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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

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