Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành l pậ Vi nệ KHCN Xây dựng
Ố
SO SÁNH M TỘ S TIÊU CHẤT LƯỢNG C C KH
Ọ
CHUẨN THÍ NGHIỆM SIÊU ÂM XÁC Đ NHỊ OAN NHỒI HIỆN ÁP DỤNG
Ở NƯỚC TA
H ngồ
Ph mạ Dương*
TÓM TẮT: Thí nghi mệ siêu âm c cọ khoan nh iồ là phương pháp phổ bi nế và hi uệ quả trong việc đánh giá ch tấ lượng c cọ khoan nhồi đã thi công. Ở Vi tệ Nam, các dự án xây d ngự có ngu nồ v nố trong và ngoài nước sử dụng hệ thống quản lý ch tấ lượng khác nhau trong đó có tiêu chuẩn thí nghi mệ siêu âm c cọ khoan nhồi. Báo cáo này nhận xét, đánh giá các uư như cợ đi mể c aủ một số tiêu chuẩn, góp ph nầ cho quá trình làm m i ớ tiêu chuẩn thí nghiệm siêu âm hiệu quả hơn.
1 Đ TẶ V NẤ ĐỀ
ả
Phương pháp sử d ngụ xung siêu âm đánh giá ch tấ lượng bê tông trước đây chỉ áp dụng cho các k t ế cấu bên trên như dầm, cột… đã được cải tiến để tiến hành kiểm tra ch tấ lượng cọc khoan ng chỉ hướng d nẫ thực hiện nhồi sau khi thi công. Các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng được xu tấ b n khô thí nghiệm mà còn đ nhị hướng cho các nhà s nả xu tấ chế tạo các thiết bị tiên tiến hơn, thực tế hơn. Hi nệ có nhi uề dự án xây d ngự đang th cự hi nệ trong nước v iớ hệ th ngố quản lý ch tấ lượng khác nhau tùy thuộc quy định của Chủ đầu tư, nhà Tư vấn. Tiêu chuẩn thí nghiệm siêu âm là một phần của h ệ thống này, tuy nhiên vi cệ áp d ngụ tiêu chuẩn một cách máy móc và không phù hợp tiêu chu nẩ thi công v nẫ còn phổ biến. Báo cáo này dựa trên xem xét các tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9396: 2012, Mỹ ASTM D6760-08, Trung Quốc JGJ 106-2003 (phần 10) và Pháp NF P 94-160-1 để đưa ra các so sánh và đánh giá, nhận xét riêng, giúp người đọc có cái nhìn tổng quan và hiểu th uấ hơn về các tiêu chuẩn kỹ thu tậ cho thí nghi mệ siêu âm. Điều này cũng là phù hợp với xu hướng hội nh pậ quốc tế trong xây d ngự và nhu c uầ th ngố nhất sử dụng một tiêu chuẩn quốc tế trong tương lai.
tế bị thí nghiệm và Phân tích k tế quả thí
Báo cáo s ẽ đánh giá theo các mục Chu nẩ bị thí nghiệm, Thi nghi mệ
2 VỀ V NẤ ĐỀ CHU NẨ BỊ THÍ NGHIỆM
2.1. Vật li uệ chế t oạ ống siêu âm
V tậ li uệ chế t oạ ống thư ngờ b ngằ thép hoặc nhựa. V tậ liệu khác với bê tông nhả hưởng đến th iờ gian truyền sóng tuy nhiên ảnh hưởng này là nhỏ hơn so v iớ nhả hưởng c aủ mức độ bám dính của 02 vật li uệ này với bê tông. Chỉ có ASTM D6760 đề cập đến v tậ liệu chế tạo ngố siêu âm được làm b ng ằ thép hoặc nh a.ự
138
* Ph mạ Hồng Dương, Vi nệ CN Đ aị kỹ thu tậ - Viện KHCN Xây dựng, 0983060438
139
2.2. Số lượng ống siêu âm
Số lượng ống siêu âm được quy định tùy thuộc c uấ ki nệ móng cần thí nghiệm. TCVN 9396: 2012 quy định đ tặ 02 ống cho cọc có đường kính D ≤ 600 mm, 03 ngố cho c cọ có đường kính 600 < D ≤
1000 mm, và hơn 04 ngố cho c cọ có đường kính D > 1000 mm và khoảng cách các ngố trong kho ngả từ 0,3 đ nế 1,5m.
đ tặ 02 ngố cho cọc có đường kính D ≤ 600 mm, 03 ngố Tiêu chuẩn Pháp NF P 94-160-1 quy đ nhị cho cọc có đường kính 60 < D ≤ 1200 mm, và hơn 04 ống cho cọc có đường kính D > 1200 mm. Tuy nhiên quy đ nhị về kho ngả cách giữa các ngố siêu âm là trùng hợp TCVN 9396 từ 0,3 đ nế 1,5m.
Tiêu chu nẩ Trung Quốc JGJ 106-2003 quy định đặt 02 ống cho cọc có đường kính D ≤ 800 mm, 03 ngố cho cọc có đường kính 800 < D ≤ 2000 mm, và hơn 04 ống cho cọc có đường kính D > 2000 mm.
Tiêu chu nẩ Mỹ ASTM D6760-08 quy định đ tặ các ngố sao cho khoảng cách ngố từ 0,25 đến 0,30m.
tậ trong ph mạ vi này. ngỐ siêu âm ph iả bố trí đủ đ khể
Như v yậ có thể th yấ tiêu chuẩn Trung Quốc cho phép bố trí số ống ít nh tấ trong khi tiêu chu nẩ M ỹ bố trí số ngố nhi uề nhất trên cùng m tộ ti tế diện cọc. Quy định nào là hợp lý hơn? Thông thường kh ả năng phát sóng của các đ uầ phát hiện nay tới 2 đ nế 3m. Đi uề này không đ ngồ nghĩa ông bỏ qua với khả năng phát hi nệ khuy tế t t ậ trong thân cọc. Bằng thực nghi mệ có thể thấy các khuy tế tật g nầ ngố siêu âm có các khuyết t mức độ phát hiện lớn hơn các khuy tế t tậ cùng kích thước n mằ xa nố g. Một nghiên c uứ của Garland Likins [1] chỉ ra rằng một khuyết tật (khi th iờ gian tryền sóng FAT tăng 20% và năng lượng sóng gi mả 12 dB) n m ằ giữa 02 ngố siêu âm chỉ được phát hiện khi kích thước khuy tế tật lớn hơn 40% khoảng cách gi aữ
các ngố (Hình1).
140
Hình 1. Khả năng phát hi nệ khuy tế t tậ n mằ giữa 02 ngố siêu âm
141
ở trên có thể thấy việc bố trí 03 ống cho cọc đường kính 1500mm hay 04 ngố cho cọc Qua kết quả đường kính 2000mm như tiêu chu nẩ JGJ 106-2003 là không đủ. Các quy đ nhị về khoảng cách giữa các ngố của TCVN 9396: 2012 hay NF P 94-160-1 từ 0,5 đ nế 1,3m có thể dẫn đ nế bỏ sót khuyết tật khi thí nghiệm.
2.3. Đường kính ống siêu âm
Đường kính ngố siêu âm đư cợ quy định theo các tiêu chuẩn như sau: TCVN 9396: 2012 là từ 50- 60mm, ASTM D6760-08 là 38-50mm, JGJ 106-2003 là 50-60mm, NF P 94-160-1 là hơn 40mm. tế kế sao cho đầu đo có thể lọt qua dễ dàng và không làm ảnh hưởng Đường kính ống được thi đến độ chính xác của thi tế bị trong phép đo thời gian truy nề sóng FAT. Như v yậ giá trị 50-60mm là hợp lý và đư ngờ kính 40mm dường như là quá nhỏ. Việc t nậ dụng các ngố khoan lõi đường kính >100mm đáy ống cao h nơ đáy c cọ ~1m là hoàn toàn có thể áp d nụ g, chú ý sử dụng thêm bộ định tâm đầu đo kèm theo để đ uầ đo luôn di chuyển dọc tâm ngố siêu âm không làm sai số thêm phép đo th iờ gian truyền sóng. Các tiêu chu nẩ ASTM D6760-08, TCVN 9396: 2012, NF P 94-160-1 đ uề cho phép sử dụng ống siêu âm đường kính >100 mm trong trường hợp cần thiết. Tuy nhiên khoan lõi xong m iớ đư cợ tiến hành thí nghi mệ siêu âm trong TCVN 9396: 2012 là không h pợ lý vì ngố sau khi khoan lõi thường bị m tấ nư cớ và ngố khoan lõi v nẫ không đủ chiều sâu do vật liệu dưới đáy c c ọ đùn lên.
3 VỀ Đ CẶ ĐI MỂ THI TẾ BỊ THÍ NGHI MỆ
số 3.1. Tần phát
Tần số phát sóng siêu âm đư cợ thi tế kế phù hợp v iớ vật li uệ kiểm tra và kích thước khuy tế tật
i ố thiểu cần phát hiện. Bước sóng xung tín hi uệ λ được xác định theo công thức: t
λ = c * T = c / f (1)
Trong đó:
c: v nậ tốc truyền sóng siêu âm trong bê tông (lấy b ngằ 4000 m/s);
T: chu kỳ sóng siêu âm (T = 1/f);
f: t nầ số sóng siêu âm
Bảng 1 biểu di nễ các ngư nỡ g kích thước khuyết tật mà sóng siêu âm ở một t nầ số nh tấ định có
th ể phát hiện ra v i ớ gi ả thi t ế rằng khuyết t t ậ ch ỉ được phát hi n ệ khi kích thước
của nó d > λ.
142
Bảng 1. Kích thước khuy tế tật theo t nầ số sóng siêu âm
20 30 50 80 100 Tần số phát (kHz)
200 133 80 50 40 Bước sóng (mm)
> 200 > 133 > 80 > 50 > 40 Ngưỡng phát hiện khuy tế t tậ (mm)
K tế quả cũng cho th yấ n uế tần số sóng siêu âm có tần số 80-100 kHz đã trở nên quá nh yạ với các h t ạ c tố li uệ có dmax = 40-50mm dẫn đến sự suy giảm tín hiệu và khó khăn cho việc sử dụng k tế quả thí nghiệm.
Có thể k tế luận, tần số 50-60kHz là tối uư cho sóng siêu âm của các thiết bị ki mể tra bê tông.
3.2. Ngưỡng sai số đo độ sâu và khoảng cách phát xung theo chi uề sâu
Quy định về sai số đo độ sâu ở các tiêu chu nẩ có khác biệt khá lớn. JGJ 106-2003 không đề c pậ đến sai số này. Lý do cho vi cệ không kể đến có thể tham kh oả yêu cầu về khoảng cách phát xung c a ủ JGJ 106-2003. Hai tiêu chuẩn TCVN 9396: 2012 và NF P 94-160-1 có cùng một yêu c uầ quá cao v ề sai số đo độ sâu là 1/500 chiều sâu siêu âm cọc và 50mm, ch nọ giá trị lớn hơn trong hai trường h p. ợ Thí nghiệm thực tế cho th yấ r tấ khó thỏa mãn yêu c uầ này và kích th cướ khuy tế tậ thông thường cũng lớn hơn ngưỡng này r tấ nhiều. Các quy định c aủ ASTM D6760-08 có vẻ t dễ dàng hơn (1/100L và 250mm ch nọ giá trị l nớ hơn). Tuy nhiên ngưỡng 1/200L và 100mm có thể là phù hợp v iớ th cự t nế h t.ấ
Quy định về kho ngả cách phát xung theo chi uề dọc s pắ xếp theo yêu c uầ l nầ lượt là ≤ 1 cm theo NF P 91-160-1, ≤ 50 mm theo ASTM D6760-08, ≤ 250 mm theo JGJ 106-2003. Tiêu chuẩn TCVN
9396: 2012 không có ghi về yêu cầu này.
t.ậ Ngược l
ngườ như quá cao Các quy định của NF P 94-160-1 về sai số đo độ sâu và kho ngả cách phát xung d so v iớ yêu c uầ thực tế về kích thước nhỏ nh tấ của khuyết t iạ JGJ 106-2003 dường nh ư phù hợp với các thiết bị của Trung Quốc nên các yêu cầu trên lại quá thoáng dẫn đ nế tình trạng b ỏ sót khuy tế tật khi đo thí nghiệm.
3.3. Ngưỡng sai số đo thời gian
thu tậ toán lựa ch nọ th iờ gian truy nề sóng. Theo đ nhị
iả tín hiệu của thiết b pị hân lý của Nyquist- iạ một tín hiệu qua l yấ m uẫ thì t nầ số lấy m uẫ tối thi uể phải gấp đôi tần số
Sai số đo thời gian truyền sóng trong mục này đề cập đ nế độ phân gi biệt với trường hợp sai s doố Shannon, để d ngự l c a ủ tín hi uệ (Hình 2).
143
Hình 2. Minh họa định lý Nyquist – Shannon
sai số đo th iờ gian ≤2% thời gian truyền sóng hoặc 1µs, ASTM quy đ nhị
V iớ nh nậ đ nhị t nầ số siêu âm bê tông trong khoảng 50-60 kHz là phù hợp v iớ các thiết bị kiểm tra bê tông thì t nầ số l yấ mẫu trên thiết bị lớn h nơ 100-120 kHz là đạt yêu cầu. NF P 94-160-1 quy đ nh tần số l yấ mẫu ị tối thi uể 250.000 kHz tương đư nơ g 4µs, TCVN 9396: 2012 quy định sai số về th iờ gian ≤ 1% th iờ gian truyền sóng, còn tiêu chuẩn JGJ 106-2003 quy định ≤ 0.5 µs. Thực tế thí nghi mệ cho thấy, sai số về th iờ gian truyền sóng do thay đổi kho ngả cách đ uầ dò khi đo còn lớn hơn r tấ nhi uề lên đến 30 µs thì quy đ nhị v iớ những giá trị quá nhỏ này ở các tiêu chuẩn là không c nầ thiết.
4 VỀ PHÂN TÍCH K TẾ QUẢ THÍ NGHIỆM
4.1. Cách tính th iờ gian truyền sóng
cướ đây thường do người phân tích lựa chọn khi các thi
Cách chọn thời gian truy nề sóng tr ban đầu có khối lượng số liệu đo nhỏ. Tuy nhiên sự phát tri nể c aủ các thi gi i ả ngày càng cao, s ố lượng tín hi uệ đo r tấ dày d nẫ đến nhu cầu t
tế bị tế bị siêu âm v iớ độ phân đự ộng hóa trong xử lý số liệu. Không thuật toán nào có thể đáp ứng tuyệt đối việc tính thời gian truyền sóng chính xác cho một cướ khi in kết quả chính thức bởi m tặ cắt siêu âm. Người xử lý tín hi uệ vẫn ph iả rà soát l nhiều sai số nh ả iạ tr iỗ chương trình… hưởng như nhi uễ tín hi u,ệ l
Duy nh tấ NP F 94-160-1 quy định cách ch nọ thời gian truyền sóng theo phương pháp ngưỡng c ố định. Các tiêu chu nẩ còn lại không đề c pậ gì đến cách chọn này.
tế bị do họ hi uể rõ u ư nhược tế bị chế tạo. Và việc đ aư tính năng người dùng can thi pệ là b tắ buộc để loại bỏ
Cách tính th iờ gian truyền sóng nên mặc định cho các nhà cung cấp thi điểm của thi nh ng ữ sai số đề cập kể trên.
4.2. Cách tính vận tốc truyền sóng
Vận tốc truyền sóng là k tế quả g nắ li nề với th iờ gian truyền sóng thông qua công th c:ứ
V = D / T (2)
Trong đó:
V: v nậ tốc truyền sóng;
144
D: Khoảng cách truy nề sóng là kho ngả cách giữa các ngố siêu âm
T: Thời gian truy nề sóng
Khi kho ngả cách ống D không thay đổi dọc theo chi uề sâu cọc thì giá trị vận tốc truyền sóng là tin cậy. Tuy nhiên thực t kế hoảng cách này dao động khá nhiều. Người xử lý s ố li uệ phải chỉ ra được nh ngữ ảnh hưởng này và không dựa trên nh ngữ giá trị tuy tệ đối của v nậ tốc truyền sóng để đánh giá ch tấ lượng bê tông cọc.
Tiêu chu nẩ TCVN 9396: 2012 đưa ra D là khoảng cách tâm 02 đầu đo rõ ràng là một thi uế sót.
4.3. Cách tính năng lượng sóng
Năng lượng sóng hay biên độ sóng là yếu t ố không thể thiếu khi đánh giá kết quả thí nghiệm. Năng lượng suy gi mả m nhạ qua môi trường khuy tế tật là tiêu chí để lựa chọn thông số này. NF P 94-160- 1 đưa ra công thức tính năng lượng tỉ lệ với tổng biên độ đỉnh của 10 chu kỳ đầu tính từ thời sóng đầu tiên. TCVN 9396: 2012 gian truyền sóng, JGJ 106-2003 lập công thức chỉ có biên độ đ nhỉ và ASTM D6760-08 không ghi cách xác đ nhị năng lượng sóng trong tài li uệ tiêu chuẩn
nghĩa khuyết 4.4. Đ nhị t tậ
ASTM lựa chọn cách không đ aư vào tiêu chu nẩ định nghĩa này nh ngư có đ aư ra minh họa. NF P 94- 160-1 đưa ra ngưỡng khuy tế t tậ là tăng th iờ gian truy nề sóng lên 20% và năng lượng sóng giảm 14dB.
nghĩa khuyết t tậ khi vận tốc truyền sóng tại đi mể đang xét nhỏ hơn giá
JGJ 106-2003 đưa ra đ nhị trị trung bình một độ lệch chu nẩ định trước và năng lượng truy nề sóng giảm 6 dB
TCVN 9396: 2012 đưa ra mức gi mả v nậ tốc truy nề sóng hoặc tăng th iờ gian truy nề sóng là 20%
cùng mức giảm 50% năng lượng tương đối là ngưỡng khuyết tật.
nghĩa khuyết t
Có th ể th yấ các tiêu chuẩn nước ngoài rất rõ ràng và thống nhất trong cách đ nhị t.ậ ASTM dành sự lực ch nọ cho các chuyên gia khi không đề cập cách ch nọ thời gian truy nề sóng, năng nghĩa khuy tế t lượng sóng và đương nhiên không có đ nhị tậ trong tài liệu.
NF P 94-160-1 và JGJ 106-2003 cùng đ aư ra cách tính các thông số và mức độ khuyết tật theo các thông số đó.
02 thông số trên nh ngư lại có đ nhị nghĩa khuyết t tậ
TCVN 9396: 2012 không đưa ra cách xác đ nhị rõ ràng r tấ khó hi uể cho mọi ng iườ khi sử d ngụ tiêu chuẩn.
5 KẾT LUẬN
Thông qua đánh giá uư nhược đi mể của các tiêu chuẩn, có thể rút ra các k tế luận sau:
145
• Các ống siêu âm nên bố trí v iớ khoảng cách ≤ 400 mm
• ngỐ thép và ngố nhựa đều có thể sử d ngụ cho thí nghi mệ siêu âm
146
• Thời gian thí nghiệm siêu âm từ 5 ngày 7 ngày sau khi đổ bê tông, không nên quá 10 ngày.
• T nầ số sóng thi tế bị siêu âm nên lựa ch nọ từ 50-60 kHz
• T nầ số l yấ m uẫ thiết bị ≥ 250,000 kHz là đ tạ yêu cầu
• Khoảng cách phát xung nên ≤ 50 mm
• Nên đưa các biểu đồ thời gian truyền sóng, năng lượng sóng và b nả đồ tín hi uệ vào trong
báo cáo kết quả thí nghiệm.
• V iớ các thiết bị khác nhau, ph nầ mềm xử lý khác nhau thì vi cệ định nghĩa khuyết tật nghĩa khuyết tật mà chỉ đưa iạ tế bị rất cụ thể được sử dụng t
là không thống nh tấ được. Quy mô tiêu chuẩn không nên đ nhị vào ở phạm vi tiêu chuẩn dự án để phù h pợ với các thi đây.
1. TCVN 9396: 2012 “C cọ khoan nhồi – Xác đ nhị
tính đ ngồ nh tấ c aủ bê tông - Phương pháp xung siêu âm”.
2. Garland Likins, Scott Webster and Mario Saavedra, Evaluation of defects and Tormography for CSL.
3. JGJ 106-2003 “Technical code for testing of building foundation piles – 10. Cross hole logging”
4. ASTM D6760-08 “Standard test method for integrity testing of concrete deep foundations by ultrasonic
crosshole testing”
5. P 94-160-1 “Auscultation d'un élément de foundation”
TÀI LIỆU THAM KHẢO
