Thí nghiệm siêu âm chất lượng cọc khoan nhồi 
Thí nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi là phương pháp phổ biến và hiệu quả trong việc đánh giá chất lượng cọc khoan nhồi đã thi công. Trong dự án xây dựng có nguồn vốn trong và ngoài nước sử dụng hệ thống quản lý chất lượng khác nhau trong đó có tiêu chuẩn thí nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi. Báo cáo này nhận xét, đánh giá các ưu nhược điểm của một số tiêu chuẩn, góp phần cho quá trình làm mới tiêu chuẩn thí nghiệm siêu âm hiệu quả hơn.
Phương pháp sử dụng xung siêu âm đánh giá chất lượng kiểm tra bê tông trước đây chỉ áp dụng cho các kết cấu bên trên như dầm, cột… đã được cải tiến để tiến hành kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi sau khi thi công. Các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng được xuất bản không chỉ hướng dẫn thực hiện thí nghiệm mà còn định hướng cho các nhà sản xuất chế tạo các thiết bị tiên tiến hơn, thực tế hơn. Hiện có nhiều dự án xây dựng đang thực hiện trong nước với hệ thống quản lý chất lượng khác nhau tùy thuộc quy định của Chủ đầu tư, nhà Tư vấn. Tiêu chuẩn thí nghiệm máy siêu âm bê tông là một phần của hệ thống này, tuy nhiên việc áp dụng tiêu chuẩn một cách máy móc và không phù hợp tiêu chuẩn thi công vẫn còn phổ biến. Báo cáo này dựa trên xem xét các tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9396: 2012, Mỹ ASTM D6760-08, Trung Quốc JGJ 106-2003 (phần 10) và Pháp NF P 94-160-1 để đưa ra các so sánh và đánh giá, nhận xét riêng, giúp người đọc có cái nhìn tổng quan và hiểu thấu hơn về các tiêu chuẩn kỹ thuật cho thí nghiệm siêu âm. Điều này cũng là phù hợp với xu hướng hội nhập quốc tế trong xây dựng và nhu cầu thống nhất sử dụng một tiêu chuẩn quốc tế trong tương lai.

Báo cáo sẽ đánh giá theo các mục Chuẩn bị thí nghiệm, Thiết bị thí nghiệm PDA và Phân tích kết quả thí nghiệm

VỀ VẤN ĐỀ CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

Vật liệu chế tạo ống siêu âm

Vật liệu chế tạo ống thường bằng thép hoặc nhựa. Vật liệu khác với bê tông ảnh hưởng đến thời gian truyền sóng tuy nhiên ảnh hưởng này là nhỏ hơn so với ảnh hưởng của mức độ bám dính của 02 vật liệu này với bê tông. Chỉ có ASTM D6760 đề cập đến vật liệu chế tạo ống siêu âm được làm bằng thép hoặc nhựa.

Số lượng ống siêu âm

Số lượng ống siêu âm được quy định tùy thuộc cấu kiện móng cần thí nghiệm. TCVN 9396: 2012 quy định đặt 02 ống cho cọc có đường kính D ≤ 600 mm, 03 ống cho cọc có đường kính 600 < D ≤
1000 mm, và hơn 04 ống cho cọc có đường kính D > 1000 mm và khoảng cách các ống trong khoảng từ 0,3 đến 1,5m.

Tiêu chuẩn Pháp NF P 94-160-1 quy định đặt 02 ống cho cọc có đường kính D ≤ 600 mm, 03 ống cho cọc có đường kính 60 < D ≤ 1200 mm, và hơn 04 ống cho cọc có đường kính D > 1200 mm. Tuy nhiên quy định về khoảng cách giữa các ống siêu âm là trùng hợp TCVN 9396 từ 0,3 đến 1,5m.

Tiêu chuẩn Trung Quốc JGJ 106-2003 quy định đặt 02 ống cho cọc có đường kính D ≤ 800 mm, 03 ống cho cọc có đường kính 800 < D ≤ 2000 mm, và hơn 04 ống cho cọc có đường kính D > 2000 mm.

Tiêu chuẩn Mỹ ASTM D6760-08 quy định đặt các ống sao cho khoảng cách ống từ 0,25 đến 0,30m.

Như vậy có thể thấy tiêu chuẩn Trung Quốc cho phép bố trí số ống ít nhất trong khi tiêu chuẩn Mỹ bố trí số ống nhiều nhất trên cùng một tiết diện cọc. Quy định nào là hợp lý hơn? Thông thường khả năng phát sóng của các đầu phát hiện nay tới 2 đến 3m. Điều này không đồng nghĩa với khả năng phát hiện khuyết tật trong phạm vi này. Ống siêu âm phải bố trí đủ để không bỏ qua các khuyết tật trong thân cọc. Bằng thực nghiệm có thể thấy các khuyết tật gần ống siêu âm có mức độ phát hiện lớn hơn các khuyết tật cùng kích thước nằm xa ống. Một nghiên cứu của Garland Likins [1] chỉ ra rằng một khuyết tật (khi thời gian tryền sóng FAT tăng 20% và năng lượng sóng giảm 12 dB) nằm giữa 02 ống siêu âm chỉ được phát hiện  khi  kích thước khuyết tật lớn hơn 40% khoảng cách giữa
các ống .

Qua kết quả ở trên có thể thấy việc bố trí 03 ống cho cọc đường kính 1500mm hay 04 ống cho cọc đường kính 2000mm như tiêu chuẩn JGJ 106-2003 là không đủ. Các quy định về khoảng cách giữa các ống của TCVN 9396: 2012 hay NF P 94-160-1 từ 0,5 đến 1,3m có thể dẫn đến bỏ sót khuyết tật khi thí nghiệm.

Đường kính ống siêu âm

Đường kính ống siêu âm được quy định theo các tiêu chuẩn như sau: TCVN 9396: 2012 là từ 50-
60mm, ASTM D6760-08 là 38-50mm, JGJ 106-2003 là 50-60mm, NF P 94-160-1 là hơn 40mm. Đường kính ống được thiết kế sao cho đầu đo có thể lọt qua dễ dàng và không làm ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị trong phép đo thời gian truyền sóng FAT. Như vậy giá trị 50-60mm là hợp lý và đường kính 40mm dường như là quá nhỏ. Việc tận dụng các ống khoan lõi đường kính
>100mm đáy ống cao hơn đáy cọc ~1m là hoàn toàn có thể áp dụng, chú ý sử dụng thêm bộ định tâm đầu đo kèm theo để đầu đo luôn di chuyển dọc tâm ống siêu âm không làm sai số thêm phép đo thời gian truyền sóng. Các tiêu chuẩn ASTM D6760-08, TCVN 9396: 2012, NF P 94-160-1 đều cho phép sử dụng ống siêu âm đường kính >100 mm trong trường hợp cần thiết. Tuy nhiên  khoan lõi xong mới được tiến hành thí nghiệm siêu âm trong TCVN 9396: 2012 là  không hợp lý vì ống sau khi khoan lõi thường bị mất nước và ống khoan lõi vẫn không đủ chiều sâu do vật liệu dưới đáy cọc đùn lên.