Nghiên cứu lan truyền sóng trong nền đất do hoạt động thi công cọc ảnh hưởng đến công trình lân cận trên địa bàn tỉnh trà vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –––––––––––––––––––––––– VÕ ĐÌNH DUY KHOA NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN SĨNG TRONG NÊN ĐẤT DO HOẠT ĐỘNG THI CÔNG CỌC ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠNG TRÌNH LÂN CẬN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH \ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐÀ NẴNG – NĂM 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ––––––––––––––––––––––––– VÕ ĐÌNH DUY KHOA NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN SĨNG TRONG NÊN ĐẤT DO HOẠT ĐỘNG THI CÔNG CỌC ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠNG TRÌNH LÂN CẬN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH \ Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng : 85.80.205 Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LAN ĐÀ NẴNG – NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Võ Đình Duy Khoa Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Tóm tắt luận văn Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến 1.1 Các loại sóng lan truyền đất 1.1.1 Sóng khối 1.1.2 Sóng mặt .4 1.2 Ảnh hưởng sóng chấn động đến cơng trình lân cận mơi trường 1.3 Các qui định giới hạn cường độ sóng chấn động đất 1.3.1 Rung động ngắn hạn 1.3.2 Rung động dài hạn .8 1.4 Kết luận chương 10 NỀN ĐẤT DO HOẠT ĐỘNG ĐÓNG CỌC BTCT 11 2.1 Cơ sở tốn lan truyền sóng hạ cọc đất 11 2.1.1 Phương trình vi phân phân tố ứng suất môi trường không gian đàn hồi [13] 11 2.1.2 Mối quan hệ biên độ khoảng cách đến nguồn rung phân tố môi trường bán đàn hồi 13 2.1.3 Lan truyền sóng ứng suất [13]: 15 2.1.4 Vận tốc hạt vùng chịu ứng suất 17 2.2 Cơ sở phương pháp PTHH phân tích lan truyền sóng hạ cọc [13]: 18 2.3 Cơ sở phần mềm PTHH phân tích lan truyền sóng hạ cọc 20 2.3.1 Giới thiệu Midas GTS NX 20 2.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn phân tích lịch sử thời gian .22 2.4 Ví dụ số phân tích lan truyền sóng hạ cọc 23 2.5 Kết luận chương 34 35 3.1 Phương pháp tiêu chuẩn đo đạc lan truyền sóng đất hoạt động thi công cọc 35 3.2 Chương trình thực nghiệm trường 36 3.2.1 Nguồn gây rung chấn 36 3.2.2 Hiện trường thực thí nghiệm 37 3.2.3 Thiết bị đo rung chấn 37 3.2.4 Thực thí nghiệm đo rung trường đóng cọc 39 3.2.5 Cơng trình lân cận khu vực thi công 42 ng 43 3.4 So sánh kết phân tích lý thuyết thực nghiệm 48 3.5 Kết luận ngoại suy xác định bán kính ảnh hưởng cho loại búa đóng cọc khác 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 Kết luận 51 Kiến nghị 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) PHỤ LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN LAN TRUYỀN SĨNG TRONG NỀN ĐẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠNG TRÌNH LÂN CẬN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Học viên: Võ Đình Duy Khoa Chun ngành: KTXD cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 Khóa 36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Hiện nhiều bất cập tồn hoạt động thi cơng cơng trình cầu đường địa bàn tỉnh Trà Vinh, số cố ảnh hưởng, hư hỏng đến công trình lân cận, khu vực dân cư thiết bị thi cơng gây lan truyền sóng chấn động gây Có thể kể đến phương tiện búa đóng cọc, lu rung, búa rung cừ larsen, búa rung hạ ống vách cọc khoan nhồi, v.v nguồn rung chấn phổ biến, ứng dụng rộng rải nhằm đáp ứng biện pháp thi công ngày Tuy nhiên nhiều cố xảy ảnh hưởng rung chấn q trình thi cơng nứt nẻ nhà dân, sụt lún đất đắp, đất tự nhiên, chí gây đổ vỡ cơng trình, gây thiệt hại cho người dân, chủ đầu tư dự án, lãng phí đầu tư dự án xây dựng Luận văn tập trung chủ yếu vào tác động rung chấn thi cơng đóng cọc gây ra, sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết, kiểm chứng kết cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Midas GTS NX Từ đưa phạm vi ảnh hưởng hoạt động thi cơng đóng cọc đặc thù địa chất, thiết bị thi công địa bàn tỉnh Trà Vinh, hổ trợ cấp quản lý, đơn vị thiết kế, đơn vị thi cơng cơng trình có qui hoạch, lựa chọn biện pháp công nghệ thi công hợp lý, giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi đến cơng trình lân cận, tiết kiệm chi phí phát sinh, chi phí đền bù tổng chi phí đầu tư dự án cơng trình xây dựng địa bàn tỉnh T : Vận tốc đỉnh chất điểm, thi cơng cọc, rung động, lan truyền sóng, nguồn rung, phần tử hữu hạn, bán kính ảnh hưởng, vận tốc rung giới hạn RESEACH FOR GROUND WAVE PROPAGATION DUE TO PILE DRIVEN IN TRANPORTATION CONSTRUCTION ACTIVITIES Abstract – Currently, there are still many shortcomings in the construction of bridges and roads in Tra Vinh province, one of which is the incident affecting and damaging neighboring buildings and residential areas caused by construction equipment causing wave propagation Means including pile driving hammers, vibrating rollers, larsen piles, vibrating hammers, etc are quite common sources of vibration, are widely applied to meet today's construction methods However, many incidents have occurred due to the vibration during construction such as cracking houses, subsidence of embankment, natural ground, even causing work breakdowns, causing damage to people, project investors, wasteful in investing construction projects This dissertation focuses mainly on the impact of vibration caused by pile construction, using experiment methods combined with theoretical analysis, verifying the results by using finite element method through soft Midas GTS NX Since then given the scope of influence due to the construction of specific piles on geology, construction equipment in Tra Vinh province, supporting management levels, designer, construction units Based on the planning, selecting appropriate construction methods and technologies, minimizing adverse impacts on neighboring buildings, saving arising and compensation costs in the total investment cost of the construction projects in the province Key words - Peak particle velocity (PPV), pile driving, vibration, wave propagation, vibration sources, Finite Element (FEM), radius influence; vibration limit velocity DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng 1.4 Tiêu chuẩn giới hạn rung cho cơng trình theo DIN 4150-3 [6] Đề xuất PPV sử dụng chất nổ [8] Giá trị tối đa cho phép mức gia tốc rung hoạt động xây dựng [9] Giá trị vận tốc rung giới hạn cơng trình chịu tác động rung gián đoạn 1.5 Giá trị vận tốc rung giới hạn cơng trình chịu tác động rung liên tục 1.1 1.2 1.3 3.2 Giá trị vận tốc rung giới hạn Phản ứng người thiệt hại cho tòa nhà mức độ rung động khác [12] Số liệu đầu vào Bảng 2.2 Bảng tổng hợp kết vận tốc dao động lớn từ phần mềm Midas GTS Bán kính ảnh hưởng R(m) tính theo vận tốc giới hạn Tham số kỹ thuật đo dao động vị trí thí nghiệm Bảng tổng hợp kết vận tốc dao động lớn ghi nhận thí nghiệm cơng trường 3.3 3.4 3.5 Bán kính ảnh hưởng R(m) tính theo vận tốc giới hạn So sánh kết thực nghiệm lý thuyết Bán kính giới hạn cho loại búa khác 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 3.1 Trang 7 8 23 32 33 40 46 48 48 49 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Tên bảng Biến dạng đất sóng khối gây Biến dạng đất sóng mặt gây Hình ảnh tổng quan cầu Ba Trường tượng nứt cơng trình lân cận Các nhà dân bị nứt thi công Dự án đầu tư xây dựng đường Hồ Chí Minh đoạn tuyến tránh thị Pleiku Tiêu chuẩn DIN 4160 so với tiêu chuẩn OSM [7] Phân tố ứng suất Sóng đàn hồi dọc Chuyển động sóng đàn hồi dọc Vận tốc lan truyền sóng vận tốc hạt [13] Mơi trường mô sử dụng phương pháp PTHH Midas GTS mô động học Các dạng dao động kết cấu [13] Phân tích phổ dao động theo lịch sử thời gian [13] Sơ đồ tổng thể q trình mơ mơ hình Khai báo vật liệu Mơ hình hóa 3D khối đất khu vực thí nghiệm Tạo lưới khối 3D Gán điều kiện biên phần hông khối 3D Gán điều kiện biên lớp đáy khối 3D Chạy mô hình lấy tham số khối đất Thực thi lệnh chạy tham số Kết thể tham số chu kỳ địa hình Khai báo định nghĩa hàm tải trọng Gán tải trọng động lên đầu cọc Định nghĩa tần số mẫu thực phân tích Nhập giá trị tham số phân tích bước trước Thực thi lệnh phân tích mơ hình Biểu đồ quan hệ Vận tốc - Bán kính ảnh hưởng Quy trình đánh giá đo đạc thực nghiệm Búa đóng cọc thi công công trường Công trường thi công Thiết bị đầu đọc cảm biến đo rung chấn Sơ đồ kết nối hệ thống quy trình đo đạc liệu rung chấn Trang 4 12 16 16 17 18 21 22 22 23 25 25 26 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 33 35 36 37 37 38 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 Đầu đo dao động Chương trình phần mềm đo rung chấn Sơ đồ bố trí đầu đo dao động mặt đất trường Vị trí điểm đo dao động vị trí thí nghiệm Quy trình thực nghiệm trường Lắp đặt thiết bị đo trường Cơng trình nhà dân lân cận Biểu đồ quan hệ Vận tốc – Bán kính ảnh hưởng Biểu đồ so sánh thực nghiệm lý thuyết 38 39 40 41 41 42 43 47 49 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tỉnh Trà Vinh nằm phía Đơng Nam đồng sơng Cửu Long, sơng Cổ Chiên sơng Hậu Phía Bắc Trà Vinh tỉnh Bến Tre ngăn cách sơng 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 toàn tỉ km Trung ương quản lý; Đường tỉ Đường 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 Ngoài địa bàn tỉnh cịn có 5.545,42 km đường giao thơng nơng thơn 220 km đường đô thị địa phương quản lý Do tỉnh thuộc đồng sông Cửu Long nên có hệ thống sơng, ngịi chằng chịt, tổng chiều dài tuyến kênh, sông khoảng 917 km số lượng cầu cần đầu tư xây dựng nhiều Trong năm gần ngành giao thông vận tải đầu tư xây dựng nhiều tuyến đường cầu, góp phần phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phịng; góp phần xây dựng thành cơng Chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn giảm nghèo bền vững địa phương nơi có cơng trình qua Tuy nhiên, chi phí hạn hẹp nên đa số móng mố, trụ cầu thiết kế cọc đóng, trình thi cơng đóng cọc gây lan truyền rung chấn đất làm ảnh hưởng đến cơng trình nhà dân lân cận như: cầu Long Bình 3, cầu Ba Trường nằm tuyến Đường tỉnh 915B; cầu Xây nằm Đường huyện 13; cầu số nằm tuyến đường Phú Thọ II – Cây Gòn… số dự án thi cơng đóng cọc gây rung chấn làm nứt nhà dân gây tranh chấp, người dân ngăn cản không cho thi công, đề nghị phải đền bù thiệt hại cho tiếp tục thi công, dẫn đến cơng trình bị chậm tiến độ, cá biệt có cơng trình phải ngưng khoảng năm để thương lượng, thuê tư vấn đánh giá mức độ thiệt hại để đền bù dẫn đến giảm hiệu đầu tư dự án, qua tìm hiểu vấn đề xảy khơng riêng địa bàn tỉnh Trà Vinh Trong số trường hợp giải pháp dùng cọc đóng làm tăng kinh phí đầu tư phải kéo dài thời gian thi công đền bù thiệt hại cho người dân xung quanh 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 D1 - 25m - lần D2 - 40m - lần D3 – 65m - lần FFT - lần D1 - 25m - lần D2 - 40m - lần D3 – 65m - lần FFT - lần D1 - 25m - lần D2 - 40m - lần D3 – 65m - lần FFT - lần D1 - 25m - lần D2 - 40m - lần D3 – 65m - lần FFT - lần ... việc ? ?Nghiên cứu lan truyền sóng đất hoạt động thi cơng cọc ảnh hưởng đến cơng trình lân cận địa bàn tỉnh Trà Vinh? ?? cần thi? ??t Kết nghiên cứu xác định phạm vi ảnh hưởng rung chấn địa bàn tỉnh, ... DUY KHOA NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN SĨNG TRONG NÊN ĐẤT DO HOẠT ĐỘNG THI CÔNG CỌC ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠNG TRÌNH LÂN CẬN TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao... 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 thi? ??t phù hợp với luận văn thạc sỹ ứng dụng Mục tiêu nghiên cứu đề tài -