Thí nghiệm siêu âm cọc

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

• Cọc khoan nhồi là loại kết cấu được đổ bê tông tại chỗ, chìm sâu trong lòng đất, không thể đánh giá chất lượng cọc bằng mắt thường. Phương pháp thí nghiệm siêu âm cọc được sử dụng nhằm mục đích dò đo ghi lại toàn bộ cọc qua các mặt cắt theo suốt chiều dài của cọc. Trong quá trình thi công cọc khoan nhồi rất có thể bị mắc phải các khuyết tật sau:
• Rỗ do độ sụt hoặc phương pháp đổ bê tông không thích hợp.
• Bê tông bị phân tầng..
• Cọc bị rạn nứt do co ngót bê tông hoặc do va chạm trong quá trình thi công.
• Lẫn vật liệu lạ như bùn, đất, cát, bentonite, … trong lúc đổ bê tông
• Cọc bị thu hẹp hoặc phình ra do sập lở thành vách.

NGUYÊN LÝ THÍ NGHIỆM.

• Phương pháp thí nghiệm dùng sóng siêu âm (trên cơ sở của phần mềm Cross-Hole-Analyzer) để xác định giá trị vận tốc sóng giữa 2 ống bằng thép hoặc PVC được lắp trong cọc nhồi. Hai đầu dò, một đầu phát, một đầu thu. Đầu phát trong ống thứ nhất sẽ phát ra tín hiệu và đầu thu trong ống thứ 2 sẽ nhận tín hiệu. Thiết bị chuyên dùng sẽ ghi lại thời gian nhận tín hiệu từ đầu phát đến đầu thu (t) và năng lượng tín hiệu phát ra. Khi biết khoảng cách giữa 2 đầu thu và phát (S). vận tốc sóng siêu âm được xác định theo công thức V=S/t. Phần mềm chuyên dùng sẽ xử lý các số liệu thu được và hiển thị trên màn hình các biểu đồ thời gian, vận tốc sóng siêu âm.
• Trên đường truyền sóng nếu gặp bê tông có khuyết tật, vận tốc sóng sẽ giảm dần, một phần sóng siêu âm vòng hoặc xuyên qua các khuyết tật tiếp tục đi, thời gian truyền sóng kéo dài, vận tốc V giảm, gặp mặt không khí giới hạn của lổ hổng sẽ sinh ra phản xạ hoặc tán xạ, làm cho biên độ sóng A nhỏ đi. Dựa vào hình dáng sóng thu được trên màn hình để đánh giá chất lượng của cọc. Sự thay đổi biên độ của sóng phản ánh độ đồng nhất của bê tông cọc.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM.

• Thiết bị siêu âm có xuất xứ từ hãng PDI – Mỹ, bao gồm các bộ phận chính như sau:
• Một đầu phát sóng
• Một đầu thu sóng.
• Thiết bị nâng và hạ các đầu thu, phát song
• Cáp tín hiệu với chiều dài 100m
• Bộ phận đo chiều dài
• Hệ thống và chương trình ghi nhận, điều chỉnh và biến đổi tín hiệu thu được.
  

Hình 2: Hình thiết bị CHA và Thí nghiệm hiện trường.

TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG THÍ NGHIỆM :

• Cọc khoan nhồi – Xác định tính đồng nhất của bê tông thân cọc bằng phương pháp xung siêu: TCVN 9396-2012.
• Yêu cầu kỹ thuật của dự án
• Đề cương siêu âm cọc khoan nhồi đã được phê duyệt
  

ĐẶC ĐIỂM CỌC THÍ NGHIỆM:

• Cọc thí nghiệm là loại cọc khoan nhồi đường kính D500. Trong thân cọc được lắp đặt sẵn 2 ống siêu âm, đường kính ngoài 42mm bằng nhựa dọc theo suốt chiều dài thân cọc như hình 3.                                              

                               Hình 3: Sơ đồ bố trí ống siêu âm của cọc D500

• Ống siêu âm được chế tạo bằng thép được bịt kín hai đầu và thả vào lỗ cọc cùng với lồng thép, để chống xê dịch và cong ống trong khi để bê tông, các ống đo được cố định trong lồng thép bằng các mối buộc.
• Các ống đo siêu âm được kiểm tra thông suốt và đổ đầy nước sạch trước khi tiến hành đổ bê tông.
• 
  

QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM:

Bước 1: Trước khi tiến hành thí nghiệm cần tiến hành thu thập các thông tin liên quan đến cọc như sau::

• Số hiệu cọc hoặc tên cọc trên bảng vẽ thi công
• Cao độ đáy, đỉnh cọc, ống siêu âm
• Cao độ cắt cọc
• Tiết diện ngang của cọc
• Ngày đổ bê thân cọc
• Số lượng ống đo siêu âm được đặt trong thân cọc
• Bước 2: Đổ đầy nước sạch vào các ống đo siêu âm
• Bước 3: Lắp đặt và kết nối thiết bị chuẩn bị cho công tác thí nghiệm. Sau hi kết nối hoàn thành, kiểm tra nguồn điện và khởi động máy
• Bước 4: Hiệu chỉnh tín hiệu thu phát khi bắt đầu thử nghiệm được đảm bảo theo hai điều kiện sau:
• Đầu thu và đầu phát được thả vào trong một ống đo đại diện mặt cắt thí nghiệm, tại một độ sâu dự định để điều chỉnh tín hiệu, các đầu đo này phải luôn đặt cùng một cao độ
• Tín hiệu được điều chỉnh sao cho thời gian truyền xung siêu âm từ điểm phát đến điểm thu là tối thiểu và biên độ thu được của tín hiệu xung là lớn nhất
• Bước 5: Tính toán và nhập các số liệu cần thiết vào chương trình
• Bước 6: Tiến hành thí nghiêm, trong quá trình thí nghiệm đầu đo dịch chuyển từ đáy lên đỉnh cọc. Cả đầu thu và đầu phát cùng được kéo lên từ từ phù hợp với chiều dài cọc. Các ống đo siêu âm phải đảm bảo luôn đầy nước. Tín hiệu xung siêu âm được thể hiện trên màn hình hiển thị theo chiều dài của mỗi mặt cắt thí nghiệm và được ghi lại bởi chương trình CHA.PHÂN TÍCH SỐ LIỆU:

• Các dữ liệu của từng mặt cắt của cọc được lưu trữ và được phân tích bởi chương trình chuyên dụng CHA.
• Tính đồng nhất của bê thân cọc được hiểu là sự đồng đều về chất lượng bê tông theo chiều dài cọc và mặt cắt tiết diện cọc.
• Theo phương pháp xung siêu âm: Độ đồng nhất của bêtông được thể hiện ở sự ổn định về biên độ và vận tốc truyền tông.
• Khi biểu đồ vận tốc truyền xung siêu âm có sự thay đổi theo chiều giảm lớn hơn 20% hoặc độ suy giảm năng lượng vượt quá 50% thì xuất hiện khuyết tật. Vùng bê tông không có khuyết tật xung có biên độ biến đổi bình thường, vùng xuất hiện khuyết tật biên độ xung suy giảm rõ rệt.

• Chất lượng cọc được đánh giá qua biểu đồ tốc độ truyền sóng âm theo chiều dài cọc của từng mặt cắt siêu âm. Chất lượng cọc được đánh giá trên hai nguyên tắc sau:
• Tốc độ truyền sóng siêu âm: với bê tông tốt tốc độ truyền sóng siêu âm lớn hơn 3000 m/s, với bê tông có chất lượng kém tốc độ truyền sóng siêu âm sẽ nhỏ hơn 3000m/s.
• Mức độ suy giảm của tốc độ truyền sóng siêu âm trên thân cọc.
• Sau khi phân tích dữ liệu thí nghiệm, kết quả thí nghiệm siêu âm được trình bày dưới dạng biểu đồ vận tốc, biên độ, thời gian, năng lượng truyền xung
• Kết quả thí nghiệm được trình bày dưới dạng biểu đồ vận tốc truyền sóng siêu âm trong bê tông của từng mặt cắt (xem phụ lục).
• Chất lượng bê tông và độ đồng nhất của cọc khoan nhồi được xác định dựa trên hình dạng và vận tốc sóng siêu âm.

Chất lượng bê tông và độ đồng nhất của cọc khoan nhồi được đánh giá từ cao độ cắt cọc đến hết chiều sâu kiểm tra được (đáy ống siêu âm).