Tài liệu Nghiên cứu rung chấn do hoạt động thi công cọc trong xây dựng công trình giao thông

i LỜI CẢM ƠN Luận văn “ ” được thực hiện từ tháng 4/2018 đến tháng 10/2018 với mục đích nghiên cứu sự n truy n s ng ch n đ ng o ho t đ ng thi c ng c c từ đ x c đ nh quy uật n truy n s ng ứng với c c ho t đ ng thi c ng c c cụ th đ x c đ nh n ính nh hưởng đến c c c ng tr nh n cận Tôi xin chân thành c m ơn Thầy giáo TS. Nguyễn Lan đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn đ nh hướng và hỗ trợ các thiết b , máy móc, thông tin cần thiết trong quá trình thực hiện và hoàn thiện luận văn Xin chân thành c m ơn B n gi m hiệu Trường Đ i h c B ch ho - Đ i h c Đ Nẵng đã t o đi u kiện cho tôi được tham gia lớp h c và thực hiện luận văn tốt nghiệp. C m ơn B n đ o t o S u đ i h c qu Thầy Cô, tập th cán b , gi ng viên Khoa Xây dựng Cầu đường Trường Đ i h c B ch ho - Đ i h c Đ Nẵng đã t o đi u kiện và giúp đỡ tôi trong thời gi n h c c o h c v ho n th nh uận văn tốt nghiệp này. Vì kiến thức và thời gian thực hiện luận văn c h n nên không tránh khỏi những tồn t i, thiếu sót. Tôi r t mong nhận được những ý kiến đ ng g p từ quý thầy cô, b n bè và đồng nghiệp đ luận văn được hoàn thiện hơn Đà Nẵng, tháng năm 2018 HỌC VIÊN TRẦN THANH TÚ i ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin c m đo n đ y c ng tr nh nghiên cứu của b n thân. Các số liệu, kết qu tính toán và kết qu nghiên cứu trong luận văn trung thực, không sao chép b t kỳ nguồn n o ưới m i hình thức. Việc tham kh o các nguồn tài liệu (nếu c ) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham kh o đúng quy đ nh. Ngƣời thực hiện luận văn Trần Thanh Tú iii M CL C LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... ii M C L C .................................................................................................................iii TÓM TẮT LUẬN VĂN.............................................................................................. v DANH M C CÁC BẢNG ......................................................................................... vi DANH M C CÁC HÌNH ......................................................................................... vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1 Tính c p thiết củ đ t i ................................................................................................... 1 2 Mục tiêu nghiên cứu củ đ t i ....................................................................................... 1 3 Đối tượng v ph m vi nghiên cứu .................................................................................. 1 4 Phương ph p nghiên cứu ................................................................................................. 1 5 Kết qu ự iến................................................................................................................. 2 Chƣơng 1. T NG QUAN V LAN TRU N S NG TRONG N N ĐẤT DO T I C NG CỌC ....................................................................................................... 3 1 1 Tổng qu n c c n truy n s ng trong n n đ t o ho t đ ng thi c ng x y ựng v nh hưởng đến c ng tr nh n cận ........................................................................................................ 3 1 2 C c o i s ng n truy n trong n n đ t .................................................................................. 4 1 3 C c qui đ nh giới h n mức đ rung ch n đối với c ng tr nh n cận ................................. 6 1 4 Kết uận chương 1 ................................................................................................................... 9 Chƣơng 2. CƠ SỞ L T U T P N T C LAN TRU N S NG DO T I C NG CỌC ..................................................................................................... 10 2 1 Cơ sở thuyết ...................................................................................................................... 10 2 1 1 Phương tr nh vi ph n củ ph n tố ứng su t trong m i trường h ng gi n đ n hồi [20] .......................................................................................................... 10 2 1 2 Mối qu n hệ giữ iên đ v ho ng c ch đến nguồn rung củ ph n tố trong m i trường n đ n hồi .............................................................................. 13 2.2. Áp ụng gi i quyết i to n vi ph n trong n truy n s ng .............................................. 15 2 3 Sự suy gi m iên đ s ng o tiêu h o năng ượng ............................................................ 16 2 4 Ph n tích n truy n s ng ự trên phương ph p PTHH .................................................. 18 2 4 1 Giới thiệu Mi s GTS NX .......................................................................... 21 2 4 2 Phương ph p phần tử hữu h n v ph n tích ch sử thời gi n..................... 21 2 4 3 Ví ụ m h nh h v ph n tích rung ch n o đ ng c c ............................ 21 2 5 Kết uận chương 2 ................................................................................................................. 28 iv Chƣơng 3. T ỰC NG I M ĐO ĐẠC LAN TRU N S NG DO T I C NG CỌC ............................................................................................................. 29 3 1 Lự ch n ự n thực nghiệm – hiện trường đo rung ch n – nguồn g y ch n đ ng ....... 29 3 1 1 V trí đ .................................................................................................. 30 3 1 2 Khí hậu ........................................................................................................ 30 3 1 3 Đặc đi m đ h nh ....................................................................................... 30 3 1 4 Đ ch t ....................................................................................................... 30 3 1 5 Thủy văn ..................................................................................................... 31 3 1 6 Đối tượng nghiên cứu nh hưởng rung ch n .............................................. 32 3 2 Đặc đi m nguồn rung ........................................................................................................... 32 3.3. Thiết đo rung ch n ............................................................................................................ 33 3 4 Thực hiện thí nghiệm đo rung t i hiện trường o đ ng c c ............................................. 35 3 5 Kết qu đo đ c thực nghiệm t i hiện trường ...................................................................... 37 3 6 So s nh ết qu ph n tích thuyết v thực nghiệm ......................................................... 41 3.7 Kết uận v ngo i suy x c đ nh n ính nh hưởng cho c c o i ú đ ng c c h c .. 42 K T LUẬN VÀ KI N NG Ị ................................................................................. 43 1 Kết uận ..................................................................................................................................... 43 2 Kiến ngh ................................................................................................................................... 43 TÀI LI U T AM K ẢO....................................................................................... 45 v T M TẮT LUẬN VĂN NG I N CỨU RUNG C ẤN DO OẠT ĐỘNG T I C NG CỌC TRONG DỰNG C NG TR N GIAO THÔNG H c viên: Trần Th nh Tú Chuyên ng nh: Kỹ thuật x y ựng c ng tr nh gi o th ng Mã số: Kh : K34 XGT_Trường Đ i h c B ch ho – Đ i h c Đ Nẵng Tóm tắt - Ho t đ ng thi c ng c c trong quá trình thi công x y ựng g y n truy n s ng ch n đ ng trong n n đ t nh hưởng r t ớn đến c ng tr nh n cận Nếu mức đ rung ch n qu ớn c th g y r nhi u sự cố đ ng tiếc như sụt ún n n g y nứt tường thậm chí g y sụp đổ c ng tr nh n cận g y r hậu qu r t nghiêm tr ng g y r tr nh ch p giữ người n hu vực x y ựng v chủ ự n v g y ãng phí ớn trong đầu tư Luận văn n y ết hợp ph n tích thuyết v thực nghiệm nhằm i m chứng t i hiện trường x c đ nh c ng thức suy gi m v n ính rung đ ng c th g y hư hỏng các công trình n cận o ho t đ ng thi c ng c c Từ đ ự o được đủ tin cậy ph m vi nh hưởng o ho t đ ng đ ng c c g y r trên đ n tỉnh Qu ng Ngãi giúp người x y ựng m cơ sở cho qui ho ch ự ch n c ng nghệ thi c ng phù hợp nhằm gi m thi u rủi ro cho c c c ng tr nh xung quanh, tiết iệm chi phí đầu tư v x c đ nh ph m vi gi i ph ng mặt ằng cần thiết hi thi c ng x y ựng T hó : Vận tốc đỉnh ch t đi m thi c ng c c rung đ ng rung phần tử hữu h n n ính nh hường vận tốc rung giới h n n truy n s ng nguồn RESEACH FOR GROUND WAVE PROPAGATION DUE TO PILE DRIVEN IN TRANPORTATION CONSTRUCTION ACTIVITIES. Abstract – Pile driving activities in road construction work the ground wave propagation it damage to the neighboring buildings. If the level of vibration is high, damage will be massive as: subsiding area, cracks in the wall, even neighboring buildings are collapsed so disastrous consequence, this caused disputes between people, the construction area and the project owners, causing great waste in investment. This dissertation combines theoretical and empirical analysis, to verify the field, determine the attenuation formula and the radius of vibration that can damage neighboring buildings of the vibrating roller. From this, it is predicted that the impact of road vibration in Quang Ngai will be sufficiently trusted, help builders as the basis for the planning, selection of construction technology, design of damping measures to minimize the risk of surrounding buildings, save on investment costs and define range of the edge when required to make the building. Key words - Peak particle velocity (PPV), pile driving, vibration, wave propagation, vibration sources, Finite Element (FEM), radius influence; vibration limit velocity. vi DAN M C CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang B ng 1 1 Gi tr tối đ cho phép v mức gi tốc rung đối với ho t đ ng x y ựng (QCVN 27:2010/BTNMT) [1] 6 B ng 1 2 Mức gi tốc rung 7 B ng 1 3 Gi tr vận tốc rung giới h n đối với c ng tr nh hi ch u t c đ ng rung gi n đo n (TCVN 7378: 2004) [2] 7 B ng 1 4 Gi tr vận tốc rung giới h n đối với c ng tr nh hi ch u t c đ ng rung iên tục (TCVN 7378: 2004) 8 B ng 1 5 Đặc tính rung đ ng củ m t số thiết v phương tiện được ùng phổ iến trong s n xu t c ng nghiệp x y ựng gi o th ng v n ụng (TCVN 7378: 2004) 8 B ng 1 6 Đ nh gi nh hưởng o đ ng n n đ t ên c ng tr nh theo Tiêu chuẩn DIN 4150-3:1999 9 B ng 2 1 Qu n hệ tốc đ s ng ng ng v s ng 15 B ng 2 2 Qu n hệ tốc đ s ng R y eigh v s ng ng ng V = cR/cS 16 B ng 2 3 Kh i o vật iệu đầu v o 22 B ng 2 4 Kết qu m phỏng trên phần m m 27 B ng 3 1 Th m số ỹ thuật hi đo 35 B ng 3 2 Tổng hợp ết qu c c gi tr vận tốc nh t B ng 3 3 B n ính giới h n cho c c o i ú c α = cS /cP o đ ng t i v trí thí nghiệm o đ ng đo ược ớn h c nh u 39 42 vii DAN M C CÁC Số hiệu N Tên hình Trang Hình 1.1. a, b, c, d. Dự án Nâng c p Quốc l 1 3 Hình 1.2. a, b, c, d. Dự n đường cao tốc Đ Nẵng-Qu ng Ngãi 4 Hình 1.3. Biến d ng n n đ t do sóng khối a) Sóng d c P b) Sóng cắt S 5 Hình 1.4. Sơ đồ chuy n đ ng ch t đi m khi truy n sóng R (Rayleigh) 5 Hình 1.5. Sơ đồ chuy n đ ng ch t đi m khi truy n sóng Love 6 Hình 2.1 Phân tố ứng su t 11 Hình 2.2. Vận tốc lớn nh t của ch t đi m 17 Hình 2.3. Sự suy gi m vận tốc lớn nh t của ch t đi m 18 Hình 2.4. Mô phỏng c c 3D 23 Hình 2.5. Mô phỏng đặt c c ên đ a hình 23 Hình 2.6. Ch y phân tích hằng số 24 Hình 2.7. X c đ nh các tham số đ a ch t 24 Hình 2.8. Gán t i tr ng đ ng v o đầu c c 25 Hình 2.9. Gán t i tr ng đ ng v o đầu c c 25 Hình 2.10. C i đặt thời gian và chu kỳ l y mẫu 26 Hình 2.11. Ch y kết qu chương tr nh 26 Hình 2.12. X c đ nh đường cong suy gi m iên đ sóng ch n đ ng 27 Hình 3.1. a, b. Hiện trường v trí dự án bố trí thực nghiệm 29 Hình 3.2. Công trình lân cận 32 Hình 3.3. Bú đ ng c c đ ng thi c ng t i c ng trường 33 Hình 3.4. Đầu đo o đ ng 34 Hình 3.5. Chương tr nh đo rung ch n 34 Hình 3.6. Sơ đồ bố trí đầu đo 35 Hình 3.7. Sơ đồ v trí đi m đo Hình 3.8. X c đ nh đường cong suy gi m iên đ sóng ch n đ ng 40 Hình 3.9.a. Bi u đồ PPV-R phân tích lý thuyết 41 Hình: 3.9.b. Bi u đồ PPV-R thực nghiệm 41 o đ ng trên mặt đ t t i hiện trường o đ ng t i v trí thí nghiệm 36 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết củ đề tài Tỉnh Qu ng Ngãi thu c khu vực duyên h i mi n trung, là m t vùng đ t ven bi n o đ t phù sa bồi đắp c đ a ch t r t đ ng. Trong những năm gần đ y với sự quan tâm củ Trung ương tỉnh Qu ng Ngãi ng y c ng được đầu tư v ph t tri n v cơ sở h tầng. Ho t đ ng thi công c c trong xây dựng gi o th ng như đ ng c c, khoan c c nhồi giã đ trong ổ khoan c c nhồi, rút ống vách thép, rung c c ván,.., gây ra sóng lan truy n trong n n đ t khá lớn. Nếu cường đ sóng lan truy n lớn sẽ nh hưởng đến m i trường sống và công trình lân cận khu vực thi công. Thực tế nhi u dự án thi công xây dựng trên đ a bàn tỉnh Qu ng ngãi có x y ra tranh ch p giữ người dân và chủ dự án do v n đ thi công gây rung ch n. M t số dự án có tranh ch p lớn dẫn đến người n ngăn c n không cho nhà thầu thi công, dẫn đến nguy cơ m t an ninh trật tự và tiến đ thi công dự án kéo dài. Trong giới h n luận văn th c sỹ ứng dụng, với mục đích nghiên cứu tìm hi u v n đ rung ch n do ho t đ ng thi công c c nh hưởng đến các công trình lân cận, h c viên ch n đ tài “ u rung ch n do ho ng thi công c c trong xây d ng ” là r t cần thiết. Kết qu nghiên cứu có th ứng dụng đ xác đ nh bán kính nh hưởng do rung ch n khi thi công c c đến các công trình lân cận trong đ a bàn tỉnh Qu ng Ngãi với vùng đ a ch t và tính ch t nguồn rung tương tự. 2. Mục tiêu nghiên cứu củ đề tài - Nghiên cứu cơ sở trong n n đ t thuyết n truy n s ng ch n đ ng o nguồn g y rung - Thực nghiệm x c đ nh qui uật n truy n s ng trong n n đ t o ho t đ ng thi c ng c c đ ng trên đ n tỉnh Qu ng Ngãi từ đ x c đ nh n ính nh hưởng đến c ng tr nh n cận 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Quy luật lan truy n sóng do ho t đ ng đ ng c c gây ra. - Ph m vi nghiên cứu: X c đ nh quy luật lan truy n sóng trong n n đ t do ho t đ ng đ ng c c nhằm x c đ nh ph m vi, bán kính nh hưởng đến các công trình lân cận. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp phân tích lý thuyết và thực nghiệm ki m chứng. 2 5. Kết quả dự kiến Kết qu nghiên cứu dự kiến giúp cho người thiết kế và thi công xây dựng dự o được ph m vi nh hưởng của ch n đ ng do rung ch n khi thi công c c đến các công trình lân cận trong đ a bàn tỉnh Qu ng Ngãi với vùng đ a ch t và tính ch t nguồn rung tương tự. 3 Chƣơng 1 T NG QUAN V LAN TRU N S NG TRONG N N ĐẤT DO T I C NG CỌC 1.1. Tổng qu n các n tru ền sóng trong nền đất do hoạt đ ng thi c ng v ảnh hƣởng đến c ng tr nh n cận dựng Nhi u ho t đ ng thi công xây dựng như h c c đầm chặt n n đường, nổ mìn phá đ n n đường,.. gây ra sự rung ch n lan truy n trong n n t c đ ng đến các công trình lân cận. Nếu cường đ nguồn rung lớn, gây ra vận tốc rung các ch t đi m lớn có th m hư hỏng các công trình xung quanh. Trong những năm qu ho t đ ng thi công xây dựng các dự án nói chung và dự n c ng tr nh gi o th ng n i riêng đã g y r rung ch n làm nứt nhà dân và các công trình lân cận khu vực dự án, nh hưởng đến m i trường sống củ người dân, cụ th : T i dự án Nâng c p, mở r ng Quốc l 1 đo n Thanh Hóa-Cần Thơ v đường Hồ Chí Minh đo n qua Tây Nguyên, theo số liệu của B GTVT báo cáo Thủ tướng Chính phủ c đến 35.814 nhà dân b nứt do rung ch n gây ra, chi phí bồi thường cho h dân ên đến h ng trăm tỷ đồng Trong đ đo n qua tỉnh Qu ng Ngãi có kho ng 4.516 nhà dân b nứt với kinh phí bồi thường kho ng 37 tỷ đồng. M t số hình nh v nứt nhà do rung ch n trong thi công các Dự án Hình 1.1.a, b, c, d. Dự án Nâng cấp Quốc lộ 1 4 Hình 1.2.a, b, c, d. Dự án đường cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi 1.2. Các loại sóng lan truyền trong nền đất Sóng phát ra từ t m rung đ ng theo m i hướng và gi m dần khi càng xa tâm rung đ ng. Sóng bao gồm sóng khối và sóng b mặt. - Sóng khối được phân ra làm hai lo i: Sóng d c P và sóng cắt S (Hình 1.3). Sóng d c P g y r co ãn m i trường, các h t o đ ng theo phương truy n sóng và có kh năng truy n qua n n đ cứng như gr nit ẫn ch t lỏng như ung nh m núi ửa hoặc nước bi n. Sóng cắt S gây ra chuy n đ ng v h ng m th y đổi th tích m i trường, các h t o đ ng trong mặt phẳng thẳng góc với phương truy n sóng. Sóng cắt còn phân biệt sóng cắt thẳng đứng SV và sóng cắt nằm ngang SH. Sóng cắt không th lan truy n trong m i trường lỏng hoặc hí v c c m i trường này không có kh năng ch u ứng su t cắt. Mỗi lo i sóng có vận tốc đặc trưng riêng Vận tốc của sóng d c lớn hơn vận tốc của sóng cắt. Chính nhờ hiệu ứng này và dự trên đo đ c o đ ng mặt đ t ở tr m đo đ a ch n khác nhau có th đ nh gi được v trí ch n tâm (focus) và ch n tiêu (epicenter) của trận đ ng đ t . 5 Hình 1.3. Biến dạng nền đất do sóng khối a) Sóng dọc P b) Sóng cắt S - Sóng khi lên tới b mặt, do nh hưởng của b mặt và c u t o phân lớp của lớp vỏ tr i đ t sẽ xu t hiện sóng b mặt bao gồm sóng Rayleigh (sóng d c) và sóng Love (sóng cắt). - Sóng Rayleigh làm cho các ch t đi m chuy n đ ng theo m t quỹ đ o hình elip trong mặt phẳng thẳng đứng song song với hướng truy n sóng (Hình 1.4) - Sóng Love là sóng cắt S nhưng h ng c th nh phần thẳng đứng SV, nó làm cho các ch t đi m chuy n đ ng trong mặt phẳng nằm ngang song song với mặt đ t, vuông góc với hướng truy n sóng (Hình 1.5). Hình 1.4. Sơ đồ chuyển động chất điểm khi truyền sóng R (Rayleigh) 6 Hình 1.5. Sơ đồ chuyển động chất điểm khi truyền sóng Love Có r t nhi u tác gi ngo i nước đã nghiên cứu v sự lan truy n sóng trong n n đ t do ho t đ ng thi công xây dựng th hiện ở [10]-[21]. M t số tác gi trong nước cũng đã nghiên cứu sự lan truy n sóng trong n n đ t do thi công c c, thi công lu n n đường, nổ m n ph đ ở [4]-[9]. 1.3. Các qui định giới hạn mức đ rung chấn đối với công trình lân cận Trên thế giới, nhi u quốc gi đã v đ ng x y ựng các qui đ nh “giới hạn mức đ rung chấn đối với công trình lân cận”, có nhi u tiêu chuẩn đã được ban hành v thiết lập các mức rung giới h n đ không nh hưởng đến con người và công trình lân cận như: BS 6472-1:2008 hoặc QCVN 27:2010/BTNMT. Theo đ gi tr tối đ cho phép v mức gia tốc rung theo Quy chuẩn Việt Nam theo b ng sau: Bảng 1.1. Giá trị tối đa cho phép về mức gia tốc rung đối với hoạt động xây dựng (QCVN 27:2010/BTNMT) [1] TT Khu vực 1 Khu vực đặc biệt 2 Khu vực th ng thường Thời gian áp dụng trong Mức gia tốc rung cho phép ngày (dB) 6 giờ - 18 giờ 75 18 giờ - 6 giờ Mức n n 6 giờ - 21giờ 75 21 giờ – 6 giờ Mức n n Trong đ : - Khu vực đặc biệt: Là những khu vực trong hàng rào củ c c cơ sở y tế thư viện, nhà trẻ trường h c, nhà thờ đ nh chù v c c hu vực c quy đ nh đặc biệt khác. 7 - Khu vực th ng thường: Gồm: hu chung cư c c nh ở riêng lẻ nằm cách biệt hoặc li n k , khách s n, nhà nghỉ cơ qu n h nh chính - Mức n n: Là mức gia tốc rung đo được khi không có các ho t đ ng s n xu t, thương m i, d ch vụ và xây dựng t i các khu vực được đ nh gi Khi chuy n đổi giá tr mức gia tốc rung tính theo Đêxiben (ký hiệu dB) và gia tốc rung tính theo mét trên gi y nh phương (m/s2) sử dụng B ng sau: Bảng 1.2. Mức gia tốc rung Mức gia tốc rung, dB 55 60 65 70 75 Gia tốc rung, m/s2 0,006 0,010 0,018 0,030 0,055 Nhi u quốc gia trên thế giới đã n h nh c c tiêu chuẩn đ “đánh giá ảnh hƣởng củ rung đ ng lên các công trình lân cận” đ đ m b o an toàn và phòng ngừ hư h i cho c ng tr nh c c phương tiện trong quá trình ho t đ ng h ng được gây ra mức vận tốc rung vượt quá giới h n. Các tiêu chuẩn s u đ y hướng dẫn phù hợp nh t cho việc đ nh gi h năng hư hỏng công trình lân cận do các ho t đ ng thi công xây dựng. - Tiêu chuẩn Việt N m: TCVN 7378: 2004 Rung đ ng và ch n đ ng - Rung đ ng đối với công trình – Mức rung giới h n v phương ph p đ nh gi củ - Tiêu chuẩn Đức: DIN 4150 - 3:1999 “D o đ ng kết c u, phần 3 - Ảnh hưởng o đ ng lên kết c u”; - Tiêu chuẩn Anh quốc: BS 7385-2:1993 “Đ nh gi v đo đ c o đ ng trên công trình, phần 2 - Hướng dẫn đ nh gi c c mức hư hỏng o o đ ng n n đ t”; - Tiêu chuẩn Thụy Đi n: VSS - SN640-321a:1992 - Ảnh hưởng công trình xây dựng. o đ ng lên Bảng 1.3. Giá trị vận tốc rung giới hạn đối với công trình khi chịu tác động rung gián đoạn (TCVN 7378: 2004) [2] Giá tr vận tốc rung giới h n Vi, mm/s Tần số rung ở mái công trình Tần số rung ở móng công trình Lo i công trình(*) 1Hz đến 10 Hz(**) Trên 10 đến 50Hz Trên 50 đến 100 Hz Trên 100Hz T t c các tần số Lo i I 20 20 ÷ 40 40 ÷ 50 40 40 Lo i II 5 5 ÷ 15 15 ÷ 20 15 15 Lo i III 3 3÷8 8 ÷ 10 8 8 8 (*) Lo i công trình: 1. Công trình lo i I: Là các công trình xây dựng công nghiệp kiên cố có kết c u khung bằng thép, bê tông cốt thép hoặc các công trình kiến trúc xây dựng tương tự. 2. Công trình lo i II: Là các công trình công c ng nhà ở nhi u tầng (từ 2 tầng trở ên) được xây dựng từ bê tông, bê tông cốt thép, g ch tường ch u lực liên kết...; hoặc các công trình kiến trúc xây dựng tương tự. 3. Công trình lo i III: Là các công trình xây dựng không nằm ở lo i I và lo i II; các công trình nhẹ nh y c m với rung đ ng như c c tượng đ i c ng trình l ch sử - văn hóa, di tích cổ đ n chùa, miếu m o v v… (**) Tần số o đ ng riêng f (tần số cơ n) của c ng tr nh được x c đ nh gần đúng ằng m t trong hai công thức thực nghiệm sau: f= Trong đ : N số tầng của công trình xây dựng f= Trong đ :H 10 Hz1 N 46 Hz 2  H chi u cao của công trình, tính bằng mét. Bảng 1.4. Giá trị vận tốc rung giới hạn đối với công trình khi chịu tác động rung liên tục (TCVN 7378: 2004) Lo i công trình (*) Giá tr vận tốc rung giới h n Vi, mm/s Lo i I 10,0 Lo i II 5,0 Lo i III 2,5 (*) Phân lo i công trình: Lo i I, II và III giống như B ng 1.4 Bảng 1.5. Đặc tính rung động của một số thiết bị và phương tiện được dùng phổ biến trong sản xuất công nghiệp, xây dựng, giao thông và dân dụng (TCVN 7378: 2004) Đặc tính tác đ ng rung Loại phƣơng tiện Số TT 1 C c phương tiện gi o th ng đường b 2 Các lo i thiết b 3 Các lo i thiết b đầm, lu ho n v đ ng c c đường sắt Liên tục gi n đo n Gi n đo n Liên tục gi n đo n 9 4 Các máy móc, công nghệ gây ch n đ ng lớn trong các nhà máy, xí nghiệp cơ sở s n xu t (ép, rèn dập, nghi n sàng v.v.) 5 C c phương tiện, thiết b dân dụng: Hệ thống đi u hòa nhiệt đ trung tâm, máy xay xát thóc g o, máy nén khí, . . . Liên tục gi n đo n 6 Mìn (khi phát nổ) Gi n đo n Liên tục gi n đo n Bảng 1.6. Đánh giá ảnh hưởng dao động nền đất lên công trình theo Tiêu chuẩn DIN 4150-3:1999 Ngƣỡng vận tốc d o đ ng m hƣ hỏng kết cấu, PPV (mm/s) Nguồn rung dài h n Nguồn rung ngắn h n Loại kết cấu Ở móng 010 - 50 10 Hz Hz Ở mặt trên sàn Ở mặt trên sàn 50 - 100 T t c các tần T t c các tần Hz số số Trung t m thương m i/ công nghiệp 20 20 - 40 40 - 50 40 10 Nhà ở 5 5 - 15 15 - 20 15 5 Công trình l ch sử/ nh y c m với dao đ ng 3 3-8 8 - 10 8 2.5 Chú ý: Vận tốc giới hạn tăng tuyến tính với tần số dao động. 1.4. Kết luận chƣơng 1 Từ những phân tích nêu trên cho th y việc x c đ nh những nh hưởng của rung đ ng lên các công trình lân cận đã được r t nhi u nước trên thế giới nghiên cứu trong đ c Việt Nam v đã n h nh nhi u tiêu chuẩn quy đ nh Tuy nhiên o đặc tính của mỗi nguồn rung h c nh u v đi u kiện đ a ch t mỗi vùng mi n cũng h c nh u nên việc “ giao thông” là r t cần thiết. Kết qu nghiên cứu sẽ x c đ nh ph m vi nh hưởng của rung ch n đ nh gi đúng và quyết đ nh được biện pháp thi công phù hợp với từng dự n Đồng thời kết qu nghiên cứu cũng c th được áp dụng đối với các dự n tương tự h c trên đ a bàn tỉnh. 10 Chƣơng 2 CƠ SỞ L T U T P N T C LAN TRU DO T I C NG CỌC N S NG 2.1. Cơ sở lý thu ết 2.1.1. P ươ hồi [20] v p ủa phân tố ng su m ườ k à Đối với vật th n h ng gi n đ n hồi trên mặt tự o người ta còn phát hiện ra hai lo i s ng Tùy theo phương chuy n đ ng của các h t, ta có sóng mặt Rayleigh hoặc sóng Love. Các sóng này gi m đi r t nhanh theo chi u sâu. Tốc đ lan truy n s ng é hơn s ng ng ng H o t n năng ượng x y ra chậm hơn s ng c. Sự khác nhau giữa hai lo i sóng trên là ở chổ, sóng Rayleigh, các h t chuy n đ ng vuông góc với hướng lan truy n s ng hướng vuông góc với mặt tự o tương tự sóng h p dẫn trên mặt ch t lỏng. Còn các h t s ng Love cũng chuy n đ ng vuông góc với phương truy n sóng nhưng l i song song với mặt tự o S ng n y thường xu t hiện ở các lớp mà m t mặt tiếp xúc với bán không gian có mật đ khác không, còn mặt kia là bán không gian coi như h ng c hối ượng (ví dụ lớp đệm trên mặt đ t). Nghiên cứu sóng mặt c nghĩ r t lớn trong thực tế, nh t là khi tính toán các công trình trên mặt đ t. Sóng d c, sóng ngang truy n từ trung t m ích đ ng, thì cường đ gi m đi r t nh nh trong hi đ s ng mặt lan truy n theo mặt đ t r t xa. Các công trình ở xa tâm ch n đ ng thực ch t ch u nh hưởng của sóng mặt. Các nguồn ích thích o đ ng công nghiệp hoặc giao thông do sóng mặt mà nh hưởng đến các vùng lân cận đ ng . B n đầu ta sẽ xét các thành phần củ phương tr nh c n ằng phân tố ứng su t trong h ng gi n đ n hồi: u, v, w là các thành phần chuy n v của phân tố;  là khối ượng riêng phân tố chính,  2u  2 v  2 w , , là gia tốc của các chuy n v u, v, w phần tố. t 2 t 2 t 2 Phương tr nh cân bằng của phân tố theo lý thuyết đ n hồi có d ng: 11  2u  x  yx  zx    X t 2 x y z    2 v   2  xy  y  zy  Y t x y z 2    w   2  xz  yz  z  Z t x y z  (2-1) Đ thiết lập phương tr nh truy n s ng trong m i trường đ n hồi vô h n (2-1) như trên. Ta hãy xét sự cân bằng đ ng h c của m t phân tố hình h p có các c nh dx, dy, dz được tách ra từ m i trường đó trong hệ t đ vuông góc. Theo nguyên lý Dalambe, ở thời đi m t phân tố ở tr ng thái cân bằng hi t đặt v o đ c c ực quán tính. Theo phương ph p chuy n v thì trong m i trường đ n hồi đẳng hướng nhờ bi u thức quan hệ ứng su t – biến d ng (2-3) và bi u thức liên hệ giữa biến d ng – chuy n v (24) từ phương tr nh (2-1) ta sẽ nhận được phương tr nh đối với chuy n v sau:  2u    2u  (   ) X 2 t x  2v   2   2 v  (   )  Y t y  (2-2) 2w   2   2 w+(   ) +Z t z Hình 2.1 Phân tố ứng suất Trong đ : Đ biến d ng th tích, Modul cắt có quan hệ với mo u đ n hồi và hệ số Poisson  , hằng số có quan hệ với mo u đ n hồi, hệ số Poisson và toán tử Laplace đối với thành phần n i lực X, Y, Z được tr nh y như s u:   x   y  z ; G  2 2 2 E E 2 ;   ;  2 2 2 (1  2 )(1   ) 2(1   ) x y z - Quan hệ giữa ứng su t và biến d ng tu n theo đ nh luật Hooke: 12 1 1     x   I1  E 1  y  1     y   I1  E 1  z  1     z   I1  E x  (2-3) - Quan hệ giữ đ giãn dài tỷ đối  v g c trượt  : x  u v w u v  w v u  w ; y  ; z  ;  xy   ;  yz   ;  zx   x y z y x y z z x (2-4) Sự nh hưởng do t i tr ng b n thân gây ra là không lớn nên có th được bỏ qua. Nếu gi đ nh rằng đ t là vật liệu n đ n hồi biến d ng theo 3 phương th n sẽ được chia làm hai lo i s ng cơ đ c lập với nhau truy n từ nguồn gây ch n đ ng. Vậy chuy n v của mỗi đi m trong đ t bằng tổng chuy n v mỗi phương của mỗi lo i sóng. u  u1  u2 ; v  v1  v2 ; w  w1  w 2 Các thành phần chuy n v u v v w cũng thỏ mãn c c đi u kiện w1 v1  u1  w 1 v u   0;   0; 1  1  0 y z z x x y (2-5) Đi u n y đúng nếu u1     ; v1  ; w1  x y z (2-6) Và các thành phần chuy n v u2 ; v2 ; w 2 thỏ mãn phương tr nh 2  u2 v2 w 2   0 x y z (2-7) Do đ t c tổng biến d ng u     u2 ; v   v2 ; w   w2 x y z (2-8) Thay những giá tr u, v và w vào (2-2) chúng t được nghiệm phương tr nh s ng  2  a 2 2 2 t  2 u2  2 v2 2w 2 2 2 2 2  b  u ;  b  v ;  b 2 2 w 2 2 2 2 2 2 t t t Trong đ : (2-9) (2-10) 13   2  ; b  Vs    a  Vp  2.1.2. Mối quan hệ giữ b m ườ bá à ồi. á và khoả ến nguồn rung của phân tố trong Gi thuyết rằng nguồn s ng ph t r s ng đi u hòa theo thời gian, chúng ta sẽ đi gi i phương tr nh (2-9) và (2-10) với   eit ( x, y, z ) (2-11) u2  eitU ; v2  eitV ; w 2  eit W (2-12) Trong đ  là tần số của nguồn Thế phương trình (2-11) và (2-12) vào (2-9) và (2-10), chúng ta tìm ra  , U, V và W thỏ mãn phương tr nh   2  2   h2   0   (2-13)    k 2 U  0;  2  k 2 V  0;  2  k 2 W  0; (2-14) Ngoài ra, ph i thỏa m n quan hệ U V  W   0 x y z (2-15) Đ gi i phương tr nh (2-14) ta có 2 U xy 2 V yz 2 W  2  k 2 z (2-16) Thay thế phương tr nh (2-16) vào (2-14), chúng ta tìm ra thành phần  thỏa m n phương tr nh  2   k2   0 Bây giờ, chúng ta sẽ đư r hệ phương tr nh trong hệ t đ t, ta có x  r  cos  Trong hệ t y  r  sin  ; z  z đ góc 2 1  2   2   2 r 2 r z 2 G i q là chuy n v c phương phương củ vectơ r t c (2-17) đ góc trên b mặt n n