Phương pháp đánh giá chất lượng cọc khoan nhồi

TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TP.HCM
KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

NGUYỄN QUỐC TÀI

PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG
CỌC KHOAN NHỒI
Địa điểm: 202B Hoàng Văn Thụ, Quận Phú Nhuận

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƢ ĐỊA CHẤT HỌC
Mã ngành: 52440201

TP. HỒ CHÍ MINH - 12/2017


TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG TP.HCM
KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG
CỌC KHOAN NHỒI
Địa điểm: 202B Hoàng Văn Thụ, Quận Phú Nhuận

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Tài
Khóa: 2013 – 2017
Giảng viên hƣớng dẫn: Nguyễn Trọng Khanh

TP. HỒ CHÍ MINH - 12/2017

MSSV: 0250100035

TRƢỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI
TRƢỜNG
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Khoa: ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN
Bộ môn: KĨ THUẬT ĐỊA CHẤT
Họ và tên: NGUYỄN QUỐC TÀI
Ngành: ĐỊA CHẤT HỌC

MSSV: 0250100035
Lớp: 02_DH_ĐKT

1. Đầu đề đồ án: Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng cọc khoan nhồi
2. Nhiệm vụ:
-

Tìm hiểu công tác kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi.

-

Phân tích kết quả và đánh giá chất lƣợng cọc tại công trình OFFICETEL 202B,
Hoàng Văn Thụ, quận Phú Nhuận, TPHCM

3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 22/8/2017
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 01/12/2017
5. Họ và tên ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Trọng Khanh

Ngƣời hƣớng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nội dung và yêu cầu đã đƣợc thông qua bộ môn
Ngày

tháng

năm

Chủ nhiệm bộ môn
(Ký và ghi rõ họ tên)

i


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, cơ quan công ty TNHH xây dựng dân
dụng và công nghiệp Phú Cƣờng.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Nguyễn Trọng Khanh, ngƣời đã tận
tình hƣớng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trƣờng ĐH Tài nguyên
và Môi trƣờng TPHCM nói chung, các thầy cô trong bộ môn Kỹ Thuật Địa Chất nói
riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cƣơng cũng nhƣ các môn chuyên
ngành, giúp em có đƣợc cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong
suốt quá trình học tập.
Và cuối cùng em xin cảm ơn anh chị Công ty Phú Cƣờng đã tạo điều kiện thuận
lợi nhất cho em có thể hoàn thành bài báo cáo đồ án tốt nghiệp một cách chân thành
nhất
Xin chân thành cảm ơn

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………….1
1. Tính cấp thiết của đồ án tốt nghiệp .................................................................1
2. Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp.........................................................................1
3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu ....................................................................1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN…………………………………………..…….………...3
1.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG CỌC KHOAN NHỒI
PHỔ BIẾN ...................................................................................................................3
1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ...........3
1.3 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU .....................................................5
CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………......8
2.1 PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CỌC TRONG KHI THI
CÔNG ..........................................................................................................................8
2.2 PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CỌC SAU KHI THI

CÔNG ........................................................................................................................12
2.2.1 Phƣơng pháp khoan và lấy mẫu (Drilling and Coring) .......................12
2.2.2 Phƣơng pháp siêu âm qua ống thép (Crosshole Acoustic Tests).........14
2.2.3 Phƣơng pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống .......................................19
2.2.4 Phƣơng pháp thử động biến dạng lớn PDA : .......................................22
2.2.5 Phƣơng pháp thử động biến dạng nhỏ (PIT) .......................................27
2.3 MỘT SỐ KHUYẾT TẬT ĐIỂN HÌNH ĐƢỢC PHÁT HIỆN KHI KIỂM
TRA CHẤT LƢỢNG CỌC NHỒI ............................................................................32
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ………………………………………………………..........36
3.1 KẾT QUẢ PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CỌC TRONG
THI CÔNG ................................................................................................................36
3.2 KẾT QUẢ PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CỌC SAU THI
CÔNG ........................................................................................................................39
iii


3.2.1 Kết quả phƣơng pháp siêu âm .............................................................39
3.2.2 Kết quả phƣơng pháp nén tĩnh .............................................................40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………….....43
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………..44
PHỤ LỤC

iv


DANH MỤC HÌNH
HÌNH 1.1 Bản đồ quận Phú Nhuận ........................................................................5
HÌNH 1.2 Mặt cắt địa chất phƣờng 9 quận Phú Nhuận ..........................................6
HÌNH 2.1 Máy KODEN và cách bố trí ..................................................................9
HÌNH 2.2 Ví dụ kết quả thí nghiệm KODEN ......................................................11

HÌNH 2.3 Thí nghiệm đo độ sụt ...........................................................................12
HÌNH 2.4 Lõi khoan có khuyết tật .......................................................................13
HÌNH 2.5 Thiết bị, bố trí máy siêu âm .................................................................15
HÌNH 2.6 Hạ đầu d .............................................................................................17
HÌNH 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm thử tải tĩnh ......................................................20
HÌNH 2.8 Biểu diễn vật lý của công thức động cơ bản ........................................22
HÌNH 2.9 Sơ đồ nguyên lý thử động PDA ...........................................................25
HÌNH 2.10 Kết quả phân tích bằng phần mềm CAPWAP ...................................26
HÌNH 2.11 Mô hình phƣơng pháp phản hồi âm thanh .........................................28
HÌNH 2.12 Đầu ra lý tƣởng của phƣơng pháp ứng xử nhanh ..............................30
HÌNH 2.13 Thiết bị chủ yếu của phƣơng pháp PIT..............................................31
HÌNH 2.14 Tín hiệu vận tốc âm thanh và mặt cắt dọc cọc...................................32
HÌNH 2.15 Kích thƣớc thân cọc bị biến dạng thu hẹp do áp lực nƣớc ngầm cao 33
HÌNH 2.16 Tình trạng bê tông thân cọc bị lồi lõm...............................................33
HÌNH 2.17 Phƣơng pháp siêu âm phát hiện thân cọc có khuyết tật .....................34
HÌNH 2.18 Khuyết tật đáy cọc do sập vách cốt thép không bêtông bám dính ....34
HÌNH 2.19 Thân cọc nhồi đứt đoạn trơ cốt thép do rút ống sai qui trình ............35
HÌNH 2.20 Bê tông không chảy đến biên làm cọc trơ cốt thép............................35
HÌNH 3.1 Lắp đặt máy Koden ..............................................................................36
HÌNH 3.2 Thiết bị ghi nhận, xử lí, xuất dữ liệu thí nghiệm .................................37
HÌNH 3.4 Lắp đặt thí nghiệm nén tĩnh .................................................................41

v


DANH MỤC BẢNG

BẢNG 2.1 Bảng đánh giá chất lƣợng lỗ cọc ..........................................................9
BẢNG 2.2 Đánh giá chất lƣợng bê tông thân cọc theo đặc trƣng sóng âm .........18
BẢNG 3.1 Bảng kết quả thí nghiệm KODEN ......................................................38

BẢNG 3.2 Bảng kết quả thí nghiệm siêu âm cọc thử ..........................................49
BẢNG 3.3 Kế hoạch tăng tải trọng PT01 .............................................................42

vi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ASTM: American Society for Testing and Materials, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
CSL: Crosshole sonic logging, phƣơng pháp siêu âm qua ống thép
PDA: Phƣơng pháp thử động biến dạng lớn
PIT: Phƣơng pháp thử động biến dạng nhỏ
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

vii


TÓM TẮT
Bài đồ án khái quát đƣợc tình hình sử dụng cọc nhồi cùng với phƣơng pháp
kiểm tra chất lƣợng cọc ở Việt Nam và trên thế giới, trình bày một số phƣơng pháp thí
nghiệm kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi nhƣ: Koden, siêu âm, PIT, PDA, khoan
lấy mẫu, nén tĩnh.
Kết quả thu đƣợc từ những thí nghiệm trên đƣợc đánh giá đạt chất lƣợng, cọc sẵn sàng
cho việc thi công phần công trình bên trên. Các thí nghiệm siêu âm bê tông thân cọc,
KODEN hay nén tĩnh đƣợc thực hiện chặc chẽ, đảm bảo chất lƣợng thí nghiệm
Bài báo cáo c n trình bày đƣợc những nguyên nhân gây tình trạng khuyết tật ở cọc
nhồi để lƣu ý trong quá trình thi công nhằm tránh sai sót đáng tiếc với công trình. Qua
bài đồ án giúp sinh viên tiếp cận đƣợc công việc giám sát, đánh giá chất lƣợng cọc
khoan nhồi, phục vụ hữu ích cho công việc tƣơng lai.
Kết luận: Bài đồ án thực hiện đƣợc các mục tiêu của đề tài, và đánh giá đƣợc chất
lƣợng cọc khoan nhồi qua kết quả các thí nghiệm hiện trƣờng.

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết đề tài
Đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu khoa học đƣợc các sinh viên đại học
thực hiện vào học kì cuối để tốt nghiệp ra trƣờng, nó là một bài tổng kết các kiến thức
đã đƣợc học trong suốt quá trình theo học chƣơng trình đại học, cùng với những kiến
thức học hỏi đƣợc từ những ngƣời có kiến thức chuyên môn về nghành và đề tài
nghiên cứu.Hiện nay việc thi công cọc khoan nhồi đối với các công trình có tải trọng
lớn đƣợc phổ biến rộng rãi, vậy nên việc kiểm tra, đánh giá chất lƣợng cọc khoan nhồi
là vô cùng thiết yếu để đảm bảo an toàn cho công trình sau này, bài đồ án đi sâu vào
nghiên cứu các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng cọc khoan nhồi, và ứng dụng kiểm
tra chất lƣợng cọc thực tế, phát hiện sai xót để khắc phục kịp thời
2. Mục tiêu của đề tài
Tìm hiểu các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng cọc khoan nhồi, ứng dụng vào
việc kiểm tra, đánh giá chất lƣợng.
3. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
- Nội dung:
+ Các phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi phổ biến hiện nay.
+ Thí nghiệm kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi thực tế.
+ TCVN về đánh giá chất lƣợng cọc khoan nhồi.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Thực hiện tại công trình OFFICETEL 202B Hoàng Văn Thụ, quận Phú
Nhuận.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp thu thập và tham khảo tài liệu:
+ Tìm hiểu phƣơng pháp thi công cọc khoan nhồi từ TCVN 9395:2012
+ Tìm hiểu phƣơng pháp siêu âm cọc khoan nhồi từ TCVN 9396:2012

+ Tìm hiểu phƣơng pháp thử tải tỉnh cọc khoan nhồi từ TCVN 9393:2012…
- Phƣơng pháp thí nghiệm thực tế:
+ Tiến hành tham gia thí nghiệm kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi
- Phƣơng pháp phân tích số liệu:
+ Phân tích kết quả thí nghiệm để xác định chất lƣợng cọc nhồi
1


+ Phân tích kết quả thí nghiệm để xác định khuyết tật cọc khi thi công
- Phƣơng pháp chuyên gia:
+ Trao đổi và tiếp thu ý kiến về lĩnh vực chất lƣợng cọc khoan nhồi và khuyết
tật của chúng từ các anh kĩ sƣ, các thầy cô có chuyên môn.

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG CỌC KHOAN NHỒI
PHỔ BIẾN
- Chất lƣợng cọc sau khi thi công thƣờng thể hiện bằng những chỉ tiêu
chất lƣợng 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 phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi. Các
phƣơng pháp phổ biến nhƣ phƣơng pháp thử động biến dạng nhỏ (PIT), phƣơng pháp
siêu âm truyền qua,phƣơng pháp thử động biến dạng lớn (PDA), sẽ đƣợc giới thiệu
qua bài đồ án này.
- Ngoài ra, tại các nƣớc tiên tiến khác nhƣ Mỹ, Anh, Pháp, ngƣời ta còn thực

hiện các phƣơng pháp khác nhƣ: chấn động song song, phƣơng pháp tia gamma,
phƣơng pháp hộp tải trọng osterberg, phƣơng pháp nội soi bê tông. Vì tính cần thiết
cũng nhƣ điều kiện kinh tế, kĩ thuật thì hiện nay nƣớc ta chƣa có điều kiện phổ biến
những phƣơng pháp nêu trên.
1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC
1.2.1 Các nghiên cứu trong nƣớc
* Nguyễn Minh Hùng- Nghiên cứu mô hình kiểm soát chất lượng cọc khoan
nhồi cho công trình dân dụng, nghiên cứu này giúp ta hiểu đƣợc quá trình thi công cọc
khoan nhồi và các bƣớc kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi trƣớc, trong và sau khi thi
công.
* GS. TS. Nguyễn Văn Quảng- Chỉ dẫn kĩ thuật thi công và kiểm tra chất lượng
cọc khoan nhồi, nghiên cứu này khái quát cụ thể về các phƣơng pháp kiểm tra chất
lƣợng cọc đƣợc sử dụng phổ biến ở nƣớc ta và trên thế giới.
* PGS. TS. Đoàn Thế Tƣờng- Vấn đề sử dụng hiệu quả cọc khoan nhồi, nghiên
cứu này sử dụng những kết quả thí nghiệm cọc khoan nhồi gần đây để đƣa ra cách sử
dụng hiệu quả cọc khoan nhồi.

3


1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nƣớc
* Ruwan Rajapakse- Bored piles, nghiên cứu này trình bày cụ thể cách thiết kế,
xây dựng và kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi.
* D. A. Brown, J. P. Turner, and R. J. Castelli- Drilled Shafts: Construction
Procedures and LRFD Design Methods, nghiên cứu trình bày qui trình thiết kế xây
dựng tƣờng trong đất.
* ASTM International- ASTM D6760 Standard Test Method for Integrity
Testing of Concrete Deep Foundations by Ultrasonic Crosshole Testing," ed. West
Conshohocken, PA: ASTM, 2008, nghiên cứu này trình bày tiêu chuẩn trong đánh giá
chất lƣợng toàn vẹn bê tông qua phƣơng pháp siêu âm.

*ACI- ACI 228.2R-98, Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete
in Structures, ed, 1998, phƣơng pháp thử nghiệm sức chịu tải không phá hủy của cọc.
* G. Mullins and A. K. Ashmawy- Factors Affecting Anomaly Formation in
Drilled Shafts, Florida Department of Transportation (FDOT),March 2005, phƣơng
pháp này nghiên cứu các yếu tố tạo nên khuyết tật cọc khi thi công cọc khoan nhồi.
* J. M. Amir- Pile Intergrity Testing, April 2009, nghiên cứu về kiểm tra cọc
khoan nhồi.
* M. W. O'Neil and L. C. Reese- Drilled Shafts: Construction Procedures and
Design Methods, FHWA,August 1999, nghiên cứu này trình bày phƣơng pháp thiết kế
và qui trình xây dựng cọc khoan nhồi.
* Olson Engineering- Crosshole Tomography Method & Crosshole Sonic
Logging Method, phƣơng pháp siêu âm thân cọc.
* J. K. Alter- Hollow Threaded Rebar for Cross Hole Sonic Logging Access
Tubes Combined with Longitudinal Concrete Reinforcing in Drilled Shafts, DFI
Journal, vol. 5, pp. 16-22, 2011. Phƣơng pháp siêu âm và khắc phục khuyết tật cọc
bằng phƣơng pháp gia cƣờng.
* J. M. Amir and E. I. Amir- Critical Comparison of Ultrasonic Pile Testing
Standard, p. 5, 2008, đánh giá cọc bằng phƣơng pháp siêu âm.
* M. Al-Mosawe, Y. Al-Shakarchi, and A. a. A-Saidi- Influence of Defect in the
Concrete Piles using Non-Destructive Testing, Journal of Engineering, vol. 3, Sep.
2006, ảnh hƣởng của cọc khuyết tật.
4


* F. Jalinoos, N. Mekic, R. E. Grimm, and K. Hanna- Defects in Drilled Shaft
Foundations: Identification, Imaging, and Characterization, March 2005, xác định
khuyết tật thân cọc.
* Garland Likins, Frank Rausche, Karen Webster, and Anna Klesney, Defect
Analysis for CSL Testing, GSP 158 Contemporary Issues in Deep Foundations, 2007.
* PileTest- Chum User Manual of Cross Hole Ultrasonic Monitor, ed, hƣớng

dẫn sử dụng máy siêu âm.
1.3 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.3.1 Vị trí địa lý Quận Phú Nhuận
Quận Phú Nhuận là một quận nội thành của Thành phố Hồ Chí Minh, Việt
Nam,quận nằm về hƣớng Tây Bắc, cách trung tâm thành phố 4,7 km theo đƣờng chim
bay, có tọa độ địa lý 10°48′6″B, 106°40′39″Đ, với diện tích khoảng 5 km²
- Phía đông giáp với quận Bình Thạnh, phía tây giáp với quận Tân Bình.
- Phía nam giáp với quận 1, quận 3, phía bắc giáp với quận Gò Vấp.

Hình 1.1 Bản đồ quận Phú Nhuận
Chú thích:
:Vị trí công trình OFFICETEL

5


1.3.2 Đặc điểm địa chất
Địa chất phƣờng 9, nơi công trình OFFICETEL đang xây dựng

Hình 1.2 Mặt cắt địa chất phƣờng 9 quận Phú Nhuận
Chú thích:
Lớp K: Đất san lấp
Lớp 1: Sét pha, màu nâu vàng,nâu hồng, xám trắng, trạng thái dẻo cứng-dẻo
mềm.
Lớp 2: Sét- sét pha lẫn sạn sỏi laterite, màu nâu đỏ- xám trắng, trạng thái nửa
cứng.
Lớp 3: Sét pha, màu nâu hồng- nâu vàng- xám trắng- nâu đỏ, trạng thái dẻo
cứng- dẻo mềm.
Lớp 4: Cát pha màu nâu vàng- xám trắng.
Lớp 5: Sét màu xám xanh- xám đen- xám vàng- xám trắng, trạng thái dẻo

cứng- dẻo mềm.

6


Lớp 6a: Sét pha nặng, màu nâu hồng- xám trắng, trạng thái dẻo cứng.
Lớp 6: Cát pha, màu xám vàng- nâu hồng- xám trắng.
Lớp 7: Sét, màu nâu hồng, trạng thái cứng- nửa cứng.
Lớp 8: Sét- sét pha, màu xám xanh- xanh đen, trạng thái dẻo cứng.
Lớp 9a: Sét, màu xám trắng- xám xanh, trạng thái nửa cứng.
Lớp 9: Cát pha, màu xám xanh- xám tro- nâu vàng- xám trắng- xám đen.
1.3.2 Đặc điểm địa hình
Quận Phú Nhuận có cao độ trung bình từ 2m đến 6m, địa hình có sự thay đổi từ
cao đến thấp thay đổi theo hƣớng Đông Bắc-Tây Nam.
1.3.4 Đặc điểm thủy văn
Hệ thống kênh rạch ở quận Phú Nhuận đơn giản, đƣợc giới hạn với quận Tân
Bình và quận 1 bởi kênh Nhiêu Lộc ở phía Nam và Tây Nam.
Hệ thống cống thoát nƣớc hoạt động tốt với địa hình cao trung bình giúp nơi
đây tránh đƣợc hiện tƣợng ngập ở thành phố Hồ Chí Minh.
1.3.5 Tổng quan về công trình
Những nghiên cứu về đề tài của đồ án đƣợc thực hiện tại công trình
OFFICETEL nằm tại 202B Hoàng Văn Thụ phƣờng 9, quận Phú Nhuận.
Chủ đầu tƣ: Công ty cổ phần Đầu Tƣ Tân Sơn Nhất.
Tiến độ thi công 114 ngày, khối lƣợng công việc:
- 04 cọc thử D1000 sâu 66m, 01 cọc thử D800 sâu 55m
- 76 cọc đai trà D800 sâu 55m, 311 cọc đai trà D1000 sâu 66m
- 506m tƣờng vây dày 600, sâu 38m, 124 cọc biện pháp D800 sâu 16m
Trong công trình thực hiện các thí nghiệm kiểm tra chất lƣợng cọc trong khi thi
công bằng thí nghiệm Koden, và các thí nghiệm kiểm tra chất lƣợc cọc sau khi thi
công bằng các phƣơng pháp nhƣ: siêu âm, PDA, PIT, khoan lấy mẫu, nén tĩnh.

7


CHƢƠNG 2
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CỌC TRONG KHI THI
CÔNG
Các chỉ tiêu cần đánh giá:
- Chất lƣợng lỗ cọc, theo dõi chất lƣợng dung dịch giữ thành vách
- Chất lƣợng cốt thép
- Chất lƣợng và khối lƣợng bê tông đổ vào lỗ cọc
2.1.1 Đánh giá chất lƣợng lỗ cọc
- Chất lƣợng lỗ cọc là một trong các yếu tố có ý nghĩa quyết định đến chất
lƣợng cọc. Việc khoan và dọn lỗ cọc, sau đó là cách giữ thành vách lỗ cọc là những
công đoạn quan trọng, ảnh hƣởng đến chất lƣợng lỗ cọc tốt hay xấu. Các chỉ tiêu về
chất lƣợng lỗ cọc bao gồm vị trí, kích thƣớc hình học, độ nghiêng lệch, tình trạng
thành vách và lớp cặn lắng ở đáy lỗ.

8


Bảng 2.1 Bảng đánh giá chất lƣợng lỗ cọc
Phƣơng pháp kiểm tra

Thông số
kiểm tra
Tình trạng
lỗ cọc

Dùng phƣơng pháp siêu âm hoặc camera ghi chụp thành lỗ
cọc
Đo đạc so với mốc và tuyến chuẩn

Vị trí, độ
thẳng đứng
và độ sâu

So sánh khối lƣợng đất lấy lên với thể tích hình học của
cọc
Theo lƣợng dùng dung dịch giữ thành vách
Theo chiều dài tời khoan
Máy đo độ nghiêng, phƣơng pháp siêu âm

Kích thƣớc
lỗ

Theo đƣờng kính ống vách

Dung dịch
giữ thành

Dùng phễu đo độ nhớt

- Xác định hình dạng lỗ khoan cọc khoan nhồi bằng thiết bị KODEN

Hình 2.1 Máy Koden và cách bố trí
Thiết bị gồm có máy phát sóng âm, đầu d phát và đầu dò thu, bộ phận khuếch
đại, máy ghi và máy nâng hạ.

9


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 đƣợc phóng đại chuyển thành sóng âm nhờ
đầu dò phát. Tần số rung của thiết bị có thể điều chỉnh, thu đƣợc 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. Ngƣời 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 trƣờng.
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 hƣớng trực giao cho mỗi cặp và sẽ đƣợc
thực hiện tƣơng đẳng với 4 điểm Compa đã đánh dấu. Thiết bị KODEN DM-684 đƣợc
định tâm trên miệng hố khoan sao cho tâm của thiết bị trùng với tâm của hố khoan
bằng cách dùng thƣớc đo đến hai trục sau đó đánh dấu sơn lên sàn công tác quy định
trục hƣớng 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 đƣợc đo bởi một tế bào cảm ứng tƣơng tự. Ngay khi đó các tín hiệu
phản hồi sẽ đƣợc chuyển trực tiếp đến máy và đƣợc in ra giấy. Bản tín hiệu in ra giấy
là giá trị thu đƣợc dọc theo chiều sâu hố khoan. Tỷ lệ theo phƣơng đứng trên bản in sẽ
cho biết đƣợc 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 đƣợc hố khoan đƣờng kính đến 4 m, chiều sâu đến 110 m.

10

Hình 2.2 Một ví dụ về kết quả thu nhận đƣợc
Kết quả độ nghiêng của lỗ khoan bao gồm : độ nghiêng của thành vách lỗ
khoan;
Độ nghiêng của thành hố khoan đƣợc đánh giá dựa trên TCVN 9395:2012 –
Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi.
2.1.2 Đánh giá chất lƣợng lồng thép
Lồng thép đƣợc gia công và lắp đặt theo bản vẽ thiết kế, phù hợp và tuân theo
TCVN 9395-2012, đƣợc hạ vào hố khoan phải thẳng đứng, xác định độ thẳng đứng và
vị trí của lồng thép bằng máy ngắm cao độ.
2.1.3 Đánh giá chất lƣợng và khối lƣợng bê tông đổ vào hố cọc
Theo TCVN 9395-2012 về thi công cọc khoan nhồi:
-Khối lƣợng bê tông đổ vào cọc phải tƣơng đƣơng với thể tích hình
học của cọc.
-Bê tông đƣợc đánh giá dựa theo độ sụt của bê tông, đo độ sụt bằng phƣơng
pháp thí nghiệm tại lúc trƣớc khi cho bê tông vào hố cọc
-Thí nghiệm đo độ sụt thực hiện bằng phƣơng pháp dùng phễu hình
nón.

11


Hình 2.3 Thí nghiệm đo độ sụt
2.2 PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CỌC SAU KHI THI CÔNG
Chất lƣợng cọc sau khi thi công thƣờng thể hiện bằng những chỉ tiêu chất lƣợng
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 phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi. Dƣới
đây trình bày một số phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng cọc sau thi công đã đƣợc sử
dụng trên thế giới và ở Việt Nam. Các phƣơng pháp phổ biến nhƣ phƣơng pháp thử
động biến dạng nhỏ, phƣơng pháp siêu âm truyền qua sẽ đƣợc giới thiệu kỹ. Một số
phƣơng 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. Đánh giá chất lƣợng cọc khoan nhồi
dựa theo TCVN 9395:2012 – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu Cọc khoan nhồi.
2.2.1 Phƣơng pháp khoan và lấy mẫu (Drilling and Coring)
Một phƣơng pháp nữa đƣợc dùng để kiểm tra chất lƣợng cọc khoan nhồi là
phƣơng pháp khoan và lấy mẫu. Các phƣơng pháp này đƣa ra đƣợc tƣơng đối xác thực

12


các đặc điểm của bê tông trong một thể tích tƣơng 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 phƣơng pháp này là việc điều chỉnh hƣớng mũi khoan. Lỗ
khoan đôi khi đi trệch ra ngoài thành cọc hoặc gặp phải hoặc nhiều thanh cốt thép. Để
thực hiện phƣơng pháp một cách chính xác này cần phải có những ngƣời có kinh
nghiệm và các thiết bị phù hợp.
Phƣơng pháp khoan nhanh hơn so với phƣơng pháp lấy mẫu nhƣng các thông
tin thu đƣợc lại ít hơn. Chất lƣợng bê tông đƣợc 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, ngƣời ta sử dụng một thiết bị để kiểm
tra đƣờng kính và lỗ khoan đƣợc quan sát nhờ một camera đƣợc hạ xuống lỗ.

Lõi khoan có khuyết tật
Hình2.4 Lõi khoan có khuyết tật
Phƣơng pháp lấy mẫu lâu hơn phƣơng pháp khoan, nhƣng lại thu đƣợc nhiều
thông tin hơn. Bằng phƣơng pháp này có thể phân tích đƣợc sự tiếp xúc giữa đáy cọc

và đất nền, kiểm tra đƣợc thành phần đất và dung dịch vữa xâm nhập trong bê tông.
Ngoài ra nếu cần có thể ép mẫu để xác định cƣờng độ của bê tông. Lỗ lấy mẫu cũng
nhƣ lỗ khoan có thể đƣợc kiểm tra bằng các thiết bị camera nhỏ đặt trong ống. Phƣơng
pháp này có lẽ là phƣơng pháp tốt nhất trong các phƣơng pháp kiểm tra độ nguyên vẹn
của cọc để kiểm tra chất lƣợng bê tông đáy cọc cũng nhƣ sƣ tiếp xúc giữa đáy cọc và
đất nền.
Phƣơng pháp khoan và lấy mẫu đối với cọc khoan nhồi là phƣơng pháp tốt nhất
để phát hiện các khuyết tật có kích thƣớc lớn. Trong trƣờng hợp vách lỗ khoan bị sụp
13


xuống lúc đổ bê tông và nếu bê tông bị thiếu hụt trong mặt cắt thì phƣơng pháp này
luôn có thể đƣợc xác định một cách chắc chắn.
2.2.2 Phƣơng pháp siêu âm qua ống thép (Crosshole Sonic Tests)
-Nguyên lý cơ bản :
+Siêu âm là dao động cơ học đàn hồi truyền đi trong môi trƣờng vật chất với
tần số dao đọng từ 20 KHz trở lên. Khi siêu âm truyền qua môi trƣờng vật liệu bê tông
đƣợc tạo thành từ nhiều thành phần nhƣ đá, sỏi, cát, xi măng... các hiện tƣợng phản xạ,
khúc xạ, nhiễu xạ, khuyếch tán xẩy ra đồng thời và đƣợc đặc trƣng bằng sự khuyếch
tán của năng lƣợng và vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào độ đồng nhất, mật độ... của
vật liệu hay còn gọi chung là chất lƣợng 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 đƣợc
chất lƣợng vật liệu bê tông trong phạm vi truyền sóng siêu âm đó.
+Sóng siêu âm truyền trong bê tông dƣới hai dạng gồm sóng P (còn gọi là sóng
dọc) và sóng S (hay sóng ngang). Sóng P là loại sóng có phƣơng dao động của các
phần tử vật chất trùng với phƣơng truyền sóng trong khi sóng S là loại sóng có phƣơng
dao động vuông góc với phƣơng truyền sóng. Trong phƣơng pháp CSL, sóng S tƣơng
đối yếu nên đƣợc bỏ qua . Trong môi trƣờng bê tông đồng nhất, vận tốc sóng P (Vp)
phụ thuộc vào mô đun đàn hồi của bê tông (E), hệ số Poisson () và tỷ trọng bê tông
(), đƣợc xác định theo công thức của Krautkrämer J. và Krautkrämer H., 1990 :

Vp =√
Trong bê tông cọc khoan nhồi, sự khác biệt về tỷ trọng và module đàn hồi có
thể xảy ra do các lỗ rỗng chứa khí, nƣớc hoặc bê tông cọc có lẫn bentonite, đất... Nhƣ
vậy, bằng cách xác định vận tốc truyền sóng tại các vị trí khác nhau dọc theo thân cọc,
ta có thể suy luận về tính đồng nhất của bê tông.
Vận tốc truyền sóng siêu âm trong quá trình thí nghiệm đƣợc xác định bằng
cách đo thời gian truyền xung siêu âm giữa hai đầu thu - phát và quãng đƣờng truyền
sóng (khoảng cách giữa hai ống thăm d , D).
Cụ thể:

Vp =
14


Để đánh giá độ đồng nhất của bê tông cọc khoan nhồi, bên cạnh thông số về
vận tốc truyền sóng ta cần xét đến năng lƣợng của sóng siêu âm. Khi sóng siêu âm
truyền đi trong bê tông cọc, năng lƣợng của sóng siêu âm bị suy giảm trên quãng
đƣờng truyền sóng.
Các nguyên nhân gây ra sự suy giảm năng lƣợng của sóng siêu âm đó là sự hấp
thụ (năng lƣợng sóng siêu âm chuyển thành nhiệt năng), tán xạ (sóng siêu âm bị đổi
hƣớng khi truyền trong môi trƣờng không đồng nhất) và phản xạ của môi trƣờng. Khi
sóng siêu âm truyền qua hai môi trƣờng khác nhau, một phần năng lƣợng sóng tới sẽ bị
phản xạ tại mặt phân cách giữa hai môi trƣờng. Biên độ của sóng phản xạ là một hàm
của góc tới và đạt tối đa khi góc này bằng 90o (sóng tới vuông góc với mặt phân cách).
Ngoài ra dựa vào vận tốc sóng âm đo đƣợc trong thí nghiệm siêu âm, ngƣời ta
c n ƣớc lƣợng đƣợc cƣờng độ chịu nén của bê tông và thiết lập mối quan hệ cƣờng độ
nén- vận tốc sóng âm, nhƣng kết quả nghiên cứu này còn phân tán nên giá trị tƣơng
quan giữa chúng chỉ mang tính tham khảo.
-Cấu tạo thiết bị và quy trình thực hiện:

*Bố trí thí nghiệm:

Hình 2.5 Thiết bị, bố trí máy siêu âm
*Cấu tạo thiết bị:
+Sơ đồ bố trí của phƣơng pháp nhƣ trên hình dƣới. Các thiết bị cần thiết trong
phƣơng pháp siêu âm truyền qua bao gồm:
+Một đầu d phát sóng dao động đàn hồi (xung siêu âm);
15