Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ nhất về Sự cố côngtrình và nguyên nhân Chấn độngĐóngcọcđếncôngtrìnhlâncậnTrầnĐình Ngọc, KS., Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Vũ Công Ngữ, GSTS, Trờng Đại học Xây dựng Tóm tắt: Chấn động do đóngcọc nh là một nguyên nhân gây nên sự cố cho côngtrình đã đợc đề cập đến trong bài viết này. Nh một tải trọng phụ thêm, chấn động gây nên phá hỏng các kết cấu hoặc làm giảm khả năng chịu tải của côngtrình dẫn đến làm mất khả năng sử dụng côngtrình hoặc giảm tuổi thọ của công trình. Ngoài các đối t- ợng côngtrìnhlâncận vốn có cần bảo vệ, các côngtrình đang thi công gần khu vực đóngcọc cũng đợc xem xét phân tích. Khi sự cố côngtrình xảy ra, một trong những công việc đầu tiên thờng đợc tiến hành là xác định nguyên nhân và đánh giá ảnh hởng của các tác độngđếncông trình. Chấn động là một trong những nguyên nhân cần quan tâm đến khi xem xét sự cố đối với các côngtrìnhlân cận, trong đó chấn động do đóngcọc là trờng hợp đợc xét đến trong báo cáo này. Khi hạ cọc bằng phơng pháp đóng, vùng đất quanh khu vực đóngcọc bị chấn động. Chấn động tác động vào côngtrìnhlâncận có khả năng gây nên h hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ công trình. Bởi vậy, trớc khi tiến hành đóng cọc, các côngtrìnhlâncậncần đ- ợc quan tâm đến nhằm bảo vệ không bị h hỏng do chấn độngđóng cọc. Để đánh giá mức độ ảnh hởng của chấn động do đóngcọcđếncôngtrìnhlân cận, cần phải giải bài toán xác định nội lực trong các kết cấu dới tác động phụ thêm của tải trọng động do đóngcọc tác động vào công trình. Cho đến nay, vấn đề xác định tải trọng tác động do đóngcọc tác động vào côngtrình vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Trong thực tế, các điều kiện khống chế dao độngđợc sử dụng để bảo vệ côngtrìnhlân cận. Các điều kiện khống chế dao động bao gồm: V [V] A [A] S [S] Trong đó : - V, A, S lần lợt là vận tốc dao động, gia tốc dao động và biên độ dao động. - [V], [A], [S] lần lợt là giới hạn vận tốc dao động, giới hạn gia tốc dao động và giới hạn biên độ dao động. Với từng loại búa đóng cọc, loại cọc và nền đất, có thể dự tính đợc các giá trị tham số dao động V, A và S. Có thể xác định giá trị của V, A và S từ bài toán truyền sóng trong nền đất hoặc đo trực tiếp tại hiện trờng hoặc sử dụng các công thức thực nghiệm. Với vận tốc dao động V (mm/s), có thể xác định gần đúng theo công thức sau: V = k . E R Trong đó : - E là năng lợng va đập của búa (J) - R là khoảng cách từ vị trí đóngcọcđếncôngtrìnhlân cận(m). - k, , là các hệ số thực nghiệm, xác định tuỳ theo loại nền đất, loại sóng chấn độngcần quan tâm và loại búa. Với từng loại côngtrình và từng loại nền đất cụ thể, giới hạn dao động nhằm bảo vệ côngtrình đã đợc nghiên cứu và xác định ( xem [1]). Từ các giá trị tham số dao động xác địnhđợc và giới hạn của các tham số đó, xác địnhđợc khoảng cách an toàn cho côngtrình khi đóng cọc. Trên hình 1 mô tả phơng pháp thông dụng để xác định khoảng cách an toàn. Với [V] = 8 mm/s, khoảng cách đóngcọc an toàn cho côngtrìnhlâncận xác địnhđợc từ kết quả đo là 50 m. Thay đổi trị giới hạn dao động dẫn đến thay đổi khoảng cách an toàn. Hầu nh trong các côngtrìnhđóng cọc, khoảng cách an toàn từ vị trí đóngcọcđến các côngtrìnhlâncận đã đợc quan tâm đến. Tuy nhiên, trong một số công trình, do yêu cầu gấp rút của tiến độ thi công, ảnh hởng của chấn động do đóngcọcđến các côngtrình đang xây dựng lại không đợc quan tâm đến. Các giá trị giới hạn dao động trong [1] đợc xác định cho các côngtrình đã xây dựng xong, nơi mà cờng độ chịu lực của các cấu kiện bê tông cũng nh các khối xây đã đạt đếncờng độ thiết kế. Với các côngtrình đang xây dựng, cờng độ chịu lực của các cấu kiện bê tông và các khối xây có thể cha đạt đếncờng độ thiết kế. Do vậy giá trị giới hạn dao động phải đợc xác định nhỏ hơn so với các côngtrình đã xây dựng xong, dẫn đến khoảng cách an toàn cần phải xác định lại và sẽ lớn hơn khoảng cách an toàn so với trờng hợp côngtrình đã xây dựng. Khoảng cách an toàn do đóngcọcđợc xác định tỷ lệ nghịch với thời gian ninh kết của bê tông và mạch vữa của khối xây. Hình 2 mô tả kết quả nghiên cứu xác định khoảng cách an toàn của cấu kiện bê tông với chấn động do đóngcọc của búa có năng lợng 1,8 kJ. Kết quả cho thấy, khoảng cách an toàn tại thời điểm 8 h kể từ khi bắt đầu ninh kết lớn gấp 10 lần khoảng cách an toàn tại thời điểm 20 ngày. Hình 1. Xác định khoảng cách an toàn cho côngtrình với chấn động do đóngcọc Khoảng cách ( m) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 20 40 60 80 100 120 Vậ n tốc da o độ ng (m m/ s) Hình 2. Khoảng cách an toàn của cấu kiện bê tông theo thời gian ninh kết với chấn động do đóngcọc (Wiss, 1967) 0.1 1 10 100 0 10 20 30 40 50 60 70 Khoảng cách an toàn (m) thời gian ( ngày) 0.3 20 3 Tại kho xăng dầu An Lão, Hải Phòng, một loạt các tờng rào vừa mới xây đã bị đổ sụp khi tiến hành đóngcọc cách đó 30 m. Các cọc BTCT đúc tại hiện trờng có tỷ lệ h hỏng càng tăng lên khi bãi chế tạo cọc càng gần với vị trí đóngcọc trong quá trình đúc cọc. Tại nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ, tiến độ thi công dồn dập, trên hiện trờng các kết cấu móng và kết cấu côngtrình BTCT đợc thi công trong thời gian đóngcọc tại các hạng mục côngtrìnhlân cận. Khoảng cách an toàn đối với các côngtrình vốn có đợc xác định là 50 m, trong khi đó các côngtrình đang thi công cách vị trí đóngcọc có chỗ nhỏ hơn 50 m. Nếu thời gian đóngcọc trùng với thời gian ninh kết của các cấu kiện BTCT, chất lợng của các cấu kiện BTCT sẽ bị ảnh hởng bất lợi và sẽ góp phần gây nên các sự cố côngtrình sau này. Tác động của sóng chấn động do đóngcọc ảnh hởng đến quá trình ninh kết của bê tông, làm thay đổi khả năng chịu lực của các cấu kiện bê tông. Mặc dù vậy, các kết cấu bê tông đúc tại hiện trờng trong thời gian đóngcọc tại các côngtrìnhlâncận vẫn đợc coi là đảm bảo chất lợng nếu các thí nghiệm kiểm tra chất lợng (không xét đến ảnh h- ởng của chấn động) cho kết quả tốt. Nh vậy, chấn động tác độngđếncôngtrình trong quá trình xây dựng sẽ là một trong những nguyên nhân gây ra sự cố côngtrình hoặc gây nên giảm tuổi thọ công trình. Kết luận Chấn động do đóngcọc ảnh hởng bất lợi cho côngtrìnhlâncận khi khoảng cách từ côngtrìnhđến vị trí đóngcọc gần hơn khoảng cách an toàn cho phép. Với các côngtrình đang xây dựng gần khu vực đóng cọc, khoảng cách an toàn cho phép sẽ phải lớn hơn khi so sánh với các côngtrình đã xây dựng xong. Việc nghiên cứu ảnh hởng của chấn độngđến quá trình ninh kết của bê tông là cần thiết đối với các tổ hợp côngtrình có sử dụng móng cọc. Các nhà quản lý, t vấn cần lu ý đến ảnh hởng của chấn động do đóngcọcđến không chỉ với các côngtrình vốn có mà còn với các côngtrình đang xây dựng gần khu vực đóng cọc. Tài liệu tham khảo 1. Quy trìnhđóngcọc trong vùng xây chen, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà nội, 1994, 20 trang. 2. John F. Wiss, Damage Efféct of Pile Driving Vibration, Highway Research Record No 155, USA, 1967. . liệu tham khảo 1. Quy trình đóng cọc trong vùng xây chen, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà nội, 1994, 20 trang. 2. John F. Wiss, Damage Efféct of Pile Driving Vibration, Highway Research Record No 155,