MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH
Xác định chất chịu tải của cọc, Xác định chất lượng bê tông cọc, Xác định độ đồng nhất Và khuyết tật của cọc
Thí nghiệm cọc bằng phương pháp tải trọng tĩnh ép dọc trục (Thí nghiệm nén tĩnh cọc) có thể được thực hiện ở giai đoạn: thăm dò thiết kế và kiểm tra chất lượng công trình.
Thí nghiệm nén tĩnh cọc ở giai đoạn thăm dò thiết kế: được tiến hành trước khi thi công cọc đại trà nhằm xác định các số liệu cần thiết kế về cường độ, biến dạng và mối quan hệ tải trọng – chuyển vị của cọc làm cơ sơ cho thiết kế hoặc điều chỉnh đồ án thiết kế, chọn thiết bị và công nghệ thi công cọc phù hợp.
Thí nghiệm nén tĩnh cọc ở giai đoạn kiểm tra chất lượng công trình: được tiến hành trong thời gian thi công hoặc sau khi thi công xong cọc nhằm kiểm tra sức chịu tải của cọc theo thiết kế và chất lượng thi công cọc.
MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM SIÊU ÂM
Phương pháp thí nghiệm siêu âm được sử dụng để xác định chất lượng bê tông cọc dựa trên nguyên lý lan truyền dao động đàn hồi trong các môi trường vật chất (bê tông).
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM SIÊU ÂM
Sự truyền sóng qua các môi trường vật chất tuân theo các quy luật quang, hình học bao gồm các hiện tượng khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ. Sóng âm tần số cao truyền trong môi trường bê tông, khi gặp các vùng có sự thay đổi về đặc trưng vật liệu (mật độ, cấu trúc, …) một phần sóng bị phản xạ tại bề mặt có sự thay đổi, phần sóng âm còn lại sẽ vòng hoặc xuyên qua khuyết tật tiếp tục đi, thời gian truyền sóng (t) kéo dài, tốc độ (V) giảm. Trường hợp mặt giới hạn là không khí (các lỗ hổng) sẽ sinh ra phản xạ hoặc tán xạ, mức độ phản xạ phụ thuộc vào kích thước lỗ hổng. Dựa vào các hình dạng sóng được đưa ra trên màn hình có thể đánh giá chất lượng bê tông cọc. Vận tốc âm phản ánh tính năng đàn hồi của bê tông, sự thay đổi của biên độ sóng phản ánh độ đồng nhất của bê tông cọc.
Theo nguyên lý trên, chất lượng bê tông cọc được xác định dựa trên biểu đồ vận tốc và phổ âm của mỗi mặt cắt giữa 2 ống siêu âm đặt sẵn trong cọc theo suốt chiều dài. Trong quá trình thí nghiệm, đầu phát trong ống thứ nhất phát ra tín hiệu và đầu thu trong ống thứ hai sẽ nhận tín hiệu. Thiết bị chuyên dụng ghi và lưu giữ lại năng lượng và thời gian truyền tín hiệu suốt chiều dài thân cọc tại các khoảng độ sâu đều nhau khi kéo đều đồng thời đầu phát và đầu thu. Các thông số trên được hiển thị trên màn hình trong suốt quá trình thí nghiệm. Việc thí nghiệm được tiến hành cho tất cả các cặp ống còn lại.
Chú thích: Khi xác định tính đồng nhất của bê tông bằng phương pháp thí nghiệm siêu âm cần đánh giá kết hợp với kết quả thử nghiệm nén mẫu bê tông và chỉ xét cho phần bê tông đạt yêu cầu về cường độ theo thiết kế.
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐO ĐỘ BIẾN DẠNG
Sử dụng các đầu đo chuyên dụng loại đầu đo strain gauge Model 4200 của hãng Geokon – Mỹ để xác định giá trị biến dạng trong khối bê tông. Đầu đo được gắn sẵn trong cọc trước khi đổ bê tông. Dưới tác dụng của tải trọng dọc trục cọc và các đầu đo cùng bị biến dạng dọc theo chiều dài nhờ vào lực dính giữa bê tông và đầu đo strain gauge. Các đầu đo strain gauge được cấu tạo để có thể xác định được các thay đổi trong bê tông và cốt thép và chuyển về máy chủ nhờ cáp tín hiệu. Dựa vào các công thức quan hệ giữa ứng suất giữa ứng suất và biến dạng có thể dễ dàng xác định được nội lực phát sinh trong cọc tại các vị trí đầu đo strain gauge.
NGUYÊN LÝ THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘNG BIẾN DẠNG LỚN (PDA)
Phương pháp thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất một chiều trong thanh đàn hồi. Sóng ứng suất gây ra bởi tác động của búa đóng truyền từ đầu cọc đến mũi cọc. Cường độ và vận tốc của sóng ứng suất phụ thuộc vào năng lượng búa và đặc tính cơ học của vật liệu cọc. Quá trình truyền sóng ảnh hưởng bởi cường độ đất xung quanh cọc và đặc tính của vật liệu cọc. Bằng cách đo và phân tích quá trình này, phân bố cường độ đất tại các độ sâu được xác định cũng như các khuyết tật của cọc được phát hiện.
Khi tác dụng lực tại đỉnh cọc, sóng ứng suất sẽ truyền xuống theo thân cọc với vận tốc sóng (C) không đổi, đó là một hàm của module đàn hồi E và tỷ trọng r, (C2= E/r). Thời gian cần thiết cho sóng ứng suất truyền tới mũi cọc và phản hồi trở lại đỉnh cọc tỉ lệ với khoảng cách tới nguồn gây sóng phản hồi t = 2.L/C.
Khi sóng ứng suất (Wi) gặp sự thay đổi kháng trở cơ học từ Z1 = r1.A1.C tới Z2=r2.A2.C, thì một phần sóng phản hồi đi lên (Wu) và phần còn lại truyền xuống dưới (Wd) để cả hai điều kiện tương thích và cân bằng sau được thoả mãn:
Wd = Wi.[2.Z2/(Z2 + Z1)]
Wu = Wi.[( Z2 – Z1)/(Z2 + Z1)]
Tại đầu mũi tự do (Z2 = 0), sóng nén được phản hồi toàn bộ nhưng ngược dấu, còn đối với cọc đồng đều (Z1 = Z2) thì sóng nén lan truyền với biên độ không đổi.
Bằng cách bố trí các thiết bị đo xác định các giá trị vận tốc và lực ở đầu cọc tại các thời điểm khác nhau (bao gồm các đầu đo gia tốc và đầu đo biến dạng) có thể cho phán đoán được tình trạng khuyết tật và sự phân bố sức kháng của đất dọc theo thân cọc (sức chịu tải của cọc).
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐO ĐỘ CO NGẮN
Hệ thống đầu đo A9 bao gồm neo áp lực khí với các đầu dò co dãn liên kết với nhau bằng thanh nối duy nhất. Các neo áp lực khí được cố định tại chỗ và các đầu dò co dãn sẽ đo biến dạng của các đoạn cọc giữa hai vị trí neo.
Hệ thống đầu đo A9 được lắp đặt trong ống siêu âm đặt trong cọc tại các cao độ khác nhau trước khi gia tải cọc. Dưới tác dụng gia tải và giảm tải, cọc bị biến dạng dẫn tới các đầu dò co dãn sẽ bị biến dạng theo. Các số đọc tín hiệu từ các đầu dò co dãn được truyền đến thiết bị đọc tự động qua cáp tín hiệu. Từ các số liệu thu được ta có thể xác định được biến dạng của cọc bằng các công thức chuyên dụng.
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KODEN
Thiết bị thí nghiệm koden hoạt động dựa trên nguyên lý sóng siêu âm phản hồi.
Thiết bị thí nghiệm koden gồm 1 đầu dò cảm biến (có nhiệm vụ thu và phát sóng siêu âm) được kết nối với dây cáp và 1 máy tính điện tử dùng để thu và in dữ liệu. Đầu dò được đặt trên miệng hố khoan sao cho nằm ngay tâm hố khoan. Khi bắt đầu thí nghiệm, đầu dò được thả xuống hố khoan, nó sẽ phát ra các sóng âm phản hồi lại khi gặp thành hố khoan và thu lại. Căn cứ vào thời gian và vận tốc của sóng âm sẽ tính được quãng đường sóng âm truyền đi, từ đó sẽ cho kết quả về hình dạng hố khoan.
