Đề tài Kiểm tra chất lượng, phát hiện khuyết tật cọc khoan nhồi- Nguyên nhân- Giải pháp khắc phục

Đặt vấn đề Cọc khoan nhồi đang được 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 nước ta đã có những tiến bộ vượt bậc. Cùng với các công nghệ thi công cầu tiên tiến như 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 được 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 lượng cọc khoan nhồi và đề ra các giải pháp khắc phục. tình hình áp dụng các phương pháp kiểm tra cọc khoan nhồi Tình hình áp dụng các phương pháp kiểm tra chất lượng và xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi trên thế giới : Trên thế giới, các phương pháp kiểm tra chất lượng và xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi được quan tâm từ rất sớm. Đến nay đã có rất nhiều các nghiên cứu lý thuyết, các phương pháp và thiết bị kiểm tra được áp dụng có hiệu quả trong công tác quản lý chất lượng cọc khoan nhồi. Có nhiều hãng chuyên sản xuất thiết bị và thực hiện công tác kiểm tra, đánh giá chất lượng cọc như PDI, LOADTEST của Mỹ, TNO của Hà Lan, Testconsult,... Các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc : Các phương pháp kiểm tra chất lượng 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 phương pháp phản hồi âm thanh để kiểm tra độ đồng nhất thân cọc. Năm 1977, Wetman đề xuất phương 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 lượng cọc khoan nhồi như là PIT của hãng PDI-Mỹ, MIMP của Pháp. Cũng từ nguyên lý này một số phương pháp kiểm tra chất lượng cọc được đề xuất như là phương pháp chấn động song song, phương pháp sóng ứng suất trong. Tuy nhiên các phương pháp này chỉ được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt. Phương pháp siêu âm truyền qua nhờ các ống đặt sẵn trong cọc cũng là một phương pháp được sử dụng phổ biến trên thế giới. Phương pháp này dựa vào vận tốc âm truyền trong bê tông để đánh giá chất lượng cọc. Đã có nhiều thiết bị kiểm tra được chế tạo, trong đó thiết bị được sử dụng nhiều nhất là CSL (Crosshole Sonic Logging) của hãng Olson Instrument. Ngoài các phương pháp nêu trên, người ta còn sử dụng một số phương pháp sau để kiểm tra chất lượng cọc : phương pháp khoan lấy lõi, phương pháp tia gamma, phương pháp nội soi bê tông. Các phương pháp thử tải xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi : Trong các phương pháp thử tải cọc khoan nhồi thì phương pháp thử tải tĩnh truyền thống là phương pháp cho độ chính xác cao nhất và cũng được sử dụng sớm nhất. Tuy nhiên, khi các cọc khoan nhồi được thi công sâu hơn, đường kính cọc lớn hơn dẫn đến sức chịu tải cọc rất lớn thì phương pháp thử tải tĩnh truyền thống gặp khó khăn. Những năm 60, Viện công nghệ Case đã xây dựng “Phương pháp thử động biến dạng lớn PDA” để kiểm tra sức chịu tải cọc khoan nhồi dựa trên lý thuyết truyền sóng trong cọc. Đến nay, phương pháp này được sử dụng phổ biến và được đưa vào quy trình của nhiều nước. Đầu những năm 1980, giáo sư người Mỹ Jorj O. Osterberg của Trường Đại học Northwestern, Florida đã đưa ra một công nghệ nén tĩnh mới mà sau này mang tên ông là “Phương pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg”. Tải trọng thử tác dụng lên cọc được truyền từ hộp tải trọng đặt sẵn trong thân cọc trước khi đổ bê tông. Cho đến nay phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi và được đưa vào tiêu chuẩn của nhiều nước. Công ty Loadtest đang là hãng giữ độc quyền về sản xuất các thiết bị của phương pháp này. Phương pháp thử tải cọc khoan nhồi mới nhất là “Phương pháp thử tải tĩnh động STATNAMIC”. Phương pháp này được thí nghiệm lần đầu tiên vào năm 1988 ở Canada. Từ năm 1989 nó đã bắt đầu dược ứng dụng trong thực tế ở các nước 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 được tiến hành ở nhiều nước, đây cũng là diễn đàn để trao đổi để hoàn thiện hơn phương pháp này. Hiện nay, hãng TNO của Hà Lan, một hãng đi đầu trong nghiên cứu phương pháp STATNAMIC đang có hệ thống thiết bị được sử dụng phổ biến nhất. Tình hình áp dụng các phương pháp kiểm tra chất lượng và xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam : ở nước ta trong những năm gần đây cọc khoan nhồi đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng nền móng các công trình xây dựng, giao thông, cảng,...Việc kiểm tra đánh giá chất lượng và sức chịu tải của cọc khoan nhồi đã được quan tâm chú ý. Các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc : Phương pháp tia gama là phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi được sử dụng lần đầu tiên ở nước 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 được, do đó không được áp dụng rộng rãi. Hiện nay, các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi được sử dụng phổ biến trong nước là phương pháp thử động biến dạng nhỏ (PIT, MIMP) và phương pháp siêu âm truyền qua. Hầu hết các cọc khoan nhồi được kiểm tra đều áp dụng đồng thời cả hai phương pháp này. Các phương pháp thử tải cọc khoan nhồi : Phương pháp thử tải tĩnh là phương pháp được sử dụng đầu tiên để xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi. Ngoài ra, hiện nay phương pháp thử động biến dạng lớn cũng đang được sử dụng phổ biến ở nước ta. Hầu hết các công trình có sử dụng cọc khoan nhồi đều áp dụng phương pháp thử tải này. Phương pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg được áp dụng lần đầu tiên ở nước ta trong công trình cầu Mỹ Thuận vào đầu năm 1998, tiếp đó là cầu Lạc Quần vào cuối năm 1998. Để có thể áp dụng phổ biến phương pháp này cần phải đào tạo được đội ngũ cán bộ có trình độ tay nghề cao. Phương pháp thử tải tĩnh động STATNAMIC là phương pháp chỉ mới được nghiên cứu về mặt lý thuyết ở Việt Nam. Năm 1995, tư vấn Anh đã đề nghị áp dụng cho thử cọc tại cảng container Tân Thuận nhưng không được phía Việt Nam chấp thuận, nguyên nhân có thể do tại thời điểm đó công nghệ này còn quá mới đối với chúng ta. Với ưu thế về độ tin cậy và giá thành hợp lý, trong thời gian tới chắc chắn phương pháp thử tải tĩnh động STATNAMIC sẽ được áp dụng trong việc thử tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam. Các phương pháp kiểm tra cọc khoan nhồi Kiểm tra chất lượng cọc trong quá trình thi công : Giới thiệu chung : Trong giai đoạn thi công (trước khi hình thành cọc), các chỉ tiêu cần kiểm tra gồm có : Chất lượng lỗ cọc trước khi đổ bê tông; Chất lượng và khối lượng bê tông đổ vào cọc; Lồng cốt thép trong lỗ cọc. Nếu thi công bằng phương pháp ướt (dùng dung dịch sét hoặc hoá phẩm khác để giữ ổn định thành lỗ cọc) thì phải kiểm tra chất lượng dung dịch : Chế tạo dung dịch đạt chỉ tiêu kỹ thuật; Điều chỉnh dung dịch theo điều kiện địa chất công trình, điều kiện địa chất thuỷ văn và công nghệ khoan cụ thể. Kiểm tra chất lượng lỗ cọc : Chất lượng lỗ cọc là một trong các yếu tố có ý nghĩa quyết định đến chất lượng cọc. Việc khoan và dọn lỗ cọc, sau đó là cách giữ thành vách lỗ cọc là những công đoạn quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng lỗ cọc tốt hay xấu. Các chỉ tiêu về chất lượng lỗ cọc bao gồm vị trí, kích thước hình học, độ nghiêng lệch, tình trạng thành vách và lớp cặn lắng ở đáy lỗ. Dưới đây trình bày các thông số đánh giá chất lượng và phương pháp kiểm tra chúng. Bảng Các thông số cần kiểm tra về lỗ cọc TT Thông số kiểm tra Phương pháp kiểm tra 1 Tình trạng lỗ cọc Kiểm tra bằng mắt có thêm đèn dọi Dùng phương 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 lượng đất lấy lên với thể tích hình học của cọc Theo lượng dùng dung dịch giữ thành vách Theo chiều dài tời khoan Quả dọi Máy đo độ nghiêng, phương pháp siêu âm 3 Kích thước lỗ Mẫu, calip, thước xếp mở và tự ghi độ lớn nhỏ đường kính Theo đường 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 Lấy mẫu và so sánh với đất và đá lúc khoan, đo độ sâu trước và sau thời gian giữ thành không ít hơn 4 giờ. Độ sạch của nước xối rửa Phương pháp quả tạ rơi hoặc xuyên động Phương pháp điện (điện trở, điện dung...) Phương pháp âm Bảng trên trình bày các phương pháp khá đơn giản để kiểm tra chất lượng lỗ cọc, tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp phải dùng thiết bị máy móc thích hợp mới thực hiện được các yêu cầu về kiểm tra chất lượng lỗ cọc. Kiểm tra kích thước và đặc trưng hình học lỗ cọc : Đo đường kính lỗ cọc : Đường kính thân cọc hoặc đáy cọc có mở rộng là dựa vào thiết bị tạo lỗ theo kích thước thiết kế. Trong trường hợp không dùng ống vách để giữ thành thì đường kính của lỗ cọc trước khi lắp đặt lồng cốt thép có thể bị co thắt lại hoặc mở to ra do đó cần phải có kiểm tra để đối chiếu với các sai số quy định. Thiết bị đo đường kính lỗ cọc gồm có 3 phần : đầu đo, bộ phóng đại và bộ phận ghi có thể đo đường kính lỗ cọc đến 1,2 m. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị là do cơ cấu co giãn đàn hồi của 4 ăng ten ở đầu đo mà làm thay đổi điện trở, dẫn đến thay đổi điện áp, kết quả sự thay đổi được hiển thị bằng số hoặc máy ghi lưu giữ. Trị số điện áp biểu thị và đường kính cọc có quan hệ : ; Trong đó : f - đường kính lỗ cọc đo được, m; f0 - đường kính lỗ cọc lúc đầu, m; DV - Biến đổi điện áp, V; k - hệ số m/W; I - Cường độ dòng điện, A. Tình trạng thành vách và độ nghiêng cọc : Khi cọc nhồi được 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 nước 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 được. Phương 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 lượng đặt ở đầu dò, thu được các đại lượng : ; Trong đó : t - thời gian sóng âm truyền qua môi trường, giây; L - đoạn đường truyền của sóng (âm trình), m; C - Vận tốc của sóng âm, m/giây. Căn cứ vào kết quả đo trên mặt bằng và theo độ sâu ở đáy lỗ khoan ta xác định được độ nghiêng của lỗ khoan trước khi đổ bê tông. Xác định hình dạng lỗ khoan cọc khoan nhồi bằng thiết bị KODEN-DM 684 của Nhật Bản : Hiện nay, ở Việt Nam đã có các thiết bị để kiểm tra hình dạng của lỗ khoan cọc khoan nhồi theo phương pháp sóng âm. Trong số đó thì máy siêu âm KODEN-DM-684 được sử dụng nhiều nhất. Cấu tạo thiết bị : 6 Đầu đo 1 10 2 8 3 7 9 5 4 Đầu đo; Bộ phận ngăn nước; Dây cáp bằng thép; Bộ phận khống chế lên xuống; ống quấn dây điện; Bộ phận khống chế lúc xuống; 7,9. ống quấn dây cáp; Động cơ điện; Dây điện. Thiết bị đo thành vách, lỗ cọc DM-684 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 được phóng đại chuyển thành sóng âm nhờ đầu dò phát. Tần số rung của thiết bị có thể điều chỉnh, thu được 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. Người 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 trường. 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 hướng trực giao cho mỗi cặp và sẽ được thực hiện tương đẳng với 4 điểm Compa đã đánh dấu. Thiết bị KODEN DM-684 được định tâm trên miệng hố khoan sao cho tâm của thiết bị trùng với tâm của hố khoan bằng cách dùng thước đo đến hai trục sau đó đánh dấu sơn lên sàn công tác quy định trục hướng 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 gặp thành vách phản hồi lại sẽ được đo bởi một tế bào cảm ứng tương tự. Ngay khi đó các tín hiệu phản hồi sẽ được chuyển trực tiếp đến máy và được in ra giấy. Bản tín hiệu in ra giấy là giá trị thu được dọc theo chiều sâu hố khoan. Tỷ lệ theo phương đứng trên bản in sẽ cho biết được chính xác vị trí nào trong hố khoan (theo chiều sâu) có khuyết tật hay thành vách bị lệch hay nhô ra hoặc mở rộng, thu hẹp... Thiết bị KODEN DM-684 có thể đo được hố khoan đường kính đến 4 m, chiều sâu đến 110 m. Một ví dụ về kết quả thu nhận được Báo cáo kết quả : Một báo cáo kết quả kiểm tra hình dạng lỗ khoan bằng thiết bị KODEN DM-684 gồm các nội dung sau : Vị trí công trình; Chi tiết cọc kiểm tra : bao gồm số hiệu cọc, chiều dài, đường kính thiết kế, ngày khoan, ngày kiểm tra,... Các kết quả kiểm tra về đường kính lỗ khoan bao gồm : bảng số liệu đường kính lỗ khoan ở các cao độ như : đỉnh ống casing, chân ống casing, cao độ mũi cọc và một số cao độ khác theo đề cương kiểm tra. Kết quả độ nghiêng của lõ khoan bao gồm : độ nghiêng của ống casing, độ nghiêng của thành vách lỗ khoan; Các biên bản kiểm tra hiện trường. Đo bề dày lớp cặn lắng : Bề dày của lớp cặn lắng ở đáy lỗ cọc có ảnh hưởng rất lớn đến sức chịu tải của cọc và độ lún của công trình, do đó khi thi công phải có các biện pháp đảm bảo để độ dày lớp cặn lắng không được vượt trị số quy định. Hiện nay chưa có biện pháp nào thực sự hữu hiệu để đo được bề dày lớp cặn lắng này. Tuy nhiên, người ta có thể dùng một số phương pháp sau : Phương pháp chùy rơi : Dùng chùy hình côn nặng khoảng 1 kg, có tai để buộc dây và thả chầm chậm 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 được lúc khoan xong với độ sâu đo được bằng chùy này. Đây là phương pháp thủ công, phụ thuộc nhiều vào người đo và chỉ phù hợp với cọc có độ sâu nhỏ. Phương pháp điện trở : Dựa vào tính dẫn điện khác nhau của môi trường không đồng nhất (gồm nước+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 : ; Trong đó : V1- điện áp ổn định của dòng xoay chiều, V; V2- điện áp đo được, V; R - điện trở điều chỉnh, W; Rx – trị số điện trở của đất ở đáy lỗ, W. Giá trị Rx phụ thuộc vào môi trường, nó có các giá trị khác nhau tương ứng với các giá trị V2 khác nhau đọc được ở máy phóng đại. Cách đo : Thả chậm đầu đo vào lỗ khoan, theo dõi sự thay đổi V2, khi số đọc V2 thay đổi đột ngột thì ghi lại độ sâu của đầu đo ở thời điểm đó được giá trị h1. Tiếp tục thả đầu dò, ghi số đọc V2, ghi lại độ sâu h2 ... Cho đến khi đầu dò không chìm được nữa, ghi lại độ sâu h3. Độ sâu cọc khoan đã biết là H nên chiều dày lớp cặn lắng có thể tính là: (H - h1) hoặc (H - h2) hoặc (H - h3)... Hình dưới trình bày nguyên lý xác định chiều sâu lớp cặn lắng bằng phương pháp điện trở. Sơ đồ nguyên lý đo cặn lắng bằng phương pháp điện trở 1-Đầu đo; 2-Bộ khuyếch đại; 3-Bộ chỉ thị. Phương pháp điện dung : Dựa vào nguyên lý khoảng cách giữa hai cực bản kim loại và kích thước giữa chúng không thay đổi thì điện dung và suất điện giải của môi trường tỷ lệ thuận với nhau; suất điện giải của môi trường nước+dung dịch giữ thành+cặn lắng...có sự khác biệt, do đó từ sự thay đổi của suất điện giải ta suy được chiều dày lớp cặn lắng. Hình dưới trình bày nguyên lý xác định chiều sâu lớp cặn lắng bằng phương pháp điện dung. 1 - Đầu đo; 2 - Dây điện; 3 - Nguồn điện khởi động; 4 - Bộ chỉ thị; 5 - Cặn lắng. Sơ đồ nguyên lý đo cặn lắng bằng phương pháp điện dung Phương pháp âm (Sonic) : Phương pháp này dựa trên nguyên lý phản xạ âm khi gặp các mặt phẳng khác nhau trên đường truyền. Phương pháp này có đầu dò đảm nhận cả chức năng phát và thu âm thanh. Khi sóng gặp lớp cặn lắng phản xạ lại, thời gian ghi nhận được lúc này là t1, khi gặp lớp đáy cặn phản xạ lại ghi nhận thời gian là t2, chiều dày lớp cặn lắng sẽ được tính theo công thức : Trong đó : h - độ dày lớp cặn lắng, m; t1 và t2 - 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. Kiểm tra chất lượng bê tông và công nghệ đổ bê tông : Công nghệ đổ bê tông và chất lượng bê tông khi thi công trong lỗ cọc có dung dịch vữa là yếu tố quyết định đến chất lượng cọc khoan nhồi. Do đó thi công bê tông cọc khoan nhồi trong đất có nước ngầm phải tuân thủ các quy định về đổ bê tông dưới nước và phải có sự kiểm tra chất lượng bằng các thông số sau: Độ sụt; Cốt liệu thô trong bê tông; Chất lượng xi măng; Mức hỗn hợp bê tông trong lỗ khoan; Độ sâu ngập ống dẫn bê tông trong hỗn hợp bê tông; Khối lượng bê tông đã đổ trong lỗ cọc; Cường độ bê tông sau 7 và 28 ngày. Kiểm tra chất lượng cọc sau thi công : Giới thiệu chung : Chất lượng cọc sau khi thi công thường thể hiện bằng những chỉ tiêu chất lượng sau : Độ nguyên vẹn (tính toàn khối của cọc); Sự tiếp xúc giữa đáy cọc và đất nền; Sự tiếp xúc giữa thân cọc và đất đá xung quanh. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi. Dưới đây trình bày một số phương pháp kiểm tra chất lượng cọc sau thi công đã được sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam. Các phương pháp phổ biến như phương pháp thử động biến dạng nhỏ, phương pháp siêu âm truyền qua sẽ được giới thiệu kỹ. Một số phương pháp khác ít phổ biến hơn sẽ chỉ trình bày về nguyên lý và cách thức kiểm tra chứ không đi sâu về các quy trình kiểm tra cụ thể. Phương pháp thử động biến dạng nhỏ : Nguyên lý phương pháp : Phương pháp thử động biến dạng nhỏ dựa trên nguyên lý phản xạ khi gặp trở kháng thay đổi của sóng ứng suất, gây ra bởi tác động của lực xung tại đầu cọc, khi truyền dọc theo thân cọc. Tùy theo việc đo đạc và phân tích số liệu thu dược mà có thể chia ra thành 2 phương pháp như sau : Phương pháp phản hồi âm thanh (Sonic Echo Test-SET) : Phương pháp phản hồi âm thanh được phát triển ở Trung tâm thí nghiệm Động lực học ở Delft, Hà Lan. Ưu điểm của phương pháp này là việc kiểm tra được tiến 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 được bọc lại thì phương pháp này vẫn tỏ ra có hiệu quả. Mô hình phương pháp phản hồi âm thanh Về lý thuyết phương 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 dưới. Sóng này khi gặp đáy cọc hoặc một khuyết tật trong cọc sẽ phản xạ trở lại và được 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 được đọc từ tín hiệu hiển thị trên màn hình của máy đo dao động hoặc máy tính. Nếu biết được vận tốc của sóng âm thanh trong bê tông thì chiều dài cọc (hoặc khoảng cách từ đầu cọc đến một khuyết tật) sẽ được xác định theo công thức sau : ; Trong đó : t - 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 sóng âm trong bê tông, m/giây. Nếu có một khuyết tật trong cọc, giá trị L nhận được từ sự phản hồi đầu tiên sẽ nhỏ hơn chiều dài của cọc và sẽ là chiều sâu thực tế của khuyết tật. Trong hầu hết các thiết bị người ta thường lập trình để hiển thị số liệu chiều sâu này bằng việc nhân giá trị thời gian nhận được với C/2. Phương pháp ứng xử nhanh (Transient Response Method-TRM) : Phương pháp này cũng dùng để kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc khoan nhồi tương tự như phương pháp phản hồi âm thanh, tuy nhiên việc xử lý số liệu của phương pháp này công phu hơn và do đó có thể cho kết quả tốt hơn. Dùng búa tác động một lực va đập vào đầu cọc, dao động đầu cọc và lực va đập tác dụng được ghi lại theo thời gian. Hai tín hiệu này được xử lý trong máy tính bằng phần mềm phân tích sử dụng phương pháp biến đổi nhanh Fourier. Số liệu xử lý được xuất ra dưới dạng biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ vận tốc đầu cọc (V0) / lực đầu cọc (F0) và tần số giao động xung (f). Trên hình dưới thể hiện một dữ liệu đầu ra lý tưởng của phương pháp này. Số liệu xuất ra này được giải thích như sau : Thứ nhất, đoạn dốc đầu tiên của đường 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 thước đã được kiểm tra đạt chất lượng tốt, thì trong cọc này có thể đã xuất hiện khuyết tật. Từ số liệu này có thể xác định được độ cứng động mũi cọc theo công thức : Giá trị độ cứng động mũi cọc tăng theo độ phản xạ mũi cọc. Phản xạ mũi cọc thấp thường là do sức kháng của đất cao. Tuy nhiên, cũng có thể là các đặc trưng 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 được tính toán để cung cấp một kết quả mang tính định lượng để đánh giá chất lượng cọc như : Tình trạng mũi cọc; Các vết nứt ngang; Độ cứng ngang của cọc; Các tính chất về độ ẩm, ma sát của đất. Đầu ra lý tưởng của phương pháp ứng xử nhanh Thứ hai, số gia tần số Df giữa hai điểm lồi của đồ thị liên hệ với khoảng cách L từ đầu cọc tới điểm mà năng lượng sóng bị phản xạ trở lại (các khuyết tật lớn hoặc đáy cọc) theo công thức : ; Trong đó : Df - 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 được, chiều dài cọc hoặc vị trí của khuyết tật trong cọc. Thứ ba, giá trị giới hạn trung bình (đường nét đứt) của đường cong số liệu ra có thể liên quan đến diện tích tiết diện ngang trung bình của cọc nếu cho rằng môđun đàn hồi và tỷ trọng bê tông không thay đổi suốt chiều dài cọc. Các thiết bị sử dụng : Nói chung phương pháp này khá đơn giản về cả nguyên lý cũng như các thiết bị cần thiết. Hiện nay, trên thế giới có một số nhà sản xuất các bộ thí nghiệm biến dạng nhỏ như Pile Dynamic Inc.(PDI)-Mỹ, TNO-Hà Lan... Nhưng bộ thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất và đã được đưa vào trong tiêu chuẩn Mỹ ASTM D5882-96 là bộ thiết bị Pile Integrity Tester-PIT của hãng PDI Cleveland Ohio Mỹ. Theo Tiêu chuẩn Mỹ ASTM D5882-96, yêu cầu một bộ thiết bị thí nghiệm có các đặc tính kỹ thuật như sau : Thiết bị chủ yếu của phương pháp Thiết bị tạo va chạm : Thiết bị phải tạo ra một xung lực va chạm có độ dài nhỏ hơn 1 ms và không gây ra bất cứ hư hỏng cục bộ nào của cọc trong khi va chạm. Thường dùng búa có đầu là chất dẻo rất cứng. Trọng lượng búa được dùng tùy theo chiều dài và kích thước hình học của cọc. Va chạm phải được đặt dọc theo trục cọc. Bộ chuyển đổi (máy đo gia tốc) : Dùng một hoặc nhiều hơn các gia tốc kế để thu nhận số liệu tốc độ, các tín hiệu gia tốc nhận được sau đó được tích phân thành tốc độ trong các thiết bị xử lý số liệu. Có thể chọn dùng các đầu đo tốc độ hoặc chuyển vị để thu nhận tốc độ, chúng tương tự nhau để tạo thành gia tốc kế chuyên dụng. Thiết bị ghi, xử lý và trình diễn số liệu : Tín hiệu vận tốc âm thanh và mặt cắt dọc cọc Các tín hiệu từ các gia tốc kế sẽ được chuyển đến thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn số liệu theo một hàm của thời gian. Với việc phân tích sâu hơn các số liệu thu được của các phương pháp trên, và cho rằng tỷ trọng và vận tốc sóng trong bê tông là không đổi, người ta có thể thể hiện được biểu đồ của diện tích mặt cắt ngang như là một hàm của độ sâu cọc. Kết quả của việc phân tích số liệu này sẽ đưa ra được các mặt cắt dọc cọc cho thấy được đường kính trung bình của cọc theo độ sâu. Trên hình thể hiện các mặt cắt dọc của cọc đo được theo phương 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 lượng 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 : Phương pháp dùng trở kháng Ngoài các thông tin về khuyết tật của cọc như phương pháp PIT, phương pháp này còn cho phép xác định được độ cứng đàn hồi của hệ cọc-nền, tham số dùng để tính móng trên nền đàn hồi. 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 nước; Tạo được hai diện tích phẳng có đường 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 hưởng của các nguồn dao động bên ngoài; Tác dụng một lực va đập lên mặt phẳng giữa tâm cọc theo hướng song song với trục cọc; Đo, xử lý và hiển thị các tín hiệu. Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng : Các ưu điểm của phương pháp : Phương pháp thử động biến dạng nhỏ có hai ưu điểm chính, đó là : Thực hiện kiểm tra và xác định kết quả nhanh chóng, bình thường có thể thực hiện kiểm tra đến 20 cọc/ngày; Không cần phải đặt các ống riêng trong cọc. Hạn chế của phương pháp : Phương pháp phản hồi âm thanh có một số hạn chế sau: Thứ nhất, quãng đường truyền sóng càng dài thì năng lượng sóng sẽ càng giảm đi, do đó các khuyết tật hoặc đáy cọc nằm sâu sẽ khó được phát hiện. Đối với các thiết bị hiện đại thì chiều sâu giới hạn có hiệu quả của phương pháp này là khoảng 20 m (66 ft). Một số chuyên gia đã đưa ra mối liên hệ giữa chiều sâu giới hạn có hiệu với tỷ lệ chiều sâu/đường kính (L/D) và độ cứng của đất đá xung quanh cọc, với tỷ lệ L/D tối đa là 30; Thứ hai, năng lượng sóng sẽ không có khả năng phản xạ từ các khuyết tật trừ khi khuyết tật có kích thước tương đối lớn hoặc nó kéo dài gần hết toàn bộ mặt cắt ngang cọc. Năm 1996, Schellingerhout và Muller đã chỉ ra rằng năng lượng sóng phản xạ giảm mạnh khi chiều dày của khuyết tật nhỏ hơn 1/4 bước sóng âm thanh. Đối với sự tác động búa trung bình, bước sóng tạo ra vào khoảng 1,6 m, có nghĩa là phương pháp này sẽ khó phát hiện ra được các khuyết tật có bề dày nhỏ hơn 0,4 m; Thứ ba, trong hầu hết các trường hợp các khuyết tật hoặc đáy cọc nằm dưới khuyết tật trên cùng sẽ không tạo ra được các phản hồi để có thể phát hiện ra được; Thứ tư, từ các nghiên cứu được thực hiện trên rất nhiều thí nghiệm, năm 1997 Samman và O’Neill đã đưa ra kết luận là ngay cả đối với các cọc ngắn thì phương pháp này cũng thường đưa ra các kết quả sai lệch; Thứ năm, phương pháp này với các công nghệ hiện tại chỉ có thể đưa ra được độ sâu của khuyết tật mà không đưa ra được hướng của nó so với tim cọc. Đây chính là một hạn chế rất lớn của phương pháp này vì đối với cọc chịu cả lực ngang thì các vết nứt nhỏ ở vùng chịu nén sẽ bất lợi hơn trong vùng chịu kéo. Phạm vi áp dụng : Phương pháp thử động biến dạng nhỏ được xem như là một phương pháp thô chỉ có thể xác định được các khuyết tật lớn như là đất lẫn vào cọc nhiều hoặc đáy cọc khoan chưa đến độ sâu thiết kế. Trên hình dưới thể hiện hình ảnh của một khuyết tật mà phương pháp này có khả năng phát hiện ra được với độ tin cậy cao. Phương pháp này cũng chỉ thích hợp với các cọc có chiều dài nhỏ hơn 30 lần đường kính. Baker sau nhiều thí nghiệm đã khuyến nghị rằng phương pháp thử động biến dạng nhỏ không nên sử dụng như là phương 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. Khuyết tật nghiêm trọng mà phương pháp thử động biến dạng nhỏ có thể phát hiện được Một biến thể của phương pháp này được được Olson phát triển năm 1993 gọi là phương pháp sóng uốn. Phương pháp này được 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 được đầu cọc. Phương pháp chấn động song song (Parallel Seismic Test) : Trong những trường hợp không tiếp cận được đầu cọc, hoặc cọc quá dài thì người ta phải sử dụng một phương pháp khác gọi là phương pháp chấn động song song. Mô hình thí nghiệm của phương pháp này được thể hiện trên hình Búa Đầu thu Bộ xử lý Đất Móng Mô hình phương pháp chấn động song song Trong phương pháp này, người ta dùng búa tác động lên một điểm của kết cấu phía trên cọc, sóng tạo ra sẽ truyền dọc theo cọc xuống phía dưới. Một phần năng lượng của sóng trong cọc sẽ được truyền sang đất đá gần cọc. Thời gian truyền của năng lượng sóng trong đất sẽ được thu nhận bởi một đầu thu trong nước được đặt trong ống tại rất nhiều vị trí theo chiều sâu ống. Khi có sự thay đổi đột ngột của thời gian truyền (như trên hình) chứng tỏ đã có khuyết tật lớn trong cọc. Chiều sâu của đáy cọc cũng có thể được xác định theo cách này. Thời gian truyền sóng Chiều sâu Một kết quả của thí nghiệm chấn động song song Phương pháp sóng ứng suất trong (Internal Stress Wave Test) : Năm 1981, Hearne đã công bố một phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi có nguyên lý giống như phương pháp phản hồi âm thanh. Điều khác biệt ở phương pháp này là các bộ thu nhận dữ liệu được bố trí ở các độ sâu khác nhau trong cọc. Các đầu thu là các máy dò âm thanh dưới đất gọn nhẹ, được gắn trên các khung thẳng đứng trong cọc và tách biệt với cốt thép. Các dây dẫn được bố trí dọc theo các thanh cốt thép và kéo tới cách đầu cọc 3 đến 4 m về phía dưới. Tại đó chúng được kết nối với thiết bị thu nhận số liệu. Các thiết bị trên rất dễ lắp đặt. Mục đích của phương pháp kiểm tra này là để dò tìm các sóng ứng suất trong bê tông. Ngoài các bộ thu được đặt phía trong ống thì có thể bố trí thêm một gia tốc kế ở đầu cọc để thu nhận thêm các dữ liệu khác. Sơ đồ bố trí của phương pháp sóng ứng suất trong Hai bộ thu như trên hình cùng với một gia tốc kế sẽ cung cấp một lượng thông tin có giá trị và cho phép xác nhận được bất kỳ một sự bất thường nào của tín hiệu thu được. Ví dụ trên hình dưới cho thấy biên độ của các tín hiệu máy dò âm thanh trong đất được vẽ trên đồ thị với tỷ lệ thời gian bình thường. Sự truyền sóng ứng suất tới cũng như sóng ứng suất phản xạ từ đáy cọc có thể được thấy ở mỗi vị trí của máy dò âm thanh. Trên đồ thị, trục ngang là trục thời gian, các đường thẳng nối các điểm trên các đường cong cắt nhau tại độ sâu từ đó sóng âm phản xạ, có thể xác định được mặt chiếu đứng của cọc. Nếu sóng phản xạ tới từ một cấp độ cao hơn hoặc các tín hiệu bị cản trở tại một hoặc nhiều cấp trước khi phản xạ tại đáy cọc thì cọc có thể đã có khuyết tật. So với phương pháp phản hồi âm thanh thì các bộ thu nhận tín hiệu của phương pháp này có ưu điểm hơn do giảm được độ nhiễu tín hiệu, có thể cài đặt được nhiều các bộ thu và tất nhiên cũng có thể bố trí bộ thu ở đáy cọc. Tuy nhiên phương pháp này cũng có những hạn chế như phương pháp phản hồi âm thanh. Ngoài ra giá thành của nó đắt hơn và việc sử dụng phương pháp này phải được quyết định trước khi thi công cọc. Một kết quả điển hình của phương pháp Phương pháp khoan và lấy mẫu (Drilling and Coring) : Một phương pháp nữa được dùng để kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi là phương pháp khoan và lấy mẫu. Các phương pháp này đưa ra được tương đối xác thực các đặc điểm của bê tông trong một thể tích tương 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 phương pháp này là việc điều chỉnh hướng mũi khoan. Lỗ khoan đôi khi đi trệch ra ngoài thành cọc hoặc gặp phải hoặc nhiều thanh cốt thép. Để thực hiện phương pháp một cách chính xác này cần phải có những người có kinh nghiệm và các thiết bị phù hợp . Phương pháp khoan nhanh hơn so với phương pháp lấy mẫu nhưng các thông tin thu được lại ít hơn. Chất lượng bê tông được 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, người ta sử dụng một thiết bị để kiểm tra đường kính và lỗ khoan được quan sát nhờ một camera được hạ xuống lỗ. Lõi khoan có khuyết tật Lõi khoan có khuyết tật Phương pháp lấy mẫu lâu hơn phương pháp khoan, nhưng lại thu được nhiều thông tin hơn. Bằng phương pháp này có thể phân tích được sự tiếp xúc giữa đáy cọc và đất nền, kiểm tra được thành phần đất và dung dịch vữa xâm nhập trong bê tông. Ngoài ra nếu cần có thể ép mẫu để xác định cường độ của bê tông. Lỗ lấy mẫu cũng như lỗ khoan có thể được kiểm tra bằng các thiết bị camera nhỏ đặt trong ống. Phương pháp này có lẽ là phương pháp tốt nhất trong các phương pháp kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc để kiểm tra chất lượng bê tông đáy cọc cũng như sư tiếp xúc giữa đáy cọc và đất nền. Phương pháp khoan và lấy mẫu đối với cọc khoan nhồi là phương pháp tốt nhất để phát hiện các khuyết tật có kích thước lớn. Trong trường hợp vách lỗ khoan bị sụp xuống lúc đổ bê tông và nếu bê tông bị thiếu hụt trong mặt cắt thì phương pháp này luôn có thể được xác định một cách chắc chắn. Phương pháp siêu âm truyền qua (Crosshole Acoustic Tests) : Nguyên lý cơ bản : Siêu âm là dao động cơ học đàn hồi truyền đi trong môi trường vật chất với tần số dao đọng từ 20 KHz trở lên. Khi siêu âm truyền qua môi trường vật liệu bê tông được tạo thành từ nhiều thành phần như đá, sỏi, cát, xi măng... các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, khuyếch tán xẩy ra đồng thời và được đặc trưng bằng sự khuyếch tán của năng lượng và vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào độ đồng nhất, mật độ... của vật liệu hay còn gọi chung là chất lượng của vật liệu bê tông. Vì vậy khi tiến hành thu nhận sóng siêu âm sau khi đã truyền qua một phạm vi nghiên cứu có thể đánh giá được chất lượng vật liệu bê tông trong phạm vi truyền sóng siêu âm đó. Cấu tạo thiết bị và phương pháp kiểm tra : Cấu tạo thiết bị : Sơ đồ bố trí của phương pháp như trên hình dưới. Các thiết bị cần thiết trong phương pháp siêu âm truyền qua bao gồm : Một đầu dò phát sóng dao động đàn hồi (xung siêu âm); Một đầu đo thu sóng có cáp dẫn; Một thiết bị điều khiển các cáp được nối với các đầu đo cho phép tự động đo chiều sâu hạ đầu đo; Một thiết bị điện tử ghi nhận và điều chỉnh tín hiệu thu được; Một hệ thống hiển thị tín hiệu; Một hệ thống ghi nhận và biến đổi tín hiệu thành những đại lượng vật lý đo được. Sơ đồ bố trí phương pháp siêu âm truyền qua Các thiết bị cần thiết trong phương pháp siêu âm truyền qua Các bước kiểm tra : Các ống dẫn phải được đặt sẵn trước khi đổ bê tông cọc; Hạ đầu phát và đầu thu xuống hai ống chứa đầy nước sao cho chúng luôn ở cùng độ sâu; Phát xung siêu âm từ đầu phát và nhận tín hiệu từ đầu thu; Đo thời gian truyền sóng giữa hai đầu đo trên suốt chiều cao của ống đặt sẵn. Đồng thời thiết bị sẽ tự động ghi lại độ sâu của các đầu đo. Ghi lại biến thiên của tín hiệu thu được. Bố trí ống đo : Các ống thép hoặc nhựa được đặt dọc trong cọc nhờ việc gắn chúng với cốt thép dọc trước khi đổ bê tông. Trong phương pháp này nên đặt nhiều hơn 2 ống tuy nhiên không nên quá nhiều vì điều đó sẽ ngăn cản bê tông chảy xuống phía dưới trong quá trình thi công. Các hãng có kinh nghiệm thi công cho rằng nên đặt các ống đều đặn xung quanh lồng cốt thép, buộc vào phía trong lồng, cứ 0,3 m của đường kính cọc thì sử dụng một ống dò thẳng đứng. Theo các Tiêu chuẩn của Việt Nam cũng như các nước thì số lượng ống chủ yếu phụ thuộc vào đường kính cọc. Theo TCXD 206:98 Cọc khoan nhồi-yêu cầu chất lượng thi công, điều 5.6 quy định như sau : D Ê 600 mm : 2 ống (hoặc một ống nếu ở giữa cọc khi đầu phát và đầu thu nằm trên cùng một trục) 600 < D < 1200 : 3 ống D > 1200 mm : 4 ống Tiêu chuẩn Trung Quốc quy định : D < 350 mm : 2 ống 350 < D < 800 : 3 ống D > 800 mm : 4 ống Tiêu chuẩn Mỹ ASTM-D6760 quy định số ống tối thiểu như sau: Bảng: Số lượng ống tối thiểu trong phương pháp siêu âm theo ASTM-D6760 Đường kính cọc Số lượng ống Khoảng cách các ống D Ê 0.75 m 2 ống 180 độ 0.75 < D Ê 1.0 m 3 ống 120 độ 1.0 < D Ê 1.5 m 4 ống 90 độ 1.5 < D Ê 2.5 m 6 ống 60 độ D > 2.5 m 8 ống 45 độ ống phải có đường kính phù hợp để cho phép đặt các đầu dò vào trong nó (từ 25 đến 52 mm, phụ thuộc vào kích thước của đầu dò), và thường được kéo hết chiều dài của cọc và được bịt phía dưới để ngăn không cho bê tông chui vào. Các ống thép thường được dùng nhiều hơn ống nhựa bởi vì bê tông có xu hướng tách ra nhanh hơn đối với ống nhựa. Nếu sử dụng ống nhựa, phương pháp này chỉ nên thực hiện trong vòng vài ngày đổ bê tông. ống nhựa có thể được sử dụng cho cả phương pháp kiểm tra dùng lỗ thẳng đứng dùng âm và siêu âm và phương pháp tia gamma. Khi sử dụng ống thép thì sẽ mất nhiều thời gian hơn, do đó nó không phù hợp với phương pháp tia gamma. Trước khi kiểm tra các ống phải được đổ đầy nước để cho năng lượng có thể truyền từ thành ống đến các bộ dò và ngược lại. Nước trong ống cũng giúp giữ ổn định nhiệt độ trong ống để tránh sự bong bê tông ra khỏi ống. Trên hình dưới là ảnh chụp của lồng cốt thép có gắn các ống nhựa để thực hiện phương pháp kiểm tra này. Hạ các đầu dò xuống lỗ khoan Tỷ lệ cọc cần kiểm tra : Số lượng cọc cần kiểm tra (theo đó là số lượng cọc cần đặt sẵn ống) tùy thuộc vào trình độ công nghệ thi công của Nhà thầu, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, tầm quan trọng của công trình. Theo TCXD 206: 98 Cọc khoan nhồi - Yêu cầu chất lượng thi công thì số lượng cọc cần kiểm tra không ít hơn 25% số cọc thi công và có kết hợp với các phương pháp kiểm tra khác. Theo Tiêu chuẩn Pháp thì số lượng cọc cần kiểm tra phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng và cách thức tiếp nhận lực của cọc. Tuy nhiên, theo các khuyến nghị thì nên đặt sẵn ống ở tất cả các cọc thi công, còn số lượng chính xác các cọc cần kiểm tra thì sẽ được quyết định bởi kỹ sư Tư vấn sau khi đã thi công xong. Nếu xuất hiện các khuyết tật nghiêm trọng thì kỹ sư Tư vấn có thể yêu cầu tăng số lượng cọc kiểm tra lên. Trong trường hợp này thì nếu các ống không được đặt sẵn trước thì phải thực hiện khoan để đặt đầu dò vào. Công việc này là rất khó khăn, tốn kém và nhiều khi không thể thực hiện được. Báo cáo kết quả đo : Báo cáo kết quả đo phải bao gồm tối thiểu các thông tin sau : Tiêu chuẩn sử dụng; Tên cơ quan và người chịu trách nhiệm thực hiện đo; Mặt bằng công trình và vị trí, ký hiệu móng và cọc thí nghiệm; Đặc điểm của cọc thí nghiệm : Ngày đổ bê tống và sự cố (nếu có) đã xẩy ra; Cao độ mặt bằng và cao độ đáy cọc đã đưa về hệ cao độ quy ước; Kích thước tiết diện cọc kèm theo các biên bản thi công và nghiệm thu trên hiện trường; Xác định vị trí các ống đo đã được đánh số trên bản vẽ, có ghi cao độ chính xác và gắn theo hướng Bắc chuẩn hoặc hướng thượng lưu-hạ lưu sông; Các số liệu quy về cao độ quy ước của các đầu đo trên của các ống đo; Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa thời gian truyền tín hiệu và đầu thu và chiều sâu đo; Nhận xét có liên quan đến kết quả thí nghiệm đặc biệt là sự giảm của biên độ tín hiệu thu được; các sự cố và các thao tác trong quy định không lường được trước và có khả năng ảnh hưởng đến kết quả đo; Hồ sơ kiểm định (so với chuẩn) của thiết bị đo. Phân tích kết quả đo : Từ kết quả đo kiểm tra theo phương pháp này có thể đánh giá được độ đồng nhất thân cọc cũng như phạm vi khuyết tật. Đánh giá độ đồng nhất thân cọc : Sự đồng nhất thân cọc được hiểu là đồng đều về mặt chất lượng bê tông thân cọc dọc theo chiều dài cũng như trên toàn tiết diện ngang của cọc. Để đánh giá sự đồng nhất người ta dựa vào các đặc trưng âm ghi nhận được như : vận tốc, biên độ, năng lượng và thời gian truyền hoặc dựa vào hình dáng của sóng âm thu nhận được. Trong Bảng trình bày cách đánh giá chất lượng bê tông theo một số đặc trưng sóng âm. Bảng : Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc theo đặc trưng sóng âm Chất lượng Thời gian truyền Biên độ Hình dạng sóng Tốt Đều đặn, không đột biến Không bị suy giảm lớn Bình thường Phân tầng Tăng lớn Có suy giảm Biến đổi lạ Nứt gãy Tăng đột biến Suy giảm rõ rệt Biến đổi lạ Theo các Tiêu chuẩn của Mỹ, nếu biểu đồ vận tốc (thời gian) truyền sóng âm biến đổi cục bộ lớn hơn 20% thì có thể là có khuyết tật lớn. Tuy nhiên các Tiêu chuẩn này cũng có lưu ý là khi kiểm tra thấy hiện tượng này thì phải tiến hành kiểm tra lại một cách kỹ lưỡng với bước kiểm tra ngắn hơn. Ngoài ra có thể do sai sót khi lắp đặt ống, ống không thẳng dọc theo chiều dài cọc do đó với mức độ biến đổi khoảng 20% thì vẫn còn có thể chấp nhận được. Đánh giá chất lượng bê tông qua tín hiệu thu được Xác định vị trí và phạm vi khuyết tật : Việc xác định vị trí khuyết tật bê tông thân cọc (hang hốc, nứt gãy, xốp rống, thay đổi tiết diện hay lẫn bùn đất...) được thực hiện trên cơ sở các biểu đồ biến đổi vận tốc truyền âm theo độ sâu. Dựa theo tung độ chỉ độ sâu có thể xác định được vị trí và phạm vi phân bố theo chiều sâu của khuyết tật đó trong phạm vi một mặt cắt đang xem xét. Việc kết hợp nhiều mặt cắt khảo sát có thể xác định được phạm vi không gian của khuyết tật. Trong trường hợp cần thiết, sau khi đã xác định vùng nghi có khuyết tật có thể dùng phương pháp quét tia sóng âm theo cả hai phía để xác định phạm vi khuyết tật. Nguyên lý của phương pháp này là cố định một đầu đo tại vị trí có khuyết tật, đầu kia di chuyển theo phương đứng để nhận các tia quét. Tại từng vị trí đo phải tính được khoảng cách truyền sóng âm (khoảng cách giữa hai đầu đo theo đường chéo). Sơ đồ bố trí các phương án siêu âm truyền qua để xác định vị trí, kích thước khuyết tật Xác định cường độ bê tông thân cọc : Phương pháp kiểm tra chất lượng bê tông cọc bằng siêu âm truyền qua không cho thông tin về cường độ (hoặc các đặc trưng cơ học khác như môđun đàn hồi, hệ số Possion). Muốn có được các thông tin này, ở các công trường lớn (với khối lượng bê tông nhiều) phải tiến hành xây dựng các tương quan giữa đặc trưng cơ học nào đó (cần dùng nó trong kiểm soát chất lượng) với vận tốc siêu âm. Trong trường hợp cần có những số liệu sơ bộ về chất lượng hoặc cường độ bê tông thông qua các đặc trưng sóng âm có thể tham khảo các bảng dưới. Cần kiểm tra lại số liệu này trong điều kiện thực tế bằng cách lấy mẫu bê tông trước khi đổ bê tông vào cọc, khoan lấy lõi bê tông thân cọc hoặc dùng súng bật nẩy với phần bê tông lộ trên mặt đất. Năm 1966, Whitehurst đã xây dựng bảng đánh giá chất lượng bê tông thân cọc qua tốc độ xung siêu âm như sau: Bảng: Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc qua vận tốc xung Tốc độ xung (m/s) Đánh giá chất lượng Trên 4570 Rất tốt 3660 á 4570 Tốt 3050 á 3660 Nghi ngờ 2135 á 3050 Kém Dưới 2135 Rất kém Bằng các thí nghiệm trong phòng, trong các điều kiện khác nhiều so với thực tế, năm 1984, J.C.Tijou đã xây dựng mối tương quan giữa cường độ bê tông và vận tốc âm như sau : Bảng: Quan hệ giữa cường độ bê tông và vận tốc âm Vận tốc âm (m/s) Cường độ nén (MPa) Vận tốc âm (m/s) Cường độ nén (MPa) 3750 á 4000 35 3250 á 3500 25 3500 á 3750 30 3000 á 3250 20 Theo tổng kết từ các kinh nghiệm thực tiễn, Tiêu chuẩn Trung Quốc đã đưa ra bảng đánh giá chất lượng bê tông thân cọc theo vận tốc siêu âm truyền qua như sau : Bảng: Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc qua vận tốc siêu âm Vận tốc âm (m/s) < 2000 2000á3000 3000á3500 3500á4000 > 4000 Chất lượng bê tông Rất kém Kém Trung bình Tốt Rất tốt Cấp chất lượng cọc V IV III II I Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng : Ưu điểm : Phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi bằng siêu âm truyền qua có các ưu điểm nổi bật sau : Có thể xác định được độ đồng nhất thân cọc; Có thể xác định được vị trí của các khuyết tật theo chiều sâu cọc cũng như tiết diện thân cọc (nếu số lượng ống đặt trong chu vi cọc là đủ); Các kết quả có thể diễn tả được một cách trên màn hình; Số liệu được đo theo suốt chiều sâu thân cọc. Sử dụng các ống này còn có thuận lợi là nó có thể được dùng như là một ống dẫn để lấy mẫu ở đáy cọc để kiểm tra tiếp xúc đáy cọc và đất nền, và chúng cũng có thể được sử dụng để bơm vữa đáy cọc nếu cần thiết. Phương pháp siêu âm truyền qua hay bất kỳ một phương pháp nào khác sử dụng các ống này đều không đắt và có thể thực hiện nhanh chóng. Nếu sử dụng nhiều hơn hai ống thì bằng việc thu nhận và phân tích các dữ liệu âm thanh giữa từng cặp ống với nhau thì có thể xác định được kích thước cũng như hướng của khuyết tật so với tim cọc. Đây chính là ưu điểm vượt trội của phương pháp này so với phương pháp phản hồi âm thanh đã trình bày ở trên. Nhược điểm : Phương pháp này không thể hiện chất lượng tiếp xúc mũi cọc với đất nền; Cần phải đặt sẵn các ống dò vào trước khi đổ bê tông làm khó khăn cho công tác đổ bê tông và tăng giá thành xây dựng; Khó có thể xác định được các khuyết tật nằm ở ngoài lồng cốt thép, cũng như các khuyết tật nằm ở xa đường thẳng giữa các đầu đo. Ngoài ra phương pháp này chỉ có thể xác định được các khuyết tật lớn còn các khuyết tật nhỏ thì phương pháp này khó phát hiện. Điều kiện áp dụng : Tần số của sóng âm càng cao thì thì càng có thể phát hiện được các khuyết tật nhỏ hơn. Cũng như trong phương pháp phản hồi âm thanh, khuyết tật nhỏ nhất có thể phát hiện được là vào khoảng 1/4 bước sóng của tín hiệu truyền. Để đạt được độ chính xác cao, nên sử dụng âm thanh có tần số trong dải siêu âm tức là khoảng từ 40 đến 60 KHz. Với tần số 60 KHz, có thể phát hiện được khuyết tật nhỏ hơn 19 mm trong bê tông bình thường với vận tốc âm khoảng 4000 m/s. Kích thước này xấp xỉ kích thước của cốt liệu to nhất trong bê tông. Nếu tần số âm lớn hơn 60 KHz, kích thước của các cốt liệu riêng lẽ trong bê tông sẽ ảnh hưởng đến kết quả, do đó người ta đã đưa ra giới hạn về tần số âm trong phương pháp này. Tần số tín hiệu cao hơn cũng có xu hướng tiêu tán nhanh hơn so với các tín hiệu có tần số thấp và do đó có thể không thể thu nhận tốt. Nếu các ống ở quá xa nhau hoặc vì một lý do nào đó bê tông truyền âm kém, hoặc nếu cốt liệu thô trong bê tông quá to thì sử dụng sóng âm (tần số bé hơn 20 KHz) sẽ cho kết quả tốt hơn sóng siêu âm. Phương pháp tia gamma (Gamma-Gamma Testing) : Cơ sở của phương pháp : Cường độ của chùm tia gamma sau khi truyền qua một lớp vật chất được xác định bằng công thức: ; Trong đó : mm- hệ số hấp thụ khối, m2/g; r - mật độ vật chất, g/cm; I0 - cường độ chùm bức xạ tới; x - chiều dày lớp vật chất; B - hệ số Build-up. Như vậy giữa cường độ bức xạ I ghi nhận được và mật độ r của vật chất có mối quan hệ đơn vị và có thể viết gọn theo công thức : ; Trong đó : K0 và K1 là các hệ số đặc trưng của thiết bị đo, xác định bằng thực nghiệm trên mẫu chuẩn mật độ. Thực hiện kiểm tra : Trong phương pháp tia gamma một nguồn phóng xạ ion được hạ xuống một ống dẫn. Như đã trình bày ở trên, ống dẫn này không nên làm bằng thép vì nó có thể ngăn cản lượng tử ánh sáng (photon) của tia gamma xuyên qua bê tông. Thiết bị chứa nguồn phóng xạ cũng có thể chứa cả bộ thu tia gamma được thể hiện trên hình dưới. Số lượng photon của tia gamma trong một đơn vị thời gian được phát ra từ hạt nhân của các phân tử tác động vào vật liệu xung quanh ống và phản xạ tới bộ thu với một mức năng lượng nhất định có liên quan tới tỷ trọng của vật liệu xung quanh ống. Nếu tỷ trọng của bê tông giảm lớn so với tỷ trọng trung bình của bê tông trong một đoạn cọc thì có thể đã có các khuyết tật trong bê tông ở độ sâu đó. ống dò Vùng phân tích Sơ đồ kiểm tra cọc bằng phương pháp tia gamma 1-Nguồn phóng xạ; 2-Đầu dò; 3-Bộ kéo cơ học; 4-Bộ đo chiều sâu; 5-Bộ điện tử; 6-Bộ giao diện; 7- Máy tính. Tuy nhiên thể tích bê tông xung quanh mà ống có thể phân tích được là khá nhỏ. Nói chung là các thiết bị không thể xác định được tỷ trọng bê tông ở những điểm cách xa thành ống hơn 100 mm. Do các ống không thể đặt ở phạm vi 200 mm so với tim cọc (và cũng không nên nếu cọc đủ nhỏ để có thể đặt được), các kỹ sư phải thay thế bằng việc xác định tỷ trọng bê tông bằng việc lấy các mẫu xung quanh chu vi lồng thép. Trên hình dưới thể hiện các kết quả phân tích của phương pháp này trên một cọc có gắn 4 ống dẫn (đường kính lồng thép là 1.22 m). Bê tông cọc được đổ trong dung dịch vữa khoan. Trên hình có thể thấy phần bê tông gần đáy cọc có tỷ trọng thấp, có thể là do trộn lẫn giữa bê tông và dung dịch vữa hoặc chất cặn lắng. Đối với cọc này thì sự giảm tỷ trọng bê tông một lượng bé như thế chưa thể khẳng định là có khuyết tật hay không. Tuy nhiên ở trên đoạn cao hơn của cọc, ta thấy được sự giảm mạnh của tỷ trọng chứng tỏ rằng đã có khuyết tật ở đó. Một kết quả điển hình Phương pháp nội soi bê tông (Concreteoscopy) : Một phương pháp tương đối mới để kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi là phương pháp nội soi. Theo phương pháp này người ta gắn các ống nhựa trong suốt đường kính nhỏ (12.7 mm) vào lồng cốt thép tại các khoảng đều nhau xung quanh lồng. Sử dụng các camera siêu nhỏ gắn trên một sợi cáp để quan sát bê tông xung quanh ống, cũng giống như phương pháp nội soi người. Việc thực hiện phương pháp này cũng tương tự như phương pháp dùng tia gamma. Tuy nhiên kết quả quan sát không chỉ xác định được tỷ trọng mà còn đánh giá được chất lượng của bê tông. Tất nhiên không thể xác định được chất lượng của bê tông giữa các ống nhưng lại có thể thấy được rõ ràng các vết nứt hoặc rỗ tổ ong. Các thiết bị ghi số liệu và chụp X quang khá đắt tuy nhiên việc thực hiện kiểm tra thì lại ít tốn kém. Để thực hiện kiểm tra có hiệu quả thì nên kết hợp với các phương pháp như phương pháp tia gamma hoặc phương pháp phương pháp siêu âm truyền qua. Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi : Giới thiệu chung : Việc thử tải cọc có hai mục đích chính : Đảm bảo rằng cọc được kiểm tra có khả năng chịu được lực thẳng đứng (đôi khi có thể là lực ngang) theo tải trọng thiết kế; Xác định các thông tin chi tiết về khả năng chịu lực ma sát thành bên và khả năng chịu lực của đáy cọc. Cho đến những năm 1980, chỉ có một phương pháp để thực hiện thử tải cọc khoan nhồi đó là phương pháp thử tải tĩnh truyền thống. Tuy nhiên, phương pháp này có giới hạn về khả năng tạo tải (khoảng 1500 T) và yêu cầu thời gian lắp đặt và thử tải kéo dài. Hiện nay, có hai phương pháp mới để thử tải cọc khoan nhồi đã được phát triển mà không cần đến hệ thống phản lực. Hơn nữa, các phương pháp này (phương pháp thử tải Osterberg và STATNAMIC) có khả năng tạo tải lớn (3000 đến 6000 T) và tốn ít thời gian lắp đặt thí nghiệm hơn so với phương pháp thử tĩnh truyền thống và điều đó làm cho chúng ít tốn kém hơn. Trong khi phương pháp Osterberg là một hệ thống thử tải tĩnh thì phương pháp STATNAMIC được xem là một hệ thống bán động (hay còn gọi là tĩnh động). Sự khác nhau cơ bản giữa các phương pháp thử tĩnh, STATNAMIC và thử động có thể được xem xét từ các yếu tố ứng suất, vận tốc và chuyển vị dọc theo chiều dài cọc. Đối với thí nghiệm động, đầu cọc được tạo một va chạm nhanh bằng một búa rơi hoặc búa đóng cọc. Một sóng ứng suất chạy dọc theo chiều dài cọc làm cho ứng suất ở các vị trí của cọc có sự khác biệt lớn. Trong khi một số vị trí của cọc chịu nén thì một số vị trí khác lại chịu kéo. Mô hình này thay đổi liên tục trong suốt quá trình thử tải. Mô hình tương tự cũng xẩy ra đối với vận tốc và chuyển vị dọc theo chiều dài cọc. Trong phương pháp thử tải STATNAMIC, tải trọng được tác dụng từ từ xuống cọc. ứng suất nén thay đổi dọc theo cọc và tất cả các phần của cọc đều chịu nén. Từ trên đầu cọc xuống dưới, sức kháng thành bên của cọc làm giảm ứng suất nén. Tất cả các điểm dọc theo chiều dài cọc dịch chuyển hầu như cúng một vận tốc, và chuyển vị cũng thay đổi dần dần dọc theo cọc. Trong phương pháp thử tải tĩnh, tải trọng được tác dụng lên cọc theo các bước liên tục. Mỗi bước được duy trì trong khoảng thời gian từ hàng phút đến hàng giờ. Dưới đây giới thiệu một số phương pháp thử tải cọc khoan nhồi đã được sử dụng phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam. Phương pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống : Giới thiệu chung : Phương pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống là phương pháp trực tiếp xác định sức chịu tải của cọc, thực chất là xem xét ứng xử của cọc (độ lún) trong điều kiện cọc làm việc như thực tế dưới tải trọng công trình. Phương pháp này sử dụng hệ thống cọc neo hoặc dùng các vật nặng chất phía trên đỉnh cọc là đối trọng để gia tải nén cọc. Trong thí nghiệm này, cọc được gia tải theo từng cấp đến tải trọng thường bằng 1,5-2,0 tải trọng thiết kế. Cấp tải sau được tác dụng khi độ lún ở cấp tải trước đã ổn định. Dựa trên quan hệ tải trọng-độ lún, sức chịu tải của cọc được xác định với một hệ số an toàn xác định bởi thiết kế. Cho đến nay thì phương pháp này vẫn được coi là phương pháp có độ chính xác cao nhất. ở Việt Nam phương pháp này đã trở nên quen thuộc và được sử dụng khá phổ biến. Sơ đồ bố trí thí nghiệm thử tải tĩnh được thể hiện như trên hình dưới. Tải trọng thí nghiệm được cung cấp bởi các kích thuỷ lực. Các kích thuỷ lực này được bố trí trên cọc thí nghiệm và ở dưới dầm ngang. Khi kích hoạt động truyền tải trọng nén xuống cọc thử đồng thời truyền tải trọng lên dầm ngang tạo một lực nhổ lên các cọc phản lực. Khi thực hiện thí nghiệm ứng suất được truyền từ cọc phản lực xuống đất đá, các ứng suất này có thể gây ảnh hưởng đến sự làm việc của cọc thí nghiệm. Vì thế cọc phản lực nên đặt đủ xa cọc thử để giảm thiểu ảnh hưởng này. Theo Tiêu chuẩn Mỹ ASTM D-1143 thì khoảng cách tối thiểu giữa cọc phản lực và cọc thử là khoảng 5 lần đường kính cọc thử . Khi đó yêu cầu dầm ngang phải đủ dài và khoẻ để chịu được phản lực thí nghiệm. Sơ đồ bố trí thí nghiệm thử tải tĩnh Một phương pháp khác để tạo phản lực lên cọc thí nghiệm là dùng hệ neo cường độ cao (high-strength anchors). Góc nghiêng và chiều dài của neo phải được tính toán sao cho vùng truyền lực của các neo là đủ xa cọc thí nghiệm. Quy trình thí nghiệm : Công tác thử tải tĩnh được tiến hành theo TCXD 269-2002, 20 TCN 88-82 hoặc theo các Tiêu chuẩn riêng do tư vấn thiết kế quy định. Hầu hết các Tiêu chuẩn đều đề cập đến hai phương pháp nén tĩnh chủ yếu : Phương pháp thí nghiệm tải trọng không đổi (Maintained Load, ML) : Cho phép đánh giá đồng thời khả năng chịu tải của cọc và độ lún của cọc theo thời gian. Đúng như tên gọi của nó, phương pháp này thường kéo dài đến nhiều ngày. Phương pháp thí nghiệm tốc độ dịch chuyển không đổi (Constant Rate of Penetration, CRP) : Phương pháp này chỉ nhằm mục đích duy nhất là xác định khả năng chịu tải tới hạn của cọc. Thí nghiệm nén tĩnh theo phương pháp này được thực hiện rất nhanh, thường chỉ khoảng 3-5 giờ. Nhìn chung, Tiêu chuẩn thí nghiệm của các nước cũng không có nhiều khác biệt. Trên bảng trình bày so sánh phương pháp gia tải của các Tiêu chuẩn ASTM D1143-81 (Mỹ), CP 2004 (Anh), 20 TCN 88-82 . Ngoài hai phương pháp kể trên thì các tiêu chuẩn còn đề cập đến một số phương pháp gia tải khác có thể ứng dụng trong thực tế như là : Phương pháp thí nghiệm nhanh với tải trọng không đổi : Cọc được gia tải với các cấp bằng 10-15% Qa và thời gian giữ tải bằng 2,5-15 phút. Phương pháp này chỉ giới hạn thời gian gia tải ở mỗi cấp, không đặt ra yêu cầu về độ lớn ổn định quy ước. Theo một số tác giả thì dựa vào kinh nghiệm thực tế cho thấy khi cọc tựa vào các lớp sét cứng hoặc cát chặt, sự khác biệt giữa phương pháp thử nhanh và phương pháp thử chậm là không đáng kể. Phương pháp thí nghiệm "cân bằng” (Equilibrium Test or Incrementant Equilibrium Test) : Đây là một biến thể của phương pháp ML, cho phép giảm thời gian thí nghiệm. Độ lớn cấp tăng tải bằng khoảng 15-25% Qa và được giữ ổn định trong 5-15 phút, sau đó cho dù tải có giảm đi do cọc bị lún thì cũng không tăng trở lại. Với phương pháp này cọc nhanh chóng đạt tới trạng thái ổn định giữa lực nén và chuyển vị ở cấp tải trọng thấp hơn một chút so với tải trọng đã đạt được ngay trước đó. Một số thí nghiệm thực tế đã cho thấy kết quả nén tĩnh thu được theo phương pháp này tương đương với kết quả thu được với phương pháp gia tải chậm. Bảng: So sánh các phương pháp thí nghiệm Phương pháp nén chậm với tải trọng không đổi Chỉ tiêu so sánh ASTM D 1143-81 CP 2004 20 TCN 88-82 Tải trọng nén tối đa, Qmax 200% Qa* 150% - 200% Qa 150% Qa Độ lớn cấp tăng tải 25% Qa 25% Qa 10% Qa Tốc độ lún ổn định quy ước 0,25 mm/h 0,10 mm/h 0,10 mm/h Cấp tải trọng đặc biệt và 200% Qa và 100%, 150% Qa Không quy định thời gian giữ tải của cấp đó 12h Ê t Ê 24h t ³ 6 h Độ lớn cấp hạ tải 50% Qa 25% Qa 25% Qa Phương pháp tốc độ dịch chuyển không đổi Chỉ tiêu so sánh ASTM D 1143-81 CP 2004 20 TCN 88-82 Tốc độ dịch chuyển - 0,25-1,25 mm/ph cho cọc trong đất sét - 0,75-2,5 mm/ph cho cọc trong đất rời Không quy định cụ thể Quy định về dừng thí nghiệm - Đạt tải trọng giới hạn đã định trước. - Chuyển dịch tăng khi lực không tăng hoặc giảm - Chuyển dịch đạt 15% D - Đạt tải trọng giới hạn đã định trước. - Chuyển dịch tăng khi lực không tăng hoặc giảm trong khoảng 10 mm - Chuyển dịch đạt 10% D Chuyển dịch tăng khi lực không tăng Dưới đây trình bày nội dung cơ bản của phương pháp thử tải tĩnh theo 2 Tiêu chuẩn Việt Nam đang được sử dụng : Theo Tiêu chuẩn 20 TCN 88-82 phương pháp thí nghiệm hiện trường : Việc gia tải phải được tiến hành đồng đều, tránh các xung lực, phải theo từng cấp, trị số của các cấp tải tải trọng theo các chu trình thí nghiệm nhưng không lớn hơn 1/10 tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc đã ghi trong phương pháp thí nghiệm. Khi ở chân cọc chống vào đất hòn lớn, cát có lẫn cuội sỏi ở trạng thái chặt, cũng như đất sét ở trạng thái cứng thì đối với 3 cấp tải trọng đầu, cho phép lấy bằng 1/5 giá trị cao nhất của tải trọng tác dụng lên cọc; Với mỗi cấp tải trọng, ghi lại số đọc ở các thiết bị đo; ghi số liệu đầu tiên ngay sau khi đặt tải, 4 số ghi liên tiếp cứ 15 phút một lần, 2 số ghi sau đó cứ 30 phút một lần và sau đó là 1 giờ một lần cho đến khi chuyển vị (độ lún) đã tắt (gọi là độ lún quy ước); Tốc độ lún (chuyển vị) được coi là ổn định quy ước như sau : Không quá 0,1 mm sau 1 giờ quan sát cuối cùng nếu chân cọc thí nghiệm đã đặt lên đất cát hoặc đất sét cứng đến dẻo; Không quá 0,1 mm sau 2 giờ quan sát cuối cùng nếu chân cọc thí nghiệm đã đặt lên đất sét dẻo mềm đến chảy; Đối với cọc cho các móng cầu thì không quá 0,1 mm sau 30 phút cuối cùng khi cọc tựa lên đất hòn lớn, đất cát, đất sét ở trạng thái cứng, hay sau 1 giờ cuối cùng khi chân cọc tựa lên đất sét ở trạng thái nửa cứng và gần cứng. Cần phải tăng tải trọng thí nghiệm cho tới khi độ lún không nhỏ hơn 40 cm trừ trường hợp ở chân cọc tựa vào đất hòn lớn, cát chặt, cũng như sét ở trạng thái cứng, các trường hợp này tải trọng phải được tăng như chương trình thí nghiệm đã nêu nhưng không nhỏ hơn 1,5 lần giá trị tải trọng tác dụng lên cọc; Tiến hành dỡ tải sau khi đạt tải trọng lớn nhất. Dỡ tải từng cấp, mỗi cấp lớn gấp đôi cấp gia tải; Tiến hành quan trắc chuyển vị đàn hồi của cọc với mỗi cấp tải trọng trong vòng 15 phút; Sau khi dỡ tải hoàn toàn đến không, cần quan trắc chuyển vị đàn hồi trong vòng 30 phút trong trường hợp đất ở dưới chân cọc là cát, 1 giờ trong trường hợp đất ở dưới chân cọc là sét, cứ 15 phút ghi 1 lần; Thời điểm dừng thí nghiệm và xác định tải trọng giới hạn, Qgh,được quy định như sau : Nếu ứng với cấp tải nào đó mà độ lún D tăng liên tục (nhưng D vẫn nhỏ hơn 20 mm) thì dừng thử và lấy cấp tải trọng đó là cấp tải trọng tới hạn cho tất cả các loại công trình; Đối với công trình cầu, nếu tổng độ lún D > 40 mm mà số gia độ lún ứng với một cấp tải trọng nào bằng hoặc lớn hơn 5 lần số gia độ lún của cấp tải trọng trước đó, hoặc độ lún không tắt trong một ngày đêm thì dừng thử và lấy cấp tải trọng trước đó làm tải trọng tới hạn; Đối với các công trình còn lại, tải trọng giới hạn Qgh của cọc khoan nhồi bằng cấp tải trọng mà dưới tác dụng của cấp tải trọng ấy có độ lún D, xác định theo công thức : ; Trong đó : Sgh - độ lún giới hạn cho phép đối với công trình; x - hệ số chuyển đổi kể đến sự khác nhau giữa thời gian tác dụng của tải trọng khi thí nghiệm và của tải trọng thực tế, lấy x = 0,2; Nếu độ lún D > 40 mm thì Qgh nên lấy bằng cấp tải trọng ứng với D = 40 mm; Tải trọng cho phép Qa được xác định như sau : ; Trong đó : m - hệ số điều kiện làm việc, khi thử tải chịu nén lấy m = 1; FS - hệ số an toàn đối với đất, được lấy như sau : số cọc thử 6 cọc thì Qgh và FS xác định bằng cách xử lý các kết quả thí nghiệm bằng phương pháp thống kê. Theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXD 196:1997 : Tiêu chuẩn này dựa theo BS 8004:1986 [13], ASTM D1143-81 [27] và kinh nghiệm thực tế. Phương pháp thí nghiệm được trình bày chi tiết trên Bảng 4.8. Thời điểm dừng thí nghiệm được quy định như sau : Cọc bị phá hỏng do vật liệu và kích thước cọc không đảm bảo; Độ lún lớn nhất của cọc tại cấp tải trọng bằng 2,0 lần tải trọng thiết kế sau 24 giờ lớn hơn 2% đường kính cọc; Độ lún lớn hơn 80 mm. Tải trọng cho phép được lựa chọn với trị nhỏ nhất theo các điều kiện sau: Bằng 40% tải trọng mà ở đó độ lún tăng liên tục; Bằng 40% tải trọng gây ra độ lún, D, bằng 2% đường kính cọc; Bằng 40% tải trọng giới hạn xác định theo phương pháp tiếp tuyến trên biểu đồ quan hệ tải trọng-độ lún. Trình tự thực hiện : Gia công đầu cọc và đặt hệ kích. Cắt tẩy đầu cọc đến phần bê tông đặc chắc, tạo phẳng bề mặt. Lắp đặt hệ kích và căn chỉnh. Gia cố nền và lắp đặt giàn tải trọng. Lắp đặt dầm chính, dầm phụ. Lắp đặt đối trọng. Lắp đặt hệ đồng hồ đo chuyển vị. Lắp đặt máy trắc đạc (nếu có yêu cầu). Lắp đặt hệ bơm, đồng hồ thủy lực. Gia tải theo phương pháp và ghi chép số liệu hiện trường. Bảng: Phương pháp thí nghiệm theo TCXD 196 : 1997 TT Tải trọng (% tải trọng thiết kế) Thời gian gia tải A Gia tải bước 1 : 1 25 Đến khi tốc độ lún nhỏ hơn 0,25 mm trong 1 giờ 2 50 Như trên 3 75 Như trên 4 100 Như trên hoặc 24 giờ 5 50 Khi tốc độ hồi phục nhỏ hơn 0,25 mm trong 1 giờ 6 25 Khi tốc độ hồi phục nhỏ hơn 0,25 mm trong 1 giờ 7 0 Như trên cho đến lúc không đổi B Gia tải bước 2 : 8 25 Đến khi tốc độ lún nhỏ hơn 0,25 mm trong 1 giờ 9 50 Như trên 10 75 Như trên 11 100 Như trên 12 125 Như trên 13 150 Như trên 14 175 Như trên 15 200 Như trên hoặc trong 24 giờ 16 175 Khi tốc độ hồi phục nhỏ hơn 0,25 mm trong 1 giờ 17 150 Như trên 18 125 Như trên 19 50 Như trên 20 0 Như trên hoặc trong 6 giờ Báo cáo kết quả thí nghiệm : Báo cáo kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh bao gồm các nội dung sau : Tên, vị trí công trình. Chủ đầu tư, tư vấn thiết kế/giám sát, nhà thầu thi công, đơn vị thí nghiệm. Hồ sơ cọc thí nghiệm. Biểu đồ quan hệ tải trọng-độ lún. Biểu đồ quan hệ tải trọng-độ lún và thời gian. Các nhận xét trong đó có đưa ra tải trọng giới hạn. Quá trình chất tải và biểu đồ kết quả thí nghiệm Ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng : Phương pháp thử tải tĩnh truyền thống là phương pháp được sử dụng rất phổ biến. Cho đến nay thì phương pháp này vẫn được coi là phương pháp chính xác nhất để xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi. Tuy nhiên không phải lúc nào cũng có thể thử tải tĩnh theo công nghệ truyền thống được vì các lý do sau đây : Chi phí cho thí nghiệm lớn, đặc biệt đối với các cọc không phải ở trên mặt đất tự nhiên; Tốn thời gian cho công tác chuẩn bị và thí nghiệm nên ảnh hưởng đến thời gian xây dựng; Khả năng tạo tải trọng thử thấp, tối đa là khoảng 1000 T; Các công trình phụ trợ như dầm và neo phản lực là những kết cấu lớn, không phù hợp với các công trình có mặt bằng thi công chật hẹp. Ngoài ra, kết quả từ phương pháp thử tải tĩnh truyền thống có hạn chế là không thể hiện rõ được thành phần sức kháng thành bên và sức kháng mũi cọc mà chỉ có giá trị tổng cộng của hai thành phần đó. Do đó, đối với các cọc có tải trọng nhỏ và mặt bằng đủ rộng, nơi không có nước mặt thì phương pháp này tỏ ra thích hợp. Còn trong các trường hợp khác để thử tải cọc khoan nhồi phải sử dụng các phương pháp trình bày ở các phần sau. Phương pháp thử động biến dạng lớn PDA : Giới thiệu chung : Phương pháp thử biến dạng lớn là phương pháp thử tải trọng động xác định sức chịu tải của cọc dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong thanh đàn hồi. Năng lượng tạo xung phải đủ lớn để gây dịch chuyển của cọc dưới mỗi nhát búa không nhỏ hơn 3 mm, đủ để huy động toàn bộ sức kháng của đất nền. Biểu diễn vật lý của công thức động cơ bản Trước đây, để xác định sức chịu tải thực tế của hệ cọc-đất, ngoài phương pháp thử tải tĩnh người ta còn hay sử dụng phương pháp thử động đơn giản và cho biết ngay kết quả tại hiện trường. Mô hình chung cho tất cả các công thức động đơn giản như trên hình. Ta có phương trình cân bằng : hay ; Trong đó : W - trọng lượng quả búa; h - chiều dài cọc; s - độ lún của cọc; R - sức kháng không đổi của đất. Đây một công thức quá đơn giản dựa trên một mô hình không xét đến các hệ số về điều kiện búa, đệm, vật liệu cọc và đất nền khác nhau. Người ta đã cố gắng đưa ra các công thức thực nghiệm có đưa các hệ số nói trên vào để phù hợp với thực tế hơn. Tuy nhiên đối với các công trình quy mô lớn và có điều kiện đất nền phức tạp thì phương pháp thử động truyền thống này không đáp ứng được các yêu cầu về an toàn và kinh tế. Giữa những năm 60, Viện công nghệ Case đã phát triển và xây dựng phần mềm CAPWAP với mô hình búa cọc đất liên tục và được áp dụng khá rộng rãi gọi là “Phương pháp thử động biến dạng lớn”. Nguyên lý của phương pháp : Về cơ sở khoa học, nguyên lý của phương pháp thử động biến dạng lớn và thiết bị phân tích động cọc PDA dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong bài toán va chạm của cọc, các đặc trưng động theo Smith và dựa vào các thành tựu của kỹ thuật điện tử và tin học hiện đại, vv... Phương trình truyền sóng : Trong phương pháp này giả thiết là cọc đàn hồi đồng nhất; đất nền làm việc dẻo lý tưởng. Từ các kết qủa của lý thuyết phương trình truyền sóng ta có thể xác định được sức kháng tổng cộng của đất khi đóng cọc như sau : Trong đó : R - sức kháng tổng cộng của đất; F - lực đo được tại đầu cọc; v - vận tốc đo được tại đầu cọc; M - trọng lượng cọc; L - chiều dài cọc; C -tốc độ truyền sóng ứng suất trong cọc; t1 - thời điểm va chạm toàn phần (lực va chạm cực đại); t1 - thời điểm sóng ứng suất đi hết 1 chu kỳ từ đầu cọc đến mũi cọc và phản xạ trở lại. Phương pháp Case : Xét theo bản chất vật lý ta có : R = Rs + Rd Trong đó : R - sức kháng tổng cộng của đất; Rs- sức chịu tải tĩnh, là giá trị người thiết kế quan tâm và thu được khi thử tải tĩnh, phụ thuộc vào chuyển vị; Rd - sức chịu tải động, do việc đóng cọc, sức cản động phụ thuộc vào tốc độ; Quy trình thí nghiệm : Phương pháp thử động biến dạng lớn được thực hiện theo quy trình ASTM D4945-00 [12] hoặc theo các Tiêu chuẩn riêng do Tư vấn thiết kế quy định. Thực hiện thử tải và phân tích kết quả : Các thiết bị : Thiết bị tạo lực va chạm (búa nặng gây được dịch chuyển cọc); Thiết bị đo (lực, gia tốc, chuyển vị); Thiết bị ghi, biến đổi và trình diễn số liệu. Sơ đồ nguyên lý thử tải theo phương pháp PDA được thể hiện trên hình. Sơ đồ nguyên lý thử động PDA 1. Búa; 2. Cọc; 3. Đầu đo gia tốc; 3A. Máy đo gia tốc; 4. Đầu đo ứng suất; 4A. Máy đo ứng suất; 5. Thiết bị phân tích (máy tính+phần mềm); 6. Máy in kết quả. Các bước tiến hành thí nghiệm : Bắt chặt 2 cặp đầu đo gia tốc và biến dạng vào thân cọc đối xứng qua tim cọc, cách đỉnh cọc tối thiểu 2 lần đường kính cọc. Vào máy các thông số, kiểm tra tín hiệu các đầu đo. Bắt lại đầu đo nếu cần thiết. Dùng búa đóng cọc đóng lên đầu cọc 5 nhát. Kiểm tra chất lượng tín hiệu ghi được của từng nhát búa, nếu tín hiệu không được tốt cho đóng lại. Tắt máy chuyển sang cọc khác. Các đầu đo gia tốc và ứng suất được gắn chặt vào cọc, các tín hiệu từ đầu đo được truyền từ cọc như năng lượng lớn nhất của búa, ứng suất kéo lớn nhất của cọc, sức chịu tải Case-Goble, hệ số độ nguyên vẹn... được quan sát trong quá trình thí nghiệm trên máy tính phân tích và hiển thị. Các số liệu hiện trường được phân tích bằng chương trình CAPWAP (hoặc Case) nhằm xác định sức chịu tải tổng cộng của cọc, sức chống ma sát của đất ở mặt bên và ở mũi cọc cùng một số thông tin khác về công nghệ đóng và chất lượng cọc. Kết quả phân tích bằng phần mềm CAPWAP Nhờ phần mềm CAPWAP có thể in hoặc biểu thị ra được các kết quả dưới đây : Sức chịu tải của cọc đơn : Sức chịu tải của cọc tại từng nhát búa, từng cao độ ngập đất của cọc; Ma sát thành bên; sức kháng của mũi cọc; ứng suất trong cọc : ứng suất nén lớn nhất, ứng suất kéo lớn nhất; ứng suất nén tại mũi cọc; Sự hoạt động của búa : Năng lượng truyền lớn nhất của búa lên đầu cọc (hiệu quả đóng cọc); Lực tác dụng lớn nhất lên đầu cọc; độ lệch giữa búa và cọc; Tổng số nhát búa; số nhát búa trong một phút; Chiều cao rơi búa hoặc độ nảy của phần va đập; Hệ số hoàn chỉnh b của mặt cắt thân cọc. Như vậy, phương pháp này ngoài việc xác định được sức chịu tải của cọc còn có thể phán đoán mức độ khuyết tật (có tính định tính) của cọc theo hệ số hoàn chỉnh b Bảng : Phán đoán mức độ khuyết tật của thân cọc Hệ số b 1,0 0,8 á 1,0 0,6 á 0,8 < 0,6 Mức độ khuyết tật Hoàn chỉnh Tốn thất ít Phá hỏng Nứt gãy Báo cáo kết quả : Báo cáo kết quả thí nghiệm thử động PDA gồm có các nội dung sau : Tên, vị trí công trình. Chủ đầu tư, tư vấn thiết kế/giám sát, nhà thầu thi công cọc, đơn vị thí nghiệm. Số liệu về cọc thí nghiệm như kích thước cọc, ngày đổ bê tông, ngày thí nghiệm. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm. Các biểu đồ quan hệ lực, vận tốc, sức chịu tải, năng lượng... theo thời gian. Biểu đồ quan hệ tải trọng-biến dạng và các bản tính. Kết luận và kiến nghị. Phương pháp thử tải trọng tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg : Để thay thế cho việc sử dụng các kích truyền thống, dầm neo và hệ thống neo người ta đã sử dụng kích và hộp tải trọng đặt sẵn trong cọc trước khi thi công để thực hiện thử tải thẳng đứng cọc. Kích và hộp tải trọng này được gọi là hộp tải trọng Osterberg. Nguyên lý của phương pháp : Về nguyên lý phương pháp này khá đơn giản. Dùng một hay nhiều hộp tải trọng Osterberg (hộp thuỷ lực làmn việc như một kích thuỷ lực) đặt ở mũi cọc hay hay ở hai vị trí mũi và thân cọc trước khi đổ bê tông cọc khoan nhồi. Sau khi bê tông dủ cường độ tiến hành thử tải bằng cách bơm dầu thuỷ lực để tạo áp lực trong hộp kích. Đối trọng chính là trọng lượng cọc và sức chống ma sát hông. Theo nguyên lý phản lực, lực truyền xuống đất mũi cọc bằng lực truyền lên thân cọc. Việc thử tải sẽ đạt tới phá hoại khi một trong hai phá hoại xẩy ra ở mũi cọc và quanh thân cọc. Dựa theo các thiết bị đo chuyển vị và lực gắn trong hộp tải trọng Osterberg sẽ vẽ ra được các biểu đồ quan hệ giữa lực tác dụng và chuyển vị mũi cọc và thân cọc. Từ các biểu đồ này tiến hành phân tích để xác định được sức chịu tải của cọc. Bố trí hộp tải trọng ở đáy lỗ khoan Thiết bị kiểm tra : Hộp tải trọng : Hộp tải trọng Osterberg là thiết bị quan trọng nhất trong phương pháp này. Một hộp tải trọng Osterberg gồm hai pít tông, giữa chúng có một khoang có thể chứa chất lỏng (thường là dầu). Hai pit tông của hộp tải trọng được hàn vào các tấm thép dày đến 50 mm và có đường kính xấp xỉ đường kính cọc kiểm tra. Hộp tải trọng sẽ được tăng áp lực bằng việc bơm dầu thuỷ lực bằng một bơm ở trên mặt đất. Vì diện tích mặt cắt ngang của hộp bé hơn rất nhiều so với tấm thép nên sẽ tạo ra được một áp lực rất lớn lên cọc kiểm tra. Hình ảnh hộp tải trọng Osterberg Bảng: Các thông số kỹ thuật của hộp tải trọng Osterberg Khả năng chịu tải (T) Đường kính (inch) Chiều cao (inch) Hành trình (inch) Tự trọng (kg) 40 75 200 400 1000 3000 4 5-1/4 9 13 21-1/4 34-1/4 5-3/16 5-3/16 10-3/4 11-5/8 11-5/8 12-1/8 3 3 6 6 6 6 9 14,5 86 135 360 495 Hiện nay, công ty LOADTEST đang giữ độc quyền về công nghệ này. Dưới đây giới thiệu một số thông số kỹ thuật chính của hộp tải trọng Osterberg do công ty này sản xuất. Bơm áp lực và thiết bị đo lực : áp lực thử được truyền xuống hộp tải trọng nhờ bơm thuỷ lực đặt trên mặt đất. Tải trọng này được điều chỉnh bằng việc đo áp suất chất lỏng trong bơm. Do đó hộp tải trọng Osterberg cần phải được kiểm định bằng một máy thí nghiệm trước khi lắp đặt để tìm được mối liên hệ giữa áp suất đo được và tải trọng cung cấp bởi hộp tải trọng. Thông thường thì việc kiểm định được thực hiện bởi nhà cung cấp. Chú ý rằng khi thực hiện thí nghiệm thì áp lực dầu được đo trên mặt đất, còn hộp tải trọng thì được đặt dưới sâu. Do đó áp lực thực tế ở hộp tải trọng là áp lực đo được cộng với áp lực cột chất lỏng từ thiết bị đo xuống đến tâm hộp tải trọng. Việc hiệu chỉnh này cần phải được thực hiện trước khi vẽ đồ thị quan hệ tải trọng-chuyển vị. Thiết bị đo chuyển vị : Chuyển vị có thể được đo tại đỉnh hộp qua các đồng hồ đo được điều khiển bởi các cảm biến chuyển vị được treo trên các thanh dầm ổn định trên mặt đất. Tương tự như vậy, chuyển vị cũng có thể được đo ở đầu cọc thí nghiệm bằng các cảm biến chuyển vị được treo ở các dầm chuẩn, và chuyển vị của đáy tấm bản có thể được đo bằng việc đo chuyển vị của đầu hộp tải trọng Osterberg và đo chuyển vị tương đối giữa hai mặt của hộp bằng các cảm biến chuyển vị bằng điện gắn giữa đỉnh và đáy của tấm. Các thiết bị khác : Hệ thống ống dẫn phục vụ cho hộp tải trọng; Máy bơm vữa áp lực cao và hệ thống ống dẫn vữa, các ống có măng sét để chôn sẵn trong cọc; Thiết bị ghi nhận và xử lý tại chỗ; Máy tính với phần mềm xử lý kết quả; Trình tự tiến hành : Bước 1 : Lắp sẵn các hộp Osterberg, các đường dẫn áp lực và các thiết bị khác được gắn vào các khung thép của cọc khoan nhồi. Bản gia cường của hộp tải trọng được hàn chặt vào khung cốt thép đảm bảo trùng với truục của khung trước khi hạ cốt thép vào trong hố cọc. Trong trường hợp có tầng hộp đặt ở giữa khung thì phải tiến hành cắt hết các cốt thép chủ tại cao trình đặt hộp sao cho hai đoạn cọc cho thể dịch chuyển ngược chiều nhau. Bước 2 : Khi thi công xong hố cọc, tiến hành đổ một lớp bê tông hay vữa thích hợp xuống đáy hố. Khi bê tông hay vữa còn tươi tiến hành đặt khung cốt thép đã gắn đầy đủ thiết bị xuống. Bước 3 : Đổ bê tông thân cọc. Bước 4 : Tiến hành bơm áp lực thử tải. Bước 5 : Sau khi thử tải xong cần thu dọn ngay các thiết bị, vật tư... để không ảnh hưởng đến các bước thi công sau. Nếu cọc thử sẽ được dùng lại trong công trình thì cần phải tiến hành bơm vữa vào trong hộp và xung quanh hộp theo một công nghệ bơm đã được chuẩn bị trước. Phân tích, xử lý số liệu : Trên hình, hộp tải trọng được đặt ở đáy lỗ khoan để khi nó hoạt động sẽ truyền lực đều lên cọc ở phía trên hộp (theo hướng từ dưới lên) và địa tầng đáy cọc (theo hướng từ trên xuống). Do đó sức kháng thành bên và sức kháng đáy cọc là tương đương. Với việc bố trí như vậy sẽ xác định được quan hệ giữa sức kháng thành bên với chuyển vị thành bên và giữa sức kháng đầu cọc và chuyển vị đầu cọc cho đến khi thành bên hoặc đáy cọc bị phá vỡ như trên hình dưới đây. Theo sơ đồ chất tải này thì nếu gọi tổng các lực ma sát thành bên trên toàn bộ chiều dài cọc là Pms và lực chống ở đầu cọc là Pd, lực do hộp tải trọng Osterberg gây ra là P0 ta có nhận xét như sau : Khi tạo lực P0 trong hộp tải trọng Osterberg, theo nguyên lý cân bằng phản lực một lực P0 truyền lên thân cọc và hướng lên trên sẽ được cân bằng bởi lực ma sát thành bên và tải trọng bản thân cọc G. Phần phản lực P0 hướng xuống phía dưới và được cân bằng với sức chống của đất nền dưới đầu cọc. Như vậy trong quá trình chất tải (tăng dần P0) ta luôn có : P0 = (G + Pms) < G + Pmsgh hoặc : P0 = Pd < Pdgh Cọc thí nghiệm sẽ đạt đến phá hoại khi đạt đến cân bằng của một trong hai biểu thức nêu trên, tức là khi bị phá hoại đầu cọc trước (đất dưới đầu cọc đạt đến trạng thái phá hoại) hoặc bị phá hoại ở thành bên trước (cọc và đất bao quanh có chuyển dịch dẻo). Đường cong tải trọng - chuyển vị khi tải trọng giới hạn xuất hiện ở mũi cọc Cách xác định tải trọng giới hạn của cọc : Do kết quả thu được là hai biểu đồ tải trọng-chuyển vị mũi cọc và đầu cọc độc lập nhau nên để sử dụng và so sánh với với thử tải truyền thống phải dựng được biểu đồ tải trọng chuyển vị tương đương như trong thử tải tĩnh truyền thống. Để thực hiện được điều đó phải dựa vào các giả thiết cơ bản sau đây: Đường cong tải trọng-chuyển vị mũi trong cọc được chất tải tĩnh truyền thống giống như đường cong tải trọng chuyển vị được xây dựng với dịch chuyển đi xuống của hộp tải trọng. Đường cong tải trọng-chuyển vị ma sát bên của dịch chuyển đi lên trong this nghiệm hộp tải trọng được giống như dịch chuyển đi xuống trong thí nghiệm truyền thống. Bỏ qua độ nén trong thân cọc khi coi nó là vật rắn. Sau khi lập được biểu đồ tải trọng-chuyển vị đầu cọc tương đương, do chỉ xác định được một tải trọng giới hạn nên phải ngoại suy tìm giá trị tải trọng giới hạn thứ hai. Khi đó tải trọng giới hạn của cọc sẽ là : Pcọcgh = Pmũigh + Pthângh Nếu không tin tưởng ở giá trị ngoại suy và thiên về an toàn (lấy trị số bé) thì ta có thể lấy: Pcọcgh = 2.Pthuđượcgh Bố trí hộp tải trọng để chỉ xác định sức chịu tải thành bên Điều đặc biệt là cả sức kháng tới hạn của thành bên và đáy cọc đều có thể xác định được theo cách bố trí này. Nếu chỉ cần xác định sức kháng thành bên thì có thể bố trí hộp tải trọng như hình trên. Theo cách bố trí này thì hộp tải trọng không bố trí ở đáy cọc mà được đặt trên đỉnh của một đoạn đầu cọc. Đoạn cọc ở phía dưới hộp tải trọng để tăng phản lực ở dưới hộp và để chắc chắn nếu thiết kế hợp lý thì sự phá hoại sẽ xuất hiện ở phần cọc thí nghiệm phía trên hộp chứ không phải là phá hoại trong tổ hợp giữa sức kháng đầu cọc và thành bên ở đoạn cọc phản lực ở dưới hộp. Đóng Hoạt động Đóng Hoạt động Phá hoại Thành bên Phá hoại mũi cọc Mở Hoạt động Mở Hoạt động Phá hoại thành bên (chiều ngược lại) Phá hoại thành bên A B A B A A B B Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Trình tự chất tải khi sử dụng hai hộp tải trọng Cũng có thể có nhiều cách bố trí khác nhau để thực hiện thí nghiệm hộp tải trọng Osterberg. Trên hình trên cho phép đo được đầy đủ sức kháng thành cọc và sức kháng đáy cọc. Phải có hai hộp tải trọng được đặt ở hai độ sâu khác nhau. Với việc bố trí như thế thì có thể tạo được tải trọng thí nghiệm rất lớn. Cao trình đặt ở tầng thân phải đảm bảo điều kiện Pmũigh ³ PA-Bgh. Tuy nhiên trình tự trong trường hợp này sẽ phức tạp hơn. ở cầu Mỹ Thuận người ta đã tiến hành thử tải trọng cọc khoan nhồi theo phương pháp này. Một điều quan trọng cần lưu ý khi sử dụng kết quả của tải trọng thử bằng phương pháp Osterberg là lực thử tác dụng lên cọc là lực nén nhờ việc đẩy cọc hướng lên phía trên (trừ đoạn cọc nằm dưới hộp tải trọng). Đây là loại tải trọng khác so với tải trọng trong giai đoạn sử dụng và do đó một số hiệu ứng vật lý nhất là hệ số Possion của đất đá xung quanh sẽ rất khác so với giai đoạn sử dụng. Do đó cũng cần phải nghiên cứu sâu hơn nữa về vấn đề này khi áp dụng phương pháp hộp tải trọng Osterberg xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi. Ưu nhược điểm của phương pháp : Phương pháp thử tải trọng tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg cho đến nay đã được áp dụng rộng rãi và được đưa vào quy trình của nhiều nước nhờ các ưu điểm chính sau đây : Chi phí thấp hơn nhiều so với thử tải tĩnh truyền thống; Tiết kiệm được thời gian; Không chiếm dụng mặt bằng trên đầu cọc, có thể thực hiện được đối với các cọc trên sông nước; Có thể thử tải đối với cả cọc xiên; Có khả năng tạo được tải trọng thử lớn; Xác định được một cách riêng rẽ thành phần kháng lực thành bên và sức kháng mũi cọc. Bên cạnh các ưu điểm nổi bật trên, phương pháp thử tải trọng Osterberg cũng có những nhược điểm cần lưu ý sau : Cách xây dựng các chuẩn phá hoại của hai thành phần sức kháng thành bên và sức kháng mũi cọc khá khó khăn. Khi cọc bị kéo lên, một vài hiệu ứng vật lý có thể khác so với tải trọng tác dụng thực tế của cọc. Phương pháp thử tải tĩnh động Statnamic : Phương pháp được tiến hành lần đầu tiên vào năm 1988 ở Canada với tải trọng thử là 10 T. Đến năm 1989 thì phương pháp này đã được áp dụng trên thực tế ở một số nước như Canada, Hà Lan, Mỹ, Nhật Bản,...Từ đó đến nay đã có các kết quả nghiên cứu ứng dụng phương pháp Statnamic (STN) trong nhiều loại hình cọc ở các nước trên thế giới. Phương pháp STN được thực hiện không cần đến các thiết bị chất tải tốn kém. Ưu điểm của phương pháp STN so với phương pháp hộp tải trọng Osterberg là không cần thiết bị tải trọng đặt sẵn trong cọc. Có nghĩa là phương pháp thử tải tĩnh động STN có thể thực hiện đối với các cọc không có kế hoạch thử tải trước khi thi công. Nguyên lý của phương pháp : Phương pháp này được trình bày trên hình. Cũng giống như phương pháp Osterberg, phương pháp này khá đơn giản. Tải trọng tĩnh được đặt lên trên đầu cọc. Dưới tĩnh tải đặt một khối nhiên liệu rắn và một hộp tải trọng. Khối nhiên liệu này được đốt cháy tạo ra một lực lớn đẩy khối tính tải phía trên. Khi đó đầu cọc sẽ nhận một phản lực bằng trọng lượng tĩnh tải nhân với gia tốc ban đầu gây ra bởi nhiên liệu bị đốt cháy. Lực này tăng dần trong thời gian từ 1 đến 120 mili giây, làm cho cọc lún xuống. Khi nhiên liệu được đốt hết, phản lực giảm một cách nhanh chóng và cọc sẽ phục hồi vị trí. Độ lún của đầu cọc sẽ được đo bằng tia laze nhờ một gương đặt trên đầu cọc. Có thể vẽ được đồ thị quan hệ giữa tải trọng và thời gian cũng như độ lún ngay lập tức. Với gia tốc ban đầu gây ra là 20g (g là gia tốc trọng trường) thì một khối tĩnh tải 30 T sẽ tạo ra được một áp lực lên cọc thử là 600T. Có nghĩa là để tạo ra dược một tải trọng thử tương đương thì khối tĩnh tải theo phương pháp STN chỉ bằng 1/20 của khối tĩnh tải theo thí nghiệm truyền thống. Tải trọng STN được tăng tuyến tính và việc dỡ tải từ từ được đảm bảo do khống chế áp suất tạo ra. Phương pháp thử tải tĩnh động STN Trình tự lắp đặt thiết bị thử tải STN Phương pháp STN có thể được giải thích bằng một trong 3 định luật chuyển động của Newton như sau : Định luật 1 Newton (Định luật quán tính) : Một vật sẽ giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động đều mãi mãi nếu trừ khi có ngoại lực tác động làm thay đổi trạng thái đó. SF = 0; Trong thí nghiệm, có hai ngoại lực tác động lên cọc: tải trọng thử gây cho cọc chuyển động và sức kháng của cọc cản trở chuyển động ấy. Sức kháng của cọc là một hàm của khối lượng cọc với độ cứng của cọc và đất đá xung quanh dọc theo suốt chiều dài cọc và tại chân cọc. Bằng việc đo chuyển vị của cọc trong quá trình thử tải có thể xác định được sức kháng của cọc và do đó sự làm việc giữa đất và cọc cũng được xác định. Định luật 2 Newton (Định luật về gia tốc) : Khi chịu một ngoại lực tác dụng, vật rắn sẽ được gia tốc theo phương của ngoại lực đó và tỷ lệ với độ lớn của lực đó: F = ma. Khối tĩnh tải phía sau và khối tải STN tương đương Định luật 3 Newton (Định luật tác động và phản lực) : Mỗi tác động sẽ có một phản lực cân bằng và ngược hướng : F1.2 = - F2.1 Trong thử tải STN, buồng ứng suất tạo ra một lực đẩy lên trên khối tĩnh tải đồng thời một phản lực tương đương và ngược hướng sẽ tác động lên đầu cọc. Hơn nữa, vì phương của lực là dọc theo trục xi lanh nên tải trọng thử tác dụng lên cọc là hoàn toàn đúng tâm. Thời lượng chất tải : Mỗi phương pháp thử tải có một thời lượng tải trọng khác nhau. Thời lượng chất tải có ảnh hưởng đến kết quả của thí nghiệm thử tải. Đối với tải trọng tĩnh thì do vận tốc và gia tốc gần như bằng không nên ảnh hưởng sức cản động và thế năng là không đáng kể. Tuy nhiên khi thời lượng tải trọng giảm đối với các thử tải tĩnh nhanh thì kết quả có thể khác so với thử tải tĩnh truyền thống do mức độ ứng suất phụ tuộc vào bản chất của đất. Thời lượng tải trọng trong thử tải STN là 120 mili giây. Đây là thời lượng khá dài so với thử tải động biến dạng lớn. Đối với thử tải động thì thời lượng tải trọng chỉ là 4 mili giây. Thời lượng tải trọng ngắn sẽ tạo ra sóng ứng suất trong cọc và do đó sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc của cọc và đất. Sức cản động và thế năng sẽ có ảnh hưởng lớn đến kết quả thí nghiệm và rất khó xác định. Năm 1995, Middendorp đã đưa ra khái niệm về chỉ số sóng Nw được xác định như sau : ; Trong đó : T - thời lượng tải trọng, mili giây; L - chiều dài cọc, m; C - Vận tốc của xung trong bê tông, m/mili giây. Nếu: Nw < 6 thí nghiệm được coi là động Nw > 1000 thí nghiệm được coi là tĩnh Nw=(12 á 15) thí nghiệm STN Nw=(6 á 12) thí nghiệm được coi là giả STN vì tồn tại vấn đề sóng ứng suất. Để giải quyết vấn đề này phải dùng phương pháp dỡ tải và các công cụ và các công cụ phân tích truyền sóng ứng suất như trong phương pháp thử động biến dạng lớn. Vấn đề sóng ứng suất trong thử nghiệm STN : Trong thử nghiệm chất tải tĩnh truyền thống, cọc được nén trong suốt quá trình chất tải và có thể được nghiên cứu như một vật rắn. Khi thời lượng chất tải giảm sẽ xuất hiện sóng ứng suất trong cọc và ảnh hưởng đến sự làm việc giữa cọc và đất. Sóng ứng suất truyền dọc theo chiều dài cọc với tốc độ âm thanh trong vật liệu cọc. ; Trong đó : C - tốc độ sóng ứng suất, m/s; E - mô đun đàn hồi của hệ cọc/đất; r - tỷ trọng của hệ thống cọc đất. Đối với các cọc bê tông cốt thép thì C vào khoảng 3500 đến 4000 m/s. Đối với các cọc tương đối dài thì sóng ứng suất ban đầu ở đỉnh cọc sẽ truyền tới mũi cọc trong vòng 6 mili giây, tương ứng với chu kỳ tự nhiên của cọc. Thời lượng chất tải của phương pháp STN là 120 mili giây, dài hơn chu kỳ tự nhiên của ngay cả các cọc cứng nhất. Do đó ảnh hưởng của sóng ứng suất đã giảm nhiều và cọc được nghiên cứu như là như là một vật rắn và áp dụng các phân tích tĩnh truyền thống. Thu nhận và phân tích số liệu : Thu nhận số liệu : Các số liệu về tải trọng và chuyển vị được đo tại vị trí đầu cọc bởi một hộp tải trọng và đầu đo laze. Số liệu đo này sẽ được xử lý bởi một hệ thống thiết bị thí nghiệm STN là hệ thống FPDS của Công ty xây dựng TNO (Hà Lan). Với hệ thống thiết bị đo đạc của phương pháp STN thì số liệu tải trọng có độ chính xác là 0,1% còn số liệu chuyển vị có độ chính xác là 0,1 mm. Các thiết bị ghi nhận số liệu gồm có: Hộp tải trọng : Tải trọng thử STN được đo bằng hộp tải trọng đặt giữa piston và đầu cọc. Một số thiết bị đo biến dạng được gắn trên chu vi của hộp tải trọng để giảm ảnh hưởng của các tải trọng không đúng tâm. Các số liệu đo từ các thiết bị sẽ được trung bình hoá và khuếch đại trong hộp tải trọng để giảm sai số và lại được khuếch đại một lần nữa bằng FPDS. Đầu đo laze : Người ta gắn một đầu đo laze kiểu ảnh điện thế vào tâm của đáy piston để đo các chuyển vị đầu cọc. Đầu đo này được điều khiển từ xa bởi một nguồn laze. Trong quá trình thử tải sự thay đổi vị trí tương đối của đầu đo laze so với nguồn laze cố định sẽ được ghi lại. Trong suốt quá trình thử tải, các tín hiệu tải trọng và chuyển vị được số hoá và ghi vào một tệp số liệu điện thế thô. Sau khi thử tải xong, các tín hiệu thô này sẽ được chuyển đổi thành các giá trị tải trọng và chuyển vị. Ngay sau đó các đồ thị quan hệ tải trọng - chuyển vị sẽ được lập tại hiện trường. Các đồ thị bổ sung như đồ thì về vận tốc và gia tốc cũng được lập ra. Tất cả các số liệu được lưu giữ cho việc phân tích và tham khảo sau này. Phân tích số liệu : Hiện nay đang có nhiều phương pháp để phân tích tín hiệu thu của STN. Tất cả các phương pháp đều mô hình hoá hệ cọc và đất như là khối cọc đơn được giữ bởi một lò xo và một tụ song song (Hình dưới). Cọc được mô hình hoá như một khối cứng có khối lượng M. Lò xo thể hiện sự biến dạng của đất cũng như của cọc. Chuyển vị đầu cọc đo được sẽ coi là chuyển vị của lò xo. Phản lực hình thành trong lò xo thể hiện sức kháng tĩnh Fu. Tụ thể hiện sức kháng đất, Fv = C.v phụ thuộc vào mức độ xuyên v của cọc. Tuy nhiên các phương pháp này lại sử dụng các cách tính các giá trị độ cứng lò xo K và sức cản động C khác nhau. Mọi phương pháp nêu trên tuy có khác nhau nhưng đều sử dụng phương trình cân bằng sau : FSTN = Fđất + Fa = Fđất + M.a; Trong đó : FSTN - lực đặt vào đầu cọc khi thử tải STN; Fđất - sức kháng tổng cộng của đất; Fa = M.a - lực ban đầu của cọc; a - gia tốc của khối cọc. Mô hình cọc và đất khi thử tải STN Bảng: Các phương pháp phân tích tín hiệu STN TT Phương pháp Năm Các tác giả Lò xo Tụ 1 Phương pháp độ cứng ban đầu 1993 Middendord và những người khác Tuyến tính/ phi tuyến Tuyến tính/ phi tuyến 2 Phương pháp độ cứng ban đầu có sữa đổi 1994 1995 Masumoto và những người khác Tuyến tính/ phi tuyến Tuyến tính/ phi tuyến 3 Phương pháp khối thay thế 1995 Uno và những người khác Tuyến tính/ phi tuyến Tuyến tính/ phi tuyến 4 Phương pháp điểm cân bằng 1993 Horvath và những người khác Tuyến tính/ phi tuyến Tuyến tính/ phi tuyến 5 Phương pháp điểm dỡ tải 1994 Nhóm nghiên cứu các phương pháp thử tải nhanh của Kusakabe Tuyến tính/ phi tuyến Tuyến tính/ phi tuyến Các ưu nhược điểm của phương pháp STN : Nhìn chung so với các phương pháp thử tĩnh và động đã trình bày, phương pháp thử tải STATNAMIC có những ưu điểm sau : Phương pháp STN có thể tạo ra lực thử tải lớn tới hơn 3000 T. Có thể thử tải móng cầu, cả nhóm cọc, cọc mở rộng đáy và các cọc ở ngoài biển. Có thể kiểm tra sức chịu tải ngang của cọc. Có thể kiểm tra các cọc không có kế hoạch kiểm tra trước đó. Có thể đo đạc trực tiếp tải trọng và biến dạng nhờ các hộp tải trọng và đầu dò lazer. Có thể lập được đồ thị tải trọng-biến dạng ngay lập tức tại công trường. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là tính chất động của nó và cần phải đánh giá lực động tạo ra trong quá trình thử tải. Khuyết tật của cọc khoan nhồi– các vấn đề thường gặp, nguyên nhân và giảI pháp khắc phục Một số hình ảnh về khuyết tật trong cọc khoan nhồi đối với cọc khoan nhồi, do bê tông được đổ tại chỗ (thường là thi công trong dung dịch vữa khoan) nên chất lượng bê tông thân cọc và khả năng làm việc thực tế của cọc phụ thuộc nhiều vào điều kiện địa chất và phương pháp thi công cọc. Dưới đây là hình ảnh một số khuyết tật đối với cọc khoan nhồi: -Trong thi công cọc nhồi : công đoạn đổ bê tông cọc thường dễ làm sai qui trình thi công và để lại kích thước thân cọc hầu hết bị biến dạng thu hẹp, không thẳng. Hình1. Kích thước thân cọc bị biến dạng thu hẹp do áp lực nước ngầm cao -Trục cọc biến dạng không còn thẳng, cường độ bê tông biến động giảm yếu trên suốt chiều dài thân cọc Hình 2. Tình trạng bêtông thân cọc bị lồi lõm và không thẳng,giảm cường độ Hình 3. Phương pháp siêu âm phát hiện thân cọc có khuyết tật. Hình 4. Khuyết tật đáy cọc do sập vách cốt thép không bêtông bám dính Hình 5. Thân cọc nhồi đứt đoạn trơ cốt thép do rút ống sai qui trình. - Các ống chống lại đặt ở vùng biên cọc nên quá trình đổ bê tông cọc vữa ximăng khó chảy đến vùng biên hoặc khi bê tông chảy đến nơi mất hết xi măng kết dính do ảnh hưởng bùn betonit tràn vào hoặc nước ngầm cuốn hết vữa ximăng làm trơ cốt thép cọc Hình 6. Bê tông không chảy đến biên làm cọc trơ cốt thép - Tại các cọc có lấy được mẫu lõi khoan cho thấy chất lượng bê tông không đều, nõn khoan bị gãy thành nhiều đoạn ngắn ở nhiều chỗ bê tông kết dính kém Hình 7. Các nõn khoan bị gãy khi khoan lấy mẫu từ cọc công trình ở Hà Nội. - Đất dưới mũi cọc sau khi thi công bê tông cọc hầu như chỉ là cặn lắng mùn cát, betonit hoặc trống rỗng. Hình 8. Mũi cọc bị rỗng không có bê tông. - Khuyết tật thường xẩy ra ở công nghệ ướt dung dịch bentonite để giữ đất cát hoặc cát lẫn cuội sỏi trên thành vách khoan làm bê tông thân cọc đứt đoạn, thu hẹp, độ đặc chắc của bê tông cục bộ kém và lớp cặn lắng ở dưới đáy hố khoan quá dầy Hình 9. Thân cọc bị hang hốc cát sỏi, đoạn gần đầu cọc nằm trong đất yếu bị phình và đáy cọc bị lắng mùn cát . Hình 10. Phần cọc trong bùn thân cọc bị biến dạng và bị phình Hình 12. Cọc nhồi thi công đạt chất lượng Các vấn đề sự cố trong thi công cọc thường gặp, nguyên nhân và các biện pháp giải quyết: Vấn đề thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý cọc nhồi khoan lỗ tuần hoàn thuận Vấn đề thường gặp Nguyên nhân chủ yếu Biện pháp xử lý 1 2 3 Khoan trong đất sét tiến vào rất chậm Độ dính bùn quá lớn Điều chỉnh tính năng dung dịch đất áp lực quá lớn, cặn khoan đáy lỗ không ra kịp Điều chỉnh tham số khoan vào Bị bết đất hoặc đầu khoan có bùn bọc Điều chỉnh tỷ trọng và độ dính của dung dịch sét, tăng thoả đáng kượng bơm, hoặc bỏ 1 lượng vừa phải cát đá vào lỗ để trừ bỏ bùn bọc đầu khoan. Trong tầng cuội cát, khoan tiến vào chậm chạp Tốc độ chảy ngược lên của dịch nước rửa nhỏ Tăng thêm lượng bơm, tăng tốc độ chảy ngược lên Cặn khoan không thể đẩy lên kịp thời Mỗi đợt khoan vào 4-6m làm sạch cặn 1 lần Đầu khoan bị mài mòn nghiêm trọng Sửa chữa hoặc thay đầu khoan Dụng cụ khoan nhẩy lên mạnh, lực cản quay lớn. Dụng cụ gọt bị long rơi ra Trong lỗ có nhiều cuội sỏi to nhỏ khác nhau Dùng ống vớt cặn côn cào rửa để vớt đá to lên Trong lỗ có gạch đá lấp lẫn vào Có thể dùng đầu khoan xung kích phá vỡ hoặc đẩy cho hòn đá chạy qua tầng đất ấy. Vấn đề thường gặp, nguyên nhân và biện pháp xử lý khi làm lỗ cọc nhồi bằng gầu khoan Vấn đề Nguyên nhân chủ yếu Biện pháp xử lý 1 2 3 Lỗ cọc nghiêng lệch Máy khoan lắp dựng không cân bằng Điều chỉnh cho cân bằng Cần khoan hình vuông không thẳng đứng Bảo đảm cho thẳng đứng Sụt lở thành lỗ Vị trí chôn ống giữ thành không hợp lý như ống chôn trong tầng cát bột hoặc cát thô, đất cát bị thấm nước sẽ dễ sinh sụt lở.Ngoài ra do ảnh hưởng của chấn động và xung kích làm nhão đất ở xung quanh ống và đất nền ở dưới đáy nên bị sụt lở. Cho ống giữ thành sâu vào trong tầng đất sét khoảng 0.5m trở lên. Do chấn động của các máy nặng thi công trên mặt đất và các loại thao tác khác cộng với ảnh hưởng của ứng suất trọng lượng bản thân thường dẫn tới ảnh hưởng sụt lở thành lổơ chỗ độ sâu lỗ khoảng 10-15m. Trước khi thi công phải điều tra kỹ xem chất đất ở độ sâu khoảng 10-15m có phải là tầng đất cát xốp dễ sụt lở không, cố gắng giảm ảnh hưởng của chân động khi thao tác thi công Tốc độ lên xuống gầu khoan quá nhanh, làm cho dòng nước chảy nhanh trong khi giữa thành gầu với thành lỗ khoan, tát vào thành hố. Có khi nâng gầu lên, dưới gầu có áp lực âm làm sụt lở thành lỗ. Phải điều chỉnh tốc độ lên xuống của gầu theo điều kiện chất đất và đường kính lỗ khoan, phải dựa vào lực cản lỗ khoan để tính toán mômen quay cần thiết, quyết định số vòng quay gầu khoan. Quản lý không tốt ổn định của dịch sét thi công Tỉ lệ pha chế dịch sét ổn định thành, đặc biệt là về các mặt: độ nhớt, độ qua sáng, tính ổn định lý hoá...phải tính đến điều kiện của nền đất và điều kiện của thiết bị thi công để từ đó định ra những số liệu hợp lý rồi lấy đó làm mục tiêu quản lý chất lượng Có tầng cát sỏi ngấm nước mạnh Cho dịch giữ thành có tỷ trọng và độ nhớt lớn hơn Hạ lồng côt thép va vào thành hố, làm cho màng bùn và thành hố bị phá vỡ Chú ý thật đầy đủ đến việc tự buộc, cẩu hạ cốt thép, đến đặt bản đệm... Lưỡi dao của gầu khoan bị mài mòn, khi gầu khoan lên xuống quay tròn va vào thành lỗ. Hàn đắp vào lưỡi dao theo yêu cầu, điều chỉnh khoảng cách giữa đường kính ngoài của gầu khoan với lưỡi dao. Mặt cắt thân cọc thiếu khuyết Sự thế đổi giữa bê tông và dịch giữ thành không đựơc hoàn chỉnh ăn khớp Chọn loại dịch giữ thành không dễ trộn lẫn vào bê tông Vấn đề thường gặp nguyên nhân và biện pháp xử lý cọc nhồi khoan lỗ bằng máy thả chìm trong nước Vấn đề Nguyên nhân chủ yếu Biện pháp xử lý 1 2 3 Đồng hồ Ampe ba pha không cân bằng Ba pha nguồn điện bên ngoài điện áp không cân bằng Báo cho bộ phận điều chỉnh Đầu áp có chỗ không tiếp xúc Dỡ đầu nối cáp ra, kiểm tra, sửa chữa hoặc thay thế Đồng hồ Ampe hai pha có 1 pha không Nguồn điện 1 pha bị đứt dây chì Thay dây chì, kiểm tra lại mạch điện Đầu nối cáp 1 pha bị tuột Kiểm tra kỹ mạch điện từ nguồn điện đến cuộn dây môtơ Khoan bị cháy một pha cuộn dây Kiểm tra kỹ mạch điện từ nguồn điện đến cuộn dây môtơ Khi nối điện môtơ kêu u u, trục chính rung lên chứ va không quay Do máy khoan quay ngược, nắp bên trên đè chặt Thay đổi chiều quay của máy khoan ổ trục trong hộp số bị hỏng, bị rơi bi Sau khi mở nắp bên trưên ra, nếu trục vẫn không quay được thì mở hộp số ra kiểm tra bánh xe hành trình và ổ trục xem có hư hỏng không Máy khoan giảm áp, toàn áp khởi động đều không thể quay được Đứt dây nguồn điện Kiểm tra và sửa chữa Dây cuón 3 pha mô tơ đều đã cháy Sửa chữa hoặc thay thế Máy khoan giảm áp, khởi động không quay, sau toàn áp có thể quay được Dầu bánh xe trong hộp số đặc quá hoặc quánh lại (thường vào mùa đông) Toàn áp khởi động, cho máy khoan chạy không tải 15 phút Điện áp nguồn thấp quá Kiểm tra điện áp nguồn Đang chạy đột nhiên dừng máy Đứt dây nguồn điện Kiểm tra sửa chữa đường dây Đầu nối cáp điện bị tuột hoặc môtơ cháy Mở bọc đầu nối cáp ra, nếu vẫn không có điện mà trục chính có thể quay được thì mở môtơ ra kiểm tra Đang chạy đột nhiên ỳ máy, đồng hồ Ampe nhảy kim Bánh xe hoặc ổ trục trong hộp số bị hỏng Thay bánh xe hoặc ổ trục Đầu khoan gặp chướng ngại vật Khắc phục chướng ngại vật Máy khoan dò điện Bọc cách điện đầu nối cáp bị hỏng, nước ngấm vào trong Thay bọc cách điện mới, xử lý lại đầu nối Cáp điện có chỗ bị mài vỡ hoặc bị xoắn đứt Kiểm tra bọc lại hoặc thay đổi cáp bị hỏng Dây dẫn ra của cuộn dây môtơ và đầu nối cáp nguồn bị hở điện Thay đổi dây dẫn ra của cuộn dây môtơ và dầu nối môtơ Cách điện của môtơ bị hỏng Kiểm tra và xử lý Hố khoan nghiêng lệch Nền đỡ giá khoan không phẳng Đệm lại, kê lại cho phẳng Lỗ cọc khoan vào một bên đất cứng một bên đất mềm Quét lại lỗ nhiều lần để điều chỉnh, nếu không dược thì lấy đất sét đắp vào lỗ cho đến bên trên chỗ nghiêng lệch 0.5m rồi khoan lại Sụt thành hố khoan Tỉ trọng và độ dính nhớt của dung dịch khoan không đủ Tăng thêm tỉ trọng của dung dịch khoan hoặc vứt đất sét bùn nhão vào hố Dung dịch khoan đột nhiên chảy mất Phải lập tức lấp đất sét vào, chờ thành hố ổn định rồi khoan lại Nguyên nhân và biện pháp xử lý khi ống khô nhỏ hoặc không nhổ lên được trong phương pháp dùng ống chống giữ thành Vấn đề Nguyên nhân chủ yếu Biện pháp xử lý 1 2 3 (1) Khi lực ma sát ở xung quanh ống lớn hơn nhiều so với năng lực nhổ lên của thiết bị Khi thấy là khó nhổ lên: khó nhổ lên bao giờ cũng gắn với khó lắc. Vì vậy trước tiên là phải làm cho nó ở trạng thái có thể lắc được Lợi dụng van chuyển thao tác, lúc lắc với một độ góc nhỏ làm cho lực cản giảm đi, để cho nó từ từ trở lại trạng thái bình thường rồi lại nhổ lên (2) Khi thấy không thể nhổ lên được : phải làm cách khác như kích, nếu cứ lắc bừa. a. Khi ống nhọn của ống chống bị mài mòn làm hẹp khoảng cách với đường kính ngoài của ống Để đảm bảo khoảng cách giữa đường kính ngoài của ống với đường kính ngoài của lưỡi nhọn, có thể hàn chống lưỡi nhọn lên theo yêu cầu cần thiết b. Khi lực cản của ma sát xung quanh lưỡi khoan lớn quá Khi nhổ mãi mà vẫn tháy khó khăn thì phải nghĩ đến khả năng đã chọn sai phương pháp c. Khi phương thức làm lỗ không phù hợp Mặc dù đất sét hoặc bùn tích là loại chất đất dễ làm lỗ, cũng phải đưa ống chống xuống một cách thoả đáng, phải bảo đảm cho gầu ngoạm và đầu nhọn của ống có cùng một độ sâu. Trong khi làm lỗ phải nhiều lần cẩn thận lắc ống chống, vừa nhắc lên hạ xuống vừa làm lỗ đi thì phía sau của máy sẽ bị trượt hoặc làm cho máy không ổn định, hoặc làm cho bộ phận lắc bị sự cố hoặc làm cho khoá cố định bị hỏng. Khi nhận thấy đã thể hiện trạng thái có thể nhổ lên được thì phải chuẩn bị trước các điều kiện có thể nhổ liên tục d. Khi phương pháp dổ bêtông không đúng, tác dụng dính ở phía trong ống quá lớn (1) Không nên để cho mặt dâng lên của bê tông có độ cao tiếp xúc với lưỡi nhọn của ống chống dài quá (2) ở đầu trên của ống chống lắp một đoạn ống ngắn, khi bắt đầu đổ bê tông thì cho ít hơn để hình thành ngay được trạng thái có thể nhổ lên (3) Sau khi trộn xong, nếu thời gian để hơi lâu mới đổ thì phải đặc biệt chú ý đến đặc tính của bêtông Làm cho hướng nhổ lên của máy trùng với hướng nhổ lên của ống (2) Khi máy không thể phát huy được hết năng lực nhổ lên hoặc năng lựe của máy bị giảm đi Trước khi bắt đầu làm việc, nhất là trước khi bắt đầu đổ bêtông, nhất định phải làm động tác rung lắc để nhổ lên Trường hợp này nếu ống bị nghiêng lệch thì phải sửa đổi thế của máy cho chuẩn a. Khi ống chống lệch, không cùng hướng với hướng nhổ của máy Bất cứ trường hợp nào,nếu để cho hướng nhổ lên của máy chệch với hướng của ống cũng dẫn đến trở lực của đất tăng lên rất nhiều, cho nên phải làm cho nền đất của máy