Nghiên cứu xây dựng mô hình phân tích ảnh hưởng của tải trọng đến vệt hằn bánh xe của bê tông nhựa có xét đến ảnh hưởng của tầng móng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ ĐÌNH DUY KHOA NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN SĨNG TRONG NÊN ĐẤT DO HOẠT ĐỘNG THI CÔNG CỌC ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƠNG TRÌNH LÂN CẬN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 85.80.205 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LAN Phản biện 1: TS NGUYỄN VĂN CHÂU Phản biện 2: PGS TS HOÀNG PHƢƠNG HOA Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thơng họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 23 tháng 11 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa - Thư viện khoa Xây dựng Cầu đường trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tỉnh Trà Vinh nằm phía Đông Nam đồng sông Cửu Long, sơng Cổ Chiên sơng Hậu Phía Bắc Trà Vinh tỉnh Bến Tre ngăn cách sông Cổ Chiên (một nhánh sơng Tiền), phía Tây Nam giáp với tỉnh Sóc Trăng qua ranh giới sơng Hậu, phía Tây giáp tỉnh Vĩnh Long, phía Đơng biển Đơng Tổng diện tích tự nhiên tỉnh 235.826 ha, với 09 đơn vị hành trực thuộc, gồm: Thành phố Trà Vinh, Thị xã Duyên Hải huyện: Càng Long, Châu Thành, Cầu Kè, Tiểu Cần, Cầu Ngang, Trà Cú Duyên Hải; có 106 đơn vị hành cấp xã, phường thị trấn Hiện tồn tỉnh có 04 ản lý; Đường tỉ ờng huyệ ố lượng cầu tuyến Đường tỉnh, Đường huyện 186 cầu (trong cần phải xây dựng 92 cầu, cầu cũ xuống cấp không đảm bảo tải trọng khổ cầu theo tiêu chuẩn) Sở Giao thông vận tải quản lý khai thác Ngồi địa bàn tỉnh cịn có 5.545,42 km đường giao thông nông thôn 220 km đường đô thị địa phương quản lý Do tỉnh thuộc đồng sơng Cửu Long nên có hệ thống sơng, ngịi chằng chịt, tổng chiều dài tuyến kênh, sơng khoảng 917 km số lượng cầu cần đầu tư xây dựng nhiều Học viên công tác ngành giao thông vận tải, tham gia trực tiếp thẩm định dự án giao thông sử dụng vốn ngân sách nằm địa bàn tỉnh (theo Nghị định số 59/2015/NĐ-CP ngày 18/6/2015 Chính phủ quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình quy định Sở quản lý cơng trình xây dựng chuyên ngành chủ trì thẩm định dự án quy mơ từ nhóm B trở xuống đầu tư xây dựng địa bàn hành tỉnh Trà Vinh Học viên xét thấy lựa chọn đề tài “Nghiên cứu lan truyền sóng đất hoạt động thi cơng cọc ảnh hưởng đến cơng trình lân cận địa bàn tỉnh Trà Vinh” cần thiết phù hợp với luận văn thạc sỹ ứng dụng Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Kết dự kiến Kết nghiên cứu đề tài làm sở tham khảo, phục vụ cơng tác thẩm định thiết kế phương án móng cọc đóng; đánh giá phạm vi ảnh hưởng đến cơng trình lân cận thi cơng cọc làm sở giải tranh chấp đền bù ảnh hưởng rung chấn Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI SÓNG LAN TRUYỀ T DO HOẠT ĐỘNG THI CÔNG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH 1.1 Các loại sóng lan truyền đất Chấn động rung (hay rung động) phát sinh từ yếu tố tự nhiên yếu tố người Hoạt động kiến tạo vỏ Trái Đất động đất, núi lửa tai biến tự nhiên, lượng giải phóng truyền bên mặt đất tạo nên rung động nhiều cấp độ khác Đây tượng mà thời điểm phát sinh, người chưa hồn tồn xác định trước Có loại sóng đàn hồi gây chấn động làm người cảm nhận phá hoại cơng trình xây dựng Trong ba loại sóng đó, có loại sóng truyền từ chấn tiêu qua đá cứng mơi trường bao quanh gọi chung sóng khối, loại thứ lan truyền vùng sát mặt đất nên gọi sóng mặt [2] 1.1.1 Sóng khối Sóng khối cịn gọi sóng thể tích gồm hai loại khác chất sóng dọc sóng ngang [2] - Sóng dọc (ký hiệu P): Sóng truyền nhờ thay đổi thể tích vật chất, gây biến dạng kéo nén lòng đất, hướng chuyển động vật chất trùng với hướng di chuyển sóng Sóng dọc có khả truyền qua đá cứng chất lỏng [2] - Sóng ngang (ký hiệu S): hướng chuyển động phần tử vật chất vuông góc với hướng di chuyển sóng Sóng gây tượng xoắn cắt mà không làm thay đổi thể tích mơi trường truyền sóng 1.1.2 Sóng mặt - Sóng Rayleigh (ký hiệu R): Đây loại sóng làm cho phần tử vật chất chuyển động theo quỹ đạo hình elip mặt phẳng thẳng đứng song song với hướng truyền sóng [2] - Sóng Love (ký hiệu Q): Chuyển động loại sóng tương tự sóng S khơng có thành phần thẳng đứng Nó làm cho phần tử vật chất chuyển động mặt phẳng nằm ngang song song với mặt đất, vng góc với hướng truyền sóng Các sóng gây ứng sứng cắt [2] Tốc độ truyền sóng P sóng S phụ thuộc vào mật độ tính chất đàn hồi lớp tạo nên đất đá mà chúng qua Đất đá cứng, nén chặt tốc độ truyền sóng lớn[2] Sóng P, sóng S sóng R di chuyển với tốc độ khác Sóng P nhanh nhất, sau sóng S sóng R Dọc theo mặt đất, sóng P sóng S tiêu tán nhanh sóng R 1.2 Ảnh hưởng sóng chấn động đến cơng trình lân cận mơi trường Nhiều hoạt động thi công xây dựng hạ cọc, đầm chặt đường, nổ mìn phá đá đường, gây rung chấn lan truyền tác động đến công trình lân cận Nếu cường độ nguồn rung lớn, gây vận tốc rung chất điểm lớn làm hư hỏng cơng trình xung quanh Sau số hình ảnh thi cơng cơng trình làm ảnh hưởng đến cơng trình lân cận: - Cơng trình đường tỉnh 915B, Sở Giao thơng vận tải tỉnh Trà Vinh làm chủ đầu tư, trình thi cơng đóng cọc mố Mb cầu Ba Trường làm nứt nhà số hộ dân sống lân cận cơng trình, hạng mục phải tạm ngưng năm để thương lượng, thuê tư vấn đánh giá mức độ thiệt hại để đền bù thiệt hại cho dân: - Q trình thi cơng Dự án đầu tư xây dựng đường Hồ Chí Minh đoạn tuyến tránh thị Pleiku ngang qua hai huyện Ia Grai Chư Păh (tỉnh Gia Lai) làm 80 hộ dân bị ảnh hưởng rung chấn Tình trạng xảy từ tháng 01/2018 đến chưa giải dứt điểm, gây xúc cho người dân [4] - Theo báo cáo Trường THPT Lý Sơn, tháng 10/2018, q trình thi cơng Dự án cảng Bến Đình (thơn Đông, xã An Vĩnh, huyện Lý Sơn), Công ty Cổ phần cơng trình Thủy Hà Nội nổ mìn đánh san hô 1.3 Các qui định giới hạn cƣờng độ sóng chấn động đất 1.3.1 Rung động ngắn hạn a Tiêu chuẩn Đức DIN 4150 [6] b Văn phòng Khai thác mỏ Hoa Kỳ (OSM) c Tiêu chuẩn Úc 2187.2 (Australian standard 2187.2)[8] d.Tiêu chuẩn Việt Nam (QCVN 27:2010/BTNMT; TCVN 7378: 2004 ) 1.3.2 Rung động dài hạn Những rung động hoạt động giao thơng, hoạt động xây dựng (ngoại trừ đóng cọc, nổ mìn) xem rung động dài hạn a Tiêu chuẩn Thụy Sĩ Thụy Sỹ phát triển tiêu chuẩn cho rung động ngắn hạn dài hạn [11]: Ghi chú: Cơng trình Cấp I - Các tịa nhà thép bê tông cốt thép; Cấp II – Tường bê tông, tường bê tông hoặcbê tông, tường chắn xây đá; Cấp III- Các tòa nhà với trần nhà gỗ tường vữa; Cấp IV- Các cơng trình nhạy cảm với rung động b Phịng thí nghiệm nghiên cứu giao thơng vận tải – Transport and Road Research Laboratory (TRRL) TRRL nghiên cứu rung động dài hạn, đề xuất mức độ rung động phản ứng người ảnh hưởng đối vớicác tịa nhà trình bày: c Theo tiêu chuẩn xây dựng sở giao thông Bang Florida (Florida Department of Transportation Construction SpecificationsFDOT) Mục 455 Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn FDOT cho xây dựng cầu đường yêu cầu phải lắp đặt thiết bị giám sát rung móng kết cấu xây dựng gần với cấu trúc có Khi phát PPV lớn 0,5 in./s, hoạt động xây dựng phải dừng lại tham khảo ý kiến chuyên gia [12] 1.4 Kết luận chƣơng Ta nhận thấy việc xác định ảnh hưởng rung chấn dựa đặc tính nguồn rung điều kiện địa chất nước giới Việt Nam ban hành khung tiêu chuẩn quy định Tuy nhiên để kiểm chứng giới hạn rung hình thành kết xác cho vùng miền khác việc “Nghiên cứu lan truyền sóng đất hoạt động thi công cọc ảnh hưởng đến cơng trình lân cận địa bàn tỉnh Trà Vinh” cần thiết Kết nghiên cứu xác định phạm vi ảnh hưởng rung chấn địa bàn tỉnh, đánh giá định biện pháp thi công phù hợp với dự án Đồng thời kết nghiên cứu áp dụng dự án tương tự khác Chƣơng TRONG NỀN ĐẤT DO HOẠT ĐỘNG ĐĨNG CỌC BTCT 2.1 Cơ sở tốn lan truyền sóng hạ cọc đất 2.1.1 Phương trình vi phân phân tố ứng suất môi trường không gian đàn hồi [13] Đối với vật thể bán không gian đàn hồi mặt tự người ta cịn phát hai loại sóng Tùy theo phương chuyển động hạt, ta có sóng mặt Rayleigh sóng Love Các sóng giảm nhanh theo chiều sâu Tốc độ lan truyền sóng bé sóng ngang Hao tán lượng xảy chậm sóng dọc Cịn hạt sóng Love chuyển động vng góc với phương truyền sóng lại song song với mặt tự Nghiên cứu sóng mặt có ý nghĩa lớn thực tế, tính tốn cơng trình mặt đất Ban đầu ta xét thành phần phương trình cân phân tố ứng suất không gian đàn hồi: u, v, w thành phần chuyển vị phân tố;  khối lượng  2u  v  w riêng phân tố chính, , , gia tốc chuyển vị u, v, t t t w phần tố Phương trình cân phân tố theo lý thuyết đàn hồi có dạng:  2u  x  yx  zx     X t x  xy y  y z  zy  v    Y t x y z  w  xz  yz  z     Z t x y z  (2-1) 2.1.2 Mối quan hệ biên độ khoảng cách đến nguồn rung phân tố môi trường bán đàn hồi Giả thuyết nguồn sóng phát sóng điều hòa theo thời gian, giải phương trình (2-9) (2-10) với   eit ( x, y, z ) i t (2-11) i t i t u2  e U ; v2  e V ; w  e W Trong  tần số nguồn (2-12) 2.1.3 Lan truyền sóng ứng suất [13] Xét phân tố hình 2.2, A diện tích cắt ngang thanh, E γ mô đun đàn hồi dung trọng vật liệu Ứng suất mặt cắt a-a tăng lượng σ, ứng suất mặt cắt b-b tăng lượng σ Căn định luật Newton (tổng lực khối lượng nhân gia tốc) 2.1.4 Vận tốc hạt vùng chịu ứng suất Điều quan trọng cần phân biệt vận tốc lan truyền sóng dọc (c) vận tốc hạt vùng có ứng suất Để làm sáng tỏ, xét xung sóng ứng suất có cường độ x khoảng thời gian t’ tác dụng đầu (hình 1-7) Khi có xung ứng suất tác dụng, vùng nhỏ bị nén Theo thời gian biến dạng nén sẻ truyền đến vùng Trong khoảng thời gian t, ứng suất qua khoảng cách x=c.t Tại thời điểm t > t’, đoạn có chiều dài x tiếp tục bị nén Chú ý x=c.t’ Độ co ngắn đàn hồi là: 2.2 Cơ sở phƣơng pháp PTHH phân tích lan truyền sóng hạ cọc [13] Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp tổng quát để xây dựng mơ hình số mơ hình toán học Sau xác định ma trận chuyển vị nút, chuyển vị điểm phần tử xác định dựa “hàm dạng” mô tả quan hệ chuyển vị điểm với chuyển vị nút Trong phần này, phương pháp PTHH mô tả việc áp dụng phương trình động học đàn hồi tuyến tính, phương trình vi phân đưa sau: T   b    2u t (2-40) 2.3 Cơ sở phần mềm PTHH phân tích lan truyền sóng hạ cọc 2.3.1 Giới thiệu Midas GTS NX Hiện có số phần mềm PTHH phân tích lan truyền só ng dao động đất như: PLASXIS 4D Dynamic, ANSYS, ABACUS, MIDAS GTS NX… MIDAS GTS NX phát triển dựa kinh nghiệm phân tích phần tử hữu hạn cơng nghệ đồ họa công ty MIDAS IT phát triển liên tục từ năm 1989 MIDAS GTS NX giúp kỹ sư xây dựng cách trực quan mô hình địa kỹ thuật phức tạp Việc mơ hình hóa cịn bổ sung thêm tính phân tích mạnh mẽ dựa chương trình phân tích nhanh MIDAS IT phát triển Ngồi ra, phần mềm MIDAS GTS NX cịn có khả tạo báo cáo xác phù hợp với thực tế thiết kế [13] GTS NX cho phép bạn hưởng lợi hoàn toàn từ việc sử dụng mơ hình 2D 3D để phân tích địa chấn Một lợi việc sử dụng mơ hình 2D 3D để phân tích địa chấn khả xem xét phức tạp dự án dị hướng đất, địa tầng đất khơng đều, sóng bề mặt, địa hình khơng tương tác cấu trúc đất Một lợi quan trọng khác việc sử dụng mơ hình 2D 3D ước tính chuyển vị gây địa chấn [13] GTS NX (Geotechnical Analysis System New Experience) gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn toàn diện, trang bị để xử lý toàn phạm vi ứng dụng thiết kế địa kỹ thuật bao gồm trường hợp móng đào sâu, hệ thống đường hầm phức tạp, phân tích rị rỉ đường ống lịng đất, phân tích hợp hạng mục kết cấu bên lòng đất, thiết kế kè, phân tích ổn định động mái dốc GTS NX trang bị tính chuyên biệt độc đáo phát triển để đẩy nhanh q trình mơ hình hóa phân tích Với tính này, bạn tạo thiết kế chất lượng cao, tối ưu với hiệu cao bạn tưởng tượng Phân tích Eigenvalue sử dụng để phân tích tính chất động vốn có mặt đất / cấu trúc, điều sử dụng để có chế độ tự nhiên (hình dạng chế độ), chu kỳ tự nhiên (tần số tự nhiên), hệ số tham gia phương thức, vv mặt đất / cấu trúc 2.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn phân tích lịch sử thời gian Phương pháp lịch sử thời gian phương pháp tích phân số bước phương trình dao động Lực tác dụng gia tốc chấn động lên kết cấu chia thành lực thành phần tác động theo nguyên tắc cộng tác dụng gọi phương pháp tích phân theo thời gian Khoảng cách thời gian sử dụng để tạo liệu phổ khác với khoảng thời gian tự nhiên cấu trúc đó, nội suy cho thời kỳ tự nhiên cần thiết 2.4 Ví dụ số phân tích lan truyền sóng hạ cọc Ví dụ trình bày cách xây dựng mơ hình phân tích kết cấu đất đặc trưng chịu tác dụng tải trọng rung Các vấn đề trọng tâm là: - Mơ hình hóa địa hình 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 điểm a Khai báo vật liệu : Material > Create b Tạo khối mơ hình : Geometry > Surface & Solid > Box : Mesh > Generate > 3D + Tạo lưới: - Vào Model ẩn khối địa hình - Chọn tất khối - Nhập kích thước Size (2) - Chọn lưới hỗn hợp Hybrid Mesher - Trong Property chọn biểu tượng chọn Apply - Chọn OK : Mesh > Element > Create - Vào mục Other chọn khối địa hình 10 : Analysis > Analysis > Perform - Chọn OK Kết mô [DataVelocity] INCR=381 [DataVelocity] [UNIT] kN,m kN,m [DataVelocity] [UNIT] kN,m INCR=500[UNIT] INCR=788 [DataVelocity] INCR=1028 [UNIT] kN,m [DataDisplacement] INCR=441 UNIT] kN,m [DataDisplacement] [UNIT]kN,m INCR=799 [DataDisplacement] INCR=981 [UNIT]kN,m [DataDisplacement]INCR=1020[UNIT ]kN,m 11 Lần 1: Lần 2: Lần Bảng 2.2 Bảng tổng hợp kết vận tốc dao động lớn từ phần mềm Midas GTS Trong trường hợp khơng có biện pháp giảm chấn, quy luật giảm dần giá trị lớn theo khoảng cách trình bày hình Các quy luật xác định theo cơng thức sau: V = 520 × Fc× R-2.344 (1) 12 Trong đó: + V: vận tốc dao động (mm/s) + R: khoảng cách từ điểm cần xét đến nguồn chấn động (m) + Fc: lượng xung kích lớn nhất(T.m) Với Búa đóng cọc Diesel D50 giá trị lượng xung kích lớn 12.25T.m Hình 2.23 Biểu đồ quan hệ Vận tốc - Bán kính ảnh hưởng Búa đóng cọc Diesel D50 Khoảng cách an tồn cho nhà dân khơng bị hư hỏng nứt nẻ xác định dựa vào công thức suy giảm vận tốc dao động (1) Từ công thức (1)rút được: [R] ((520 × Fc)/[V])^ (1/2.344) (3) Trong đó: R] khoảng cách an toàn kể từ nguồn chấn động (m) [V] vận tốc dao động an toàn cho phép (mm/s) Fc: lượng xung kích lớn nhất(T.m) - Với giá trị lượng xung kích lớn 12.25 T.m Bảng 2.3 Bán kính ảnh hƣởng R(m) tính theo vận tốc giới hạn Năng lƣợng Bán kính ảnh hƣởng R(m) tính theo vận tốc giới hạn xung kích Cơng trình cấp Cơng trình cấp Cơng trình cấp I lớn II III (Vgh = 20mm/s) (T.m) (Vgh = 5mm/s) (Vgh = 3mm/s) 12.25 11.69 21.12 26.26 Cơng trình loại I - Vận tốc dao động an toàn cho phép 3mm/s, khoảng cách an tồn tính 26.26m Cơng trình loại II - Vận tốc dao động an toàn cho phép 5mm/s, khoảng cách an toàn tính 21.12m Cơng trình loại III 13 - Vận tốc dao động an toàn cho phép 20mm/s, khoảng cách an tồn tính 11.69m 2.5 Kết luận chƣơng - Bài tốn lan truyền sóng đất thi công cọc giải phương pháp giải tích phức tạp Chỉ giải vài dạng toán đơn giản lan truyền sóng chịu lực kích động dọc trục - Có thể sử dụng phần mềm phân tích địa kỹ thuật chuyên dụng dựa phương pháp PTHH (như MIDAS GTX) để mơ tốn lan truyền sóng rung động đất hoạt động thi công cọc - Sử dụng kỹ thuật cập nhật mơ hình PTHH cho tốn mơ lan truyền sóng hạ cọc cho thấy kết phân tích mơ hình cuối kết đo tương đối phù hợp với thực nghiệm trường Dựa mô hình PTHH cập nhật với số liệu đo ta ngoại suy quan hệ PPV-R với loại nguồn rung khác Chƣơng DO 3.1 Phƣơng pháp tiêu chuẩn đo đạc lan truyền sóng đất hoạt động thi công cọc Hiện Việt Nam quy định tham số chấn động rung, máy đo phương pháp đo dừng lại mức độ khái quát thông qua tiêu chuẩn quy chuẩn như: TCVN 6963-2001, TCVN 7378:2004 QCVN 27:2010/BTNMT Phương pháp đo giới thiệu tiêu chuẩn bao gồm loại máy đo phổ biến có chế độ định sẵn, việc chuẩn định máy để có thơng số xác chưa hướng dẫn cụ thể [1] Hệ thống thiết bị đo rung động thường bao gồm: Các cảm biến rung (transducers), hệ thống thu thập tín hiệu dao động (dattalogger) phần mềm thu thập, xử lý tín hiệu dao động (software) Trình tự xác định quan hệ bán kính R(m) - khoảng cách từ nguồn rung đến điểm xem xét vận tốc rung PPV (mm/s) tương ứng với loại nguồn gây rung điều kiện địa chất sau: - Khảo sát, lựa chọn vị trí đo đạc: Đảm bảo điển hình cho khu vực địa chất nền, thuận lợi cho bố trí cảm biến (thường từ đến điểm) cách từ nguồn rung từ - 10m điểm xa điểm 14 dự báo vận tốc rung suy giảm gần khơng theo phân tích dự báo kinh nghiệm; - Đo đạc bố trí điểm đo: Cảm biến geophone điểm gồm loại theo phương bán kính (kí hiệu Ri) phương đứng (ký hiệu Vi), cảm biến gắn cọc đóng chặt vào trước đó; - Nối dây hệ thống cảm biến vào datalogger nối datalogger vào máy tính laptop có phần mềm kết nối thiết bị đo, thu thập tín hiệu đo hiển thi kết đo rung theo thời gian thực hình Dữ liệu đo rung lưu file text excel để xử lý sau; - Vận hành nguồn gây rung thiết bị dùng thi công cho dự án với tải (cách vận hành) khác nhau; tải ghi lại liệu rung, sau xử lý để tìm tải bất lợi cho loại nguồn rung; - Tương ứng với điểm đo ta có cặp trị số Vi (mm/s)-Ri (m) Từ số liệu điểm đo (Vi,Ri) ta xây dựng đường cong quan hệ VR tương ứng cho loại nguồn rung; - Căn tiêu chuẩn giới hạn vận tốc rung khơng gây hư hại đến cơng trình xung quanh đường cong quan hệ thực nghiệm V-R, xác định bán kính ảnh hưởng đến cơng trình rung Reff Cơng trình nằm cách xa nguồn rung khoảng cách lớn Reff xem không bị ảnh hưởng rung chấn [3] 3.2 Chƣơng trình thực nghiệm trƣờng 3.2.1 Nguồn gây rung chấn Loại búa đóng cọc Diesel D50 ( Do đơn vị thi cơng cung cấp để thi cơng cầu Sóc Thát) - Trọng lượng cụm búa: 10.5 (tấn) - Trọng lượng phần rơi: 5.0 (tấn) - Năng lượng xung kích: 12.25 (T.m) - Tần suất đóng: 35-55 (nhát/phút) 15 Hình 3.2 Búa đóng cọc thi công công trường 3.2.2 Hiện trường thực thí nghiệm Trong phạm vi nghiên cứu đề tài nguồn rung hoạt động đóng cọc bê tông cốt thép búa Diesel trụ T2, hạng mục cầu Sóc Thát (Km6+472,94) thuộc Dự án Hạ tầng thiết yếu phục vụ vùng sản xuất ăn trái tập trung 02 huyện Càng Long, Châu Thành Thành phố Trà Vinh (giai đoạn 1) Giới thiệu sơ quy mơ cầu Sóc Thát (Km6+472,94): - Cầu BTCT BTCT DƯL vĩnh cửu - Sơ đồ nhịp 3x24,54m, chiều dài toàn cầu 84,892m - Chiều rộng cầu 9,0m Mặt cắt ngang nhịp gồm dầm chữ I 24,54m - Mố kiểu chữ U, trụ đặc thân hẹp BTCT fc’=30Mpa - Móng mố đặt hệ 19 cọc BTCT 45x45cm, chiều dài dự cọc kiến 48,5m - Móng trụ đặt hệ 16 cọc BTCT 45x45cm, chiều dài dự cọc kiến 47,0m 3.2.3 Thiết bị đo rung chấn - Các thiết bị đo đạc bao gồm đầu đo vận tốc dao động, thiết bị chuyển đổi tín hiệu thiết bị đọc lưu trữ kết đo - Các đầu đo vận tốc dao động thiết bị tiếp nhận dao động, chuyển hóa tín hiệu dao động thành tín hiệu điện truyền phận thu nhận tín hiệu điện Giải tần đầu đo 1Hz đến 1000Hz ứng khoảng giá trị vận tốc đo từ 0,01mm/s đến 500mm/s Hệ thống đo rung động: Đầu đo vận tốc + Datalogger NI9205 (Hoa Kỳ) 16 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối hệ thống quy trình đo đạc liệu rung chấn - Sơ đồ bố trí đầu đo mặt đất mơ tả hình 3.6 Tại vị trí đo dao động mặt đất, có giá sắt gắn vào đất Trên giá sắt gắn hai đầu đo dao động, đầu đo dao động theo phương đứng (kí hiệu V) đầu đo dao động theo phương kính (kí hiệu R) Các đầu đo dao động nối với phận nhận xử lý tín hiệu Hình 3.6 Đầu đo dao động - Các số liệu thu nhận q trình thí nghiệm, lưu trữ phân tích - xử lý máy tính trường nhờ phần mềm chuyên dụng Labview, DIAdem 3.2.4 Thực thí nghiệm đo rung trường đóng cọc a Đặc điểm địa chất Khu vực dự án nghiên cứu có đặc điểm địa chất từ mặt đất xuống gồm lớp đất sau: - Lớp dd: đất đắp Sét màu xám nâu, phân bố rộng bề mặt địa hình khu vực cầu, chiều dày trung bình lớp 0,8m 17 - Lớp 2: Bụi dẻo, màu xám đen, phân bố rộng khắp bề mặt địa hình khu vực cầu,chiều dày trung bình lớp 28,5m - Lớp 3a: Bụi dẻo, màu xám đen, trạng thái dẻo mềm, Chiều dày trung bình lớp 3,1m - Lớp 4: Sét dẻo, màu xám nâu, trạng thái cứng – cứng, chiều dày trung bình lớp 9,5m - Lớp 5: Sét dẻo, màu xám vàng, trạng thái cứng, chiều dày trung bình lớp 5,9m - Lớp 6: Sét dẻo, màu xám vàng, trạng thái cứng – cứng, chiều dày trung bình lớp 2,0m - Lớp 7: Bụi dẻo, màu xám xanh- xám đen, trạng thái cứng, chiều dày trung bình lớp 9.0m b Công tác chuẩn bị - Thu thập tài liệu địa chất cơng trình khu vực trường, tài liệu thiết bị thi công hoạt động thi công dự án (nguồn gây rung động); - Khảo sát trường, đánh giá tầm quan trọng đối tượng cần bảo vệ; - Thiết kế sơ vị trí đo chấn động; - Cân chỉnh thiết bị phòng; - Lập phần mềm xử lý số liệu đo chấn động phần mềm phân tích đánh giá ảnh hưởng sơ chấn động gây nguồn rung chấn; - Đề biện pháp an tồn người thí nghiệm, thiết bị thí nghiệm số liệu đo đạc c Cơng tác thí nghiệm - Vận chuyển thiết bị đến trường; - Lắp đặt thiết bị thu nhận xử lý sơ số liệu; - Lắp đặt đầu đo chấn động mặt đất 03 điểm 01 nguồn gây chấn động với khoảng cách khác kể từ vị trí nguồn gây chấn động; - Đặt hệ thống bảo vệ thiết bị đo; - Xác định tần số biên độ trường để loại bỏ sóng cắt S sóng nén P, đo sóng Reighley có lượng lớn gây nguy hiểm cho cơng trình lân cận; - Tiến hành đo chấn động q trình hoạt động thiết bị thi cơng hoạt động thi công gây chấn động; 18 - Kiểm tra số liệu đo Khi kết đo không hợp chuẩn, cần tiến hành lặp lại phép đo; - Tháo lắp thiết bị đo chấn động thiết bị lưu trữ số liệu đo chấn động; - Vận chuyển thiết bị đo chấn động phịng thí nghiệm; - Truyền số liệu sang máy tính bảo dưỡng thiết bị đo chấn động Bảng 3.1 Tham số kỹ thuật đo dao động vị trí thí nghiệm Khoảng cách Phƣơng dao Kênh Đầu đo Trạng thái (m) động 25 đứng V1 OK 25 ngang H1 OK 40 đứng V2 OK 40 ngang H2 OK 65 đứng V3 OK 65 ngang H3 OK d Trình tự - quy trình đo đạc thí nghiệm trường Hình 3.10 Quy trình thực nghiệm trường - Bước 1: Khảo sát địa hình, địa chất gần tương tự nơi có nhà dân sinh sống, điều kiện địa hình đo đạc cần phẳng, khơng có chướng ngại vật cản trở, khơ ráo, thống mát - Bước 2: Tiến hành đo xác định vị trí đặt đầu đo rung theo sơ đồ dự kiến - Bước 3: Thực đóng cọc gắn đầu chân cảm biến Tại vị trí đo dao động mặt đất, có giá sắt đường kính 3cm gắn vào đất Trên giá sắt gắn chân đầu đo dao động theo hai phương trước gắn cảm biến geophone vào điểm đo - Bước 4: Tiến hành lắp đặt cảm biến vào chân cảm biến Lắp đặt cẩn thận nhẹ nhàng tránh cảm biến bị dao động mạnh, để cảm biến nơi khô ráo, tránh ánh nắng trực tiếp, tránh nguồn nhiệt,… để 19 cảm biến trì nhiệt độ bình thường gần 20˚C nhằm tăng tính ổn định q trình đo - Bước 5: Hai đầu đo dao động, đầu đo dao động theo phương đứng (kí hiệu V) đầu đo dao động theo phương bán kính (kí hiệu R) Các đầu đo dao động nối với phận nhận xử lí tín hiệu Kiểm tra tín hiệu trước tiến hành đo thức - Bước 6: Tiến hành đo thức, kích hoạt búa đóng cọc Diezel: - Bước 7: Sau hồn thành việc đo chấn động, thu dọn thiết bị, trả lại mặt thi cơng Hình 3.11 Lắp đặt thiết bị đo trường 3.2.5 Cơng trình lân cận khu vực thi công - Theo TCVN 7378:2004, công trình lân cận khu vực cần đo nhà xây bê tông cốt thép gạch đá xây, có chiều cao ≥ 01 tầng Vì giá trị vận tốc an toàn cho phép áp dụng theo cấp cơng trình loại III (Phụ lục B TCVN 7378:2004 - Cơng trình loại III cơng trình xây dựng khơng kiên cố; cơng trình nhẹ nhạy cảm với rung động tượng đài, công trình lịch sử - văn hóa, di tích cổ, đền chùa, miếu mạo,… 3.3 Các kết đo phân tích dao động điểm đo bao gồm vận tốc dao động đo theo phương đứng phương kính suốt q trình đo đóng cọc Tổng hợp tất kết đo, xác định giá trị biên độ cực đại cho trường hợp đo Các giá trị biên độ cực đại trình bày bảng tổng hợp Trong bảng tổng hợp, tham số dao động trình bày bao gồm: 20 - Vận tốc dao động lớn theo phương đứng, max Vz, mm/s; -Vận tốc dao động lớn theo phương bán kính, max Vr, mm/s; - Vận tốc dao động tổng lớn nhất, Vt, mm/s, max Vt = max (Vz2 + Vr2)0.5 Lần 1: Lần 2: Lần 3: Lần 4: 21 Lần 5: * Kết chi tiết tham chiếu Phụ lục Tần số dao động đặc trưng đo 0.8 ÷ 29Hz (phụ lục) nằm khoảng ≤50 Hz, tác động rung gián đoạn Giá trị vận tốc dao động giới hạn lấy theo Bảng - Tiêu chuẩn TCVN 7378:2004 20mm/s cơng trình loại I (các cơng trình xây dựng cơng nghiệp kiên cố có kết cấu khung thép, bê tơng cốt thép cơng trình kiến trúc xây dựng tương tự; Cơng việc phân tích xác định khoảng cách an tồn trình bày sau đây: Búa đóng cọc Diesel D50 Trong trường hợp khơng có biện pháp giảm chấn, quy luật giảm dần giá trị lớn theo khoảng cách trình bày hình Các quy luật xác định theo cơng thức sau: V = 54.92 × Fc× R-1.638 (1) Trong đó: + V: vận tốc dao động (mm/s) + R: khoảng cách từ điểm cần xét đến nguồn chấn động (m) + Fc: lượng xung kích lớn nhất(T.m) 22 Với Búa đóng cọc Diesel D50 giá trị lượng xung kích lớn 12.25 T.m Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ Vận tốc – Bán kính ảnh hưởng Búa đóng cọc Diesel D50 Khoảng cách an toàn cho nhà dân không bị hư hỏng nứt nẻ xác định dựa vào công thức suy giảm vận tốc dao động (1) Từ cơng thức (1)rút được: [R]  ((54.92 × Fc)/[V])^ (1/1.638) (3) Trong đó:[R] khoảng cách an tồn kể từ nguồn chấn động (m) [V] vận tốc dao động an toàn cho phép (mm/s) Fc: lượng xung kích lớn nhất(T.m) - Với giá trị lượng xung kích lớn 12.25 T.m Bảng 3.3 Bán kính ảnh hƣởng R(m) tính theo vận tốc giới hạn Bán kính ảnh hƣởng R(m) tính theo vận tốc giới Năng lƣợng hạn xung kích Cơng trình cấp Cơng trình cấp Cơng trình cấp lớn I II III (T.m) (Vgh = 20mm/s) (Vgh = 5mm/s) (Vgh = 3mm/s) 12.25 8.55 19.94 27.23 Cơng trình loại I: Vận tốc dao động an toàn cho phép 3mm/s, khoảng cách an tồn tính 27.23m Cơng trình loại II: Vận tốc dao động an toàn cho phép 5mm/s, khoảng cách an tồn tính 19.94m Cơng trình loại III: Vận tốc dao động an toàn cho phép 20mm/s, khoảng cách an tồn tính 8.55m 23 3.4 So sánh kết phân tích lý thuyết thực nghiệm Phương trình quan hệ V-R lý thuyết thực nghiệm có tương đồng độ dốc, bán kính cong, góc lệch tanφ Tuy kết cịn sai số, việc mô lý thuyết xem kết ban đầu nhằm mục tiêu tham khảo cho q trình thực nghiệm, gợi ý vị trí khoảng cách thực tế cần lắp đặt thiết bị, giảm thiểu sai sô nội suy kết thực nghiệm Bảng 3.4 So sánh kết thực nghiệm lý thuyết Bán kính ảnh điểm điểm điểm Phƣơng pháp hƣởng R(m) (25 m) (40 m) (65 m) 3mm/s 27.23 Thực nghiệm 3.79 1.33 0.79 26.26 Lý thuyết 3.09 1.33 0.33 Hình 3.14 Biểu đồ so sánh thực nghiệm lý thuyết 3.5 Kết luận ngoại suy xác định bán kính ảnh hưởng cho loại búa đóng cọc khác - Kết bán kính ảnh hưởng khu vực thực nghiệm đóng cọc lớn 27.23 m - Từ kết nghiên cứu cho loại búa đóng cọc Diesel D50 ngồi trường ta rút công thức xác định khoảng cách an tồn cho nhà dân khơng bị hư hỏng nứt nẻ sau: [R]  ((54.92 × Fc)/[V])^ (1/1.638) Qua chương này, ta nhận thấy kết thực nghiệm phản ánh phần diễn biến trình lan truyền sóng rung chấn thực tế, việc sở để đánh gia mức độ ảnh hưởng phạm vi an toàn mà đơn vị thi công thực tế tham 24 chiếu để xác đinh nhằm giảm thiểu thấp ảnh hưởng xảy KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Trong q trình thi cơng xây dựng cơng trình cầu địa bàn tỉnh Trà Vinh tỉnh cịn nghèo, khó khăn nguồn vốn, Tư vấn thiết kế Chủ đầu tư không lường trước rủi ro nên việc thi cơng đóng cọc mố, trụ cầu làm ảnh hưởng đến cơng trình lân cận điều khó tránh khỏi - Từ kết nghiên cứu học viên xác định bán kính giới hạn cho loại búa đóng cọc khác mặt cắt địa chất cụ thể, nhiên sử dụng kết nghiên cứu để trình thẩm định dự án, thiết kế cho cơng trình cầu sử dụng cọc đóng bê tơng cốt thép có địa chất tương tự (bảng 3.5) để lưu ý Tư vấn thiết kế xác định phương án móng cho phù hợp có thiết kế biện pháp giảm chấn nhằm khơng gây hư hại cho cơng trình lân cận Kiến nghị - Cần tiếp tục nghiên cứu để thu thập đầy đủ xác đặc điểm nguồn rung, quy luật lan truyền sóng khu vực địa chất nhằm đưa thống kê tổng quan, phục vụ đánh giá sơ cho các cơng trình có kết cấu tương tự - Nghiên cứu đề xuất thêm nhiều biện pháp giảm chấn điều kiện thi cơng khó khăn nhằm tránh kiểm sốt rủi ro, hạn chế thấp chi phí phát sinh q trình thi cơng xây dựng - Khi có cố nứt nhà dân có liên quan đến cơng tác đóng cọc chi phí th Tư vấn để xác định nguyên nhân đánh giá mức độ thiệt hại thường Nhà thầu thi công chi trả (mặt dầu lỗi họ) Thông tư số 06/2016/TT-BXD ngày 10/03/2016 Bộ Xây dựng hướng dẫn xác định quản lý chi phí đầu tư xây dựng khơng có qui định chi phí - Nhà nước cần ban hành đầy đủ tiêu chuẩn rung chấn hoạt động thi cơng xây dựng gây cơng trình lân cận - Lập đồ đánh giá sơ phạm vi (bán kính) ảnh hưởng cơng trình lân cận địa bàn tỉnh Trà Vinh nói riêng nước nói chung cho loại thiết bị rung chấn sở liệu địa chất vùng, miền ... Ví dụ số phân tích lan truyền sóng hạ cọc Ví dụ trình bày cách xây dựng mơ hình phân tích kết cấu đất đặc trưng chịu tác dụng tải trọng rung Các vấn đề trọng tâm là: - Mô hình hóa địa hình địa... sử dụng mơ hình 2D 3D để phân tích địa chấn Một lợi việc sử dụng mơ hình 2D 3D để phân tích địa chấn khả xem xét phức tạp dự án dị hướng đất, địa tầng đất khơng đều, sóng bề mặt, địa hình khơng... phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Kết dự kiến Kết nghiên cứu đề tài làm sở tham khảo, phục vụ công tác thẩm định thiết kế phương án móng cọc đóng; đánh giá phạm vi ảnh hưởng đến cơng