QUYẾT ĐỊNH

VỀ VIỆC BAN HÀNH TCXDVN 359 : 2005 "CỌC- THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHUYẾT TẬT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG BIẾN DẠNG NHỎ"

BỘ TRƯỞNG BỘ XÂY DỰNG

Căn cứ  Nghị định số 36/2003/NĐ-CP ngày 04/04/2003 của Chính Phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Xây dựng;
 Xét đề  nghị  của  Vụ trưởng Vụ Khoa học Công nghệ,

QUYẾT ĐỊNH

Điều 1. Ban hành  kèm theo quyết định này 01 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam : TCXDVN 359 : 2005 " Cọc - Thí nghiệm kiểm tra  khuyết tật  bằng phương pháp động biến dạng nhỏ"

Điều 2. Quyết định này có hiệu lực sau 15 ngày, kể từ ngày đăng công báo

Điều 3. Các Ông Chánh văn phòng Bộ, Vụ trưởng Vụ Khoa học  Công nghệ và Thủ trưởng các đơn vị có liên quan chịu trách nhiệm thi hành Quyết  định này ./.

TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM TCXDVN  359: 2005

CỌC - THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHUYẾT TẬT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG BIẾN DẠNG NHỎ

Foundation Piles - Method of detection of defects by dynamic low-strain testing

Hà Nội - 2005

Lời nói đầu

TCXDVN 359:2005 “ Cọc – Thí nghiệm kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp động biến dạng nhỏ” do Bộ Xây dựng ban hành theo Quyết định số 45/2005/QĐ-BXD ngày 19/12/2005.

CỌC - THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHUYẾT TẬT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG BIẾN DẠNG NHỎ

Foundation Piles - Method of detection of defects  by dynamic low-strain testing

1. Phạm vi áp dụng  

1.1. Tiêu chuẩn này được áp dụng cho cọc móng của công trình xây dựng. 

1.2 Phương pháp động biến dạng nhỏ được áp dụng để phát hiện khuyết tật trên cọc đơn chế tạo bằng bê tông cốt thép hoặc bằng thép, hạ theo phương thẳng đứng hoặc xiên.

1.3 Không nên sử dụng phương pháp thí nghiệm này cho cừ ván thép và cho cọc có trên 1 mối nối và cọc có đường kính tiết diện lớn hơn 1,5 m.

1.4 Không sử dụng phương pháp thí nghiệm này để đánh giá sức chịu tải của cọc.

Ghi chú:

1) Độ sâu thí nghiệm  kiểm tra trong điều kiện thông thường khoảng 30 lần đường kính cọc. Trong trường hợp một phần thân cọc nằm trong nước hoặc trong đất rất yếu, có thể kiểm tra đến độ sâu lớn hơn.

2) Khi có đủ căn cứ, phương pháp này có khả năng xác định chiều dài cọc và cường độ bê tông thân cọc.

2. Qui định chung

2.1 Đề cương thí nghiệm phải được lập và được phê duyệt trước khi bắt đầu thí nghiệm.

2.2 Người thực hiện thí nghiệm phải có chứng chỉ xác nhận năng lực chuyên môn về thí nghiệm động biến dạng nhỏ do cơ quan có thẩm quyền cấp.

2.3  Thiết bị thí nghiệm phải là loại chuyên dùng cho công tác kiểm tra cọc bằng phương pháp động biến dạng nhỏ. Thiết bị thí nghiệm phải có chứng chỉ hiệu chuẩn định kỳ 2 năm/lần (nếu nhà cung cấp thiết bị không yêu cầu thời gian hiệu chuẩn ngắn hơn).

2.4 Cần kết hợp thí nghiệm biến dạng nhỏ với một số phương pháp thí nghiệm khác khi kiểm tra khuyết tật của cọc.

3. Tiêu chuẩn viện dẫn

TCXDVN 326 : 2004  "Cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu "

4. Thuật ngữ

4.1 Khuyết tật của cọc (deffect): Biến động của kích thước hình học hoặc của mật độ vật liệu cọc. 

4.2 Vận tốc truyền sóng  (wave speed):  Vận tốc sóng ứng suất lan truyền dọc trục cọc phụ thuộc vào tính chất của vật liệu cọc, .

4.3 Kháng trở của cọc Z (impedance): Là đại lượng xác định theo công thức , , trong đó:

  E là mô đun đàn hồi của vật liệu cọc, ;

 A là diện tích tiết diện ngang của cọc, ;

 là vận tốc truyền sóng ứng suất dọc trục cọc, .

4.4 Vận tốc đầu cọc (pile head velocity):  Vận tốc theo phương dọc trục cọc đo được tại đầu cọc  khi thí nghiệm biến dạng nhỏ, trong phần tiếp theo của tiêu chuẩn này được gọi tắt là vận tốc.

4.5 Phương pháp phản xạ xung (pulse echo method): Phương pháp phân tích trong đó  số liệu đo vận tốc được phân tích dưới dạng hàm số của thời gian.

4.6 Phương pháp ứng xử nhanh (transient response method): Phương pháp phân tích trong đó vận tốc và xung lực của búa được phân tích dưới dạng hàm số của tần số.

4.7 Phương pháp tín hiệu phù hợp (signal matching method): Phương pháp phân tích mức độ khuyết tật của cọc trong đó độ chính xác của kết quả được đánh giá theo sự phù hợp của vận tốc đầu cọc tính toán với vận tốc đo được tại hiện trường.

5. Thiết bị thí nghiệm

5.1 Thiết bị thí nghiệm gồm 3 bộ phận chính:

a)    Thiết bị tạo xung lực;

b)    Các đầu đo vận tốc và lực (nếu có);

c)     Thiết bị thu và hiển thị tín hiệu.

Ghi chú:

Một số thiết bị thí nghiệm thường dùng ở Việt Nam được giới thiệu trong phụ lục D.

5.2 Thiết bị tạo xung lực (va đập): Xung lực có thể được tạo bởi các dụng cụ như búa cầm tay hoặc quả nặng. Dụng cụ phải tạo xung lực theo phương dọc trục cọc với thời gian tác động nhỏ hơn 1 ms và không gây hư hỏng cục bộ trên đầu cọc.

Ghi chú:

Nên sử dụng búa cầm tay có phần đầu búa bằng chất dẻo với trọng lượng búa khoảng 0,5¸5 kg.   

5.3 Các đầu đo: Gồm 1 hoặc nhiều đầu đo vận tốc và đầu đo xung lực (không bắt buộc). Trường hợp  kiểm tra cọc dứơi đài cọc đã thi công cần sử dụng ít nhất 2 đầu đo vận tốc.

5.3.1 Đầu đo vận tốc : Vận tốc có thể được xác định bằng đầu đo gia tốc, đầu đo vận tốc hoặc đầu đo chuyển vị. Nếu sử dụng đầu đo gia tốc thì cần tích phân tín hiệu để xác định vận tốc. Nếu sử dụng đầu đo chuyển vị thì vận tốc được xác định bằng cách vi phân  tín hiệu đo.  

5.3.2 Đầu đo lực (không bắt buộc): Đầu đo lực gắn trên dụng cụ tạo xung phải có khả năng đo xung lực thay đổi theo thời gian. 

5.3.3 Tín hiệu đo vận tốc và lực được chuyển về thiết bị thu và hiển thị tín hiệu bằng dây dẫn tín hiệu có khả năng chống nhiễu. 

5.4. Thiết bị thu và hiển thị tín hiệu: Là thiết bị nhận tín hiệu từ các đầu đo, thực hiện một số xử lý ban đầu và hiển thị tín hiệu trên màn hình. Yêu cầu đối với thiết bị này được trình bày từ 5.4.1 đến 5.4.5.

5.4.1 Tín hiệu tương tự (analog signal) từ các đầu đo được chuyển đổi sang tín hiệu số. Tần số lấy mẫu khi chuyển đổi không nhỏ hơn 30000 Hz.  Tín hiệu ứng với mỗi nhát búa cần được lưu giữ cùng với mã số tín hiệu, thông tin về cây cọc, hệ số khuyếch đại, thời gian thí nghiệm.

5.4.2 Trường hợp các đầu đo gia tốc được sử dụng trong thí nghiệm, tín hiệu cần được hiệu chuẩn và tích phân để xác định vận tốc. Bộ phận thu số liệu cũng phải  có khả năng chỉnh cho vận tốc về 0 trong khoảng thời gian giữa các nhát búa.

5.4.3 Nếu sử dụng đầu đo xung lực, bộ phận thu số liệu phải có khả năng cân bằng về 0 trong khoảng thời gian giữa các nhát búa, hiệu chuẩn và khuyếch đại số liệu đo lực.

5.4.4 Bộ phận xử lý ban đầu phải thực hiện chuẩn hoá tín hiệu lực và vận tốc theo cùng đường cong ứng xử tần số để tránh sự lệch pha tương đối và sự chênh lệch về biên độ.

5.4.5 Các tín hiệu đo vận tốc và lực (nếu có) được hiển thị dưới dạng biểu đồ vận tốc - thời gian và lực - thời gian. Cần đảm bảo là thiết bị có khả năng hiển thị tín hiệu ứng với nhát búa được lựa chọn trong thời gian không ít hơn hơn 30 giây.

6. Xác định số lượng và vị trí cọc thí nghiệm

6.1 Số lượng cọc được kiểm tra bằng phương pháp động biến dạng nhỏ được xác định theo yêu cầu của TCXDVN 326:2004. Trường hợp phát hiện tỷ lệ cọc có khuyết tật vượt quá 30% số cọc đã kiểm tra thì tăng thêm 50% số cọc thí nghiệm và nếu tỷ lệ cọc có khuyết tật vẫn vượt quá 30% số cọc đó thì tiến hành kiểm tra toàn bộ các cọc của công trình.

6.2 Tất cả các cọc thuộc móng có 1 cọc phải được kiểm tra bằng phương pháp động biến dạng nhỏ nếu chưa được kiểm tra bằng phương pháp khác. Đối với móng có từ 2 đến 3 cọc, nếu thí nghiệm phát hiện một cọc có khuyết tật thì kiểm tra các cọc còn lại.

6.3 Đối với các móng có nhiều cọc, vị trí cọc được thí nghiệm nên được xác định theo tầm quan trọng của cây cọc, tình hình thực tế thi công cọc hoặc lựa chọn một cách ngẫu nhiên.

7. Thí nghiệm ở hiện trường

7.1 Chuẩn bị thí nghiệm

7.1.1. Đối với cọc nhồi hoặc cọc ống có đổ bê tông lấp lòng cọc thì thời gian bắt đầu công tác thí nghiệm lấy bằng giá trị lớn hơn của:

a)            7 ngày, kể từ khi kết thúc đổ bê tông;

b)      Thời gian để cường độ bê tông đạt 75% giá trị thiết kế. 

7.1.2 Đầu cọc phải dễ tiếp cận, không được ngập nước, phần bê tông chất lượng thấp trên đầu cọc phải được loại bỏ cho tới lớp bê tông tốt, đất và các phế thải xây dựng trên bề mặt đầu cọc phải được tẩy sạch.  

7.1.3 Số lượng tối thiểu các điểm thí nghiệm  trên bề mặt đầu cọc là:

a)            1 điểm đối với cọc D £ 0,60 m

b)            3 điểm đối với cọc D > 0,60 m (hình 1)

7.1.4 Trên bề mặt đầu cọc cần mài phẳng các vị trí dự kiến đặt đầu đo vận tốc và các vị trí tạo xung lực (gõ búa).

Ghi chú: Nên dùng dụng cụ cầm tay để mài phẳng các vị trí đo, phạm vi mài phẳng quanh mỗi vị trí đo có đường kính khoảng 10 đến 15 cm.

Hình 1 - Sơ đồ bố trí các điểm đo

7.2. Lắp đặt thiết bị đo

7.2.1  Việc lắp đặt đầu đo vận tốc trên đầu cọc phải đảm bảo cho trục của đầu đo song song với trục của cọc. Nên sử dụng vật liệu đệm như sáp, va-dơ-lin, v.v., để đảm bảo sự tiếp xúc giữa đầu đo và bề mặt đầu cọc. Bề dày của lớp vật liệu đệm càng mỏng càng tốt. 

7.2.2  Sau khi nối các đầu đo vào bộ phận ghi tín hiệu cần kiểm tra hoạt động của thiết bị. Nếu phát hiện thiết bị hoạt động không bình thường thì phải dừng thí nghiệm.

7.3 Đo sóng

7.3.1 Xác định các tham số làm việc cho thiết bị trên cơ sở các đặc tính của cây cọc thí nghiệm. Có thể đo thử một vài nhát búa để điều chỉnh các tham số.

7.3.2  Lần lượt tiến hành gõ và đo sóng tại các điểm  đã định trên bề mặt đầu cọc. Búa phải được gõ để tạo ra xung lực theo phương dọc trục cọc. Tại mỗi điểm cần thực hiện phép đo cho ít nhất 3 nhát búa. 

7.3.3 Trước khi thí nghiệm mỗi cây cọc nên sơ bộ kiểm tra chất lượng tín hiệu. Biểu đồ vận tốc thu được tại mỗi điểm trên bề mặt đầu cọc phải có dạng tương tự. Những biến đổi bất thường của dạng biểu đồ tín hiệu có thể do hoạt động không bình thường của thiết bị đo, hư hỏng cục bộ gần bề mặt cây cọc hoặc sai sót trong thao tác của người thí nghiệm. 

7.3.4 Cùng với việc đo sóng cần thu thập các số liệu hiện trường có liên quan đến cọc thí nghiệm, cụ thể là:

a)            Số hiệu cây cọc thí nghiệm;

b)            Đường kính và chiều dài của cọc theo thiết kế và hoàn công;

c)             Điều kiện đất nền;

d)            Đường kính và chiều dài ống chống (casing), ống chống tạm hay để lại vĩnh viễn;

e)            Ngày đổ bê tông, biểu đồ khối lượng đổ bê tông theo độ sâu, phương pháp đổ bê tông;

f)              Vị trí tạo xung và vị trí đặt đầu đo vận tốc;

g)            Cao độ đầu cọc tại thời điểm thí nghiệm;

h)            Các biên bản hiện trường theo dõi quá trình thi công cọc.

8. Phân tích tín hiệu

8.1 Mục đích của phân tích tín hiệu là phát hiện dấu hiệu của khuyết tật, xác định vị trí và dự báo mức độ của khuyết tật. Việc phân tích có thể được thực hiện theo phương pháp phản xạ xung, phương pháp ứng xử nhanh hoặc phương pháp "tín hiệu phù hợp".

8.2 Phân tích theo phương pháp phản xạ xung:  Phương pháp này xác định độ sâu có thay đổi kháng trở trên cơ sở số liệu đo vận tốc ở đầu cọc. Thông thường trong thí nghiệm xung biến dạng nhỏ chỉ cần phân tích theo phương pháp này là đủ. Việc phân tích được thực hiện theo các bước từ 8.2.1 đến 8.2.3.

8.2.1 Biểu diễn số liệu đo

Số liệu đo được biểu diễn dưới dạng biểu đồ vận tốc - thời gian (hình 2), trong đó trục tung của biểu đồ là biên độ sóng và trục hoành là trục của thời gian hoặc độ sâu. Khuyếch đại tín hiệu sao cho biên độ sóng phản xạ từ mũi cọc được hiển thị với biên độ tương đương biên độ sóng ban đầu.  Nên áp dụng hệ số khuyếch đại dạng hàm số mũ với trị tăng theo thời gian. 

Hình 2 - Biểu đồ vận tốc

8.2.2  Xác định biểu đồ sóng đặc trưng

Biểu đồ sóng đặc trưng được xác định từ kết quả thí nghiệm các cọc có cùng đường kính, chiều dài, vật liệu và được hạ trong cùng điều kiện đất nền. Xác định biểu đồ sóng đặc trưng theo trình tự sau:

a)         Quan sát tất cả các biểu đồ thí nghiệm của các cây cọc đã thí nghiệm, sơ bộ nhận dạng các đặc tính chung của biểu đồ sóng. Tham khảo kết quả khảo sát địa chất công trình để đánh giá ảnh hưởng của điều kiện đất nền đối với ứng xử của các cọc thí nghiệm; 

b)         Loại bỏ các cây cọc có dạng sóng đột biến;

c)         Lấy giá trị trung bình của số liệu đo của các cây cọc có biểu đồ sóng tương tự. Biểu đồ sóng trung bình được lấy làm biểu đồ đặc trưng của các cây cọc thí nghiệm. 

8.2.3 Phân tích số liệu đo

Việc phân tích số liệu đo được thực hiện cho từng cây cọc thí nghiệm theo trình tự sau:

a)         So sánh dạng của biểu đồ sóng vận tốc của mỗi cây cọc với biểu đồ sóng đặc trưng, từ đó xác định các cây cọc nghi ngờ có khuyết tật thể hiện bởi sóng phản xạ cùng hướng với sóng ban đầu trong khoảng độ sâu từ  đầu cọc tới mũi cọc;

b)         Xác định dấu hiệu của phản xạ từ mũi cọc;

c)         Có thể đánh giá cọc không có khuyết tật khi đáp ứng các điều kiện:

-                      Không xảy ra thay đổi đột ngột của biên độ sóng cùng hướng với sóng ban đầu  từ các độ sâu nhỏ hơn độ sâu mũi cọc;

-                       Sóng phản xạ từ mũi cọc được quan sát rõ.

d)         Trường hợp quan sát thấy sóng phản xạ từ các độ sâu nhỏ hơn chiều dài cọc theo cùng hướng với sóng ban đầu và phản xạ từ mũi cọc không quan sát được thì cây cọc có khả năng có khuyết tật ở độ sâu:

                                                                                                                                                         (1)

trong đó:  

      là khoảng cách từ đầu cọc đến độ sâu phát sinh phản xạ cùng hướng với sóng vận tốc ban đầu, m;

    là khoảng thời gian kể từ khi xung tác động vào đầu cọc đến khi sóng phản xạ trở lại đầu cọc, s;

  là vận tốc truyền sóng trong cọc, m/s, xác định theo phương pháp trình bày trong phụ lục B.

8.3 Phân tích theo phương pháp ứng xử nhanh:  Phương pháp này phân tích số liệu đo vận tốc và xung lực theo tần số (xem phụ lục A). Việc phân tích được thực hiện theo các bước từ 8.3.1 và 8.3.2.

8.3.1 Biểu diễn số liệu đo

Kết quả đo được thể hiện dưới dạng biểu đồ quan hệ giữa độ dẫn nạp,, và tần số dao động, (Hình 3.

Hình 3 - Biểu đồ độ dẫn nạp của cọc

8.3.2 Phân tích số liệu đo

Việc phân tích số liệu đo được thực hiện cho từng cây cọc thí nghiệm theo trình tự sau:

a)         Quan sát biểu đồ độ dẫn nạp của cọc, xác định các tần số trội cách đều;

b)         Xác định các tần số ứng với các cực trị nêu trên và ;

e)         Tính toán độ sâu phát sinh sóng phản xạ theo công thức:

                                                                                                                                                                  (2)

trong đó:  

    là chênh lệch về tần số giữa 2 tần số trội liên tiếp, Hz;

  và  có ý nghĩa như trong công thức (1).    

 8.4 Phân tích theo phương pháp "tín hiệu phù hợp":  Số liệu đo có thể được phân tích bằng phần mềm theo thuật toán tín hiệu phù hợp để định lượng mức độ khuyết tật của cọc (xem phụ lục A).  Cần kết hợp kết quả phân tích bằng phương pháp này với các thông tin về thiết kế và thi công cọc và điều kiện đất nền để đánh giá mức độ nguyên vẹn của cọc.

9. Báo cáo kết quả thí nghiệm

 9.1 Báo cáo kết quả thí nghiệm cần cung cấp thông tin liên quan đến công trình xây dựng, phương pháp thí nghiệm, các đặc điểm của cọc thí nghiệm, số liệu đo, đánh giá độ nguyên vẹn của cọc và các kiến nghị (nếu có).

9.2 Các thông tin vắn tắt về công trình xây dựng, bao gồm tên của công trình, địa điểm xây dựng, qui mô công trình, giải pháp nền móng, điều kiện địa chất công trình, v.v. 

9.3 Các thông tin vắn tắt về thí nghiệm động biến dạng nhỏ, bao gồm nguyên lý của phương pháp, thiết bị thí nghiệm, qui trình thí nghiệm và phương pháp đánh giá số liệu.

9.4. Các thông tin về cọc thí nghiệm gồm:

a)            Số hiệu cọc thí nghiệm và vị trí cọc trên mặt bằng công trình;

b)            Đường kính tiết diện và chiều dài cọc thí nghiệm, cấu tạo cọc, vị trí các mối nối trong trường hợp thí nghiệm cọc chế tạo sẵn;

c)             Công nghệ thi công cọc;

d)            Thời gian thi công cọc: Ngày đổ bê tông (đối với cọc nhồi),  ngày hạ cọc (đối với cọc chế tạo sẵn);

e)            Quá trình thi công cọc, các dấu hiệu bất thường phát hiện được trong quá trình thi công cọc;

f)              Thời gian thí nghiệm kiểm tra cọc bằng phương pháp  động biến dạng nhỏ;

g)            Kết quả thí nghiệm kiểm tra cọc bằng các phương pháp khác (nếu có).

9.5  Số liệu đo cần được thể hiện dưới dạng biểu đồ vận tốc tại đầu cọc và biểu đồ xung lực (nếu có).

9.6 Kết quả phân tích nên được thể hiện dưới dạng biểu đồ. Nếu phân tích theo tần số nên thể hiện biểu đồ độ dẫn nạp còn khi phân tích theo phương pháp tín hiệu phù hợp nên trình bày biểu đồ của kháng trở của cọc.

9.7 Kết luận về tình trạng khuyết tật của cọc thí nghiệm cần nêu rõ độ sâu nghi ngờ có khuyết tật, nhận xét về mức độ khuyết tật và các kiến nghị (nếu có).