Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu rung chấn do hoạt động thi công cọc trong xây dựng công trình giao thông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THANH TÚ

NGHIÊN CỨU RUNG CHẤN DO HOẠT ĐỘNG
THI CÔNG CỌC TRONG XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Mã số: 8.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đà Nẵng- Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN LAN


Phản biện 1: TS. Đặng Việt Dũng
Phản biện 2: TS. Cao Văn Lâm

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ ngành Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông họp tại
Trường Đại học Bách khoa vào ngày 25 tháng 11 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa
 Thư viện Khoa Xây dựng cầu đường, Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tỉnh Quảng Ngãi thuộc khu vực duyên hải miền trung, là
một vùng đất ven biển, do đất phù sa bồi đắp, có địa chất rất đa dạng.
Trong những năm gần đây, với sự quan tâm của Trung ương, tỉnh
Quảng Ngãi ngày càng được đầu tư và phát triển về cơ sở hạ tầng.
Hoạt động thi công cọc trong xây dựng giao thông như đóng
cọc, khoan cọc nhồi, giã đá trong lổ khoan cọc nhồi, rút ống vách
thép, rung cọc ván,.., gây ra sóng lan truyền trong nền đất khá lớn.
Nếu cường độ sóng lan truyền lớn sẽ ảnh hưởng đến môi trường sống
và công trình lân cận khu vực thi công. Thực tế nhiều dự án thi công
xây dựng trên địa bàn tỉnh Quảng ngãi có xảy ra tranh chấp giữa
người dân và chủ dự án do vấn đề thi công gây rung chấn. Một số dự
án có tranh chấp lớn dẫn đến người dân ngăn cản không cho nhà thầu
thi công, dẫn đến nguy cơ mất an ninh trật tự và tiến độ thi công dự
án kéo dài.
Trong giới hạn luận văn thạc sỹ ứng dụng, với mục đích
nghiên cứu tìm hiểu vấn đề rung chấn do hoạt động thi công cọc ảnh
hưởng đến các công trình lân cận, học viên chọn đề tài “nghiên cứu
quy luật lan truyền sóng trong nền đất do hoạt động thi công cọc
trong xây dựng công trình giao thông” là rất cần thiết. Kết quả
nghiên cứu có thể ứng dụng để xác định bán kính ảnh hưởng do rung
chấn khi thi công cọc đến các công trình lân cận trong địa bàn tỉnh
Quảng Ngãi với vùng địa chất và tính chất nguồn rung tương tự.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài


- Nghiên cứu cơ sở l thuyết lan truyền sóng chấn động do
nguồn gây rung trong nền đất.
- Thực nghiệm xác định qui luật lan truyền sóng trong nền
đất do hoạt động thi công cọc đóng trên địa àn tỉnh Quảng Ngãi, t
đó xác định án ính ảnh hưởng đến công trình lân cận.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Quy luật lan truyền sóng do hoạt động
đóng cọc gây ra.


2
- Phạm vi nghiên cứu: Xác định quy luật lan truyền sóng trong
nền đất do hoạt động đóng cọc nhằm xác định phạm vi, bán kính ảnh
hưởng đến các công trình lân cận.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp phân tích lý thuyết và thực nghiệm kiểm chứng.
5. Kết quả dự kiến
Kết quả nghiên cứu dự kiến giúp cho người thiết kế và thi
công xây dựng dự áo được phạm vi ảnh hưởng của chấn động do
rung chấn khi thi công cọc đến các công trình lân cận trong địa bàn
tỉnh Quảng Ngãi với vùng địa chất và tính chất nguồn rung tương tự.


3

Chương 1
TỔNG QU N V
N TRU N S NG TRONG N N ĐẤT
DO THI C NG CỌC
1.1. Tổng quan các an tru ền s ng trong nền đất do hoạt đ ng
thi c ng
dựng và ảnh hưởng đến c ng tr nh n cận
Nhiều hoạt động thi công xây dựng như hạ cọc, đầm chặt nền
đường, nổ mìn phá đá nền đường,.. gây ra sự rung chấn lan truyền
trong nền tác động đến các công trình lân cận. Nếu cường độ nguồn
rung lớn, gây ra vận tốc rung các chất điểm lớn có thể làm hư hỏng
các công trình xung quanh.
Trong những năm qua, hoạt động thi công xây dựng các dự án
nói chung và dự án công trình giao thông nói riêng đã gây ra rung
chấn làm nứt nhà dân và các công trình lân cận khu vực dự án, ảnh
hưởng đến môi trường sống của người dân.
1.2. Các loại sóng lan truyền trong nền đất
Sóng phát ra t tâm rung động theo mọi hướng và giảm dần
hi càng xa tâm rung động. Sóng bao gồm sóng khối và sóng bề mặt.
- Sóng khối được phân ra làm hai loại: Sóng dọc P và sóng cắt
S (Hình 1.3). Sóng dọc P gây ra co dãn môi trường, các hạt dao động
theo phương truyền sóng và có khả năng truyền qua nền đá cứng như
granit lẫn chất lỏng như dung nham núi lửa hoặc nước biển. Sóng cắt
S gây ra chuyển động và hông làm thay đổi thể tích môi trường, các
hạt dao động trong mặt phẳng thẳng góc với phương truyền sóng.
Sóng cắt còn phân biệt sóng cắt thẳng đứng SV và sóng cắt nằm
ngang SH. Sóng cắt không thể lan truyền trong môi trường lỏng hoặc
khí vì các môi trường này không có khả năng chịu ứng suất cắt. Mỗi
loại sóng có vận tốc đặc trưng riêng. Vận tốc của sóng dọc lớn hơn
vận tốc của sóng cắt. Chính nhờ hiệu ứng này và dựa trên đo đạc dao
động mặt đất ở trạm đo địa chấn khác nhau có thể đánh giá được vị
trí chấn tâm (focus) và chấn tiêu (epicenter) của trận động đất.


4

Hình 1.3. Biến dạng nền đất do sóng khối a) Sóng dọc P b) Sóng cắt S

- Sóng khi lên tới bề mặt, do ảnh hưởng của bề mặt và cấu tạo
phân lớp của lớp vỏ trái đất sẽ xuất hiện sóng bề mặt bao gồm sóng
Rayleigh (sóng dọc) và sóng Love (sóng cắt).
- Sóng Rayleigh làm cho các chất điểm chuyển động theo một
quỹ đạo hình elip trong mặt phẳng thẳng đứng song song với hướng
truyền sóng (Hình 1.4)
- Sóng Love là sóng cắt S nhưng hông có thành phần thẳng
đứng SV, nó làm cho các chất điểm chuyển động trong mặt phẳng
nằm ngang song song với mặt đất, vuông góc với hướng truyền sóng.
Có rất nhiều tác giả ngoài nước đã nghiên cứu về sự lan truyền
sóng trong nền đất do hoạt động thi công xây dựng thể hiện ở [10][21].
Một số tác giả trong nước cũng đã nghiên cứu sự lan truyền
sóng trong nền đất do thi công cọc, thi công lu nền đường, nổ mìn
phá đá ở [4]-[9].
1.3. Các qui định giới hạn mức đ rung chấn đối với công trình
lân cận
Trên thế giới, nhiều quốc gia đã và đang xây dựng các qui
định “giới hạn mức đ rung chấn đối với công trình lân cận”, có
nhiều tiêu chuẩn đã được ban hành về thiết lập các mức rung giới
hạn để không ảnh hưởng đến con người và công trình lân cận như:
- BS 6472-1:2008 hoặc QCVN 27:2010/BTNMT.


5
- Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 7378: 2004 Rung động và chấn
động - Rung động đối với công trình – Mức rung giới hạn và
phương pháp đánh giá
- Tiêu chuẩn Đức: DIN 4150 - 3:1999 “Dao động kết cấu,
phần 3 - Ảnh hưởng của dao động lên kết cấu”;
- Tiêu chuẩn Anh quốc: BS 7385-2:1993 “Đánh giá và đo đạc
dao động trên công trình, phần 2 - Hướng dẫn đánh giá các mức hư
hỏng do dao động nền đất”;
- Tiêu chuẩn Thụy Điển: VSS - SN640-321a:1992 - Ảnh
hưởng dao động lên công trình xây dựng.
1.4. Kết luận chương 1
T những phân tích nêu trên cho thấy việc xác định những
ảnh hưởng của rung động lên các công trình lân cận đã được rất
nhiều nước trên thế giới nghiên cứu trong đó có Việt Nam và đã an
hành nhiều tiêu chuẩn quy định. Tuy nhiên, do đặc tính của mỗi
nguồn rung hác nhau và điều kiện địa chất mỗi vùng miền cũng
khác nhau nên việc “ ghiên cứu rung chấn do hoạt động thi công
cọc trong
dựng công trình giao thông” là rất cần thiết.
Kết quả nghiên cứu sẽ xác định phạm vi ảnh hưởng của rung
chấn, đánh giá đúng và quyết định được biện pháp thi công phù hợp
với t ng dự án. Đồng thời kết quả nghiên cứu cũng có thể được áp
dụng đối với các dự án tương tự hác trên địa bàn tỉnh.


6

C

SỞ

Chương 2
THU T PH N T CH
N TRU
DO THI C NG CỌC

N S NG

2.1. Cơ sở thu ết
2.1.1. Phương trình vi ph n của phân tố ứng suất trong môi
trường không gian đàn hồi
Đối với vật thể án hông gian đàn hồi trên mặt tự do người ta
còn phát hiện ra hai loại sóng. Tùy theo phương chuyển động của các
hạt, ta có sóng mặt Rayleigh hoặc sóng Love. Các sóng này giảm đi
rất nhanh theo chiều sâu. Tốc độ lan truyền sóng é hơn sóng ngang.
Hao tán năng lượng xảy ra chậm hơn sóng dọc. Sự khác nhau giữa
hai loại sóng trên là ở chổ, sóng Rayleigh, các hạt chuyển động
vuông góc với hướng lan truyền sóng, là hướng vuông góc với mặt
tự do, tương tự sóng hấp dẫn trên mặt chất lỏng.
Còn các hạt sóng Love cũng chuyển động vuông góc với
phương truyền sóng nhưng lại song song với mặt tự do. Sóng này
thường xuất hiện ở các lớp mà một mặt tiếp xúc với bán không gian
có mật độ khác không, còn mặt ia là án hông gian coi như hông
có khối lượng (ví dụ lớp đệm trên mặt đất).
Nghiên cứu sóng mặt có nghĩa rất lớn trong thực tế, nhất là
khi tính toán các công trình trên mặt đất. Sóng dọc, sóng ngang
truyền t trung tâm ích động, thì cường độ giảm đi rất nhanh, trong
hi đó sóng mặt lan truyền theo mặt đất rất xa. Các công trình ở xa
tâm chấn động thực chất chịu ảnh hưởng của sóng mặt. Các nguồn
ích thích dao động công nghiệp hoặc giao thông do sóng mặt mà
ảnh hưởng đến các vùng lân cận là đáng ể.
Ban đầu ta sẽ xét các thành phần của phương trình cân ằng
phân tố ứng suất trong hông gian đàn hồi:
u, v, w là các thành phần chuyển vị của phân tố;  là khối
lượng riêng phân tố chính,
chuyển vị u, v, w phần tố.

 2u  2 v  2 w
,
,
là gia tốc của các
t 2 t 2 t 2


7
Phương trình cân ằng của phân tố theo lý thuyết đàn hồi có
dạng:

 2u  x  yx  zx



X
t 2
x
y
z
 2 v  xy  y  zy
 2 


Y
t
x
y
z
 2 w  xz  yz  z
 2 


Z
t
x
y
z



(2-1)

2.1.2. Mối quan hệ giữa biên độ và khoảng cách đến nguồn rung
của phân tố trong môi trường bán đàn hồi.
Phương trình iên độ dao động của nền đất


Pv  2 (2 2  k 2  2 )
q0 
J1 (r )d 
2 0
F ()

(2-25)



P k 2
w0   v 
J 0 (r )d 
2 0 F ()

(2-26)

Trên đây là công thức xác định iên độ dao động trên bề mặt
nền đất dựa trên lực đơn tác dụng theo phương thẳng đứng. Để áp
dụng cho các lực, hệ lực khác nhau cần có các điều kiện biên khác
nhau phù hợp để giải quyết vấn đề của bài toán.
2.2. Áp dụng giải quyết bài toán vi phân trong lan truyền sóng
Tốc độ tru ền sóng
Tốc độ lan truyền sóng dọc (P) và sóng ngang (S) trong môi
trường hông gian án đàn hồi được xác định thông qua công thức:

CP 

L  2


(2-27)




(2-28)

CS 


8
Trong đó,

L và  là các hằng số Lame,  là khối lượng

riêng. Hằng số Lame có quan hệ như sau:

L 

E
(1   )(1  )

(2-29)

E
2(1  )

(2-30)



trong đó, ν là tỷ số Poisson và E là mô đun đàn hồi. Hằng số Lame
thứ hai, μ, được xác định là mô đun trượt cắt, thường được gọi là G.
Tốc độ sóng của sóng S, cS, chậm hơn so với sóng P, cP, mối
quan hệ giữa hai phụ thuộc vào tỉ số Poisson;
Sóng P và S xuất phát t giả thiết trong môi trường vô hạn đàn
hồi. Trong một môi trường hác là môi trường hữu hạn bán không
gian, sóng Rayleigh xuất hiện tại mặt phân chia giữa hai môi trường,
có chuyển động hình elip. Các sóng Rayleigh hơi chậm hơn so với
sóng cắt và có mối quan hệ tốc độ sóng phụ thuộc vào tỷ số Poisson;
xem Bảng 3.2. Sự khác biệt về tốc độ sóng tăng dần với sự gia tăng
tỷ lệ Poisson. Tốc độ sóng của sóng Rayleigh, cR, có thể được xác
định trên cơ sở sau
(2-31)
V 6  8V 4  (16 2  24)V 2  16(1   2 )  0
Bước sóng là khoảng cách mà hình dạng của sóng lặp lại chính
nó, mối quan hệ giữa tốc độ sóng, c, và ước sóng λw như sau:

  2

c



(2-32)

trong đó,  là tần số góc.
2.3. Sự suy giảm biên đ sóng do tiêu hao năng ượng
Phương trình xác định sự phụ thuộc iên độ sóng vào khoảng
cách như sau

Ar  A0 

r0
 e ( r  r0 )
r

Trong đó:
- Ar là iên độ dao động tương ứng khoảng cách r

(2-34)


9
- A0 là iên độ dao động tương ứng khoảng cách r0
Với:  là hệ số hấp thụ năng lượng sóng tùy vào t ng điều
kiện nền đất, có giá trị trong khoảng 0.04  0.12
Sự giảm dần của vận tốc chất điểm
Theo kinh nghiệm của các nhà khoa học cho thấy rằng, giá trị
vận tốc lớn nhất của chất điểm đánh giá sự phá hoại chính xác hơn so
với iên độ dao động lớn nhất và gia tốc lớn nhất hi so sánh tương
quan chúng với nhau. Do vậy, khi thực nghiệm kiểm chứng tác động
của sóng mặt Rayleigh, thông thường sẽ xác định giá trị vận tốc lớn
nhất của chất điểm tại nhiều vị trí đo và dự báo quy luật rung chấn
trong nền đất trên nhiều mô hình khác nhau mà họ đề xuất.

Hình 2.2. Vận tốc lớn nhất của chất điểm
Phương pháp đánh giá sự suy giảm iên độ vận tốc được xác
định thông qua việc ghi nhận ít nhất 3 giá trị iên độ sóng tại 3 điểm
có sự tăng dần về khoảng cách, phi tuyến đi qua 3 giá trị lớn nhất đó
được xem là sự suy giảm về iên độ dao động trong lan truyền sóng.

Hình 2.3. Sự suy giảm vận tốc lớn nhất của chất điểm
Khi tiến hành thực nghiệm cùng với việc xác định điều kiện
biên phù hợp áp dụng vào phương trình, các nhà hoa học đã đề xuất
dạng phương trình xét đến sự ảnh hưởng của sóng mặt Rayleigh đến
các công trình lân cận như sau:


10

 W
ppv  k 

 r 

x

(2-35)

Trong đó:
ppv = Vận tốc lớn nhất của chất điểm
W = Năng lượng nguồn
r = Khoảng cách t điểm đang xét đến nguồn rung
k = Hằng số tỷ lệ xác định t thực nghiệm
x = Chỉ số xác định t thực nghiệm
Các giá trị W, k và x sẽ phụ thuộc vào mô hình lựa chọn để
tính toán, điều kiện khác nhau về địa chất, về năng lượng nguồn gây
rung sẽ cho các giá trị hằng số thực nghiệm khác nhau. Hai mô hình
tính toán tác động của sóng mặt Rayleigh đến các công trình trên mặt
đất sẽ được giới thiệu trong chương II.
2.4. Phân tích lan truyền sóng dựa trên phương pháp PTHH
2.4.1. Giới thiệu Midas GTS NX
2.4.2. Phương pháp phần tử hữu hạn và phân tích lịch sử thời gian
2.4.3. Ví dụ mô hình hóa và phân tích rung chấn do đóng cọc
2.4.3.2. Giới thiệu
Ví dụ trình bày cách xây dựng mô hình và phân tích một kết cấu
đất đặc trưng chịu tác dụng của tải trọng rung. Các vấn đề trọng tâm ở
đây là:
- Mô hình hóa địa hình và địa chất;
- Khai báo vật liệu, tải trọng động;
- Hàm tải trọng theo thời gian; tải trọng di động;
- Xem xét giá trị vận tốc dao động tại một điểm.
2.4.3.2. Số liệu tính toán
a. Sơ đồ mặt cắt ngang
Mặt cắt địa chất tham khảo t quá trình thực nghiệm, tác giả
đo đạc địa hình thực tế, mô phỏng trước khi tiến hành thực nghiệm ở
hiện trường.
b. Vật liệu
Các loại vật liệu trên mặt cắt ngang bao gồm: sét vàng nâu,
mềm dẻo; cát nhỏ xám nâu, kết cấu kém chặt; bùn sét kẹp cát, xám


11
nâu, chảy dẻo; lớp kẹp cát nhỏ; cấp phối đá dăm 2x4; nước.
c. Tải trọng động
Hàm tải trọng động theo thời gian có lực rung lớn nhất 180kN
d. Khai báo vật liệu
e. Xây dựng mô hình
Việc xây dụng mô hình dựa trên các thông số, ích thước đo
thực tế phù hợp với các giả định đưa ra của tác giả trong bài toán mô
hình số này.

Hình 2.4. Mô phỏng cọc 3D

Hình 2.5. Mô phỏng đặt cọc lên địa hình
f. Chạy chương trình xác định các tham số
Trường hợp thực hiện các ước phân tích và chạy chương
trình, việc lựa chọn các điều kiện biên, tải trọng t ng giai đoạn phân
tích là quan trọng nhằm cho ra đúng ết quả mà mỗi giai đoạn mô
phỏng yêu cầu, trong quá trình xác định các tham số đất nền, yếu tố
điều kiện iên được xét để thực hiện phân tích.


12
Sau khi thực hiện chạy phân tích tham số đất nền, hiển thị ở
hình dưới, xét cột Period để lấy tham số, thiết lập trong quá trình mô
hình gán tải trọng.

Hình 2.7. Xác định các tham số địa chất
g. Gán tải trọng
Tải trọng được khai báo dựa trên số liệu thực tế của búa
đóng cọc, lực búa, chu kỳ rơi của úa được thiết lập thành hàm tải
trọng theo thời gian. Sau khi khai báo hàm tải trọng, tiến hành gán tải
trọng lên đầu cọc.

Hình 2.8. Gán tải trọng động vào đầu cọc
h. Nhập tham số đất nền và cài đặt mẫu phân tích
Tham số đất nền được nhập vào trong quá trình phân tích mô
hình đã được khai báo tải trọng, dưới đây và chức năng hai áo


13
tham số chu kỳ dao động tắt dần trong quá trình chạy mô hình tính
toán có tải trọng động, hệ số Damping lấy 0.05.

Hình 2.9. Gán tải trọng động vào đầu cọc
Cài đặt thời gian, tốc độ đọc và chu kỳ lấy mẫu

Hình 2.10. Cài đặt thời gian và chu kỳ lấy mẫu
i. Chạy chương trình lấy kết quả mô phỏng
Sau khi mô phỏng hoạt động đóng cọc t các thông số mà
công tác đo đạc thực nghiệm cung cấp, nhóm tác giả đưa ra ết quả
các giá trị vận tốc lớn nhất như sau:
Bảng 2.4. Kết quả mô phỏng trên phần mềm
Điểm 1
Điểm 2
Điểm 3
Phương đo
Tần số
(60 m)
(80 m)
(100 m)
Đứng Vz
2.95
1.52
1.22
6.1
Bán kính Vr
4.50
3.44
2.98


14
Tổng Vt
5.38
3.76
3.22
- Giá trị tần số được lấy trực tiếp t Midas GTS trong quá
trình xuất kết quả.
- Vẽ đồ thị phi tuyến đi qua 3 điểm, ta có biểu đồ quan hệ vận
tốc và bán kính V-R cũng như tương quan giữa các thế tải, giữa điều
kiện ình thường và điều kiện có biện pháp giảm chấn, đưa ra các
phương trình đánh giá sự suy giảm rung chấn.

Hình 2.12. Xác định đường cong suy giảm biên độ sóng chấn động
Dựa vào kết quả thu được t Midas GTS, quy luật giảm dần
các giá trị vận tốc lớn nhất theo khoảng cách đối với lực rung lớn
nhất 18T có dạng công thức gần đúng như sau:

ppv  338.1 R 1.016

(1)
ppv = Vận tốc lớn nhất của chất điểm (mm/s).
R = Khoảng cách từ điểm đang xét đến nguổn rung (m).
338.1; -1.016 = Các hệ số mô phỏng thực nghiệm.
2.5. Kết luận chương 2
Quy luật suy giảm vận tốc dao động theo khoảng cách theo
công thức (1) phù hợp với các số liệu đo. Điều này chứng tỏ, quy luật
xác định theo công thức (1) là đủ tin cậy.
Khoảng cách an toàn:
Khoảng cách an toàn cho nhà dân không bị hư hỏng nứt nẻ được
xác định dựa vào các công thức suy giảm vận tốc dao động cho t ng loại
nguồn dao động khác nhau.


15
Để đảm bảo khoảng cách an toàn và phòng ng a hư hại cho
công trình, các phương tiện trong quá trình hoạt động đảm bảo
khoảng cách an toàn xác định theo công thức dưới đây:

[R]  1.016 338.1/ ppv (2)
ppv = Vận tốc lớn nhất của chất điểm (mm/s).
R = Khoảng cách từ điểm đang xét đến nguổn rung (m).
Mức độ chấn động giảm dần theo khoảng cách kể t nguồn
chấn động. Khi không có biện pháp giảm ảnh hưởng của chấn động.
Với máy úa đóng cọc Diesel DH508-KB60 có W0= 18000
(kgf.m), giá trị vận tốc rung giới hạn Vi=3mm/s, khoảng cách an toàn
tính được là 104.62 (m)
Khoảng cách an toàn cho nhà dân không bị hư hỏng nứt nẻ
được xác định dựa vào công thức suy giảm vận tốc dao động (2). T
công thức (2) rút ra được:
Khi chọn vận tốc dao động an toàn cho phép là 3 mm/s,
khoảng cách an toàn tính được là 104.62 m.


16
Chương 3
THỰC NGHI M ĐO ĐẠC
N TRU
THI C NG CỌC

N S NG DO

3.1. ựa chọn dự án thực nghi m – hi n trường đo rung chấn –
nguồn gây chấn đ ng
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài nguồn rung do hoạt động
đóng cọc ê tông cốt thép ằng úa Diesel tại Dự án Cầu Ông Chưa,
l trình Km1+ 346, công trình: Đường Nghĩa Kỳ - Nghĩa Địa, huyện
Tư Nghĩa, tỉnh Quảng Ngãi.
3.2. Đặc điểm nguồn rung
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài nguồn rung do hoạt động
đóng cọc ê tông cốt thép ằng úa Diesel tại Dự án Cầu Ông Chưa,
lý trình Km1+ 346, công trình: Đường Nghĩa Kỳ - Nghĩa Địa, huyện
Tư Nghĩa, tỉnh Quảng Ngãi. Đặc tính thông số ỹ thuật thiết ị búa
đóng cọc Diesel được sử dụng tại dự án như sau:
- Loại máy úa đóng cọc Diesel DH508-KB60, cọc M1C9,
tổng chiều sâu đóng cọc (mũi cọc đến mặt đất tự nhiên) là 48,44m.
* Tên thiết bị: Má búa đ ng cọc Diese .
- Má cơ sở: Cần trục bánh ích.
+ Mã hiệu: Nissha DH508.
+ Số chế tạo: 50401.
+ Nhà chế tạo: Nhật Bản.
+ Năm chế tạo: 1984.
+ Tải trọng thiết ế: 22 Tấn.
- Búa đ ng cọc Diese
+ Mã hiệu: K45/KB60/M45.
+ Nhà chế tạo: Nhật Bản/Trung Quốc.
+ Trọng lượng phần rơi: 4,5/6 Tấn.
+ Tần suất đóng cọc: 39-60 lần/phút.
+ Năng lượng xung ích: 13,5/18 T.m


17
3.3. Thiết bị đo rung chấn
Thiết bị bao gồm các bộ phận tiếp nhận, xử lý số liệu và các
đầu đo vận tốc dao động theo phương đứng và phương ngang.
Các đầu đo dao động là các thiết bị nhận dao động, chuyển
hoá các tín hiệu dao động sang tín hiệu điện. Đối tượng tiếp nhận tín
hiệu của các đầu đo dao động là vận tốc dao động của điểm. Giải tần
mà các đầu đo dao động có thể tiếp nhận được là 1 - 1000 Hz ứng
với vùng giá trị vận tốc dao động có thể đo được là 0.01 - 500 mm/s.
Hình ảnh đầu đo dao động bố trí tại hiện trường được trình bày trên
hình 6.
3.4. Thực hi n thí nghi m đo rung tại hi n trường do đ ng cọc
Tại vị trí thí nghiệm, khoảng cách các đầu đo đến vị trí đóng
cọc là 60, 80,100 m
Mô tả thí nghiệm:
- Bước 1: Khảo sát địa hình, địa chất gần tương tự nơi có nhà
dân sinh sống, điều kiện địa hình đo đạc cần bằng phẳng, không có
chướng ngại vật cản trở, khô ráo, thoáng mát.
- Bước 2: Tiến hành đo và xác định vị trí đặt đầu đo rung theo
sơ đồ dự kiến.
- Bước 3: Thực hiện đóng cọc và gắn đầu chân cảm biến. Tại
mỗi vị trí đo dao động trên mặt đất, có một giá sắt đường kính 3cm
gắn vào nền đất. Trên giá sắt gắn các chân đầu đo dao động theo hai
phương trước khi gắn cảm biến geophone vào điểm đo.
- Bước 4: Tiến hành lắp đặt cảm biến vào chân cảm biến. Lắp
đặt cẩn thận và nhẹ nhàng tránh cảm biến bị dao động mạnh, để cảm
biến nơi hô ráo, tránh ánh nắng trực tiếp, tránh nguồn nhiệt,… để
cảm biến duy trì ở nhiệt độ ình thường gần 20˚C nhằm tăng tính ổn
định trong quá trình đo.
- Bước 5: Hai đầu đo dao động, một đầu đo dao động theo
phương đứng (kí hiệu là V) và một đầu đo dao động theo phương
bán kính (kí hiệu là R). Các đầu đo dao động được nối với bộ phận
nhận và xử lí tín hiệu. Kiểm tra tín hiệu trước khi tiến hành đo chính
thức.


18
- Bước 6: Tiến hành đo chính thức, kích hoạt úa đóng cọc
Diezel:
- Bước 7: Sau khi hoàn thành việc đo chấn động, thu dọn thiết
bị, trả lại mặt bằng thi công.
3.5. ết quả đo đạc thực nghi m tại hi n trường
Các kết quả đo và phân tích dao động tại các điểm đo ao gồm
vận tốc dao động đo được theo phương đứng và phương ính trong
suốt quá trình đo hi đóng cọc. T các kết quả đo được này, tiến
hành cộng tác dụng các phương và phân tích chi tiết cho một số thời
điểm quan trọng hi có dao động là lớn. Các kết quả này được trình
bày chi tiết như sau.
01 Má búa đ ng cọc Diesel DH508-KB60, cọc MIC9, R=60m

01 Má búa đ ng cọc Diesel DH508-KB60, cọc MIC9, R=80m


19
01 Má búa đ ng cọc Diesel DH508-KB60, cọc MIC9, R=100m

01 Má búa đ ng cọc Diesel DH508-KB60, cọc MIC9, FFT

Tổng hợp tất cả các kết quả đo được, xác định được các giá trị
iên độ cực đại cho các trường hợp đo. Các giá trị iên độ cực đại
này được trình bày trong bảng 2. Trong bảng 2, các tham số dao
động được trình bày bao gồm:
- Vận tốc dao động lớn nhất theo phương đứng, max Vz, mm/s;
- Vận tốc dao động lớn nhất theo phương án ính, max Vr, mm/s;
- Vận tốc dao động tổng lớn nhất, Vt, mm/s, max Vt = max (Vz2 + Vr2) 0,5
Bảng 3.2. Tổng hợp kết quả các giá trị vận tốc dao động đo dược lớn nhất

Điểm đo
Phương đo
Phương đứng Vz
Phương bán kính Vr
Tổng Vt

D1 (60m)

D2 (80m)

D3 (100m)

2.89
4.41
5.27

1.52
3.53
3.84

1.23
2.82
3.07


20
Trong trường hợp không có các biện pháp giảm chấn, quy luật
giảm dần các giá trị lớn nhất theo khoảng cách được trình bày trên
các Hình 5.4. Các quy luật đó có thể được xác định theo các công
thức sau:
ppv  2.25  (W00.5 / R)1.05 (1)
ppv = Vận tốc lớn nhất của chất điểm (mm/s).
R = Khoảng cách từ điểm đang xét đến nguổn rung (m).
W = là năng lượng xung kích lớn nhất của búa (kgf.m), W0=
18000 (kgf.m)

Hình 3.8. Xác định đường cong suy giảm biên độ sóng chấn động
Quy luật suy giảm vận tốc dao động theo khoảng cách theo
công thức (1) phù hợp với các số liệu đo. Điều này chứng tỏ, quy luật
xác định theo công thức (1) là đủ tin cậy.
Khoảng cách an toàn:
Khoảng cách an toàn cho nhà dân không bị hư hỏng nứt nẻ
được xác định dựa vào các công thức suy giảm vận tốc dao động cho
t ng loại nguồn dao động khác nhau.
Để đảm bảo khoảng cách an toàn và phòng ng a hư hại cho
công trình, các phương tiện trong quá trình hoạt động đảm bảo
khoảng cách an toàn xác định theo công thức dưới đây:
(2)
[R]  W00.5 / (Vi / 2.25)1/1.05
ppv = Vận tốc lớn nhất của chất điểm (mm/s).
R = Khoảng cách từ điểm đang xét đến nguổn rung (m).
W = là năng lượng xung kích lớn nhất của búa (kgf.m)


21
Với máy úa đóng cọc Diesel DH508-KB60 có W0= 18000
(kgf.m), giá trị vận tốc rung giới hạn Vi=3mm/s, khoảng cách an toàn
tính được là 102.01 (m)
3.6. So sánh kết quả phân tích lý thuyết và thực nghi m
Kết quả phân tích lý thuyết quan hệ giữa PPV (mm/s) và bán
ính R đối với búa DDH508-KB60 thể hiện ở hình 3.9.

Hình 3.9.a. Biểu đồ PPV-R phân tích lý thuyết

Hình: 3.9.b. biểu đồ PPV-R thực nghiệm
T hai biểu đồ trên, căn cứ vận tốc giới hạn Vgh=3mm/s ta
có:
+ Bán kính ảnh hưởng phân tích trên mô hình lý thuyết: 104,62 m
+ Bán kính ảnh hưởng phân tích thực nghiệm: 102,01 m
Kết quả phân tích nêu trên dựa trên kỹ thuật cập nhật mô hình
PTHH để tiệm cận với kết quả đo để làm cơ sở cho ngoại suy bán
kính ảnh hưởng do các nguồn rung khác tại vùng dự án. Khi cập nhật
mô hình PTHH sẽ thay đổi các tham số của đất nền để kết quả phân


22
tích tiệm cận nhất với kết quả đo.
3.7. Kết luận và ngoại su ác định bán kính ảnh hưởng cho các
loại búa đ ng cọc khác
Mức độ chấn động giảm dần theo khoảng cách kể t nguồn
chấn động.
Khoảng cách an toàn cho nhà dân không bị hư hỏng nứt nẻ
được xác định dựa vào công thức suy giảm vận tốc dao động (2). T
công thức (2) rút ra được:
Khi chọn vận tốc dao động an toàn cho phép là 3 mm/s,
khoảng cách an toàn tính được là 102.01 m.
Đối với các loại úa đóng cọc có năng lượng khác nhau, thì t
công thức

[R]  W00.5 / (Vi / 2.25)1/1.05

ta có thể tính toán được

bán kính giới hạn dùng để ứng dụng trong thực tiễn theo bảng như sau:
Bảng 3.3. Bán kính giới hạn cho các loại búa khác nhau
ST
T

oại búa

Nước sản
uất

Năng
ượng
búa
(kgf.m)

Bán
kính
giới hạn
(m)

1

Búa đóng cọc KOBELCO K25

Nhật ản

2.500

38

2

Búa đóng cọc KOBELCO K45

Nhật ản

4.500

50

3

Búa đóng cọc DELMAG D46

Đức

4.600

51

4

Búa đóng cọc DELMAG D62

Đức

6.200

59

5

Búa đóng cọc DELMAG D100

Trung Quốc

10.000

75

Nhật ản

15.000

92

Trung Quốc

24.480

117

Nhật ản

50.000

168

6
7
8

Búa đóng cọc NIPPON SHARYO
NH-150B
Búa đóng cọc Diesel STORK
HD72
Búa đóng cọc HITACHI PD100


23
K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ
1. Kết luận
- Kết quả nghiên cứu cho thấy vận tốc lan truyền sóng trong
nền PPV(mm/s) phụ thuộc các tham số sau: Khoảng cách t điểm xét
đến nguồn gây rung, đặc điểm địa chất và cấu tạo nền, địa hình mặt
nền đất, năng lượng và đặc tính nguồn gây rung.
- Có thể sử dụng các phần mềm phân tích địa kỹ thuật chuyên
dụng dựa trên phương pháp PTHH (như MIDAS GTX) để mô phỏng
bài toán lan truyền sóng rung động trong nền đất do hoạt động thi
công cọc. Dạng suy giảm vận tốc lan truyền sóng giữa lý thuyết và
thực nghiệm tương đối giống nhau. Tuy nhiên giá trị vận tốc và quan
hệ PPV-R của lần phân tích đầu tiên có thể chưa phù hợp với kết quả
đo hiện trường, cần thay đổi thử dần nhiều tham số đất nền để kết
quả t mô hình tiệm cận với kết quả đo (mô hình cập nhật).
- Sử dụng kỹ thuật cập nhật mô hình PTHH cho bài toán mô
phỏng lan truyền sóng do hạ cọc cho thấy kết quả phân tích mô hình
cuối cùng và kết quả đo phù hợp. Dựa trên mô hình PTHH đã cập
nhật với số liệu đo ta có thể ngoại suy quan hệ PPV-R với các loại
nguồn rung khác nhau.
- T kết quả đo thực nghiệm tại một vùng địa chất cụ thể, xác
định được hai tham số thực nghiệm và quan hệ PPV (mm/s) - khoảng
cách R(m), năng lượng úa W (phương trình số 2). T (2) tính nội
suy cho các loại úa có năng lượng hác nhau được kết quả bán kính
ảnh hưởng như ở bảng 3.3. Có thể sử dụng kết quả tính toán bảng 3.3
xác định bán kính ảnh hưởng cho các loại úa đóng cọc khác nhau
ứng với vùng địa chất tương tự vùng địa chất thực nghiệm.
2. Kiến nghị
- Cần tiếp tục nghiên cứu để thu thập đầy đủ và chính xác về
đặc điểm nguồn rung, quy luật lan truyền sóng trên t ng khu vực địa
chất phù hợp nhằm đưa ra thống kê tổng quan, phục vụ đánh giá sơ
bộ các công trình tương tự.
- Nghiên cứu và đề xuất thêm nhiều biện pháp giảm chấn
trong điều kiện thi công hó hăn, nhằm tránh và kiểm soát được rủi


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×