Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ VĂN TRUNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BÚA RUNG HẠ CỌC VÁN THÉP VÀO NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ VĂN TRUNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BÚA RUNG HẠ CỌC VÁN THÉP VÀO NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ XÂY DỰNG, NÂNG CHUYỂN NGÀNH MÃ SỐ : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC : 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS TS THÁI HÀ PHI 2: PGS TS NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM HÀ NỘI - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Những nội dung tham khảo đưa vào luận án trích dẫn đầy đủ Người cam đoan Vũ Văn Trung ii LỜI CÁM ƠN Lời xin gửi lời cám ơn đến hai người thầy PGS TS Thái Hà Phi PGS.TS Nguyễn Đăng Điệm thuộc môn Máy xây dựng - Xếp dỡ, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô giáo thuộc Bộ môn Máy xây dựng - Xếp dỡ, Khoa Cơ khí, Trường đại học Giao thơng Vận tải tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình thực luận án Tơi xin chân thành cám ơn thầy học viện Kỹ thuật Quân sự, trường Đại học Xây dựng, học viện Nông nghiệp Việt Nam thầy trường Đại học Giao thơng Vận tải trực tiếp đọc góp ý vào nội dung luận án Xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu trường Đại học Giao thông Vận tải, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Cơ khí, Phòng thí nghiệm Cơng trình, Cơng ty CP Cơ khí Quang Trung, Cơng ty CP XD CTGT 473 - Tập đoàn CIENCO4,… tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi hồn thành nhiệm vụ đạt kết mong muốn Xin chân thành cám ơn thầy giáo, chuyên gia, nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp vượt qua khó khan để hồn thành luận án Cuối xin gửi lời cảm ơn tới tất thành viên gia đình tạo điều kiện động viên tơi để hồn thành luận án iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ “BÚA RUNG - CỌC VÁN THÉP - NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP” 1.1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ “BÚA RUNG - CỌC VÁN THÉP NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP” 1.1.1 Giới thiệu búa rung, cọc ván thép đất nhiều lớp 1.1.2 Các cơng trình nghiên cứu q trình thi cơng cọc búa rung công bố 11 1.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN LỰC CẢN ĐỘNG CỦA NỀN ĐẤT TÁC DỤNG LÊN CỌC VÁN THÉP TRONG QUÁ TRÌNH HẠ CỌC BẰNG BÚA RUNG 24 1.2.1 Phân tích q trình hạ cọc chế tương tác đất với cọc toán hạ cọc ván thép vào đất nhiều lớp lực rung động 24 1.2.2 Lựa chọn mơ hình đất phương trình tốn xác định lực cản động lớp đất lên cọc ván thép chịu tải trọng rung động 29 1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỐI ƯU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ HỢP LÝ CỦA BÚA RUNG TRONG QUÁ TRÌNH HẠ CỌC VÁN THÉP VÀO NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP 33 1.3.1 Lý thuyết tối ưu thiết kế kỹ thuật 33 1.3.2 Lựa chọn phương pháp xác định nghiệm tối ưu 35 1.4 XÂY DỰNG NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 39 KẾT LUẬN CHƯƠNG 40 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU HỆ “BÚA RUNG - CỌC VÁN THÉP - NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP” 42 2.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TOÁN CHO HỆ “BÚA RUNG - CỌC VÁN THÉP - NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP” 42 iv 2.1.1 Xác định thông số hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp” 42 2.1.2 Xây dựng mơ hình tốn cho hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp” 50 2.2 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 55 2.2.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán 55 2.2.2 Xây dựng chương trình tính 56 2.3 BÀI TOÁN HẠ CỌC VÁN THÉP NSP-IIw BẰNG BÚA RUNG VHQTUTC70 VÀO NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP TẠI CƠNG TRÌNH CẦU ĐỒNG QUANG 57 2.3.1 Xác định thông số đầu vào toán 57 2.3.2 Phân tích kết 62 KẾT LUẬN CHƯƠNG 69 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BÚA RUNG KHI HẠ CỌC VÁN THÉP VÀO NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP 70 3.1 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BÚA RUNG HẠ CỌC VÁN THÉP VÀO NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP 70 3.1.1 Xây dựng toán 70 3.1.2 Xác định chi phí lượng búa rung trình hạ cọc ván thép vào đất nhiều lớp 71 3.1.3 Xây dựng mơ hình tốn xác định thơng số hợp lý búa rung 73 3.1.4 Xây dựng thuật tốn chương trình tính thơng số hợp lý 75 3.2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BÚA RUNG VH-QTUTC70 KHI HẠ CỌC VÁN THÉP NSP-IIW VÀO CÁC LOẠI ĐẤT TẠI TRỤ T2 VÀ T3 CẦU ĐỒNG QUANG 84 3.2.1 Bộ số liệu đầu vào 84 v 3.2.2 Kết tính tốn thơng số hợp lý 84 KẾT LUẬN CHƯƠNG 92 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH HẠ CỌC VÁN THÉP TẠI CƠNG TRÌNH THI CƠNG CẦU ĐỒNG QUANG (BA VÌ, HÀ NỘI) BẰNG BÚA RUNG DO VIỆT NAM CHẾ TẠO 93 4.1 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ CÁC THƠNG SỐ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 93 4.1.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 93 4.1.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 94 4.1.3 Xác định thông số cần đo đạc thực nghiệm 95 4.2 CÔNG TÁC CHUẨN BỊ THỰC NGHIỆM 96 4.2.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 96 4.2.2 Xây dựng phương pháp đo 98 4.2.3 Quy trình thực nghiệm 101 4.2.4 Công tác chuẩn bị thực nghiệm 102 4.2.5 Hiệu chuẩn thiết bị đo 105 4.3 CÔNG TÁC ĐO HIỆN TRƯỜNG 105 4.3.1 Trình tự thực trình thực nghiệm công trường 105 4.3.2 Tổ chức đo đạc thực nghiệm công trường 107 4.4 XỬ LÝ SỐ LIỆU 109 4.4.1 Cơ sở lý thuyết xử lý số liệu 109 4.4.2 Xử lý kết đo 112 4.5 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 116 4.5.1 Kết tốc độ hạ cọc độ dịch chuyển cọc ván thép 116 4.5.2 Kết gia tốc, vận tốc chuyển vị cọc ván thép khung treo búa rung 121 vi 4.5.3 Kết lực cản đất tác dụng lên cọc 124 4.5.4 Kết tính tốn hệ số hóa lỏng (đất cát) hệ số chảy lỏng đất (đất sét) 126 4.6 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ GIỮA KẾT QUẢ LÝ THUYẾT VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 129 KẾT LUẬN CHƯƠNG 134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 136 KẾT LUẬN 136 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 137 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 vii DANH MỤC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN Ký hiệu Diễn giải Đơn vị At Diện tích mũi cọc m2 A Diện tích mặt cắt ngang cọc ván thép m2 Ac Biên độ rung động búa rung - cọc ván thép m a, Gia tốc dao động cọc m/s2 Độ chênh gia tốc m/s2 amin Gia tốc tối thiểu để hạ cọc m/s2 a ci Gia tốc hướng tâm bánh lệch tâm m/s2 C Lực dính kết đất cb Vận tốc truyền sóng cọc ván thép m/s Ci Chuỗi nhiễm sắc thể hệ thứ i - ae CFW(z) Hàm chi phí lượng (W) theo chiều sâu hạ cọc (z) D Hằng số đột biến Dpl Đường kính pulley đo độ dịch chuyển cọc kN/m2 kW/m m E Mô đun đàn hồi vật liệu chế tạo cọc ván thép kN/m2 El Mô đun đàn hồi vật liệu làm điện trở kN/m2 e0 Hệ số lỗ rỗng f Tần số lực rung động búa rung Hz F0 Lực tĩnh tác dụng lên hệ hay tổng trọng lượng toàn búa rung kN Fd Lực động lý thuyết búa rung tạo kN Fs Lực đàn hồi hệ lò xo kN FR Tỷ lệ sức kháng thu từ kết thí nghiệm CPT % fs Sức kháng thành đơn vị theo thí nghiệm CPT g Gia tốc trọng trường kN/m2 m/s2 GF Hê số điện trở Gmax Mô đun cắt biến dạng nhỏ đất kN/m2 Gs Mô đun cắt đất kN/m2 gcvt Trọng lượng mét dài cọc ván thép kN/m hk Chiều dày lớp đất thứ k m hti Chiều sâu cọc dịch chuyển vào lớp đất thứ i m k Kích thước quần thể - KAR-1F Hệ số thiết lập chế độ đo chuẩn thiết bị đầu đo - KAR-2F Hệ số thiết lập chế độ đo chuẩn thiết bị đầu đo - viii L, lcọc Chiều dài cọc ván thép m l6 Chiều dài cọc ván thép từ mũi cọc đến mặt cắt 6-6 m m Số lượng bánh lệch tâm - mck Số chu kỳ dẫn động búa rung khoảng thời gian t để hạ cọc đến chiều sâu cho trước - mc Khối lượng cọc ván thép kg md Khối lượng phần động hệ kg mei Khối lượng khối lêch tâm thứ i, kg m1 Khối lượng khung treo búa kg m2 Khối lượng phần rung búa (gồm má kẹp cọc) kg Me Mô men lệch tâm mtong Tổng khối lượng hệ kg.m kg n Số vòng quay bánh lệch tâm phút Ip Chỉ số dẻo đất % Jcvt Mơ men qn tính cọc ván m4 Ni Nội lực cọc ván thép mặt cắt i kN N6k Nội lực mặt cắt 6-6 cọc thí nghiệm lớp đất thứ k kN Pkt Lực rung động búa rung tạo kN Pkt0 Biên độ lực rung động búa rung tạo kN Pi Chuỗi nhiễm sắc thể bố mẹ thứ i vòng/phút - Pqt1 Lực quán tính khung treo kN Pqt2 Lực quán tính thân búa - cọc ván thép kN Véc tơ thông số thiết kế - pl Véc tơ giới hạn thông số thiết kế p - pu Véc tơ giới hạn thông số thiết kế p - qc Sức kháng mũi côn đơn vị theo thí nghiệm CPT kN/m2 qd Sức kháng động đơn vị mũi cọc kN/m2 ql Sức kháng hóa lỏng đất mũi cọc kN/m2 qs Sức kháng tĩnh đơn vị mũi cọc kN/m2 qdi Sức kháng động mũi cọc đơn vị lớp đất cát thứ i kN/m2 qsi Sức kháng tĩnh đơn vị mũi cọc lớp đất thứ i kN/m2 qli Sức kháng hóa lỏng đơn vị mũi cọc lớp đất thứ i kN/m2 rei Bán kính lệch tâm m R Lực cản đất tác dụng lên cọc kN r Hệ số ngẫu nhiên chọn khoảng - p(…) 130 Hình 4.59 Gia tốc dao động cọc (trụ T2, f=30Hz) Hình 4.60 Gia tốc dao động khung treo (trụ T2, f=30Hz) Hình 4.61 Vận tốc dao động cọc (trụ T2, f=30Hz) 131 Hình 4.62 Vận tốc dao động khung treo (trụ T2, f=30Hz) Hình 4.63 Chuyển vị cọc (trụ T2, f=30Hz) Hình 4.64 Chuyển vị khung treo (trụ T2, f=30Hz) 132 a) Lực cản động thành cọc theo thời gian hạ cọc b) Lực cản động thành cọc t = s (lớp 1) c) Lực cản động thành cọc t = 80 s (lớp 2) Hình 4.65 Lực cản động thành cọc (trụ T2, f=30Hz) a) Lực cản động mũi cọc theo thời gian hạ cọc b) Lực cản động mũi cọc t = s (lớp 1) c) Lực cản động mũi cọc t = 80 s (lớp 2) Hình 4.66 Lực cản động mũi cọc (trụ T2, f=30Hz) 133 Nhận xét: - Từ đồ thị hình 4.58 cho thấy độ dịch chuyển cọc tính tốn lý thuyết thực nghiêm đo tương đồng quy luật có độ sai lệch tính tốn số thời điểm thể bảng sau: Bảng 4.25 Sai số độ dịch chuyển lý thuyết thực nghiệm 10 20 Thời gian, s 1,65 3,149 Dịch chuyển lý thuyết, m Dịch chuyển thực 1,450 2,806 nghiệm, m Sai lệch 12% 11% - Từ đồ thị hình 4.59 cho thấy 30 4,801 40 6,310 50 7,416 60 8,474 70 9,510 80 10,289 4,192 5,557 6,898 8,217 9,516 10,797 13% 12% 7% 3% 0% -5% gia tốc dao động cọc tính tốn lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm tương đồng quy luật có độ sai lệch tính tốn số thời điểm thể bảng sau: Bảng 4.26 Sai số gia tốc dao động lý thuyết thực nghiệm 10 20 30 40 50 Thời gian, s 199,38 214,80 199,67 201,25 206,45 Gia tốc lý thuyết, m/s Gia tốc thực nghiệm, 178,32 188,82 173,96 188,56 209,26 m/s2 Sai lệch 11% 12% 13% 6% -1% - Từ đồ thị hình 4.61 cho thấy vận tốc dao động 60 70 196,23 207,46 80 211,07 206,31 181,23 195,78 -5% 13% 7% cọc tính tốn lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm tương đồng quy luật có độ sai lệch tính tốn số thời điểm thể bảng sau: Bảng 4.27 Sai số vận tốc dao động lý thuyết thực nghiệm 10 20 30 Thời gian, s 0,875 0,938 0,820 Vận tốc lý thuyết, m/s Vận tốc thực nghiệm, 0,861 0,908 0,831 m/s Sai lệch 2% 3% -1% - Từ đồ thị hình 4.63 cho thấy chuyển 40 0,718 50 0,820 60 0,795 70 0,786 80 0,731 0,800 0,716 0,696 0,687 0,547 -11% 13% 12% 13% 13% vị cọc tính tốn lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm tương đồng quy luật có độ sai lệch tính tốn số thời điểm thể bảng sau: Bảng 4.28 Sai số chuyển vị lý thuyết thực nghiệm Thời gian, s Chuyển vị lý thuyết, mm Chuyển vị thực nghiệm, mm Sai lệch 10 20 30 40 50 60 70 80 3,108 2,967 2,924 3,378 2,566 2,208 1,898 1,356 3,390 3,198 3,017 2,925 2,385 1,934 1,708 1,314 -9% -8% -3% 13% 7% 12% 10% 3% 134 - Từ đồ thị hình 4.65 cho thấy lực cản động thành cọc tính tốn lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm tương đồng quy luật có độ sai lệch tính tốn số thời điểm thể bảng sau: Bảng 4.29 Sai số lực cán động thành cọc lý thuyết thực nghiệm 40 50 60 70 80 Thời gian, s 30 Lực cản động thành cọc lý thuyết, 261,69 338,70 396,72 429,24 466,57 478,57 kN Lực cản động thành cọc thực 228,31 298,15 347,15 383,63 412,04 492,94 nghiệm, kN Sai lệch 13% 12% 12% 11% 12% -3% - Từ đồ thị hình 4.66 cho thấy lực cản động mũi cọc tính tốn lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm tương đồng quy luật có độ sai lệch tính tốn số thời điểm thể bảng sau: Bảng 4.30 Sai số lực cản động mũi cọc lý thuyết thực nghiệm 30 40 Thời gian, s Lực cản động mũi cọc lý thuyết, kN 17,13 26,84 14,90 23,42 Lực cản động mũi thực nghiệm, kN Sai lệch 13% 13% Từ cho thấy, phương pháp chương trình 50 26,84 23,45 60 26,84 23,48 70 26,84 23,56 80 26,84 23,60 13% 13% 12% 12% tính mà luận án xây dựng cho toán hạ cọc ván thép vào đất nhiều lớp búa rung có kết tương đối trùng với kết nghiên cứu thực nghiệm trường với độ sai số kết lý thuyết thực nghiệm nhỏ 15%, khẳng định độ tin cậy chương trình tính xây dựng Chương 2, hệ số thực nghiệm tìm KẾT LUẬN CHƯƠNG Xác định lực cản động đất lên cọc ván thép việc phức tạp khó khăn tính chất cấu trúc địa chất nơi hoàn toàn khác Hiện không nước ta mà giới, nhà nghiên cứu nỗ lực nhằm tìm phương pháp đơn giản, hiệu xác để xác định thành phần lực cản động Từ kết nghiên cứu thực nghiệm tiến hành búa rung thủy lực VH-QTUTC70, cọc ván thép NSP-IIw, điều kiện địa chất trụ T2 T3 cơng trình cầu Đồng Quang, đưa số kết luận sau: Bằng thực nghiệm, đo thành phần lực cản động lớp đất tác dụng lên cọc ván thép q trình hạ cọc, từ xác định hệ số hóa lỏng hệ số chảy lỏng lớp đất tác dụng lực rung động Các hệ số sử 135 dụng làm số liệu đầu vào cho hệ "Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp" Chương luận án (kết bảng 4.23, 4.24) Đã xác định gia tốc, vận tốc chuyển vị phần tử trọng hệ " Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp" trình làm việc thực tế ứng với giá trị tần số búa rung (kết bảng 4.9 đến 4.13, Phụ lục C.3) Xác định vận tốc hạ cọc độ dịch chuyển cọc ván thép theo thời gian trường hợp cụ thể (kết bảng 4.19, 4.20; đồ thị từ hình 4.32 đến 4.36 Phụ lục C.3) Đã đánh giá độ tin cậy mơ hình lý thuyết chương trình tính tốn mà luận án xây dựng Chương Chương việc so sánh kết tính toán lý thuyết với kết thực nghiệm, cụ thể cho thấy: - Kết so sánh thông số động lực học lý thuyết thực nghiệm với sai số nhỏ 15%, khẳng định tính đắn của mơ hình tính lý thuyết chương trình tính tốn xây dựng Chương - Kết so sánh thành phần lực cản động lý thuyết thực nghiệm với sai số nhỏ 15%, từ cho thấy mơ hình lý thuyết tính tốn thành phần lực cản động lớp đất cát lớp đất sét chọn Chương 136 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Thông qua kết nghiên cứu, luận án đưa số kết luận sau: Trên sở nghiên cứu hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp”, luận án xây dựng mơ hình động lực học, sơ đồ thuật toán, lựa chọn mơ hình đất mơ hình tốn xác định thành phần lực cản động đất lên cọc ván thép lớp đất cát lớp đất sét từ lập chương trình tính toán phần mềm Matlab Phụ lục A.1 Đã ứng dụng chương trình tính cho trường hợp cụ thể búa rung thủy lực VH-QTUTC70, cọc ván thép mặt cắt chữ U (loại NSP-IIw) đất nhiều lớp trụ T2 T3 cơng trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội), sở sử dụng hệ số hóa lỏng hệ số chảy lỏng loại đất (được xác định thực nghiệm Chương 4), kết nhận cho thấy tương đồng kết tính tốn lý thuyết với kết thực nghiệm với sai số nhỏ 15% Xây dựng phương pháp xác định thông số hợp lý búa rung hạ cọc ván thép vào đất nhiều lớp, gồm xác định hàm mục tiêu theo chi phí lượng riêng nhỏ nhất, xây dựng sơ đồ thuật tốn chương trình tính tốn phần mềm Matlab Phụ lục A.2 Đã áp dụng chương trình tính cho trường hợp cụ thể, từ xác định giá trị hợp lý hai thông số tiêu biểu (f m1) búa rung thủy lực VH-QTUTC70 hạ cọc ván thép NSP-IIw vào số loại đất trụ T2 T3 cơng trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội) Kết tổng hợp bảng sau: Tên loại đất Khối lượng khung treo Tần số rung búa Lớp cát hạt nhỏ màu xám đen, chặt vừa Lớp cát hạt trung sỏi sạn lẫn sét, chặt vừa đến chặt Lớp sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng m1 = 10001100 kg f = 32,2634,19 Hz m1 = 1350 kg f = 42,48 Hz m1 = 14001500 kg f = 20,1920,85 Hz Bằng nghiên cứu thực nghiệm xác định hệ số hóa lỏng hệ số chảy lỏng loại đất trụ T2 T3 cơng trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội) theo 137 tần số với trường hợp cụ thể búa rung thủy lực VH-QTUTC70 cọc ván thép NSPIIw Kết cụ thể hệ số thực nghiệm tổng hợp bảng sau: Tấn số (f) Loại đất Lớp cát hạt nhỏ màu xám đen, rời rạc Lớp cát hạt trung sỏi sạn lẫn sét, chặt vừa đến chặt Lớp sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng Mũi cọc 15 Hz 0,436  0,648 0,145  0,168 0,191 20 Hz 0,382  0,566 0,133  0,167 0,179 25 Hz 0,292  0,777 0,109  0,111 0,247 30 Hz 0,266  0,534 0,107  0,109 0,243 35 Hz 0,167  0,232 0,093  0,104 0,116 Thành cọc 0,152 0,166 0,117 0,109 0,116 0,334  0,668 0,157  0,207 0,358  0,866 0,093  0,111 0,370  0,462 0,126  0,127 0,173  0,346 0,139  0,141 0,151  0, 181 0,146  0,176 Hệ số thực nghiệm Hệ số hóa lỏng Hệ số hóa lỏng Hệ số chảy lỏng Mũi cọc Thành cọc Mũi cọc Thành cọc KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Ứng dụng kết tốn xác định thơng số kỹ thuật hợp lý búa rung để từ tiến hành tối ưu hóa kết cấu hính dáng búa rung thủy lực chế tạo nước Nghiên cứu ứng dụng kết phát triển chương trình tính thông số hợp lý búa rung thủy lực vào toán điều khiển búa rung linh hoạt theo tải cách thay đổi tần số rung khối lượng khung treo (gia tải kiểu treo mềm tăng lực ấn kiểu treo cứng) theo tổng trở lực cản đất Phát triển hướng nghiên cứu luận án theo hướng điều chỉnh linh hoạt thông số mô men lệch tâm búa rung thủy lực trình làm việc cách thay đổi số đôi cặp bánh lệch tâm tham gia vào trình tạo lực rung động búa rung, điều cho phép điều khiển búa rung thủy lực linh hoạt (điều khiển tần số điều khiển giá trị lực rung động độc lập với nhau), nhờ hiệu sử dụng búa tăng lên phát huy triệt để chương trình tính tối ưu theo thuật giải di truyền Phát triển hướng nghiên cứu luận án theo hướng ứng dụng lý thuyết mô lý thuyết phần tử hữu hạn để tiến hành xây dựng chương trình tính tốn, mơ q trình hạ cọc thép vào đất nhiều lớp búa rung (lực rung động) 138 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Thái Hà Phi, Vũ Văn Trung, Lê Mạnh Hùng (2013), Nghiên cứu tích hợp cần trục sở với búa rung 70 chế tạo Việt Nam, Tạp chí Cơ khí Việt Nam (5/2013) Nguyễn Tuấn Anh, Vũ Văn Trung, Trần Xuân Huy (2013), Thuật giải di truyền ứng dụng tính tốn thiết kế tối ưu hình thang lái tơ, Tạp chí Giao thơng vận tải (7/2013) Thái Hà Phi, Vũ Văn Trung, Phạm Trọng Hòa (2013), Nghiên cứu khảo sát động lực học hệ thống truyền động thủy lực búa rung lắp cần trục bánh xích, Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải (10/2013) Thái Hà Phi, ThS Vũ Văn Trung, ThS Lê Toàn Thắng (2014), Nghiên cứu khảo sát động lực học búa rung lắp cần trục bánh xích thi cơng cơng trình GTVT, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải (3/2014) Đề tài NCKH cấp Bộ mã số B2013-04-09 (2014), Nghiên cứu thiết kế, chế thử búa rung 70 tấn, thành viên tham gia (Nghiệm thu đạt loại tốt) Thái Hà Phi, Vũ Văn Trung (2015), Cơ giới hóa búa rung cơng trình xây dựng giao thơng Việt Nam, Hội thảo quốc tế "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ kết cấu thép cho cơng trình giao thơng Việt Nam" (10/2015) Vũ Văn Trung, Trần Quang Hùng (2015), Study on establishing flexible hydraulic vibratory hammer control in pile driving in unconsolidated foundation, đăng Kỷ yếu hội thảo quốc tế "The international conference automotive technology for Vietnam - ICAT 2015", tháng 10/2015 Thái Hà Phi, Vũ Văn Trung, Nguyễn Văn Kựu, Nghiên cứu thiết kế, chế thử búa rung 70 nước, Tạp chí Giao thông vận tải (2/2016) Vũ Văn Trung (2016), Nghiên cứu thực nghiệm xác định tổng trở lực cản búa rung cơng trình cầu Đồng Quang (Hà Nội) búa rung, Đề tài NCKH cấp Trường mã số T2016-CK-42, Chủ nhiệm đề tài (Nghiệm thu đạt kết tốt), Trường Đại học Giao thông Vận tải 10 Vũ Văn Trung, Thái Hà Phi, Trần Quang Hùng (2017), Ảnh hưởng thông số búa rung đến lực cản đất độ dịch chuyển cọc thép q trình hạ cọc, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, tập 20 - Số - Tháng 9/2017 11 Vũ Văn Trung, Trần Quang Hùng (2017), Phân tích phi tuyến trình hạ cọc ván thép vào đất dính bão hòa phương pháp phần tử hữu hạn, Tạp chí Giao thơng vận tải tháng 11/2017 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt Báo cáo kết khảo sát địa chất khu dân cư Cát Lái (2018), Công ty TNHH Tư vấn XD 146 Báo cáo kết khảo sát địa chất số 10 Trần Nhật Duật , P Tân Định, Q 1, TP Hồ Chí Minh (2018), Cơng ty TNHH Tư vấn XD 146 Nguyễn Bính (2005), Máy thi cơng chuyên dùng, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội Nguyễn Đình Chiểu, Nguyễn Trọng Nguyễn Anh Tuấn (2004), Cơ sở lý thuyết kỹ thuật rung xây dựng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (2012), Thiết kế cơng trình chịu động đất (TCVN 9386:2012 ), Bộ Xây dựng Chu Tuấn Hạ (2010), Nghiên cứu phương pháp phân tích mơ hình đất cho tính tốn hố đào đất Hà Nội, Luận án tiến sỹ, Đại học Kiến trúc Hà Nội Hồ sơ thiết kế thi công dự án đầu tư xây dựng cầu Đồng Quang - Ba Vì - Hà Nội (2013), Công ty TNHH MTV Tư vấn & KSTKXD Trần Quang Hùng Tạ Văn Huy (2013), "Nghiên cứu động lực học trình ép cọc thép búa rung thủy lực", Tạp chí Giao thơng Vận tải Nguyễn Đắc Hưng (2009), Nghiên cứu tốn hạ chìm cọc vào đất thiết bị rung động, Luận án tiến sỹ, Đại học Thủy Lợi, Hà Nội 10 Vũ Tấn Khiêm (2014), Nghiên cứu thiết kế công nghệ chế tạo thiết bị đóng cọc nhiều hướng xà lan 200 phục vụ thi cơng cơng trình thủy, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Nhà nước 11 Trần Hữu Lý (2015), "Lựa chọn tần số cho búa rung thủy lực ép cọc ống thép đảo", Tạp chí Giao thơng Vận tải 12 Trần Hồng Minh Lương Thị Hằng (2015), "Tính tốn sức chịu tải cọc đơn có kể đến hóa lỏng đất động đất", Tạp chí Giao thơng Vận tải 13 Nguyễn Hồng Ngân (2002), Nghiên cứu mô hình học máy búa rung rung va nhằm tối ưu hóa số thơng số làm việc máy, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Đại học GTVT TP Hồ Chí Minh 14 Vũ Cơng Ngữ Nguyễn Văn Dũng (2000), Cơ học đất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 140 15 Vũ Công Ngữ, Trần Văn Việt tập thể (2007), Nghiên cứu đánh giá bổ sung điều kiện địa chất vùng Hà Nội phụ cận giải pháp móng cơng trình, Liên hiệp khoa học sản xuất địa chất xây dựng cấp nước 16 Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Trần Thị Ngọc Quỳnh Dương Vĩnh Nhiều (2018), "Phân chia kiểu cấu trúc cơng trình phục vụ quy hoạch phát triển bền vững TP Huế đến năm 2030", Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 10-2018, tr 11 17 Vũ Văn Phái, Ngơ Quang Tồn Đào Đình Bắc (2011), Hà Nội - Địa chất, địa mạo tài nguyên liên quan, Nhà xuất Hà Nội, Hà Nội 18 Thái Hà Phi Phạm Trọng Hòa (2012), "Nghiên cứu lựa chọn thông số kỹ thuật hợp lý búa rung thi cơng đóng cọc Việt Nam", Tạp chí Giao thơng Vận tải 19 Thái Hà Phi tập thể (2014), Nghiên cứu, thiết kế chế thử búa rung thủy lực 70 tấn, Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ Giáo dục Đào tạo 20 Nguyễn Văn Phóng (2016), Nghiên cứu tính chất học trầm tích đệ tứ phân bố khu vực Hà Nội tác dụng tải trọng động, Luận án tiến sỹ địa chất, Đại học Mỏ - Địa chất 21 Nguyên Huy Phương (2004), Báo cáo tổng hợp đề tài trọng điểm thành phố “Thu thập, kiểm chứng tài liệu có, nghiên cứu bổ sung lập đồ phân vùng đất yếu Hà Nội phục vụ phát triển bền vững thủ đô”, Trường đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 22 Nguyễn Huy Phương tập thể (2004), Thu thập kiểm chứng tài liệu có, nghiên cứu bổ sung lập đồ phân vùng yếu Hà Nội phục vụ phát triển bền vững Thủ đô, Đề tài KHCN cấp Bộ Giáo dục Đào tạo 23 Bộ giao thông vận tải (2005), Tiên chuẩn thiết kế cầu (22TCN 272:2005) 24 Hồng Tụy (2006), Lý thuyết tối ưu, Viện tốn học, Hà Nội 25 Đoàn Thế Tường Đoàn Thế Đông (1992), "Các dạng đất tự nhiên lãnh thổ thành phố Hà Nội sử dụng cho thiết kế móng", Tuyển tập hội nghị địa kỹ thuật Quốc tế 1, tr 174 26 Phí Hồng Thịnh (2014), Đánh giá dự báo lún mặt đất khai thác nước ngầm Hà Nội, Việt Nam Luận án tiến sĩ địa chất khoáng sản, Trường đại học Bách khoa Nghiên cứu Quốc Gia Tomsk, Liên Bang Nga 141 27 Ngô Quốc Trinh (2014), Nghiên cứu làm việc cọc chịu tải trọng ngang tải trọng động đất, Đại học Kiến trúc Hà Nội 28 Nguyễn Viết Trung (2009), Thiết kế tối ưu, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 29 Nguyễn Văn Vịnh (2004), Động lực học Máy xây dựng - xếp dỡ, Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội 30 Nguyễn Thiệu Xuân (2014), Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Máy xây dựng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội II Tiếng Anh 31 Andersson, Johan (2000), "A survey of multiobjective optimization in engineering design", Department of Mechanical Engineering, Linktjping University Sweden 32 Anh, Nguyễn Tuấn (2006), Application of Optimization Methods to Controller Design for Active Suspension, University of Technology Cottbus, Barandenburg 33 Axelsson, Gary (1998), Long-term set-up of driven piles in non-cohesive soils, Institutionen för anläggning och miljö 34 Axelsson, Gary (2000), Long-term set-up of driven piles in sand, Institutionen för anläggning och miljö 35 Bernhard, RK (1967), "Fluidization phenomena in soils during vibro-compaction and vibro-pile-driving and-pulling Hanover, NH 1967, 58 pp", US Army Cold Regions Research and Engineering 36 Billet, P and Sieffert, JG (1989), "Soil-sheet pile interaction in vibro-piling", Journal of geotechnical engineering 115(8), pp 1085-1101 37 Chen, Fu-quan, et al (2011), "Application and advance of vibratory driving techniques using high-frequency hydraulic vibratory hammer", Chinese Journal of Geotechnical Engineering, p 52 38 Chua, K, Gardner, S, and Lowery, LL (1987), Wave equation analysis of a vibratory hammer-driven pile, Offshore Technology Conference, Offshore Technology Conference 39 Gardner, Sherrill (1987), Analysis of Vibratory Driven Pile, Naval civil engineering lab port Hueneme CA 40 Guillemet, Claire (2013), Pile - Soil Interaction during Vibratory Sheet Pile Driving, Master of Science Thesis, Royal Institute of Technology 142 41 Hill, Howard T (1966), Frictional resistance in vibratory pile driving, Princeton University 42 Holeyman, Alain (1993), An analytical model-based computer program to evaluate the penetration speed of vibratory driven sheet piles, Research report prepared for BBRI, HYPERVIB1 43 Holeyman, Alain (2000), "Vibratory driving analysis", Application of Stress-Wave Theory to piles, Niyama & Beim (eds) 2000 Balkema, Rotterdam, Belgium(ISBN 90 5809 150 3) 44 Holeyman, Alain and Whenham, Valerie (2010), "Vibrodriving Prediction Models vs Experimental Results" 45 Hong-kuan, Wang (1994), Experimental study and finite element analysis of driveability and static behavior of various piles installed by vibratory driving, Texas: Faculty of the Department of Civil and Environmental Engineering, University of Houston 46 Kenneth, Viking (2002), Vibro-driveability-a field study of vibratory driven sheet piles in non-cohesive soils, Byggvetenskap 47 Kenneth, Viking (2006), "The vibratory pile installation technique", Holeyman et Rocher-Lacoste, G.(ed.) Transvib, pp 65-82 48 Kenneth, Viking and Bodare, A (1999), Laboratory studies of dynamic shaft resistance response of a vibro-driven model pile in granular soil by varying the relative density, Proceedings of the 12th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, pp 863-869 49 Kim, Byoung-Il (2012), "Prediction of penetration rate of sheet pile installed in sand by vibratory pile driver", KSCE Journal of Civil Engineering, p 16 50 Li, Xiao Peng, et al (2007), Study on characteristics of vibration friction for pilesoil system, Key Engineering Materials, Trans Tech Publ, pp 762-765 51 Liebherr HS833HD (1998), Technical Data Hydraulic crawler crane HS833HD, Editor^Editors, Liebherr 52 Moulai-Khatir, Reda, O’Neill, Michael W, and Vipulanandan, C (1994), "Program VPDA wave equation analysis for vibratory driving of piles", Report to the US Army Corps of Engineerings Waterways Experiments Station., Dept of Civil and Environmental Engineering, UHCE, pp 94-1 143 53 MT, Davisson (1970), "BRD vibratory driving formula", Foundation facts 6(1), pp 9-11 54 Operation manual of SDA-830B Dynamic Strainmeter (2000), Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd 55 Operation manual of TML Portable Data Logger TDS 302 (2000), Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd 56 Polukoshko, Svetlana (2010), "Dynamical Effects in Process of Piles Vibrodriving", Scientific Journal of Riga Technical University 33, p 07 57 Polukoshko, Svetlana, Kononova, Olga, and Sokolova, Svetlana (2010), "Dynamical Effects in Process of Piles Vibrodriving" 58 Qin, Zhaohui, et al (2017), "Field Tests to Investigate the Penetration Rate of Piles Driven by Vibratory Installation", Hindawi Shock and Vibration 2017, p 10 59 Rodger, Albert Alexander (1976), An experimental and theoretical investigation of the parameters influencing the vibration of dry cohesionless soils, Doctor ò Philosophy, Aberdeen department of engineering 60 Schmid (1969), "Driving resistance and bearing capacity of vibro-driven model piles", Performance of Deep Foundations, ASTM International 61 Schönit, Markus and Reusch, Dirk (2008), "Online - Estimation of vibratory driven piles'bearing capacity", Journal of Vibroengineering 10(3), pp 285-292 62 Serdaroglu, Mehmet Serdar (2010), Nonlinear analysis of pile driving and ground vibrations in saturated cohesive soils using the finite element method, Thesis the Doctor of Philosophy, University of Iowa 63 Sieffert, JG (2002), Vibratory pile driving analysis A simplified model, Proceedings of the International Conference on vibratory pile driving and deep soil compaction, pp 53-60 64 Smith, IM and To, P (1988), "Numerical studies of vibratory pile driving", International Journal for numerical and analytical methods in geomechanics 12(5), pp 513-531 65 Valérie, Whenham and Alain, Holeyman (2010), "Vibrodriving Prediction Models vs Experimental Results" 66 Vanden Berghe, JF (2001), Sand strength degradation within the framework of pile vibratory driving.”, Doctoral Thesis, Université Catholique de Louvain, Belgium 144 67 Vanden Berghe, JF and Holeyman, Alain (1997), Comparison of two models to evaluate the behavior of a vibratory driven sheet pile, XIth Young Geotechnical Engineers Conference and Computers, pp 60-72 68 Vogelsang, J., et al (2016), "Interpretation of Vibratory Pile Penetration Based on Digital Image Correlation", Springer International Publishing Switzerland 69 Wang, Hongkuan (1996), "Experimental study and finite element analysis of drivability and static behavior of various piles installed by vibratory driving" 70 Wang, Yinhui, et al (2011), "Soil-Pile Dynamic Interaction in the Viscous Damping Layered Soils", Open Civil Engineering Journal 5, pp 100-108 71 Warrington, DC (1989), Driveability of piles by vibration, Deep Foundation Institute 14th Annual Member Conf, pp 139-154 72 Warrington, DC (1989), Theory and Development of Vibratory Pile-Driving Equipment, Offshore Technology Conference, Offshore Technology Conference 73 Weise, Thomas (2009), "Global optimization algorithms-theory and application", Self-published 74 Westerberg, E, Eriksson, K, and Massarsch, KR (1995), Soil resistance during vibratory pile driving, Proceedings of the International Symposium on Cone Penetration Testing CPT'95, pp 241-250 75 Whenham, Valerie and Holeyman, Alain (2012), "Load Transfers During Vibratory Driving", Springer Science+Business 2012, p 30 76 Youd, TL (1967), Engineering Properties of Cohesionless Soils During Vibrations, Iowa University, Iowa, USA ... nghiên cứu - Búa rung loại treo tự do: Luận án chọn búa rung kiểu treo tự cần trục sở, có tần số rung khoảng từ 15 đến 40 Hz làm đối tượng nghiên cứu, loại búa rung có tần số rung sử dụng phổ... 10 11 a) 5 6 b) c) Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo búa rung a Búa rung kiểu cứng; b Búa rung kiểu mềm: c Búa va -rung Động ;2 Bộ truyền động; Thân búa (bộ gây rung) ; Bánh lệch tâm; Thiết bị kẹp cọc; Cọc;... búa rung dẫn động điện Lực rung động thông số búa rung, trị số phụ thuộc vào giá trị mô men lệch tâm tốc độ quay bánh lệch tâm Biên độ rung giữ vai trò quan trọng hạ cọc, hạ cọc vào biên độ rung