Siêu âm cọc khoan nhồi là gì? Khái niệm và cách thực hiện

Siêu âm cọc khoan nhồi là phương pháp kiểm tra không phá hủy cho phép xác định tính không đồng nhất và khuyết tật của bê tông trong phạm vi từ điểm phát đến điểm thu. Ngoài ra phương pháp này còn được áp dụng cho các cấu kiện móng bê tông khác nhau 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.

I. Ưu điểm của phương pháp siêu âm cọc khoan nhồi:

•   Thời gian kiểm tra nhanh chóng.
•   Thiết bị nhỏ gọn, dễ thao tác.
•   Độ chính xác cao, giá thành hợp lý.

II. Cách thực hiện siêu âm cọc khoan nhồi

1. Thiết bị thí nghiệm

1.1. 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.

1.2 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 quy 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 5 cm.
– 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.

1.3. Bộ phận lưu trữ và hiển thị số liệu
– 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.

2. Yêu cầu về lắp đặt ống siêu âm

– 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 2 mm đến 6 mm 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 quy 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 (Ф) thì số lượng ống đo dự tính cho một cọc như sau:
a) Hai ống khi Ф ≤ 60 cm (góc giữa các ống là 180°);
b) Ba ống khi 60 cm < Ф ≤ 100 cm (góc giữa các ống là 120o);
c) Lớn hơn hoặc bằng bốn ống khi Ф >100 cm (góc giữa các ống là ≤ 90o).
Sơ đồ bố trí ống đo siêu âm đối với các cấu kiện móng khác nhau được thể hiện như dưới đây

CHÚ DẪN:
1 Ống đo siêu âm
2 Mặt cắt siêu âm giữa hai ống
CHÚ THÍCH: Bố trí ống đo siêu âm trong các cấu kiện móng khác nhau
a) Khi đường kính cọc Ф ≤ 60 cm (2 ống, góc giữa các ống là 180°);
b) Khi đường kính cọc 60 cm < Ф ≤ 100 cm (3 ống, góc giữa các ống là 120°);
c) Khi đường kính cọc Ф > 100 cm (≥ 4 ống, góc giữa các ống là ≤ 90o);
d) Đối với tường trong đất;
e) Đối với cọc Ba – ret.

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

3.1. 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:
a) Tên công trình, hạng mục;
b) Vị trí của cọc hoặc cấu kiện móng trên bản vẽ thi công;
c) Cao độ đáy và đỉnh cọc hoặc cấu kiện móng;
d) Diện tích mặt cắt ngang của cọc hoặc cấu kiện móng;
e) Ngày đổ bê tông;
f) Số lượng ống đo siêu âm được đặt trong một cọc hoặc cấu kiện móng;
g) 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 0,2 m. 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.
CHÚ THÍCH: 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.

3.2. Cách tiến hành
– Lắp đặt và kết nối thiết bị chuẩn bị cho thử nghiệm. Sau khi việc kết nối hoàn thành, kiểm tra nguồn điện và khởi động máy.
– Hiệu chỉnh tín hiệu thu phát khi bắt đầu thử nghiệm được đảm bảo theo hai điều kiện sau:
a) 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;
b) Tín hiệu được điều chỉnh sao cho thời gian truyền xung siêu âm từ điểm phát điểm thu là tối thiểu và biên độ thu được của tín hiệu xung là lớn nhất.
– Trong quá trình thử nghiệm đầu đo dịch chuyển từ đáy lên đỉnh cọc. 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:
a) Thời gian truyền xung, tần số và biên độ xung tại các độ sâu thử nghiệm từ điểm phát điểm thu;
b) Chiều dài của mỗi mặt cắt thử nghiệm.

Thử nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi

CHÚ DẪN:
1    Máy đo siêu âm
2    Cáp tín hiệu
3    Ống đo siêu âm
4    Cấu kiện bê tông cần kiểm tra
5    Đầu phát
6    Đầu thu

4. Đánh giá kết quả thử nghiệm

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

V = (1)

trong đó:
V là vận tốc truyền xung siêu âm, tính bằng mét trên giây (m/s);
L là khoảng cách giữa tâm hai đầu đo, tính bằng mét (m);
T là thời gian truyền xung siêu âm qua chiều dài L, tính bằng giây (s).
CHÚ THÍCH: Trong trường hợp khoảng cách giữa tâm hai đầu đo ≤ 30 cm, cần chú ý 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.
– 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 thử nghiệm (xem Phụ lục C).
– 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 thử nghiệm lại ở cao độ của vị trí đó để khẳng định khuyết tật.
CHÚ THÍCH: Khi xác định tính đồng nhất của bê tông bằng phương pháp xung siêu âm cần đánh giá kết hợp với kết quả thử nghiệm nén mẫu bê tông và chỉ xét cho phần mẫu bê tông đạt yêu cầu về cường độ theo thiết kế.
– Để đánh giá tính đồng nhất và vị trí khuyết tật của bê tông cọc khoan nhồi hoặc cấu kiện móng thử 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.

5. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm cần nêu được các nội dung chính sau đây:
– Mở đầu (giới thiệu tên công trình, địa điểm, hạng mục thí nghiệm, ngày bắt đầu thử nghiệm …);
– Phương pháp thử nghiệm;
– Thiết bị thử nghiệm (tính năng thiết bị, phạm vi hoạt động, hãng chế tạo, thời hạn kiểm định hiệu chuẩn cho phép sử dụng);
– Đánh giá kết quả thử nghiệm (tính đồng nhất của bê tông dọc theo chiều dài cọc, phạm vi nghi ngờ khuyết tật nếu có, …);
– Kết luận và kiến nghị;
– Phụ lục (các biểu đồ vận tốc truyền xung siêu âm theo các mặt cắt thí nghiệm đo được).

CHÚ DẪN:
1 Vùng bê tông thân cọc có khuyết tật
 

Báo cáo thử nghiệm phải có đầy đủ các nội dung:
1) Tên công trình;     
2) Hạng mục;     
3) Đơn vị thử nghiệm;
4) Số hiệu cọc thử nghiệm;
5) Tên mặt cắt thử nghiệm;  
6) Ngày thử nghiệm. 

---