Các vấn đề trong khuyết tật của cọc khoan nhồi khi kiểm tra bằng máy siêu âm cọc khoan nhồi.

Hiện nay những cọc khoan nhồi đang được sử dụng rộng rãi ở các công trình dân dụng, công nghiệp và giao thông tại Việt Nam. Cọc khoan nhồi có khả năng áp dụng thích hợp cho các công trình có tải trọng lớn, trong các khu đô thị đông đúc... Một trong những yếu tố xuất hiện trong quá trình thi công ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của cọc là việc hình thành các khuyết tật ảnh hưởng tới tính nguyên dạng của cọc. Để đánh giá tính nguyên vẹn và chất lượng bê tông của cọc,  phổ biến hiện nay người ta dùng phương pháp thí nghiệm không pháp huỷ (NDT) áp dụng sóng siêu âm trong phép thử hay sử dụng máy siêu âm cọc khoan nhồi.

1. Công tác chuẩn bị cho phương pháp máy siêu âm cọc khoan nhồi. 

Ống dùng trong thí nghiệm theo phương pháp CSL là ống nhựa hoặc ống thép. Ống có đường kính trong từ 35-60mm. Các ống này có chiều dài bằng chiều dài của cọc khoan nhồi và được đặt trước vào cọc trước khi đổ bê tông. Ống phải đảm bảo kín khít, thẳng và liên tục. Đáy ống phải đảm bảo chạm hoặc sát với đáy cọc và được bịt kín bằng vật liệu chắc chắn không để bê tông xâm nhập hay mất nước. Các vị trí nối ống phải chắc chắn, kín không để cho nước bê tông xâm nhập vào ống trong quá trình đổ bê tông. Không được dùng phương pháp hàn đối đầu để nối ống siêu âm trong trường hợp ống siêu âm là ống thép. Đầu ống siêu âm phải được bịt kín bằng vật liêu chắc chắn.

Số lượng ống không được nhỏ hơn 03 ống cho một cọc. Các ống siêu âm được bố trí dọc theo chu vi cọc.  Theo tiêu chuẩn ASTM D6760-02 [1] số lượng và bố trí ống siêu âm thông thường được chọn như Hình vẽ 1.

Ống siêu âm được liên kết vào các thép chủ của cọc bằng phương pháp buộc hoặc dùng các gông thép. Các mối liên kết phải đảm bảo chắc chắn không cho ống bị dịch chuyển trong quá trình thi công.

Ống siêu âm phải được kiểm tra tính thông suốt trước khi thí nghiệm. Các ống này được đổ đầy nước sạch 1h trước khi thí nghiệm. Trong trường hợp mực nước trong ống bị giảm, phải bù thêm nước.

2. Lắp đặt thiết bị và kiểm tra thiết bị siêu âm cọc khoan nhồi

Các cọc được kiểm tra sau khi đổ bê tông từ 3-7 ngày và phải được sự đồng ý của chủ đầu tư.

Các thiết bị thí nghiệm được kiểm tra trước khi đưa ra công trường về khả năng vận hành cũng như các tham số của hệ thống thiết bị ngoại vi.

Kiểm tra tính thông suốt của ống siêu âm bằng thước chuyên dùng và mực nước sạch trong ống siêu âm.

Tại công trường, kiểm tra  các thiết bị và đầu đo họat động trước khi thí nghiệm bằng cách đặt 2 đầu đo vào hai ống dẫn liền nhau đã đổ đầy nước của một cọc. Vị trí đặt đầu đo ở ngay dưới cốt bê tông đỉnh cọc và xác định các sóng xung nhận được trong thiết bị ghi nhận.

Thí nghiệm Tại hiện trường

Sau khi đảm bảo thiết bị, thiết bị ngoại vi và các ống siêu âm đặt trong cọc đã đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật nêu trên, tiến hành thí nghiệm máy siêu âm cọc khoan nhồi.

Nhập các thông số về cọc và ống siêu âm. Gắn các thiết bị đo chiều sâu và các đầu đo lên ống siêu âm trên cọc. Hạ các đầu đo cho đến khi chúng chạm vào đáy ống. Giữ các đầu đo ở cùng một cao độ bằng cách neo chặt hai dây dẫn.

Điều chỉnh thiết bị đo đảm bảo tín hiệu thu nhận là rõ ràng.

Bắt đầu ghi các sóng xung siêu âm khi hai đầu đo được từ từ kéo lên. Cáp truyền được thu lại từ từ để đảm bảo tín hiệu được ghi lại liên tục và không bị gián đoạn. Trong trường hợp các đầu đo kéo quá nhanh xảy ra gián đoạn dữ liệu, cán bộ thí nghiệm cần thả đầu đo tới vị trí tín hiệu bị gián đoạn và ghi lại dữ liệu từ vị trí đó.

Việc thu nhập dữ liệu có thể tiến hành theo hướng từ trên xuống hoặc từ dưới lên.

Trong một số trường hợp có thể đặt đầu đo ở cao độ khác nhau nhằm xác định kích thước của khuyết tật trong trường hợp có nghi ngờ.

Kiểm tra chất lượng dữ liệu sau khi hoàn thành việc thu nhập dữ liệu. So sánh độ dài của dữ liệu thu được với chiều dài ống siêu âm theo hồ sơ thi công. Sự sai khác không đượv vượt quá 1% hay 0.25m.

Dữ liệu thí nghiệm được lưu giữ an toàn, tránh bị hư hỏng hay mất.

Trong phòng

Căn cứ vào số liệu hiện trường, người kỹ sư sẽ sử dụng phần mềm phân tích chuyên dụng để phân tích và đánh giá sự xuất hiện và mức độ của khuyết tật trên cọc.

Kết quả phân tích của một mặt cắt trên cọc nhất thiết phải bao gồm các biểu đồ thời gian đến (first arrival time), năng lượng (energy) và biểu đồ phổ siêu âm (waterfall).

3.Yêu cầu với cán bộ thí nghiệm máy siêu âm cọc khoan nhồi

Cán bộ thí nghiệm CLS phải là người có chuyên môn phù hợp và phải có chứng chỉ đào tạo thí nghiệm CLS của cơ quan có thẩm quyền.

4. Yêu cầu với thiết bị thí nghiệm

Thiết bị và các thiết bị ngoại vi phải đảm bảo phù hợp với tiêu chuẩn ASTM D6760-02. [1]

Khuyết tật hay không khuyết tật, bê tông đạt hay không đạt mác thiết kế? xác định khuyết tật dựa trên biểu đồ thời gian đến (first arrival time - FAT) và biểu đồ năng lượng (energy - E) hoặc dựa trên biểu đồ vận tốc (  v = TS/AR ; TS- Khoảng cách giữa hai đầu đo, AR - Thời gian sóng siêu âm truyền giữa hai đầu đo) và biểu đồ năng lượng (energy - E).

Dưới đây là một số ví dụ về kiểu khuyêt tật và nguyên nhân thường gặp.

Bảng 1

Dưới đây là một số nguyên nhân:

• Do rút casing tạo ra thu hẹp tiết diện cọc.

• Bê tông giảm chất lượng do lẫn đất sạt  lở từ thành cọc

• Mũi cọc kém do thổi rửa đáy hố khoan không đạt yêu cầu hoặc do sạt vách.

• Do ống đổ bê tông rút cao hơn mặt bê tông tạo ra các thấu kính bùn\đất\bentonite trong lòng cọc.

• Các khoảng rỗng trong cọc tạo ra do dùng bê tông có độ sụt quá lớn.

• Bê tông bị rỗ do mất xi măng

• Hình thành các vùng bê tông bị lẫn bùn bentonite do bơm bê tông quá nhanh

Khuyết tật trên cọc cần căn cứ trên cả 3 biểu đồ FAT hoặc V, E và phổ siêu âm. Khuyết tật trên cọc được xác định dựa vào mức độ thay đổi của các đại lượng đo được theo bảng 1.

Khi sóng siêu âm truyền qua các môi trường khác nhau, năng lượng của sóng bị hao hụt ở mức độ khác nhau. Tuy nhiên, vận tốc của sóng có thể thay đổi không nhiều <15%. Nếu chỉ căn cứ trên biểu đồ FAT hoặc V thì không thể nhận biết được khuyết tật trên cọc. Cần dựa vào mức độ suy giảm năng lượng của sóng siêu âm. Trong trường hợp mức độ suy giảm năng lượng của sóng siêu âm lớn hơn 6dB tương ứng mức độ suy giảm năng lượng vượt quá 51% thì tại vị trí đó, trên cọc có khuyết tật.

Trong một số trường hợp, muốn xác định cường độ bê tông cọc, cần phải tiến hành thêm các thí nghiệm kết hợp giữa nén mẫu bê tông lấy từ cọc và đo sóng siêu âm truyền qua mẫu bê tông đó. Từ đó, có thể kết luận về cường độ bê tông của cọc từ vận tốc sóng siêu âm đo được trên cọc.

Dưới đây làm một ví dụ về khuyết tật trên cọc, nguyên nhân do rút ống đổ bê tông lên quá cao đã gây ra thấu kính bùn trong cọc.

Phương pháp dùng máy siêu âm cọc khoan nhồi là phương pháp chính xác dùng để xác định chất lượng thi công cọc.

Việc xác định khuyết tật trên cọc cần phải căn cứ trên kết quả của 3 biểu đồ thời gian tới - FAT hoặc vận tốc - V , năng lượng - E và biểu đồ phổ siêu âm được đo theo đúng quy trình tại hiện trường. Người kỹ sư phải được đào tạo đúng chuyên môn.

Chấp nhận hay loại bỏ cọc cần kết hợp thêm một số phương pháp thí nghiệm khác như khoan lấy lõi, thí nghiệm biến dạng lớn PDA, nén tĩnh