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

kiểm tra và phát hiện cọc khoan nhồi

Luận văn Kiểm tra chất lượng, phát hiện khuyết tật cọc khoan nhồi- Nguyên

nhân- Giải pháp khắc phục

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

I 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

II tình hình áp dụng các phương pháp kiểm tra cọc khoan nhồi

II.1 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

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

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

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

II.2 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

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

III Các phương pháp kiểm tra cọc khoan nhồi

III.1 Kiểm tra chất lượng cọc trong quá trình thi công :

III.1.1 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

III.1.2 Kiểm tra chất lượng lỗ cọc :

Chất lượng lỗ cọc là một trong các yếu tố có ý nghĩa quyết định đến chất

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

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

Kiểm tra chất lượng, phát hiện khuyết tật cọc khoan nhồi- Nguyên nhân- Giải pháp khắc phục hợp mới thực hiện được các yêu cầu về kiểm tra chất lượng lỗ cọc

III.1.2.1 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 :

I

V

k 



0

Trong đó :  - đường kính lỗ cọc đo được, m;

0 - đường kính lỗ cọc lúc đầu, m;

V - Biến đổi điện áp, V;

k - hệ số m/;

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

Kiểm tra chất lượng, phát hiện khuyết tật cọc khoan nhồi- Nguyên nhân- Giải pháp khắc phục sóng siêu âm, thông qua bộ chuyển đổi năng lượng đặt ở đầu dò, thu được các đại lượng :

C

L

t  ; 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 :

1 Đầu đo;

2 Bộ phận ngăn nước;

3 Dây cáp bằng thép;

4 Bộ phận khống chế lên xuống;

5 ống quấn dây điện;

6 Bộ phận khống chế lúc xuống;

7,9 ống quấn dây cáp;

8 Động cơ điện;

10 Dây điện

6

Đầu đo

1

10

2

8

3

7

9

5

4

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

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 :

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