Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi ,các khuyết tật và biện pháp khắc phục

1 MỞ ĐẦU
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.
Việc kiểm tra chất lượng thi công cọc khoan nhồi nói chung phải thực hiện trực tiếp
tại hiện trường, do sự phức tạp trong thi công, giá thành cũng như tính chất quan trọng
của cọc khoan nhồi đối với công trình nên yêu cầu kiểm tra ở giai đoạn chế tạo cọc phải
hết sức nghiêm ngặt, tỷ lệ lượng cọc kiểm tra nhiều vì nếu có một sự sai sót nào đó trong
quá trình chế tạo gây hư hỏng sẽ rất khó sữa chữa hoặc nếu khắc phục thì chi phí sẽ rất
lớn.
Nguyên nhân gây hư hỏng cọc khoan nhồi rất đa dạng nhưng phần lớn các khuyết tất
là do công nghệ thi công không thích hợp gây ra, vì vậy cần phải kiểm tra chặt chẽ toàn
bộ các quá trình thi công cọc.
Sau khi đã đổ bê tông việc kiểm tra chất lượng cọc vẫn rất cần thiết nhằm phát hiện
các khuyết tật và xữ lý những cọc bị hư hỏng. Đối tượng của việc kiểm tra cọc khoan
nhồi là chất lượng của nền đất và chất lượng của bản thân cọc.
Vấn đề kiểm tra cả 2 chỉ tiêu này đã có nhiều phương pháp thực hiện bằng những
công cụ hiện đại, có thể phân theo 2 phương pháp cơ bản là phương pháp tĩnh và phương
pháp động.
2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỌC BARRET VÀ
CỌC KHOAN NHỒI TRƯỚC VÀ SAU KHI THI CÔNG
2.1 Kiểm tra bằng phương pháp động
2.1.1 Phương pháp đo âm dội hay còn gọi là phương pháp biến dạng nhẹ (PIT)
Nguyên lý là sữ dụng lý thuyết từ hiện tượng dội âm 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. Phương pháp phản hồi âm thanh được phát triển ở Trung tâm
thí nghiệm Động lực học ở Delft, Hà Lan. 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
Bé chuyÓn ®æi
Bóa
M¸y ®o dao ®éng

Mµn h×nh
Thêi gian (mili gi©y)
ChuyÓn vÞ

Cäc

.
Mô hình phương pháp phản hồi âm
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 :
L=

Trong

t.C
2 ;

t - thời gian hành trình của sóng âm, giây;


đó :
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. 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. 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.
 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 300 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.
2.1.2 Phương pháp biến dạng lớn
Theo phương pháp này , xung chấn động được tạo bỡi búa có trọng lượng đủ lớn từ
15 đến 20 tấn để huy động toàn bộ khả năng chịu tải của đất nền. Trong thí nghiệm chỉ
cần 2 đến 3 nhát búa là đủ nhưng cọc phải đạt độ dịch chuyển cần thiết.
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.
Người ta ghi sóng gia tốc và sóng biến dạng cho mỗi nhát búa. Kết quả sẽ được xữ
lý bằng các chương trình máy tính. Do năng lượng sữ dụng trong thí nghiệm rất lớn nên
trong thực tế có thế phát hiện được khuyết tật của cọc ở độ sâu không hạn chế.
Nhược điểm của phương pháp này là thiết bị của búa nặng và cồng kềnh mặt khác
do lực xung động lớn có thể làm hỏng cọc.
2.1.3 Phương pháp tĩnh động Statnamic (STN)
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. 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.
Nguyên lý là áp dụng nguyên tắc hoạt động của động cơ tên lửa: thiết bị thí nghiệm
được gắn vào đầu cọc cùng với thiết bị gây nổ để tạo ra phản lực trên đầu cọc.


Động cơ nổ kiểu phản lực

Xi lô gia tải bằng vật liệu
rời

Thiết bị đo chuyển vị

Hộp tải trọng
Cọc thử

Ti trng tnh c t lờn trờn u cc. Di tnh ti t mt khi nhiờn liu rn v
mt hp ti trng. Khi nhiờn liu ny c t chỏy to ra mt lc ln y khi tớnh ti
phớa trờn. Khi ú u cc s nhn mt phn lc bng trng lng tnh ti nhõn vi gia tc
ban u gõy ra bi nhiờn liu b t chỏy. Lc ny tng dn trong thi gian t 1 n 120
mili giõy, lm cho cc lỳn xung. Khi nhiờn liu c t ht, phn lc gim mt cỏch
nhanh chúng v cc s phc hi v trớ. lỳn ca u cc s c o bng tia laze nh
mt gng t trờn u cc. Cú th v c th quan h gia ti trng v thi gian
cng nh lỳn ngay lp tc. Vi h thng thit b o c ca phng phỏp tnh ng thỡ

s liu ti trng cú chớnh xỏc l 0,1% cũn s liu chuyn v cú chớnh xỏc l 0,1 mm.
Cỏc thit b ghi nhn s liu gm cú:



Hp ti trng :

Ti trng th STN c o bng hp ti trng t gia piston v u cc. Mt s
thit b o bin dng c gn trờn chu vi ca hp ti trng gim nh hng ca cỏc
ti trng khụng ỳng tõm. Cỏc s liu o t cỏc thit b s c trung bỡnh hoỏ v khuch
i trong hp ti trng gim sai s v li c khuch i mt ln na bng FPDS.



u o 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.
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.
2.1.4 Phương pháp rung
Cọc thí nghiệm được rung cưỡng bức với biên độ tần số không đổi trong khi tần số
rung được thay đổi trong một dải khá dài. Tần số cộng hưởng đo được sẽ cho ta biết các
khuyết tật của cọc như tiết kiệm bị giảm yếu, cường độ bê tông thay đổi...
Phương pháp này chỉ mới được thực hiện chủ yếu ở Pháp bởi thí nghiệm khá phức
tạp và đòi hỏi người phân tích đánh giá kết quả phải có trình độ cao và nhiều kinh
nghiệm.
2.2 Kiểm tra bằng phương pháp tĩnh
2.2.1 Phương pháp gia tải tĩnh
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.
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.
Ngoài hai phương pháp kể trên thì còn 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.


Sử dụng đối trọng để nén tĩnh:Thông thường sử dụng các đối trọng bằng khối bê
tông cốt thép.
Số lượng cọc thí nghiệm: Do thiết kế quy định, thông thường được lấy bằng 1%
tổng số cọc của công trình nhưng trong mọi trường hợp không ít hơn 02 cọc.

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.
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.
2.2.2 Phương pháp khoan lấy mẫu ở lõi cọc
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.

Mẫu khoan có khuyết tật
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.
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.

Ưu điểm của phương pháp này là có thể xác định chính xác chất lượng bê tông của
cọc nhưng nhược điểm là chi phí lấy mẫu khá lớn. Khi khoan 3 lỗ cho mỗi cọc nếu khoan
hết cả chiều dài thì chi phí khoan xấp xỉ giá thành cọc.
2.2.3 Phương pháp siêu âm
Đây là một phương pháp rất phổ biến, vì nhờ nó có thể phát hiện những khuyết tật
của bê tông đồng thời dựa vào sự tương quan giữa tốc độ truyền sóng và cường độ bê
tông ta có thể biết được cường độ bê tông mà không phải lấy mẫu hay phá hủy kết cấu.
 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 :
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;


Mt h thng hin th tớn hiu;
Mt h thng ghi nhn v bin i tớn hiu thnh nhng i lng vt lý o c.

Máy cấp điện

S b
trớ phng
phỏp siờu õm
truyn qua

Máy
in

Thiết bị xử lý
số liệu

Xung điện
Cảm biến

Tín hiệu nhận

Đầu phát

Đầu thu

Cỏc thit b cn thit trong
phng phỏp siờu õm truyn qua

Cỏc bc kim tra :

Cỏc ng dn phi c t sn trc khi bờ tụng cc;
H u phỏt v u thu xung hai ng cha y nc sao cho chỳng luụn cựng sõu;

Phỏt xung siờu õm t u phỏt v nhn tớn hiu t u thu;
o thi gian truyn súng gia hai u o trờn sut chiu cao ca ng t sn. ng thi
thit b s t ng ghi li sõu ca cỏc u o.

Ghi li bin thiờn ca tớn hiu thu c.
Cỏch thc hin:
Ngi ta t hai ng thộp cú ng kớnh 80mm vo lng thộp vi chiu


dài ống bằng chiều sâu hố đào và đối xứng nhau qua trục của ống trước khi
tiến hành đổ bê tông. Say này, khi kiểm tra chất lượng của cọc thì đưa đầu thu
và đầu phát siêu âm vào 2 ống thép trên và luôn được giữ ở cùng một cao
trình, sóng siêu âm sẽ quét theo tiết diện của cọc. Bằng cách này người ta đánh
giá được chất lượng bê tông nằm giữa 2 hố khoan. Để kiểm tra chặt chẽ hơn
chất lượng cọc, có thể khoan hoặc đặt sẵn từ 3 đến 5 lỗ trên mỗi cây cọc thí
nghiệm.

• Có thể sữ dụng phương pháp siêu âm mà đầu thu và đầu phát cùng được gắn trên một
thanh chế tạo bằng vật liệu cách âm.
 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 ≤ 600 mm

:

• 600 < D < 1200

:

3 ống

• D > 1200 mm

:

4 ống

2 ống (hoặc một ống nếu ở giữa cọc khi đầu
phát và đầu thu nằm trên cùng một trục)

 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.
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.
 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
Tốt

Phân
tầng
Nứt
gãy
•

Thời gian
truyền
Đều đặn, không
đột biến

Biên độ

sóng
Không bị suy
giảm lớn

Tăng lớn
Tăng đột biến

Hình dạng

Có suy giảm
Suy giảm rõ
rệt

Bình thường

Biến đổi lạ
Biến đổi lạ

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.


Phương pháp siêu âm cho kết quả khá chính xác, đáng tin cậy với giá thành thí
nghiệm lại không cao lắm. ở nhiều nước đã quy định số cọc phải thí nghiệm theo phương
pháp này là 100% số cọc.
 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 .
2.2.4 Phương pháp hộp tải trọng Osterberg
Nguyên lý: Theo nguyên lý phản lực, lực truyền xuống đất mũi cọc bằng lực truyền
lên thân cọc.

Cách thực hiện:
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.
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.


Chuyển vị hộp

Chuyển vị mũi cọc

Chuyển vị hộp

Chuyển vị đầu cọc

Chuyển vị mũi cọc

Chuyển vị đầu cọc

áp lực

Cọc thử

Cọc thử

áp lực

Hộp tải trọng
Hộp tải trọng

B trớ hp ti trng ỏy l khoan
Phng phỏp th ti trng tnh bng hp ti trng Osterberg cho n nay ó c
ỏp dng rng rói v c a vo quy trỡnh ca nhiu nc nh cỏc u im chớnh
sau õy :
Chi phớ thp hn nhiu so vi th ti tnh truyn thng;
Tit kim c thi gian;
Khụng chim dng mt bng trờn u cc, cú th thc hin c i vi cỏc cc trờn
sụng nc;
Cú th th ti i vi c cc xiờn;
Cú kh nng to c ti trng th ln;
Xỏc nh c mt cỏch riờng r thnh phn khỏng lc thnh bờn v sc khỏng mi
cc.
Bờn cnh cỏc u im ni bt trờn, phng phỏp th ti trng Osterberg cng cú
nhng nhc im cn lu ý sau :
Cỏch xõy dng cỏc chun phỏ hoi ca hai thnh phn sc khỏng thnh bờn v sc


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.
3 CÁC KHUYẾT TẬT KHI THI CÔNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC ĐỐI
VỚI CỌC KHOAN NHỒI VÀ CỌC BARRET
3.1 Hư hỏng thân cọc
Nguyên nhân:

- Khoảng cách từ đáy ống đổ bê tông đến đáy lổ khoan quá lớn
- Phần đất dưới lỗ khoan bị xóa trộn và hấp thụ Betonite chuyển sang trạng thái dẻo
kết hợp với sự lắng đọng bùn khoan
- Qủa cầu đổ bê tông không đạt yêu cầu.

Kích thước thân cọc bị biến dạng thu hẹp do áp lực nước ngầm cao

.

Thân cọc nhồi đứt đoạn trơ cốt thép do rút ống sai qui trình


Bê tông không chảy đến biên làm cọc trơ cốt thép

Phần cọc trong bùn thân cọc bị biến dạng và bị phình

Biện pháp khắc phục:
- Qủa cầu bê tông phải tròn đều, đường kính đảm bảo
tiếp xúc kín khít với thành ống.
- Kiểm tra chất lượng bê tông trước khi đổ.
- Đáy ống bê tông không được cách đáy hố khoan quá 20 cm.

Khuyết tật đáy cọc do sập vách cốt thép không bêtông
bám dính


Thân cọc nhồi đứt đoạn trơ cốt thép do rút ống sai qui trình.

Biện pháp khắc phục:
- Thường xuyên theo dõi các lớp địa chất mà mũi khoan đi qua.

- Giữ ổn định hố khoan bằng ống vách.
- Qúa trình thi công nhẹ nhàng, tránh va đập vào vách hố đào.
- Kiểm tra dung dịch bảo vệ hố đào trong thời gian chờ bê tông để có biện pháp xữ
lý phù hợp
- Điều chỉnh tốc độ đổ bê tông hợp lý, tránh hiện tượng phân tầng.
3.2 Hư hỏng mũi cọc
Nguyên nhân:
- Khoảng cách từ đáy ống đổ bê tông đến đáy lổ khoan quá lớn
- Phần đất dưới lỗ khoan bị xóa trộn và hấp thụ Betonite chuyển sang trạng thái dẻo
kết hợp với sự lắng đọng bùn khoan
- Qủa cầu đổ bê tông không đạt yêu cầu.

Mũi cọc bị rỗng không có bê tông.

Thân cọc bị hang hốc cát sỏi, đoạn gần đầu cọc nằm trong
đất yếu bị phình và đáy cọc bị lắng mùn cát .


Biện pháp khắc phục:
- Qủa cầu bê tông phải tròn đều, đường kính đảm bảo tiếp xúc kín khít với thành
ống.
- Kiểm tra chất lượng bê tông trước khi đổ.
- Đáy ống bê tông không được cách đáy hố khoan quá 20 cm.