Một số kết quả nghiên cứu chấn động bề mặt bằng VM 1220E để đánh giá hư hại của các công trình

Bài viết đề cập tới ảnh hưởng lan truyền chấn động trên các dạng cấu trúc nền khác nhau của tải trọng động có đặc trưng trùng phục của các phương tiện vận tải di chuyển trên đường, kế cả các thiết bị thi công.

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẤN ĐỘNG BỀ MẶT BẰNG VM 1220E ĐỂ ĐÁNH GIÁ HƯ HẠI CỦA CÁC CƠNG TRÌNH NGUYỄN HỒI NAM* Some results of research on surface vibration caused by means of traffic Abstract: By the seismic measurement results on the road, using the VM 1220E vibration measuring device from Japan, the article analyzes the relationship between geological structures and the some vibration parameters such as amplitude and acceleration In particular, the relationship over time of measurement parameters have been described for clarifying influence of dynamic loads on the structural damage of the works along the road during construction and use of the road Keywords: Surface vibrations and damage works GIỚI THIỆU CHUNG * Gần tuyến đường cao tốc khởi công nhiều nơi lãnh thổ Việt Nam Trong đó, nhiều tuyên đường vào khu dân cư, thấm trí cắt ngang qua thị trấn thị tứ khu đô thị thấy xuất hiện tượng nứt rạn kết cấu tường cơng trình gần đường Hiện tượng hư hại kết cấu cơng trình tác dụng tải trọng động nhận thấy từ lâu không Việt Nam mà giới Tuy nhiên, tải trọng động thông qua lan truyền đất dạng sóng đàn hồi phụ thuộc vào nhiều yếu tố ứng xử kết cấu công trình tác dụng tải trọng động vơ đa dạng Do đó, ảnh hưởng tải trọng động mà phổ biến tải trọng trùng phục phương tiện vận chuyển, phần lớn nhận theo cảm tính mà có đánh giá định lượng số liệu đo cụ thể Tại nước có trình độ khoa học kỹ thuật phát triển Mỹ, Tây âu, từ lâu ban hành tiêu chuẩn để đánh giá ảnh hưởng tải trọng động đến kết cấu cơng trình Điển tiêu chuẩn Din DIN 4150 Cộng hòa Liên bang Đức mà sau Việt Nam sở ban * Đại học Kiến Trúc Hà Nội Km10 Nguyễn Trãi, P Văn Quán, Hà Đông, Hà Nội 36 hành TCVN 7378: 2004 TCVN 7378: 2004 xem để đánh giá đánh giá hư hại kết cấu tác dụng tải trọng động Tuy nhiên, thiết bị đo thường sử dụng geophon với phép đo vận tốc gia tốc biên độ tần số cho kết đường biểu diễn đại lượng theo thời gian nên sử dụng giá trị nhiều giá trị đường biểu diễn để đánh giá vấn đề phức tạp Bài báo đề cập tới ảnh hưởng lan truyền chấn động dạng cấu trúc khác tải trọng động có đặc trưng trùng phục phương tiện vận tải di chuyển đường, kế thiết bị thi cơng Theo đó, tải trọng trùng phục nhìn nhận qua đặc tính sau: - Nguồn gây chấn động biến đổi với chiều chuyển động xe chạy lăp lại theo chu kỳ đồn xe nối tiếp - Có tham gia nhiều nguồn chấn động nhiều xe chạy đồng thời Như vậy, đặc điểm lan truyền có tính chất động gây chấn động bề mặt biến dạng tích lũy cho mặt đường Nói cách khác, biến dạng tác dụng trùng phục gồm chấn động với biến dạng tích lũy, biểu mang tính hai mặt q trình chuyển hóa lượng Việc đánh giá dự báo chấn động biến dạng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 tích lũy tốn có vơ phức tạp Do đó, tìm hiểu mối quan hệ cấu trúc đường với chấn động bề mặt đường tác dụng tải trọng trùng phục sáng tỏ nhiều vấn đề lan truyền dao động đến móng cơng trình gần đường CƠ SỞ CỦA PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Như biết, phương tiện vận tải chuyển động đường, có lực ngang tác dụng vào lớp mặt áo đường lực thẳng đứng tác dụng xuống áo đường Trong đó, tác dụng thẳng đứng gồm tác dụng lăn biến đổi theo tốc độ mật độ xe chạy tác dụng xung đột ngột va chạm bánh xe với mặt đường Dưới tác dụng lăn, đất đồng thời có biến dạng thể tích hình dạng lớn so với lớp áo đường Các biến dạng này, xem biến dạng diện chịu tải mặt trụ lăn quanh tâm tức thời Biến dạng này, ln có kết cuối làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng, có thay đổi độ chặt đất để đạt cân tải trọng với phản lực điểm mà trụ lăn qua Do đó, lượng mà đường tiếp nhận từ động phương tiện chuyển động chuyển hóa dạng, biến dạng tích lũy chuyển động bề mặt Trong đó, chuyển động bề mặt biểu lan truyền sóng bề mặt theo chế lan truyền ứng suất biến dạng Tất điều đặt vấn đề cần phải xem xét là: - Sự khác lan truyền chấn động phương thẳng đứng phương song song, vng góc với tuyến đường - Quy luật biến đổi giá trị biên độ, tần số dao động theo dạng cấu trúc Căn vào phân tích trên, để tìm hiểu chấn động bề mặt cho việc sáng tỏ chế phá hủy tải trọng trùng phục, nhóm nghiên cứu sử dụng máy VM Nhật Bản (ảnh 1) Máy đo có tính tác dụng thực phép đo sau: ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 - Máy đo thơng số gia tốc biên độ dao động theo phương vng góc X, Y, Z - Máy đo liên tục theo thời gian với tốc độ đo 0,05s /1 lần đo - Kết đo tự động tính tốn thể dạng logarit, kết giá trị trung bình phổ biên độ ứng với khoảng thời gian Ảnh1: Thiết bị đo VM1220E - Kết đo lưu giữ Trên sở khảo sát tình trạng hoạt động phương tiện vận tải đường tài liệu địa chất thu thập số điểm, nhóm nghiên cứu bố trí đo điểm tuyến quốc lộ tuyến cao tốc Hà Nội – Hải Phịng Tại điểm đo có cấu trúc địa chất đặc trưng Đặc điểm hoạt động phương tiện, địa tầng kết đo điểm đo nghiên cứu sau KẾT QUẢ ĐO TRÊN TUYẾN CAO TỐC Kết đo xã Cửu Cao: -Đặc điểm hoạt động phương tiện vân tải: tuyến đường thời gian thi công phần đường, tốc độ chuyển động phương tiện vận tải thấp biến đổi khoảng 15-25 km/h Mật độ lưu thông phương tiện nhỏ tải trọng xe lớn, thường tải trọng trục 12 37 - Đăc điểm mặt đường: đường xử lý cọc cát, đường đắp cao 2m thi Thứ tự lớp bề dày, m Ký hiệu 1 1,4 1,2 cơng phần đến cao trình thiết kế - Địa tầng điểm đo xã Cửu Cao: Tên đất Cát lấp Sét pha nâu hông Sét xám xanh dẻo mềm Mô dun Ekpa Cƣờng độ Rkpa 12000 7500 6000 75 140 105 Đất hữu 7000 130 Bùn sét pha 25 50 - Kết đo: Thời gian đo Chỉ tiêu đo Đơn vị đo Leq Lmax Lmin L10 L50 L90 dB dB dB dB dB dB Z 29,5 45,8 20,2 42,8 25,6 22,5 ngày 29/3/2011 Mức rung Lv Mức gia tốc rung Lva Trung Y X Trung Bình Z Y X Bình 23,9 24 44,9 40 32,3 33 61,1 29 31 62,4 48,3 38,2 39,6 73,2 20,2 20,2 35,0 28,2 27,6 27,9 48,3 27,5 28,3 58,2 45,6 37,2 38,1 70,1 23,7 23,9 42,3 37,2 31,6 32,2 58,5 21,5 22 38,1 30,8 29,4 28,9 51,5 Kết đo khu vực Bình Giang Gia Lộc: - Đặc điểm hoạt động phương tiện vân tải: tuyến đường thời gian thi công phần đường, tốc độ chuyển động phương tiện vận tải thấp biến đổi khoảng 10-20 km/h Mật độ lưu thông phương Thứ tự lớp bề dày 1,8 3,5 Ký hiệu tiện nhỏ tải trọng xe lớn, thường tải trọng trục 12 - Đặc điểm mặt đường Đường xử lý cọc cát, đường đắp cao m thi công phần đến độ cao 0,5m - Địa tầng Tên đất ModunEKpa cƣờng độ Rkpa Sét pha nâu hồng Bùn sét pha xám đen Cát pha xám đen 8500 3000 6500 120 65 70 Bùn sét pha xám đen 2500 55 - Kết đo 38 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Thời gian đo Chỉ tiêu đo Leq Lmax Lmin L10 L50 L90 Đơn vị đo dB dB dB dB dB dB Z 37,2 51,4 29,1 35,4 32,3 30 11 ngày 29/3/2011 Mức rung Lv Mức gia tốc rung Lva Trung Y X Trung Bình Z Y X Bình 32,8 32,9 59,5 40,3 36 35,3 64,5 39,5 39,4 75,9 61,9 61,7 58,6 105,2 28,3 29,6 50,2 30,3 29,5 30,1 51,9 31,6 31,5 57,0 39,1 35,1 34,5 62,9 31,3 31,8 55,1 32,5 31,8 32,2 55,7 29,7 30,1 51,8 34,6 33,9 32,6 58,4 So sánh, đánh giá điểm đo Để làm sáng tỏ mối cấu trúc đến dao động bề mặt có số đánh giá giống khác điểm đo sau: - Hoạt động phương tiện vận tải đường hai điểm đo - Cao độ mặt đường điểm Bình Giang 0,5m thấp điểm Cửu Cao 2m - Sự khác cấu trúc điểm đo có đặc điểm chiều dày lớp đất có độ bền cao nằm Cửu Cao lớn điểm Bình Giang, điểm Cửu Cao theo chiều sâu lớp có độ bền giảm Nhận xét kết đo ● Trên tuyến cao tốc - Biên độ dao động theo phương điểm đo Bình Giang ln lớn hơn, gia tốc rung ngược lại, chứng tỏ tần số rung điểm Cửu Cao lớn - Giữa ba phương dao động biên độ dao động phương Z thẳng đứng lớn nhất, biên độ Thứ tự lớp bề dày Ký hiệu 1,3 dao động theo phương Y vng góc với tuyến nhỏ nhất, gia tốc rung ngược lại, chứng tỏ tần số dao động theo phương Y ngang tuyến lớn ● Trên tuyến quốc lộ Tuyến đường sử dụng gần 20 năm, mật độ lưu thông phương tiện lớn với đủ dạng tải trọng, có nhiều xe tải trọng lớn Để có sở so sánh ảnh hưởng đặc điểm tải trọng, thời gian đo chọn chủ yếu định tải trọng lớn qua vị trí đo Kết đo khu vực Phú Thụy - Gia Lâm: - Đặc điểm hoạt động phương tiện vận tải: Tốc độ chuyển động phương tiện vận tải đoạn biến đổi khoảng 60-80 km/h - Đăc điểm mặt đường: Đường xử lý đệm cát, đường đắp cao 1,5 m - Địa tầng: Tên đất Sét pha nâu hông ModunEKpa cƣờng độ Rkpa 8000 140 Sét xám xanh dẻo mềm 6000 115 Sét nâu vần nâu đỏ dẻo cứng 11000 180 - Kết đo: ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 39 Thời gian đo Chỉ tiêu đo Leq Lmax Lmin L10 L50 L90 Đơn vị đo dB dB dB dB dB dB Z 23,4 29,6 20,9 26,6 23,3 21,7 18 h ngày 29/3/2011 Mức rung Lv Mức gia tốc rung Lva Trung Y X Trung Bình Z Y X Bình 23,3 23,5 40,5 28,3 27,9 27,8 48,5 27,5 25,9 48,0 44,5 41,2 42,7 74,2 20,2 20,2 35,4 21,9 25,9 24,8 42,0 25,8 24,2 44,3 40,8 36,2 39,8 67,5 23,3 23,5 40,5 26,9 27,4 27 46,9 21,3 21,4 37,2 23,7 26 25,8 43,6 Kết đo khu vực Quán Toan - Đặc điểm hoạt động phương tiện vận tải: Tốc độ chuyển động phương tiện vận tải đoạn biến đổi khoảng 4060 km/h Thứ tự lớp bề dày Ký hiệu - Đăc điểm mặt đường: Nền đường đắp thấp cốt thiên nhiên, xử lý đệm cát kết hợp với bấc thấm - Địa tầng Tên đất ModunEKpa Cường độ RKpa 1,2 1,5 Sét pha nâu xám Cát pha xám đen 7000 9000 90 110 Cát mịn xám đen 15000 200 Bùn sét pha xám den lẫn vỏ sò 3000 35 - Kết đo: Thời gian đo tiêu đơn vị đo đo Leq dB Lmax dB Lmin dB L10 dB L50 dB L90 dB Z 40,6 54,5 35,2 52,1 39,8 37,7 18 ngày 28/3/2011 Mức rung Lv Mức gia tốc rung Lva Y X Trung Bình Z Y X Trung Bình 38,5 38,7 68,0 55,3 51,4 51 91 42,8 41,4 80,7 61,8 62,5 59,4 106 35,2 35,2 61,0 43,5 42,3 42,6 74 40,6 40,3 77,4 58,9 57 56,6 100 38,5 38,7 67,6 54 48,3 57 92 36,6 36,2 63,8 47,4 46,6 45,3 80 So sánh đánh giá điểm đo; Để làm sáng tỏ mối liên quan cấu trúc đến dao động bề mặt có số đánh giá giống khác điểm đo sau: 40 - Hoạt động phương tiện vận tải đường hai điểm đo có tải trọng mật độ nhau, có khác tốc độ xe chạy ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 - Cao độ mặt đường điểm Quán Toan thấp điểm Phú Thụy - Sự khác cấu trúc điểm đo có đặc điểm chiều dày lớp đất có độ bền cao nằm điểm Phú Thụy lớn điểm Quán Toan, điểm Quán Toan có mặt nhiều lớp đất có độ bền tính chất khác nằm đan xen theo chiều sâu Nhận xét chung kết đo - Biên độ dao động gia tốc theo phương điểm đo Quán Toan lớn điểm Phú Thụy - Giữa ba phương dao động biên độ dao Bánh xe động phương Z thẳng đứng lớn nhất, biên độ dao động theo hai phương cịn lại khác khơng nhiều KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Các kết đo điều kiện cấu trúc nền, mặt đường hoạt tải khác nhau, với chế biến dạng tức thời bề mặt đường tác dụng diện chịu hình trụ minh họa hình 2a,2b Có thể đến số kết luận làm sở xây dụng mơ hình đánh giá dự báo biến dạng lún tích lũy đường tác dụng tải trọng trùng phục sau: Bánh xe mặt đường 2a Biến dạng ngang tuyến 2b biến dạng dọc tuyến Hình (a, b): Biểu diễn biến dạng tức thời mặt đường theo phương - Độ cứng lớp áo đường định đến khác biên độ theo chiều song song vuông góc với tuyên đường, độ cứng áo cao khác phương không đáng kể - Sự khác cấu trúc có khác biệt rõ ràng biên độ dao động theo phương thẳng đứng - Sự khác tốc độ xe chạy 4060km/h với 60-80km/h không ảnh hưởng nhiều đến dao động khác cấu trúc - Giữa đường đắp cao với đường đắp thấp có khác dao động bề mặt, cụ thể khác sau: Với đường đắp thấp ln có xu hướng biên độ dao động thẳng đứng cao hơn, đường đắp cao biên độ dao động theo phương ngang tuyến lớn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Một số kiến nghị Khi đường sử dụng bề mặt phẳng, đường chịu tác dụng lăn bánh xe Sau thời gian tác dụng lăn làm bề mặt khơng cịn phẳng, xuất tác dụng va chạm làm đường xuống cấp nhanh chóng Vì làm chậm q trình biến dạng tích lũy mặt đường tác dụng lăn bánh xe yêu cầu để nâng cao tuổi thọ cơng trình, khống chế biến dạng tích lũy đường khâu định Từ kết nghiên cứu có số kiến nghị bổ xung quy trình thiết kế để khống chế biến dạng tích lũy đường sau: - Đối với đường đắp thấp không phân biệt đất thiên nhiên có độ bền cao hay thấp, ln cần có lớp đệm đồng đủ dầy nằm lớp áo đường để đảm bảo biến dạng tích lũy xảy toàn chiều dài tuyến 41 - Đối với đường đắp cao, chiều rộng đường đủ lớn để không đảm bảo ổn định mái ta luy mà phải đủ rộng cho phần vỉa hè có phần dành cho phương tiện giao thông tải trọng nhỏ để hạn chế biến dạng ngang tuyến - Đánh giá dự báo biến dạng tích lũy tác dụng tải trọng trùng phục quan trọng để có biện pháp phịng chống, vô phức tạp Sử dụng số liệu quan trắc sở kết hợp với tài liệu khảo sát cách giải có hiệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đình Bửu, Nguyễn Quang Chiêu, Nguyễn Quang Toản - Khai thác đánh giá sửa chữa đường ôtô tập I II – NXB Đại học & THCN - Hà Nội, 1984 [2] Tiêu chuẩn thiết kế đường đắp 22TCN 262-2000 [3] Nguyễn Văn Kháng 2001 Dao động kỹ thuật NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2003 [4] Trần Thương Bình, nghiên cứu mơ hình dao động đất 2005 Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ- Địa chất [5] Áo đường mềm, yêu cầu kỹ thuật dẫn thiết kế, 22 TCN 211-06 [6] Quy chuẩn đánh giá ô nhiểm môi trường QCVN 27:2010/BTNMT [7] Svinkin, MR (1999), Prediction and calculation of construction vibrations, Proceedings 29th Annual Members Conference Deep Foundations Institute, Dearborn MI: 1-22, Accessed 30 April2008, [8] Wiss, JF (1981), Construction vibrations: state-of-the-art, Journal of the Geotechnical Engineering Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineers 107, no GT2 Người phản biện: PGS,TS ĐẬU VĂN NGỌ 42 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 ... 58,4 So sánh, đánh giá điểm đo Để làm sáng tỏ mối cấu trúc đến dao động bề mặt có số đánh giá giống khác điểm đo sau: - Hoạt động phương tiện vận tải đường hai điểm đo - Cao độ mặt đường điểm... chuyển động bề mặt Trong đó, chuyển động bề mặt biểu lan truyền sóng bề mặt theo chế lan truyền ứng suất biến dạng Tất điều đặt vấn đề cần phải xem xét là: - Sự khác lan truyền chấn động phương... trúc đường với chấn động bề mặt đường tác dụng tải trọng trùng phục sáng tỏ nhiều vấn đề lan truyền dao động đến móng cơng trình gần đường CƠ SỞ CỦA PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Như biết, phương tiện vận