Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
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 khoan
nhồi
II.1. Tình hình áp dụng các phơng pháp kiểm tra chất lợng và xác
định 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.
STATNAMIC. Phơng pháp này đợc thí nghiệm lần đầu tiên vào năm 1988 ở
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
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 xác
định 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
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
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
giá chất lợng và phơng pháp kiểm tra chúng.
Bảng Các thông số cần kiểm tra về lỗ cọc
TT Thông số kiểm
tra
Phơng pháp kiểm tra
1 Tình trạng lỗ cọc
- Kiểm tra bằng mắt có thêm đèn dọi
- Dùng phơng 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 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
3 Kích 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
4
Tình trạng đáy lỗ và
độ sâu của mũi cọc
trong đất đá, độ dày
lớp cặn lắng
T
r
o
n
g
đ
ó
:
- đờng kính lỗ cọc đo đợc, m;
0
- đờng kính lỗ cọc lúc đầu, m;
V - Biến đổi điện áp, V;
k - hệ số m/;
I - Cờng độ dòng điện, A.
Tình trạng thành vách và độ nghiêng cọc :
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
thép...là khá dễ dàng.
Khi thi công trong điều kiện có nớc ngầm và có dùng dung dịch sét để giữ
thành thì tình trạng thành vách, độ thẳng đứng và độ dày lớp cặn lắng chỉ có
các thiết bị, máy móc mới có thể kiểm tra đợc.
Phơng 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 lợng đặt ở đầu dò, thu đợc các đại
lợng :
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
C
L
10
2
8
3
7
9
5
4
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
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. Ng-
ời 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 trờng.
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 biến thể
hiện cho một trục. Trong quá trình hạ đầu dò xuống hố khoan, các tế bào cảm
ứng sẽ phát ra tín hiệu sóng siêu âm một cách định kỳ. Các sóng siêu âm khi
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 đợc
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.
Theo định luật Ôm, ta có :
RR
R
VV
x
+
=
12
;
T
r
o
n
g
đ
ó
:
V
1
3
. Độ sâu cọc khoan đã biết là H nên chiều dày lớp cặn lắng
có thể tính là:
(H - h
1
) hoặc (H - h
2
) hoặc (H - h
3
)...
Hình dới trình bày nguyên lý xác định chiều sâu lớp cặn lắng bằng phơng pháp
điện trở.
1
2 3
V
1
R
x
V
2
R
1
Sơ đồ nguyên lý đo cặn lắng bằng phơng pháp điện trở
1-Đầu đo; 2-Bộ khuyếch đại; 3-Bộ chỉ thị.
Phơng pháp điện dung :
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 dày lớp
cặn lắng.
tt
h
=
T
r
o
n
g
đ
ó
:
h - độ dày lớp cặn lắng, m;
t
1
và t
2
- thời gian phát và thu khi sóng gặp mặt và đáy
lớp cặn, giây;
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
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
tông dới nớc và phải có sự kiểm tra chất lợng bằng các thông số sau:
Độ sụt;
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 đợc bọc lại
thì phơng pháp này vẫn tỏ ra có hiệu quả.
Búa
Màn hình
Thời gian (mili giây)
Chuyển vị
Máy đo dao động
Bộ chuyển đổi
Cọc
Mô hình phơng pháp phản hồi âm thanh
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
sau :
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
2
.Ct
L
=
;
T
r
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
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
tật. Từ số liệu này có thể xác định đợc độ cứng động mũi cọc theo công
thức :
2 /( / )
M M
E f V f
=
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 đ-
ợc tính toán để cung cấp một kết quả mang tính định lợng để đánh giá
chất lợng cọc nh :
Tình trạng mũi cọc;
Các vết nứt ngang;
Độ cứng ngang của cọc;
Các tính chất về độ ẩm, ma sát của đất.
2
1
0
khuyết tật lớn hoặc đáy cọc) theo công thức :
0
0
F
V
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
L
C
f
2
=
;
T
r
o
n
g
đ
ó
:
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.
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 đ-
ờng 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 để
tính móng trên nền đàn hồi.
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
III.2.2.3. Trình tự tiến hành :
Chuẩn bị đầu cọc :
Việc chuẩn bị phần trên đầu cọc nhằm mục đích :
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
nằm ngang và không ngập nớc;
Tạo đợc hai diện tích phẳng có đờng kính từ 10 cm đến 15 cm, một ở
tâm và một ở chu vi;
Thử nghiệm :
Đặt thiết bị thu trên đầu cọc có dính một chất làm tiếp xúc để đảm bảo
tiếp nhận tốt các sóng truyền cơ học;
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 :
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.
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Khuyết tật nghiêm trọng mà phơng pháp
thử 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 ph-
ơng 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 nớc
Búa
Đầu thu
Bộ xử lý
Đất
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.
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
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.
Copyright: Tài liệu đại học ©