Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
I. Đặt vấn đề
Cọc khoan nhồi đang đợc 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 nớc ta đã có những tiến bộ
vợt bậc. Cùng với các công nghệ thi công cầu tiên tiến nh 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 đợc 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 lợng cọc khoan nhồi và đề ra các giải pháp khắc phục.
II. tình hình áp dụng các phơng pháp kiểm tra cọc khoan
nhồi
II.1. Tình hình áp dụng các phơng pháp kiểm tra chất lợng và xác
định sức chịu tải cọc khoan nhồi trên thế giới :
Trên thế giới, các phơng pháp kiểm tra chất lợng và xác định sức chịu tải cọc
khoan nhồi đợc quan tâm từ rất sớm. Đến nay đã có rất nhiều các nghiên cứu lý
thuyết, các phơng pháp và thiết bị kiểm tra đợc áp dụng có hiệu quả trong công
tác quản lý chất lợng cọc khoan nhồi. Có nhiều hãng chuyên sản xuất thiết bị
và thực hiện công tác kiểm tra, đánh giá chất lợng cọc nh PDI, LOADTEST của
Mỹ, TNO của Hà Lan, Testconsult,...
Các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc :
Các phơng pháp kiểm tra chất lợng 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 phơng pháp phản hồi
âm thanh để kiểm tra độ đồng nhất thân cọc.
Năm 1977, Wetman đề xuất phơng 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 lợng cọc khoan nhồi nh là PIT của
hãng PDI-Mỹ, MIMP của Pháp.

Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Cũng từ nguyên lý này một số phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc đợc đề xuất
nh là phơng pháp chấn động song song, phơng pháp sóng ứng suất trong. Tuy
nhiên các phơng pháp này chỉ đợc sử dụng trong các trờng hợp đặc biệt.
Phơng pháp siêu âm truyền qua nhờ các ống đặt sẵn trong cọc cũng là một ph-
ơng pháp đợc sử dụng phổ biến trên thế giới. Phơng pháp này dựa vào vận tốc
âm truyền trong bê tông để đánh giá chất lợng cọc. Đã có nhiều thiết bị kiểm
tra đợc chế tạo, trong đó thiết bị đợc sử dụng nhiều nhất là CSL (Crosshole
Sonic Logging) của hãng Olson Instrument.
Ngoài các phơng pháp nêu trên, ngời ta còn sử dụng một số phơng pháp sau để
kiểm tra chất lợng cọc : phơng pháp khoan lấy lõi, phơng pháp tia gamma, ph-
ơng pháp nội soi bê tông.
Các phơng pháp thử tải xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi :
Trong các phơng pháp thử tải cọc khoan nhồi thì phơng pháp thử tải tĩnh truyền
thống là phơng pháp cho độ chính xác cao nhất và cũng đợc sử dụng sớm nhất.
Tuy nhiên, khi các cọc khoan nhồi đợc thi công sâu hơn, đờng kính cọc lớn hơn
dẫn đến sức chịu tải cọc rất lớn thì phơng pháp thử tải tĩnh truyền thống gặp
khó khăn.
Những năm 60, Viện công nghệ Case đã xây dựng Phơng 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, phơng pháp này đợc sử dụng phổ biến và đợc
đa vào quy trình của nhiều nớc.
Đầu những năm 1980, giáo s ngời Mỹ Jorj O. Osterberg của Trờng Đại học
Northwestern, Florida đã đa ra một công nghệ nén tĩnh mới mà sau này mang
tên ông là Phơng pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg. Tải trọng
thử tác dụng lên cọc đợc truyền từ hộp tải trọng đặt sẵn trong thân cọc trớc khi
đổ bê tông. Cho đến nay phơng pháp này đã đợc áp dụng rộng rãi và đợc đa vào
tiêu chuẩn của nhiều nớc. Công ty Loadtest đang là hãng giữ độc quyền về sản
xuất các thiết bị của phơng pháp này.
Phơng pháp thử tải cọc khoan nhồi mới nhất là Phơng pháp thử tải tĩnh động

STATNAMIC. Phơng pháp này đợc thí nghiệm lần đầu tiên vào năm 1988 ở
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Canada. Từ năm 1989 nó đã bắt đầu dợc ứng dụng trong thực tế ở các nớc
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 đợc tiến hành ở nhiều nớc, đây cũng là diễn đàn để trao đổi để hoàn
thiện hơn phơng pháp này. Hiện nay, hãng TNO của Hà Lan, một hãng đi đầu
trong nghiên cứu phơng pháp STATNAMIC đang có hệ thống thiết bị đợc sử
dụng phổ biến nhất.
II.2. Tình hình áp dụng các phơng pháp kiểm tra chất lợng và xác
định sức chịu tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam :
ở nớc ta trong những năm gần đây cọc khoan nhồi đã đợc sử dụng phổ biến
trong xây dựng nền móng các công trình xây dựng, giao thông, cảng,...Việc
kiểm tra đánh giá chất lợng và sức chịu tải của cọc khoan nhồi đã đợc quan tâm
chú ý.
Các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc :
Phơng pháp tia gama là phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi đợc sử
dụng lần đầu tiên ở nớc 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 đợc, do đó
không đợc áp dụng rộng rãi.
Hiện nay, các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi đợc sử dụng phổ
biến trong nớc là phơng pháp thử động biến dạng nhỏ (PIT, MIMP) và phơng
pháp siêu âm truyền qua. Hầu hết các cọc khoan nhồi đợc kiểm tra đều áp dụng
đồng thời cả hai phơng pháp này.
Các phơng pháp thử tải cọc khoan nhồi :
Phơng pháp thử tải tĩnh là phơng pháp đợc sử dụng đầu tiên để xác định sức
chịu tải cọc khoan nhồi.
Ngoài ra, hiện nay phơng pháp thử động biến dạng lớn cũng đang đợc sử dụng
phổ biến ở nớc ta. Hầu hết các công trình có sử dụng cọc khoan nhồi đều áp

dụng phơng pháp thử tải này.
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Phơng pháp thử tải tĩnh bằng hộp tải trọng Osterberg đợc áp dụng lần đầu tiên ở
nớc 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 phơng pháp này cần phải
đào tạo đợc đội ngũ cán bộ có trình độ tay nghề cao.
Phơng pháp thử tải tĩnh động STATNAMIC là phơng pháp chỉ mới đợc nghiên
cứu về mặt lý thuyết ở Việt Nam. Năm 1995, t vấn Anh đã đề nghị áp dụng cho
thử cọc tại cảng container Tân Thuận nhng không đợc 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 u thế về độ tin cậy và giá thành hợp lý, trong thời gian tới
chắc chắn phơng pháp thử tải tĩnh động STATNAMIC sẽ đợc áp dụng trong
việc thử tải cọc khoan nhồi ở Việt Nam.
III. Các phơng pháp kiểm tra cọc khoan nhồi
III.1. Kiểm tra chất lợng cọc trong quá trình thi công :
III.1.1. Giới thiệu chung :
Trong giai đoạn thi công (trớc khi hình thành cọc), các chỉ tiêu cần kiểm tra
gồm có :
Chất lợng lỗ cọc trớc khi đổ bê tông;
Chất lợng và khối lợng bê tông đổ vào cọc;
Lồng cốt thép trong lỗ cọc.
Nếu thi công bằng phơng pháp ớt (dùng dung dịch sét hoặc hoá phẩm khác để
giữ ổn định thành lỗ cọc) thì phải kiểm tra chất lợng 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 lợng lỗ cọc :
Chất lợng lỗ cọc là một trong các yếu tố có ý nghĩa quyết định đến chất lợng
cọc. Việc khoan và dọn lỗ cọc, sau đó là cách giữ thành vách lỗ cọc là những
công đoạn quan trọng, ảnh hởng đến chất lợng lỗ cọc tốt hay xấu. Các chỉ tiêu

về chất lợng lỗ cọc bao gồm vị trí, kích thớc hình học, độ nghiêng lệch, tình
trạng thành vách và lớp cặn lắng ở đáy lỗ. Dới đây trình bày các thông số đánh
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
giá chất lợng và phơng pháp kiểm tra chúng.
Bảng Các thông số cần kiểm tra về lỗ cọc
TT Thông số kiểm
tra
Phơng pháp kiểm tra
1 Tình trạng lỗ cọc
- Kiểm tra bằng mắt có thêm đèn dọi
- Dùng phơng 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 lợng đất lấy lên với thể tích hình học của cọc
- Theo lợng dùng dung dịch giữ thành vách
- Theo chiều dài tời khoan
- Quả dọi
- Máy đo độ nghiêng, phơng pháp siêu âm
3 Kích thớc lỗ
- Mẫu, calip, thớc xếp mở và tự ghi độ lớn nhỏ đờng kính
- Theo đờng 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 trớc
và sau thời gian giữ thành không ít hơn 4 giờ.
- Độ sạch của nớc xối rửa
- Phơng pháp quả tạ rơi hoặc xuyên động
- Phơng pháp điện (điện trở, điện dung...)
- Phơng pháp âm
Bảng trên trình bày các phơng pháp khá đơn giản để kiểm tra chất lợng lỗ cọc,
tuy nhiên trong hầu hết các trờng hợp phải dùng thiết bị máy móc thích hợp
mới thực hiện đợc các yêu cầu về kiểm tra chất lợng lỗ cọc.
III.1.2.1. Kiểm tra kích thớc và đặc trng hình học lỗ cọc :
Đo đờng kính lỗ cọc :
Đờng kính thân cọc hoặc đáy cọc có mở rộng là dựa vào thiết bị tạo lỗ theo
kích thớc thiết kế. Trong trờng hợp không dùng ống vách để giữ thành thì đờng
kính của lỗ cọc trớc khi lắp đặt lồng cốt thép có thể bị co thắt lại hoặc mở to ra
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
do đó cần phải có kiểm tra để đối chiếu với các sai số quy định.
Thiết bị đo đờng kính lỗ cọc gồm có 3 phần : đầu đo, bộ phóng đại và bộ phận
ghi có thể đo đờng 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 đợc hiển thị bằng số hoặc máy ghi lu
giữ. Trị số điện áp biểu thị và đờng kính cọc có quan hệ :

I
V
k

+=
0

;

T
r
o
n
g
đ
ó
:
- đờng kính lỗ cọc đo đợc, m;

0
- đờng kính lỗ cọc lúc đầu, m;
V - Biến đổi điện áp, V;
k - hệ số m/;
I - Cờng độ dòng điện, A.
Tình trạng thành vách và độ nghiêng cọc :
Khi cọc nhồi đợc 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 nớc 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 đợc.
Phơng 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 lợng đặt ở đầu dò, thu đợc các đại
lợng :
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc

C
L

t
=
;
Tron
g
đó :
t - thời gian sóng âm truyền qua môi trờng, giây;
L - đoạn đờng 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
đợc độ nghiêng của lỗ khoan trớc 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 phơng pháp sóng âm. Trong số đó thì máy siêu âm KODEN-
DM-684 đợc sử dụng nhiều nhất.
Cấu tạo thiết bị :
1. Đầu đo;
2. Bộ phận ngăn nớc;
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.
Thiết bị đo thành vách, lỗ cọc DM-684
6
Đầu đo
1

10
2
8
3
7
9
5
4
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
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 đợc phóng đại chuyển thành sóng âm
nhờ đầu dò phát. Tần số rung của thiết bị có thể điều chỉnh, thu đợc 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. Ng-
ời 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 trờng.
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 hớng trực giao cho mỗi cặp
và sẽ đợc thực hiện tơng đẳng với 4 điểm Compa đã đánh dấu. Thiết bị
KODEN DM-684 đợc định tâm trên miệng hố khoan sao cho tâm của thiết bị
trùng với tâm của hố khoan bằng cách dùng thớc đo đến hai trục sau đó đánh
dấu sơn lên sàn công tác quy định trục hớng 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

Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
gặp thành vách phản hồi lại sẽ đợc đo bởi một tế bào cảm ứng tơng tự. Ngay
khi đó các tín hiệu phản hồi sẽ đợc chuyển trực tiếp đến máy và đợc in ra giấy.
Bản tín hiệu in ra giấy là giá trị thu đợc dọc theo chiều sâu hố khoan. Tỷ lệ theo
phơng đứng trên bản in sẽ cho biết đợc 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 đợc hố khoan đờng kính đến 4
m, chiều sâu đến 110 m.
Một ví dụ về kết quả thu nhận đợc
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, đờng kính thiết
kế, ngày khoan, ngày kiểm tra,...
Các kết quả kiểm tra về đờng kính lỗ khoan bao gồm : bảng số liệu đ-
ờng kính lỗ khoan ở các cao độ nh : đỉnh ống casing, chân ống casing,
cao độ mũi cọc và một số cao độ khác theo đề cơng kiểm tra.
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
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 trờng.
III.1.2.2. Đo bề dày lớp cặn lắng :
Bề dày của lớp cặn lắng ở đáy lỗ cọc có ảnh hởng 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 đợc vợt trị số quy định. Hiện nay cha có biện
pháp nào thực sự hữu hiệu để đo đợc bề dày lớp cặn lắng này. Tuy nhiên, ngời
ta có thể dùng một số phơng pháp sau :
Phơng 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 đợc lúc khoan xong với độ sâu đo đợc
bằng chùy này. Đây là phơng pháp thủ công, phụ thuộc nhiều vào ngời đo và
chỉ phù hợp với cọc có độ sâu nhỏ.
Phơng pháp điện trở :
Dựa vào tính dẫn điện khác nhau của môi trờng không đồng nhất (gồm n-
ớc+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 :
RR
R
VV
x
+
=
12
;
T
r
o
n
g

đ
ó

:

V
1

- điện áp ổn định của dòng xoay chiều, V;
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
V
2
- điện áp đo đợc, V;
R - điện trở điều chỉnh, ;
R
x
trị số điện trở của đất ở đáy lỗ, .
Giá trị R
x
phụ thuộc vào môi trờng, nó có các giá trị khác nhau tơng ứng với
các giá trị V
2
khác nhau đọc đợc ở máy phóng đại.
Cách đo :
Thả chậm đầu đo vào lỗ khoan, theo dõi sự thay đổi V
2
, khi số đọc V
2
thay đổi
đột ngột thì ghi lại độ sâu của đầu đo ở thời điểm đó đợc giá trị h
1
. Tiếp tục thả
đầu dò, ghi số đọc V
2
, ghi lại độ sâu h
2
... Cho đến khi đầu dò không chìm đợc
nữa, ghi lại độ sâu h

3
. Độ sâu cọc khoan đã biết là H nên chiều dày lớp cặn lắng
có thể tính là:
(H - h
1
) hoặc (H - h
2
) hoặc (H - h
3
)...
Hình dới trình bày nguyên lý xác định chiều sâu lớp cặn lắng bằng phơng pháp
điện trở.
1
2 3
V
1
R
x
V
2
R
1
Sơ đồ nguyên lý đo cặn lắng bằng phơng pháp điện trở
1-Đầu đo; 2-Bộ khuyếch đại; 3-Bộ chỉ thị.
Phơng pháp điện dung :
Dựa vào nguyên lý khoảng cách giữa hai cực bản kim loại và kích thớc giữa
chúng không thay đổi thì điện dung và suất điện giải của môi trờng tỷ lệ thuận
với nhau; suất điện giải của môi trờng nớc+dung dịch giữ thành+cặn lắng...có
sự khác biệt, do đó từ sự thay đổi của suất điện giải ta suy đợc chiều dày lớp
cặn lắng.

Hình dới trình bày nguyên lý xác định chiều sâu lớp cặn lắng bằng phơng pháp
3
4
2
1
5
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
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 ph-
ơng pháp điện dung
Phơng pháp âm (Sonic) :
Phơng pháp này dựa trên nguyên lý phản xạ âm khi gặp các mặt phẳng khác
nhau trên đờng truyền. Phơng 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 đợc
lúc này là t
1
, khi gặp lớp đáy cặn phản xạ lại ghi nhận thời gian là t
2
, chiều dày
lớp cặn lắng sẽ đợc tính theo công thức :

;
2
12
C

tt
h

=
T
r
o
n
g

đ
ó

:

h - độ dày lớp cặn lắng, m;
t
1
và t
2
- 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.
III.1.3. Kiểm tra chất lợng bê tông và công nghệ đổ bê tông :
Công nghệ đổ bê tông và chất lợng bê tông khi thi công trong lỗ cọc có dung
dịch vữa là yếu tố quyết định đến chất lợng cọc khoan nhồi. Do đó thi công bê
tông cọc khoan nhồi trong đất có nớc ngầm phải tuân thủ các quy định về đổ bê
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
tông dới nớc và phải có sự kiểm tra chất lợng bằng các thông số sau:
Độ sụt;

Cốt liệu thô trong bê tông;
Chất lợng xi măng;
Mức hỗn hợp bê tông trong lỗ khoan;
Độ sâu ngập ống dẫn bê tông trong hỗn hợp bê tông;
Khối lợng bê tông đã đổ trong lỗ cọc;
Cờng độ bê tông sau 7 và 28 ngày.
III.2. Kiểm tra chất lợng cọc sau thi công :
III.2.1. Giới thiệu chung :
Chất lợng cọc sau khi thi công thờng thể hiện bằng những chỉ tiêu chất lợng 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 phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi. Dới đây
trình bày một số phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc sau thi công đã đợc sử
dụng trên thế giới và ở Việt Nam. Các phơng pháp phổ biến nh phơng pháp thử
động biến dạng nhỏ, phơng pháp siêu âm truyền qua sẽ đợc giới thiệu kỹ. Một
số phơng 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.
III.2.2. Phơng pháp thử động biến dạng nhỏ :
III.2.2.1. Nguyên lý phơng pháp :
Phơng 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 dợc mà có thể chia ra thành 2 ph-
ơng pháp nh sau :
Phơng pháp phản hồi âm thanh (Sonic Echo Test-SET) :
Phơng pháp phản hồi âm thanh đợc phát triển ở Trung tâm thí nghiệm Động lực
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
học ở Delft, Hà Lan. Ưu điểm của phơng pháp này là việc kiểm tra đợc 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 đợc bọc lại
thì phơng pháp này vẫn tỏ ra có hiệu quả.
Búa
Màn hình
Thời gian (mili giây)
Chuyển vị
Máy đo dao động
Bộ chuyển đổi
Cọc
Mô hình phơng pháp phản hồi âm thanh
Về lý thuyết phơng 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 dới. Sóng này khi gặp
đáy cọc hoặc một khuyết tật trong cọc sẽ phản xạ trở lại và đợc 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 đợc đọc từ tín hiệu hiển thị trên màn hình của máy đo dao động hoặc máy
tính.
Nếu biết đợc vận tốc của sóng âm thanh trong bê tông thì chiều dài cọc (hoặc
khoảng cách từ đầu cọc đến một khuyết tật) sẽ đợc xác định theo công thức
sau :
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc

2
.Ct
L
=
;
T
r

o
n
g

đ
ó

:

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 đợc 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 ngời ta thờng lập trình để hiển thị số liệu chiều sâu này bằng
việc nhân giá trị thời gian nhận đợc với C/2.
Phơng pháp ứng xử nhanh (Transient Response Method-TRM) :
Phơng pháp này cũng dùng để kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc khoan nhồi t-
ơng tự nh phơng pháp phản hồi âm thanh, tuy nhiên việc xử lý số liệu của ph-
ơng 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 đợc ghi lại theo thời gian. Hai tín hiệu này đợc xử lý trong máy tính
bằng phần mềm phân tích sử dụng phơng pháp biến đổi nhanh Fourier. Số liệu
xử lý đợc xuất ra dới dạng biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ vận tốc đầu cọc (V
0
) / lực
đầu cọc (F
0
) và tần số giao động xung (f). Trên hình dới thể hiện một dữ liệu

đầu ra lý tởng của phơng pháp này.
Số liệu xuất ra này đợc giải thích nh sau :
Thứ nhất, đoạn dốc đầu tiên của đờng 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 thớc đã
đợc kiểm tra đạt chất lợng tốt, thì trong cọc này có thể đã xuất hiện khuyết
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
tật. Từ số liệu này có thể xác định đợc độ cứng động mũi cọc theo công
thức :

2 /( / )
M M
E f V f

=
Giá trị độ cứng động mũi cọc tăng theo độ phản xạ mũi cọc. Phản xạ
mũi cọc thấp thờng là do sức kháng của đất cao. Tuy nhiên, cũng có thể
là các đặc trng 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 đ-
ợc tính toán để cung cấp một kết quả mang tính định lợng để đánh giá
chất lợng cọc nh :
Tình trạng mũi cọc;
Các vết nứt ngang;
Độ cứng ngang của cọc;
Các tính chất về độ ẩm, ma sát của đất.

2

1

0

100

200

300

400

tần số

f (Hz)

đoạn dốc đầu tiên biểu thị

độ cứng của cọc/đất

L
C
f
2
=

M

Đầu ra lý tởng của phơng pháp ứng xử nhanh
Thứ hai, số gia tần số

f giữa hai điểm lồi của đồ thị liên hệ với khoảng
cách L từ đầu cọc tới điểm mà năng lợng sóng bị phản xạ trở lại (các

khuyết tật lớn hoặc đáy cọc) theo công thức :
0
0
F
V
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc

L
C
f
2
=
;
T
r
o
n
g

đ
ó

:

f - 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 đợc, chiều dài cọc hoặc vị trí của khuyết tật
trong cọc.

Thứ ba, giá trị giới hạn trung bình (đờng nét đứt) của đờng 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.
III.2.2.2. Các thiết bị sử dụng :
Nói chung phơng pháp này khá đơn giản về cả nguyên lý cũng nh các thiết bị
cần thiết. Hiện nay, trên thế giới có một số nhà sản xuất các bộ thí nghiệm biến
dạng nhỏ nh Pile Dynamic Inc.(PDI)-Mỹ, TNO-Hà Lan... Nhng bộ thiết bị đợc
sử dụng rộng rãi nhất và đã đợc đa 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 nh sau :
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Thiết bị chủ yếu của phơng 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 h hỏng cục bộ nào của cọc trong khi va chạm. Thờng dùng búa có
đầu là chất dẻo rất cứng. Trọng lợng búa đợc dùng tùy theo chiều dài và kích
thớc hình học của cọc. Va chạm phải đợc 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 đợc sau đó đợc 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 tơng tự nhau để tạo thành gia tốc kế chuyên dụng.
Thiết bị ghi, xử lý và trình diễn số liệu :
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Tín hiệu vận tốc âm thanh và mặt cắt dọc cọc
Các tín hiệu từ các gia tốc kế sẽ đợc 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 đợc của các phơng pháp trên, và cho
rằng tỷ trọng và vận tốc sóng trong bê tông là không đổi, ngời ta có thể thể hiện

đợc biểu đồ của diện tích mặt cắt ngang nh là một hàm của độ sâu cọc. Kết quả
của việc phân tích số liệu này sẽ đa ra đợc các mặt cắt dọc cọc cho thấy đợc đ-
ờng kính trung bình của cọc theo độ sâu. Trên hình thể hiện các mặt cắt dọc
của cọc đo đợc theo phơng 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 lợng 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 : Phơng pháp dùng trở kháng
Ngoài các thông tin về khuyết tật của cọc nh phơng pháp PIT, phơng pháp này
còn cho phép xác định đợc độ cứng đàn hồi của hệ cọc-nền, tham số dùng để
tính móng trên nền đàn hồi.
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
III.2.2.3. 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 nớc;
Tạo đợc hai diện tích phẳng có đờng 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 hởng của các nguồn dao động bên ngoài;
Tác dụng một lực va đập lên mặt phẳng giữa tâm cọc theo hớng song
song với trục cọc;
Đo, xử lý và hiển thị các tín hiệu.
III.2.2.4. Ưu nhợc điểm và phạm vi áp dụng :
Các u điểm của phơng pháp :
Phơng pháp thử động biến dạng nhỏ có hai u điểm chính, đó là :

Thực hiện kiểm tra và xác định kết quả nhanh chóng, bình thờng có thể
thực hiện kiểm tra đến 20 cọc/ngày;
Không cần phải đặt các ống riêng trong cọc.
Hạn chế của phơng pháp :
Phơng pháp phản hồi âm thanh có một số hạn chế sau:
Thứ nhất, quãng đờng truyền sóng càng dài thì năng lợng sóng sẽ càng
giảm đi, do đó các khuyết tật hoặc đáy cọc nằm sâu sẽ khó đợc phát
hiện. Đối với các thiết bị hiện đại thì chiều sâu giới hạn có hiệu quả của
phơng pháp này là khoảng 20 m (66 ft). Một số chuyên gia đã đa ra mối
liên hệ giữa chiều sâu giới hạn có hiệu với tỷ lệ chiều sâu/đờng kính
(L/D) và độ cứng của đất đá xung quanh cọc, với tỷ lệ L/D tối đa là 30;
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Thứ hai, năng lợng sóng sẽ không có khả năng phản xạ từ các khuyết tật
trừ khi khuyết tật có kích thớc tơng đối lớn hoặc nó kéo dài gần hết toàn
bộ mặt cắt ngang cọc. Năm 1996, Schellingerhout và Muller đã chỉ ra
rằng năng lợng sóng phản xạ giảm mạnh khi chiều dày của khuyết tật
nhỏ hơn 1/4 bớc sóng âm thanh. Đối với sự tác động búa trung bình, bớc
sóng tạo ra vào khoảng 1,6 m, có nghĩa là phơng pháp này sẽ khó phát
hiện ra đợc các khuyết tật có bề dày nhỏ hơn 0,4 m;
Thứ ba, trong hầu hết các trờng hợp các khuyết tật hoặc đáy cọc nằm d-
ới khuyết tật trên cùng sẽ không tạo ra đợc các phản hồi để có thể phát
hiện ra đợc;
Thứ t, từ các nghiên cứu đợc thực hiện trên rất nhiều thí nghiệm, năm
1997 Samman và ONeill đã đa ra kết luận là ngay cả đối với các cọc
ngắn thì phơng pháp này cũng thờng đa ra các kết quả sai lệch;
Thứ năm, phơng pháp này với các công nghệ hiện tại chỉ có thể đa ra đ-
ợc độ sâu của khuyết tật mà không đa ra đợc hớng của nó so với tim
cọc. Đây chính là một hạn chế rất lớn của phơng 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 :
Phơng pháp thử động biến dạng nhỏ đợc xem nh là một phơng pháp thô chỉ có
thể xác định đợc các khuyết tật lớn nh là đất lẫn vào cọc nhiều hoặc đáy cọc
khoan cha đến độ sâu thiết kế. Trên hình dới thể hiện hình ảnh của một khuyết
tật mà phơng pháp này có khả năng phát hiện ra đợc với độ tin cậy cao. Phơng
pháp này cũng chỉ thích hợp với các cọc có chiều dài nhỏ hơn 30 lần đờng kính.
Baker sau nhiều thí nghiệm đã khuyến nghị rằng phơng pháp thử động biến
dạng nhỏ không nên sử dụng nh là phơng 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.
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Khuyết tật nghiêm trọng mà phơng pháp
thử động biến dạng nhỏ có thể phát hiện đợc
Một biến thể của phơng pháp này đợc đợc Olson phát triển năm 1993 gọi là ph-
ơng pháp sóng uốn. Phơng pháp này đợc 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 đợc đầu cọc.
III.2.3. Phơng pháp chấn động song song (Parallel Seismic Test) :
Trong những trờng hợp không tiếp cận đợc đầu cọc, hoặc cọc quá dài thì ngời
ta phải sử dụng một phơng pháp khác gọi là phơng pháp chấn động song song.
Mô hình thí nghiệm của phơng pháp này đợc thể hiện trên hình
Mô hình phơng pháp chấn động song song
Trong phơng pháp này, ngời ta dùng búa tác động lên một điểm của kết cấu
phía trên cọc, sóng tạo ra sẽ truyền dọc theo cọc xuống phía dới. Một phần
năng lợng của sóng trong cọc sẽ đợc truyền sang đất đá gần cọc. Thời gian
truyền của năng lợng sóng trong đất sẽ đợc thu nhận bởi một đầu thu trong nớc
Búa
Đầu thu
Bộ xử lý
Đất

Móng
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
đợc đặt trong ống tại rất nhiều vị trí theo chiều sâu ống. Khi có sự thay đổi đột
ngột của thời gian truyền (nh trên hình) chứng tỏ đã có khuyết tật lớn trong
cọc. Chiều sâu của đáy cọc cũng có thể đợc xác định theo cách này.
Một kết quả của thí nghiệm chấn động song song
III.2.4. Phơng pháp sóng ứng suất trong (Internal Stress Wave Test) :
Năm 1981, Hearne đã công bố một phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan
nhồi có nguyên lý giống nh phơng pháp phản hồi âm thanh. Điều khác biệt ở
phơng pháp này là các bộ thu nhận dữ liệu đợc bố trí ở các độ sâu khác nhau
trong cọc. Các đầu thu là các máy dò âm thanh dới đất gọn nhẹ, đợc gắn trên
các khung thẳng đứng trong cọc và tách biệt với cốt thép. Các dây dẫn đợc bố
trí dọc theo các thanh cốt thép và kéo tới cách đầu cọc 3 đến 4 m về phía dới.
Tại đó chúng đợc kết nối với thiết bị thu nhận số liệu. Các thiết bị trên rất dễ
lắp đặt. Mục đích của phơng pháp kiểm tra này là để dò tìm các sóng ứng suất
trong bê tông. Ngoài các bộ thu đợc 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.
Chiều sâu
Thời gian truyền sóng
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Sơ đồ bố trí của phơng pháp sóng ứng suất trong
Hai bộ thu nh trên hình cùng với một gia tốc kế sẽ cung cấp một lợng thông tin
có giá trị và cho phép xác nhận đợc bất kỳ một sự bất thờng nào của tín hiệu
thu đợc. Ví dụ trên hình dới cho thấy biên độ của các tín hiệu máy dò âm thanh
trong đất đợc vẽ trên đồ thị với tỷ lệ thời gian bình thờng. Sự truyền sóng ứng
suất tới cũng nh sóng ứng suất phản xạ từ đáy cọc có thể đợc thấy ở mỗi vị trí
của máy dò âm thanh. Trên đồ thị, trục ngang là trục thời gian, các đờng thẳng
nối các điểm trên các đờng cong cắt nhau tại độ sâu từ đó sóng âm phản xạ, có
thể xác định đợc 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 trớc khi phản xạ tại

đáy cọc thì cọc có thể đã có khuyết tật.
So với phơng pháp phản hồi âm thanh thì các bộ thu nhận tín hiệu của phơng
pháp này có u điểm hơn do giảm đợc độ nhiễu tín hiệu, có thể cài đặt đợc nhiều
các bộ thu và tất nhiên cũng có thể bố trí bộ thu ở đáy cọc. Tuy nhiên phơng
pháp này cũng có những hạn chế nh phơng pháp phản hồi âm thanh. Ngoài ra
giá thành của nó đắt hơn và việc sử dụng phơng pháp này phải đợc quyết định
trớc khi thi công cọc.
Kim tra cht lng, phỏt hin khuyt tt cc khoan nhi- Nguyờn nhõn- Gii phỏp khc phc
Một kết quả điển hình của phơng pháp
III.2.5. Phơng pháp khoan và lấy mẫu (Drilling and Coring) :
Một phơng pháp nữa đợc dùng để kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi là phơng
pháp khoan và lấy mẫu. Các phơng pháp này đa ra đợc tơng đối xác thực các
đặc điểm của bê tông trong một thể tích tơng 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 phơng pháp này là việc điều chỉnh hớng mũi khoan. Lỗ khoan
đôi khi đi trệch ra ngoài thành cọc hoặc gặp phải hoặc nhiều thanh cốt thép. Để
thực hiện phơng pháp một cách chính xác này cần phải có những ngời có kinh
nghiệm và các thiết bị phù hợp .
Phơng pháp khoan nhanh hơn so với phơng pháp lấy mẫu nhng các thông tin
thu đợc lại ít hơn. Chất lợng bê tông đợc 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, ngời ta sử dụng một
thiết bị để kiểm tra đờng kính và lỗ khoan đợc quan sát nhờ một camera đợc hạ
xuống lỗ.