Phạm vi áp dụng siêu âm cọc khoan nhồi, siêu âm bê tông

Tiêu chuẩn này áp dụng cho việc kiểm tra chất lượng cọc khoan  nhồi  bằng phương pháp xung siêu âm cọc khoan nhồi. Ngoài ra tiêu chuẩn còn được áp dụng cho các cấu kiện móng bê tông khác có đặt  sẵn các ống đo siêu âm như: giếng chìm, tường trong đất,  cọc ba - ret và các móng khối bê tông chôn trong đất.

Kiểm tra chất lượng siêu âm cọc khoan nhồi bằng phương pháp xung siêu âm là thực hiện phương pháp kiểm tra không phá huỷ cho phép xác định tính đồng nhất và khuyết tật của bê tông trong phạm vi từ điểm phát đến điểm thu.

Trong mọi trường hợp khuyết tật của bê tông cọc khoan nhồi hoặc cấu kiện móng được phát hiện bằng phương pháp xung siêu âm cần được hiểu đây là sự cảnh báo    hoặc sự xác định gián tiếp về tồn tại khuyết tật trong bê tông. Để khẳng định và đánh  giá đặc điểm khuyết tật cần kết hợp thực hiện thêm các phương pháp khác như: khoan lấy mẫu ở lõi bê tông, thí nghiệm nén mẫu bê tông vv..

Quy định chung

Thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi bằng phương pháp xung siêu âm siêu âm cọc khoan nhồi  có thể được thực hiện ở hai giai đoạn: thi công cọc thử, thi công cọc đại trà.

Thí nghiệm kiểm tra bằng phương pháp xung siêu âm ở giai đoạn thi công cọc thử được tiến hành trước khi thi công cọc đại trà. Kết quả thí nghiệm là một trong  những cơ sở để lựa chọn thiết bị và công nghệ thi công cọc.

Thí nghiệm kiểm tra bằng phương pháp xung siêu âm ở giai đoạn thi công cọc đại trà được tiến hành trong thời gian thi công công trình hoặc sau khi thi công xong cọc. Kết quả thí nghiệm là một trong những cơ sở cần thiết để đánh giá tổng thể về chất lượng thi công cọc.

Số lượng cọc cần tiến hành kiểm tra bằng phương pháp xung siêu âm được lựa chọn tuỳ theo từng giai đoạn. Trong giai đoạn thi công cọc thử số lượng cọc  được kiểm tra là tất cả các cọc có thực hiện các phương pháp kiểm tra sức chịu tải của cọc bằng tải trọng tĩnh hoặc tải trọng động. Trong giai đoạn thi công cọc đại trà số lượng  cọc có đặt ống siêu âm được qui định tối thiểu bằng 50% tổng số lượng cọc có trong công trình, trong đó số lượng cọc cần tiến hành kiểm tra được xác định một cách ngẫu nhiên và lấy ít nhất bằng 25% tổng số lượng cọc có trong công trình.

Thời gian bắt đầu tiến hành thí nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi phương pháp xung siêu âm trên một cọc khoan nhồi hoặc một cấu kiện móng chỉ có thể thực hiện được tối thiểu sau 7 ngày tính từ khi kết thúc đổ bê tông ở cọc hoặc cấu kiện móng đó.

Thiết bị thí nghiệm phải được kiểm tra và  hiệu chuẩn định kỳ theo qui định của cơ quan có thẩm quyền cấp phép.

Người thực hiện thí nghiệm phải được đào tạo về phương pháp thí nghiệm và được cơ quan có thẩm quyền cấp chứng chỉ xác nhận.

Thuật ngữ

Tính đồng nhất của bê tông: Là đặc tính của vùng bê tông đặc chắc có chất lượng đồng đều. Trong phương pháp xung siêu âm tính đồng nhất của bê tông thể hiện ở  sự  ổn định và đồng đều của vận tốc truyền xung qua bê tông được kiểm tra theo phương dọc trục và phương ngang trục.

Kiểm tra khuyết tật của bê tông: Là vùng bê tông không đặc chắc hoặc có chất lượng thay đổi lớn theo chiều giảm.Trong phương pháp xung siêu âm khuyết tật của bê tông thể hiện ở vùng vận tốc truyền xung qua bê tông bị giảm đột ngột (thường giảm hơn 20%).

Mặt cắt thí nghiệm: Là tập hợp các giá trị đo được về thời gian, biên độ và tần số của xung siêu âm truyền qua bê tông giữa một điểm phát và một  điểm thu tại các  độ sâu khác nhau dọc theo chiều dài thân cọc.

Thiết bị thí nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi

Đầu đo

Đầu phát có khả năng biến đổi những dao động điện thành các dao động cơ học với tần số cao.

Đầu thu có chức năng biến đổi những dao động cơ học do đầu phát phát  ra  thành những tín hiệu điện.

Cả đầu phát và đầu thu thường có yêu cầu như nhau về kích thước (đường kính của đầu đo từ 25 mm đến 30 mm),về khả năng chống thấm và tần số dao động.Thông thường tần số xung của đầu đo nằm trong phạm vi từ 20 kHz đến 100 kHz.

Bộ phận đo chiều dài

Bánh xe đo tốc độ kéo có chức năng đo chiều dài của mỗi mặt cắt thí nghiệm theo nguyên lý cảm ứng từ hoặc hiệu ứng quang điện. Khi thí nghiệm tốc độ kéo của đầu đo được qui định phù hợp theo khả năng của mỗi loại máy khác nhau. Sai số cho phép của phép đo độ sâu được chọn lấy giá trị nào lớn hơn trong hai giá trị sau : 1/500 chiều sâu ống đo hoặc 5cm.

Hai cuộn dây cáp tín hiệu nối với đầu phát và đầu thu để truyền tín hiệu từ đầu  đo lên khối máy chính trên suốt chiều dài mặt cắt thí nghiệm. Các cuộn dây cáp điện    và cáp tín hiệu còn lại nối bộ phận đo tốc độ kéo với khối máy chính.

Bộ phận lưu trữ và hiển thị số liệu siêu âm cọc khoan nhồi

Khối máy chính là một máy tính gồm có: màn hình hiển thị số liệu, các đĩa    cứng chứa chương trình điều khiển và lưu trữ số liệu thí nghiệm, các nút điều khiển và bàn phím thao tác.

Yêu cầu về dung lượng và bộ nhớ của máy phải đủ lớn, số liệu thí nghiệm phải được tự động cập nhật và truyền tải qua máy tính để xử lý và lưu trữ lâu dài. Các thông tin thu được ngay trong quá trình thí nghiệm phải được hiển thị dưới dạng biểu bảng hoặc đồ thị.

Yêu cầu về lắp đặt ống siêu âm cọc khoan nhồi

Ống đo siêu âm để thả đầu đo được làm bằng thép hoặc nhựa có đường kính phù hợp với kích thước của đầu đo, ống được chôn sẵn trong bê tông.  Đường kính trong  của mỗi ống thí nghiệm được chọn nằm trong phạm vi từ  50 mm  đến 60  mm, chiều dày của thành ống chọn từ 2mm đến 6mm và phải tính toán đảm bảo khả năng chịu áp lực(cả áp lực thẳng đứng và áp lực ngang). Đầu dưới của ống được bịt kín, đầu trên có nắp đậy.

Các đoạn ống đo siêu âm có thể hàn hoặc buộc chặt vào phía trong của lồng cốt thép, khoảng cách giữa các mối  hàn hoặc buộc phải đảm bảo sự ổn định của ống   không bị xê dịch trong quá trình đổ bê tông. Các ống này được đặt song song với nhau dọc theo suốt chiều dài thân cọc, đáy của các ống đo được đặt ở cùng một cao độ và    sát đáy hố khoan.Việc liên kết giữa các đoạn ống phải đảm bảo kín khít không cho nước bẩn hoặc các tạp chất lọt vào trong ống.

Phía trong các ống đo siêu âm phải được kiểm tra thông suốt và đổ đầy nước sạch trước khi tiến hành đổ bê tông.

Số lượng các ống đo được qui định tuỳ thuộc vào kích thước cấu kiện móng cần  thí nghiệm . Đối với mọi cấu kiện móng khoảng cách giữa tâm hai ống kế tiếp nhau để thả đầu đo nên bố trí trong khoảng từ 0.3 m đến 1.5 m.

Đối với cọc khoan nhồi có đường kính cọc là (F) thì số lượng ống đo dự tính cho một cọc như sau:

1. 2 ống, khi           F £ 60 cm (góc giữa các ống là 180^o);
2. 3 ống, khi 60 <F £ 100 cm (góc giữa các ống là 120^o);
3. ³ 4 ống, khi        F>100 cm (góc giữa các ống là £ 90^o).

Có thể tham khảo các sơ đồ bố trí ống đo siêu âm đối với các cấu kiện móng khác nhau trong phụ lục A.

1.Thí nghiệm tại hiện trường siêu âm cọc khoan nhồi

Công tác chuẩn bị thí nghiệm

Trước khi tiến hành thí nghiệm cần thu thập các thông tin liên quan đến cọc hoặc cấu kiện móng thí nghiệm như sau:

Tên công trình, hạng mục;

2. Vị trí của cọc hoặc cấu kiện móng trên bản vẽ thi công;
3. Cao độ đáy và đỉnh cọc hoặc cấu kiện móng;
4. Diện tích mặt cắt ngang của cọc hoặc cấu kiện móng;
5. Ngày đổ bê tông;
6. Số lượng ống đo siêu âm được đặt trong một cọc hoặc cấu kiện móng;
7. Các sự cố trong quá trình đổ bê tông (nếu có).

Ống đo được cắt hở ra, đầu ống phía trên phải cao hơn mặt bê tông ít nhất là 0.2m. Cần kiểm tra độ thông suốt của các ống đo trước khi tiến hành thí  nghiệm.  Xác  định cao độ mép trên của các ống và khoảng cách giữa tâm các ống theo tổ hợp các   mặt cắt cần tiến hành thí nghiệm. Trong trường hợp không thể đo được trực  tiếp  khoảng cách giữa tâm các ống thì cho phép xác định theo bản vẽ thiết kế .Vị trí của các ống phải được thể hiện trên bản vẽ có đánh số thứ tự theo chiều kim đồng hồ và hướng bắc nam.

Ghi chú: Đối với cọc có đặt ống khoan lấy mẫu ở lõi đáy cọc, do đáy của ống khoan  lấy mẫu thường được đặt cách đáy cọc từ 1.0 m đến 2.0 m vì vậy chỉ sử dụng ống khoan lấy mẫu làm ống đo siêu âm sau khi cọc này đã thực hiện xong   công tác khoan lấy mẫu ở lõi đáy cọc.

Tiến hành thí nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi

1. Lắp đặt và kết nối thiết bị chuẩn bị cho thí nghiệm. Sau khi việc kết nối hoàn thành, kiểm tra nguồn điện và khởi động máy.
2. Hiệu chỉnh tín hiệu thu phát khi bắt đầu thí nghiệm được đảm bảo theo hai điều kiện sau:

1. Đầu thu và đầu phát được thả vào trong lòng ống đo, tại một độ sâu dự định để điều chỉnh tín hiệu các đầu đo này phải luôn đặt cùng một cao độ;

Hình 1 - Thí nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi

1. Trong quá trình thí nghiệm đầu đo dịch chuyển từ đáy lên đỉnh cọc (hình 1).Cả đầu thu và đầu phát cùng được kéo lên với một vận tốc tính trước phù hợp với chiều   dài cọc và khả năng của thiết bị, các ống đo phải đảm bảo luôn đầy nước, tín hiệu xung siêu âm được hiển thị trên màn hình theo chiều dài của mỗi mặt cắt thí nghiệm và    được ghi lại thành tệp số liệu. Kết quả thí nghiệm thu được thông thường bao gồm các số liệu cơ bản sau:

1. Thời gian truyền xung, tần số và biên độ xung tại các độ sâu thí nghiệm từ điểm  phát đến điểm thu;
2. Chiều dài của mỗi mặt cắt thí nghiệm.

2.Đánh giá kết quả thí nghiệm

7.1. Trên cơ sở các kết quả đo khoảng cách giữa  tâm hai  đầu đo  (khoảng cách giữa tâm hai ống đo cùng một mặt cắt thí nghiệm) và thời gian truyền xung giữa hai đầu đo đó, vận tốc truyền xung siêu âm trong bê tông tại một độ sâu thí nghiệm được tính theo công thức:

Trong đó:

V = L/T

V- Vận tốc truyền xung siêu âm, m/s;

L - Khoảng cách giữa tâm hai đầu đo, m;

T - Thời gian truyền xung siêu âm qua chiều dài L, s.

Ghi chú : Trong trường hợp khoảng cách giữa tâm hai đầu đo  ≤ 30 cm , cần chú ý   đến  giá trị vận tốc truyền xung  trong bê tông có thể bị ảnh hưởng đáng kể do sai số  khi xung siêu âm phải truyền qua môi trường nước và vật liệu làm ống siêu âm .

1. Sai số cho phép về thời gian truyền xung thu được theo các độ sâu khác nhau sau khi đã hiệu chỉnh không vượt quá 1%, sai số biên độ xung không vượt quá 5%. Phần mềm để xử lý kết quả phải có khả năng xử lý hoặc loại bỏ nhiễu trong kết quả thí nghiệm (phụ lục C).
2. Tại hiện trường có thể sơ bộ đánh giá kết quả đo về tính đồng nhất của bê  tông  cọc dựa theo biểu đồ tín hiệu thời gian hoặc vận tốc truyền xung siêu âm thu được theo suốt chiều dài mặt cắt thí nghiệm. Khi thấy có sự giảm vận tốc truyền xung (giảm ≥ 20%) hoặc tăng thời gian truyền xung (tăng ≥ 20%), thì phải thí nghiệm lại  ở  cao độ của vị trí đó để khẳng định khuyết tật.

Ghi chú : Khi xác định tính đồng nhất của bê tông bằng phương pháp xung siêu  âm cần đánh giá kết hợp với kết     quả thí nghiệm nén mẫu bê tông và chỉ xét cho phần  mẫu bê tông đạt yêu cầu về cường độ theo thiết kế.

1. Để đánh giá tính đồng nhất và vị trí khuyết tật của bê tông cọc khoan nhồi hoặc  cấu kiện móng thí nghiệm nên kết hợp các đặc trưng của xung siêu âm ghi nhận được như : vận tốc, biên độ, năng lượng, thời gian truyền xung siêu âm. Phương pháp đánh giá được tham khảo trong phụ lục C.