Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
ĐÁNH GIÁ KHUYẾT TẬT CỌC KHOAN NHỒI
THEO VẬN TỐC SÓNG SIÊU ÂM
Nguyễn Ngọc Thắng
Trường Đại học Thủy lợi, email: thangnn@tlu.edu
1. GIỚI THIỆU Vận tốc truyền sóng siêu âm được xác
Trong số các phương pháp thí nghiệm sử định bằng cách đo thời gian truyền xung siêu
dụng xung siêu âm truyền qua ống hiện nay âm giữa hai đầu thu - phát (T) và quãng
phương pháp siêu âm truyền qua hai ống đường truyền sóng (khoảng cách giữa hai ống
(CSL) nhờ việc đo vận tốc sóng âm truyền thăm dò, D) qua biểu thức (1):
trong bê tông là một phương pháp được sử D
dụng phổ biến trên Thế giới cũng như ở Việt VP = (1)
T
Nam hiện nay. Nguyên lý của phương pháp
này dựa chủ yếu vào vận tốc âm truyền trong Trong môi trường vật liệu đồng nhất, vận
bê tông nên cho kết quả thí nghiệm có độ tin tốc sóng P (Vp) phụ thuộc vào mô đun đàn
cậy được đánh giá khá cao, giá thành thí hồi của vật liệu (E), hệ số Poisson (ν) và tỷ
nghiệm hợp lý; phương pháp thí nghiệm và trọng (ρ) của vật liệu theo biểu thức (2) [3]:
vận hành thiết bị đơn giản [1].
VP =
(1 −ν )E
(2)
Trong bài báo này tác giả trình bày tổng (1 + ν )(1 − 2ν )ρ
quan cơ sở lý thuyết, yêu cầu và chỉ dẫn kỹ
thuật của phương pháp thí nghiệm siêu âm Như vậy bằng cách xác định vận tốc
truyền qua hai ống; ngoài ra việc đánh giá truyền sóng siêu âm tại các vị trí khác nhau
khuyết tật, dự đoán cường độ bê tông cọc có thể kết luận về tính không đồng nhất của
dựa trên kết quả vận tốc sóng siêu âm thu bê tông cọc; nguyên nhân có thể do sự tồn tại
được theo tiêu chuẩn hiện hành cũng được các lỗ rỗng chứa khí, nước hoặc do bê tông
đưa ra. cọc có lẫn tạp chất bentonite, đất.
Tuy nhiên để đánh giá độ đồng nhất của bê
2. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM SIÊU tông cọc cần xét đến năng lượng của sóng
ÂM CỌC KHOAN NHỒI siêu âm. Đặc trưng khả năng truyền sóng
trong một môi trường vật chất được định
2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
nghĩa là trở kháng sóng âm, ký hiệu là Z.
Sóng siêu âm truyền trong bê tông dưới Giá trị của Z phụ thuộc tuyến tính vào vận
hai dạng gồm sóng dọc (hay sóng nén, ký tốc sóng Vp trong môi trường đó, tỷ trọng của
hiệu P) và sóng ngang (hay sóng cắt, ký ρ của vật liệu theo biểu thức (3):
hiệu S). Sóng P là loại sóng có phương dao
động của các phần tử vật chất trùng với Z = ρ.VP (3)
phương truyền sóng trong khi sóng S là loại Olson at al (2002), [5] đã tiến hành thí
sóng có phương dao động vuông góc với nghiệm truyền sóng siêu âm trong môi
phương truyền sóng. Trong phương pháp trường vật liệu đồng nhất, và từ (3) đã xác
siêu âm, sóng S tương đối yếu nên được bỏ định được trở kháng sóng âm tương ứng với
qua [2]. môi trường đó, tổng hợp trong Bảng 1.
63
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Bảng 1. Trở kháng sóng âm trước khi thi công bê tông và đổ đầy nước
Trở kháng sóng âm sạch nhằm tăng chất lượng truyền âm. Hai
Vật liệu đầu dò gồm một đầu phát, một đầu thu được
kg/(m2.s)
Bê tông 7 ÷ 10 × 106 thả vào ống đồng thời ở cùng cao độ và được
Không khí 0,4 kéo từ đáy lên đỉnh cọc với một vận tốc
Nước 1,5 × 106 ngang nhau [3].
Đất 0,3 ÷ 0,4 × 106 Cơ chế hoạt động của thiết bị gồm một bộ
Đá, Sỏi cứng 15 ÷ 19 × 106 biến áp điện phát xung điện theo dây dẫn đến
Thép 45 ÷ 47 × 106 đầu phát, đầu phát chuyển xung điện sang
dao động cơ học có tần số 20 – 100 kHz và
Khi sóng siêu âm truyền qua hai môi truyền qua bê tông. Đầu thu nhận sóng siêu
trường khác nhau, một phần năng lượng sóng âm và chuyển từ dao động cơ học sang xung
tới sẽ bị phản xạ tại mặt phân cách giữa hai điện rồi theo dây dẫn truyền về máy tính. Tín
môi trường đó. Trong trường hợp này, hệ số hiệu sóng siêu âm cũng được hiển thị trên
phản xạ, ký hiệu R, được xác định gần đúng màn hình theo chiều dài thân cọc cho mỗi
theo công thức (4), [4]: mặt cắt và ghi lại thành tệp số liệu phân tích.
⎛ Z − Z1 ⎞
2
Tiêu chuẩn TCVN 9396: 2012 [3] quy
R = ⎜⎜ 2 ⎟⎟ (4) định cách bố trí, thông số kỹ thuật ống thăm
⎝ Z 2 + Z1 ⎠
dò và sai số đo sâu cho phép, tập hợp trong
với Z1, Z2 lần lượt là trở kháng sóng âm của Bảng 2 và minh họa ở Hình 3.
môi trường thứ nhất và thứ hai.
Giá trị R trong biểu thức (4) luôn ≤ 1, mức Bảng 2. Quy định ống thăm dò siêu âm
độ suy giảm năng lượng truyền sóng trong thí STT Thông số của ống TCVN 9396: 2012
nghiệm siêu âm cọc được biểu thị qua trị số 2 D ≤ 0,6m
(1-R) %, là cơ sở phát hiện khuyết tật trong Số lượng ống
1 3 1,0m ≤ D ≤ 0,6m
bê tông cọc, minh họa ở Hình 1 dưới đây. tối thiểu
4 D> 1m
2 Khoảng cách ống 0,3 ÷ 1,5m
3 Vật liệu ống Thép hoặc PVC
4 Đường kính trong 50 ÷ 60mm
5 Sai số đo sâu 1/500 hoặc 50mm
Hình 1. Khuyết tật trong bê tông cọc làm suy
giảm năng lượng sóng siêu âm
2.2. Yêu cầu thiết bị và thời điểm thí nghiệm
a) Thiết bị thí nghiệm và cơ chế hoạt động
(a) D ≤ 0.6m (b) 0,6m ≤ D (c) D > 1,0m
≤ 1,0m
Hình 3. Sơ đồ bố trí ống thăm dò siêu âm,
(1: ống đo siêu âm; 2: vùng được siêu âm)
b) Thời điểm thí nghiệm
Theo TCVN 9396: 2012 [3], thời gian bắt
đầu tiến hành thí nghiệm trên cọc tối thiểu
Hình 2. Thí nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi phải sau 7 ngày tính từ khi kết thúc đổ bê
Nguyên lý thí nghiệm siêu âm thể hiện tông ở cọc. Theo chỉ dẫn của ASTM D6760-
trong Hình 2. Ống thăm dò trong cọc đặt sẵn 08, khi tiến hành thí nghiệm cần căn cứ vào
64
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
đường kính cọc, vật liệu ống siêu âm, nếu sử f c' = Vp4 ρ 2 (5)
dụng ống PVC nên thí nghiệm siêu âm trong
Từ công thức (5) có thể dự đoán mức độ
vòng từ 2 đến 10 ngày sau khi đổ bê tông để
suy giảm cường độ bê tông tại vùng khuyết
hạn chế hiện tượng mất dính bám; từ 2 đến
tật thông qua mức độ suy giảm vận tốc.
45 ngày đối với ống vật liệu thép [4].
Nghiên cứu chỉ ra rằng vị trí khuyết tật có độ
3. ĐÁNH GIÁ KHUYẾT TẬT CỌC NHỒI suy giảm vận tốc 20%, cường độ bê tông
vùng bị khuyết tật đạt khoảng 40% cường độ
a) Đánh giá khuyết tật theo vận tốc sóng âm tại vùng không khuyết tật; con số đó là 65%
TCVN 9396: 2012 [3] chỉ dẫn đánh giá sơ cường độ khi vận tốc sóng suy giảm 10%.
bộ kết quả đo về tính đồng nhất của bê tông c) Đánh giá độ suy giảm năng lượng sóng
cọc dựa theo vận tốc sóng dọc thân cọc. Khi Trong một số trường hợp thí nghiệm, thời
sự giảm hoặc tăng vận tốc truyền xung gian truyền xung (T) thay đổi nhỏ thuộc giới
≥ 20% thì phải thử nghiệm lại ở cao độ của vị hạn cho phép nhưng năng lượng nhận được
trí đó để khẳng định khuyết tật, xem Bảng 3. tại đầu thu suy giảm đáng kể. Như vậy nếu
Bảng 3. Đánh giá khuyết tật cọc khoan nhồi chỉ đánh giá theo vận tốc truyền xung sẽ
không nhận định đầy đủ khuyết tật của cọc.
Dạng Vị trí Đánh giá
Garland L, at al, 2007 [7] đưa ra tiêu chí đánh
Không đánh
Mất bê tông giá được giá vận tốc sóng, đạt Vp > 3000m/s mới kết
lớp bảo vệ khuyết tật ở luận độ đồng nhất của bê tông đạt yêu cầu,
cốt thép lớp bê tông khi đó mức độ suy giảm năng lượng xác định
bảo vệ theo thực nghiệm trong công thức (6):
Thu hẹp Mất sóng ⎛C⎞
đường kính hoàn toàn A = 20 * log10 ⎜ ⎟ (6)
cọc ⎝E⎠
Khuyết tật Vận tốc sóng Với A là mức độ suy giảm năng lượng
nhỏ trong giảm do thời (dB), E là năng lượng thực tế nhận được, và
thân cọc gian truyền
sóng tăng C là năng lượng dự kiến lớn nhất đầu thu có
Sóng tốt, vật thể nhận được [7].
Không có liệu đồng
khuyết tật nhất 4. KẾT LUẬN
Tuy nhiên, kết quả thu được là vận tốc Tiêu chuẩn TCVN 9396: 2012 [3] về thí
truyền sóng âm mới xác định được vị trí nghiệm siêu âm cọc khoan nhồi chỉ mới dừng
khuyết tật bên trong thân cọc mà không xác lại ở hướng dẫn đánh giá khuyết tật theo mức
định được dạng khuyết tật bên ngoài do cọc độ suy giảm vận tốc sóng. Để có đủ cơ sở
phình hông, hư hỏng bê tông bảo vệ, đọng nhận định khuyết tật và đánh giá chất lượng
bentonite dọc thân cọc. TCVN 9396 [3] cũng bê tông cọc đầy đủ từ kết quả thí nghiệm siêu
quy định, tại vị trí khuyết tật cần kết hợp các âm cần nghiên cứu bổ sung một số các chỉ
đặc trưng của xung siêu âm như: vận tốc, tiêu đánh giá về chỉ tiêu cường độ bê tông
biên độ, năng lượng, thời gian truyền xung. cọc, sự suy giảm năng lượng sóng, cường độ
b) Dự đoán cường độ bê tông cọc theo vận vận tốc sóng âm, dựa trên các kết quả nghiên
tốc truyền sóng âm cứu thực nghiệm và tiêu chuẩn ASTM
Từ kết quả thí nghiệm truyền sóng cho D6760- 08 [4] hiện hành.
cùng chủng loại mẫu bê tông, F. Jalinoos at al
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
(2005) [6] đã đưa ra biểu thức thực nghiệm
phản ánh mối liên hệ giữa cường độ (f’c) với [1] Trần Quang Huy. Đánh giá khuyết tật
vận tốc truyền sóng âm (Vp) và tỷ trọng (ρ) cọc khoan nhồi bằng phương pháp xung
của bê tông qua biểu thức (5): siêu âm truyền qua hai ống, (2015).
65
nguon tai.lieu . vn
