng thép là 1.22 m) Bê tông cọc đợc đổ trong

dung dịch vữa khoan Trên hình có thể thấy phần bê tông gần đáy cọc có tỷ trọng thấp, có thể là do trộn lẫn giữa bê tông và dung dịch vữa hoặc chất cặn lắng Đối với cọc này thì sự giảm tỷ trọng bê tông một lợng bé nh thế cha thể khẳng định là có khuyết tật hay không Tuy nhiên ở trên đoạn cao hơn của cọc, ta thấy đợc sự giảm mạnh của tỷ trọng chứng tỏ rằng đã có khuyết tật ở

III.2.8.Phơng pháp nội soi bê tông (Concreteoscopy) :

Một phơng pháp tơng đối mới để kiểm tra chất lợng bê tông cọc khoan nhồi là phơng pháp nội soi Theo phơng pháp này ngời ta gắn các ống nhựa trong

suốt đờng 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 phơng pháp nội soi ngời Việc thực hiện phơng pháp này cũng tơng tự nh phơng pháp dùng tia gamma Tuy nhiên kết quả quan sát không chỉ xác định đợc tỷ trọng mà còn đánh giá đợc chất lợng của bê tông Tất nhiên không thể xác định đợc chất lợng của bê tông giữa các ống nhng lại có thể thấy đợc rõ ràng các vết nứt hoặc rỗ tổ ong Các thiết bị ghi số liệu và chụp X quang khá đắt tuy nhiên việc thực hiện kiểm tra thì lại ít tốn kém Để thực hiện kiểm tra có hiệu quả thì nên kết hợp

với các phơng pháp nh phơng pháp tia gamma hoặc phơng pháp phơng pháp siêu âm truyền qua.

III.3 Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi :

III.3.1.Giới thiệu chung :

Việc thử tải cọc có hai mục đích chính :

 Đảm bảo rằng cọc đợc kiểm tra có khả năng chịu đợc 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 khả năng chịu lực của đáy cọc.

Cho đến những năm 1980, chỉ có một phơng pháp để thực hiện thử tải cọc khoan nhồi đó là phơng pháp thử tải tĩnh truyền thống Tuy nhiên, phơng

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

gian lắp đặt và thử tải kéo dài Hiện nay, có hai phơng pháp mới để thử tải cọc khoan nhồi đã đợc phát triển mà không cần đến hệ thống phản lực Hơn nữa,

các phơng pháp này (phơng pháp thử tải Osterberg và STATNAMIC) có khảnăng tạo tải lớn (3000 đến 6000 T) và tốn ít thời gian lắp đặt thí nghiệm hơn

so với phơng pháp thử tĩnh truyền thống và điều đó làm cho chúng ít tốn kém hơn

Trong khi phơng pháp Osterberg là một hệ thống thử tải tĩnh thì phơng pháp

STATNAMIC đợc xem là một hệ thống bán động (hay còn gọi là tĩnh động).

Sự khác nhau cơ bản giữa các phơng pháp thử tĩnh, STATNAMIC và thử động có thể đợc xem xét từ các yếu tố ứng suất, vận tốc và chuyển vị dọc theo chiều dài cọc

Đối với thí nghiệm động, đầu cọc đợc tạo một va chạm nhanh bằng một búa rơi hoặc búa đóng cọc Một sóng ứng suất chạy dọc theo chiều dài cọc làm cho ứng suất ở các vị trí của cọc có sự khác biệt lớn Trong khi một số vị trí của cọc chịu nén thì một số vị trí khác lại chịu kéo Mô hình này thay đổi liên tục trong suốt quá trình thử tải Mô hình tơng tự cũng xẩy ra đối với vận tốc và chuyển vị dọc theo chiều dài cọc.

Trong phơng pháp thử tải STATNAMIC, tải trọng đợc tác dụng từ từ xuống cọc ứng suất nén thay đổi dọc theo cọc và tất cả các phần của cọc đều chịu nén Từ trên đầu cọc xuống dới, sức kháng thành bên của cọc làm giảm ứng suất nén Tất cả các điểm dọc theo chiều dài cọc dịch chuyển hầu nh cúng một vận tốc, và chuyển vị cũng thay đổi dần dần dọc theo cọc.

Trong phơng pháp thử tải tĩnh, tải trọng đợc tác dụng lên cọc theo các bớc liên tục Mỗi bớc đợc duy trì trong khoảng thời gian từ hàng phút đến hàng

giờ

Dới đây giới thiệu một số phơng pháp thử tải cọc khoan nhồi đã đợc sử dụng phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam.

III.3.2.Phơng pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống :

III.3.2.1.Giới thiệu chung :

Phơng pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống là phơng 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 dới tải trọng công trình Phơng pháp này sử dụng hệ thống cọc neo hoặc dùng các vật nặng chất phía trên đỉnh cọc là đối trọng để gia tải nén cọc Trong thí nghiệm này, cọc đợc gia tải theo từng cấp đến tải trọng thờng bằng 1,5-2,0 tải trọng thiết kế Cấp tải sau đợc tác dụng khi độ lún ở cấp tải trớc đã ổn định Dựa trên quan hệ tải trọng-độ lún, sức chịu tải của cọc đợc xác định với một hệ số an toàn xác định bởi thiết kế.

Cho đến nay thì phơng pháp này vẫn đợc coi là phơng pháp có độ chính xác cao nhất ở Việt Nam phơng pháp này đã trở nên quen thuộc và đợc sử dụng khá phổ biến.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm thử tải tĩnh đợc thể hiện nh trên hình dới Tải trọng thí

nghiệm đợc cung cấp bởi các kích thuỷ lực Các kích thuỷ lực này đợc bố trí trên cọc thí nghiệm và ở dới dầm ngang Khi kích hoạt động truyền tải trọng nén xuống cọc thử đồng thời truyền tải trọng lên dầm ngang tạo một lực nhổ lên các cọc phản lực.

Khi thực hiện thí nghiệm ứng suất đợc truyền từ cọc phản lực xuống đất đá, các ứng suất này có thể gây ảnh hởng đến sự làm việc của cọc thí nghiệm Vì thế cọc phản lực nên đặt đủ xa cọc thử để giảm thiểu ảnh hởng này Theo Tiêu chuẩn Mỹ ASTM D-1143 thì khoảng cách tối thiểu giữa cọc phản lực và cọc thử là khoảng 5 lần đờng kính cọc thử Khi đó yêu cầu dầm ngang phải đủ dài và khoẻ để chịu đợc phản lực thí nghiệm.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm thử tải tĩnh

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

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

tính toán sao cho vùng truyền lực của các neo là đủ xa cọc thí nghiệm

III.3.2.2.Quy trình thí nghiệm :

Công tác thử tải tĩnh đợc tiến hành theo TCXD 269-2002, 20 TCN 88-82 hoặc theo các Tiêu chuẩn riêng do t vấn thiết kế quy định Hầu hết các Tiêu chuẩn đều đề cập đến hai phơng pháp nén tĩnh chủ yếu :

 Phơng pháp thí nghiệm tải trọng không đổi (Maintained Load, ML) : Cho

phép đánh giá đồng thời khả năng chịu tải của cọc và độ lún của cọc theo thời gian Đúng nh tên gọi của nó, phơng pháp này thờng kéo dài đến nhiều ngày.

 Phơng pháp thí nghiệm tốc độ dịch chuyển không đổi (Constant Rate of

Penetration, CRP) : Phơng pháp này chỉ nhằm mục đích duy nhất là xác

định khả năng chịu tải tới hạn của cọc Thí nghiệm nén tĩnh theo phơng pháp này đợc thực hiện rất nhanh, thờng chỉ khoảng 3-5 giờ

Nhìn chung, Tiêu chuẩn thí nghiệm của các nớc cũng không có nhiều khác

biệt Trên bảng trình bày so sánh phơng pháp gia tải của các Tiêu chuẩnASTM D1143-81 (Mỹ), CP 2004 (Anh), 20 TCN 88-82

Ngoài hai phơng pháp kể trên thì các tiêu chuẩn còn đề cập đến một số phơng pháp gia tải khác có thể ứng dụng trong thực tế nh là :

 Phơng pháp thí nghiệm nhanh với tải trọng không đổi : Cọc đợc gia tải với

các cấp bằng 10-15% Qa và thời gian giữ tải bằng 2,5-15 phút Phơng pháp này chỉ giới hạn thời gian gia tải ở mỗi cấp, không đặt ra yêu cầu về độ lớn ổn định quy ớc Theo một số tác giả thì dựa vào kinh nghiệm thực tế cho thấy khi cọc tựa vào các lớp sét cứng hoặc cát chặt, sự khác biệt giữa phơng pháp thử nhanh và phơng pháp thử chậm là không đáng kể.

 Phơng pháp thí nghiệm "cân bằng (Equilibrium Test or Incrementant”

Equilibrium Test) : Đây là một biến thể của phơng pháp ML, cho phép

giảm thời gian thí nghiệm Độ lớn cấp tăng tải bằng khoảng 15-25% Qa và đợc giữ ổn định trong 5-15 phút, sau đó cho dù tải có giảm đi do cọc bị lún thì cũng không tăng trở lại Với phơng pháp này cọc nhanh chóng đạt tới trạng thái ổn định giữa lực nén và chuyển vị ở cấp tải trọng thấp hơn một chút so với tải trọng đã đạt đợc ngay trớc đó Một số thí nghiệm thực tế đã cho thấy kết quả nén tĩnh thu đợc theo phơng pháp này tơng đơng với kết quả thu đợc với phơng pháp gia tải chậm.