Sự cố nền móng công trình: Phần 2

Nối tiếp phần 1 của tài liệu Sự cố nền móng công trình phần 2 tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Hư hỏng công trình dưới tác dụng của tải trọng động, sự cố trong công trình móng cọc, sự cố công trình trên mái đất dốc, một số biện pháp gia cường và cải tạo nền móng, ảnh hưởng sự thay đổi mực nước ngầm và chống ẩm, thấm, ăn mòn phần ngầm công trình,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

HƯ HỎNG CÔNG TRÌNH DƯỚI

8.1 Sống đàn hồi và công trình

Tác động động lực lên công trình có rất nhiều dạng như

đ ộ n g đất, bão tố, cháy nổ, thiết bị máy móc công nghệ sản xuất, giao thông, hoặc bom đạn bắn phá trong chiến tranh

T uy nhiên, ở đây chỉ giới hạn một số loại tải trọng động thuờng gặp trong xây dựng và khai thác công trình như nổ, chấn động của các phương tiện vận tải, máy m óc cơ giới và

c ủ a các phương tiện thi công cọc đến công trình cang như sinh hoạt của dân cư ở gần nguồn gây chấn động Những vấn

đề vừa nêu thường xảy ra khi xây dựng trong các đô thị và gần những công trình có yêu cầu cao nhằm giảm mức chấn động cũng như mức độ ồn để đảm bảo môi truờng công tác

và sinh hoạt bình thường của con người Căn cứ để giải quyết những điều vừa nói phải dựa vào các tiêu chuẩn có liên quan

về mức độ chấn động và mức độ ồn cho phép đối với từng loại công trình cũng như từng đối tượng khu dân cư

Để có thể thực hiện những biện pháp kĩ thuật nhằm tránh những bất lợi do tác động động lực gây ra, người thiết k ế và thi công phải có những kiến thức sâu bằng những chuyên

đề khác về động lực học công trình cũng như một số cách

Chương 8

giảm chấn Do đó dưới đây chỉ nêu một số khái niệm cơ bản

và gợi ý vài biện pháp kĩ thuật thường dùng trong thi công xây dựng công trình

Bất kì một nguồn chấn động nào tác dụng trên mặt đất tự

do hoặc trong lòng nó cũng đều sản sinh ra 3 loại sóng đàn hồi (hình 8.1): Sóng nén (có khi gọi là sóng dọc, L) thường

kí hiệu là p, sóng cắt s (có khi gọi là sóng ngang T) và sóng mặt R (còn gọi là sóng Rayleigh)

H ìn h 8.1 : Các loại sóng đàn hồi trong môi trường đất

Vận tốc chuyển dịch các chất điểm trong môi trường đàn hồi có trị số, hướng và quỹ đạo khác nhau Chuyển động các chất điểm trong sóng nén p theo dạng hình cầu cùng hướng với p ; sóng cắt s hơi chậm hơn sóng p và chất điểm chuyển động theo hình trụ tròn với hướng vuông góc với s ; sóng mặt R truyền trên mặt tự do của đất, chiếm ưu thế khi ở vị trí cách xa nguồn chấn động có tốc độ chậm hơn sóng s, theo

Nguồn dao động

f Ỵ / / ' íi

Sóng r

Thảnh phán ngang

hình êlíp và giảm nhanh theo chiều sâu Đối với công trình thì sóng cắt s và sóng mặt R có ý nghĩa quan trọng nhất vì chúng gây ra những biến dạng cắt trong đất, có thể làm cho đất giảm sức chịu tải, mất ổn định và công trình bị hư hỏng Trong môi trường bán không gian đàn hồi, đồng nhất và đẳng hướng với giao động thẳng đứng ở bề mặt, tính theo năng lượng thì sóng Rayleigh (sóng mặt R) chiếm đến 67%, sóng cắt - 26% và sóng nén chỉ có 7% Biến dạng cắt của đất thường thay đổi trong phạm vi nhất định tùy theo các nguồn chấn động khác nhau (xem bảng 8-1).

Bảng 8.1 Biến dạng cắt (%) trong đất do các nguồn gây

chấn độrìg khác nhau

B Ả n OÁN TĨNH ' DỰNG NGO Àl BIẾN

ĐẲM NỀN ĐIA CHẤN

Để giảm ảnh hưởng xấu đến công trình hoặc sinh hoạt của con người phải tìm cách hạn chế tác động của chấn động theo đặc trưng sóng bằng các giải pháp thiết kế và thi công như chọn năng lượng búa, trình tự đóng hạ cọc, thời gian gây chấn động (liên tục hay gián đoạn ) Ví dụ trên hình 8.2a là cách chọn khoảng cách và lượng thuốc nổ từ yêu cầu của vận tốc tiêu chuẩn, còn trên hình 8.2b là cách chọn khoảng cách

an toàn cho việc đón? cọc gần công trình cũ theo gia tốc cực hạn Cũng tương tự như vậy, người ta xác định khoảng

cách đóng cọc thích hợp để đảm bảo mức độ ồn (thường biểu diễn qua áp lực âm) không vượt quá giới hạn cho phép trong các tiêu chuẩn về môi trường (hình 8.3).

a, mm/ s2

Hình 8.2 : Phương pháp thực nghiệm xác định khoảng cách

an toàn khi n ổ (a) và khi đóng cọc (b)

Hình 8.3 : Quan hệ giữa độ ồn và khoáng cách đến nguồn chấn động khi đóng cọc BTC T §500 bằng búa thủy lục N H -7 0 ịNhật)

Do nền đất là môi trường phức tạp và độ nhạy với dao động cũng như độ kiên cố khác nhau của công trình khi chịu chấn động, hơn nữa yêu cầu hạn chế mức độ ồn cho phép cũng không giống nhau đối với các khu vực khác nhau của

đô thị nên việc xác định ảnh hưởng của chấn động đối với môi trường nói chung phải thông qua đo đạc thực tế theo một quy trình được cơ quan quản lí môi trường chấp nhận (ví dụ

có thể theo tiêu chuẩn Anh BS 5228 Part 4 : 1992)

Cần chú ý rằng việc đo tốc độ truyền sóng trong đất tại hiện trường có nhiều phương pháp, trong đó phương pháp khúc xạ địa chấn chỉ cho ta sóng nén p tuy rẻ và đủ tin cậy khi lớp đất trầm tích có tốc độ truyền sóng lớn, tăng dần theo chiều sâu, nhưng nó khó xác định tốc độ sóng cắt, đặc biệt là trong đất yếu ở dưới mực nước ngầm Trong trường hợp này

người ta hay dùng phương pháp hố cắt địa chấn (hình 8.4a)

để đo sóng cắt hoặc phương pháp đo sóng mặt R (hình 8.4b),

là 2 loại sóng có ảnh hưởng bất lợi nhất đối với công trình xây dựng ở gần kề

tố Trên hình 8.5 trình bày quan hệ thực nghiệm giữa tần số

và tốc độ của chấn động đối với con người và kết cấu Ta thấy con người nhạy cảm đối với chấn động có tần số 2 - 50Hz, còn đối với công trình thì tác động của chấn động giảm đi khi tần số tăng lên

Để đảm bảo sức khỏe con người dưới tác động của dao động - được gọi là tác động sinh lí - người ta thường quy

định (luy có tính chất định tính) phạm vi hợp lí các dao động cho phép "cảm nhận rõ" khi dao động tác động lâu dài và

nút à c ỏ n q '

10 Tần số, Hz

100

Hình 8.5 : Phán ứng của cơn người (a) và của kết cấu (b) khi

chịu chấn động (theo K Rainer Massarch)

Điều kiện để đảm bảo an toàn sức khỏe con người đang ở trong kết cấu bị dao động là :

Tron2 hảng 8-2 trình bày các giới hạn về vận tốc gia tốc Cưa dao động điều hòa với biên độ chuyển vị không ỉớn liơn lmm theo tiêu chuẩn sức khỏe của Liên Xô (cũ).

Bảng 8-2 Những đặc trưng tác động cùa dao động điều hòa đối với con người phụ thuộc vào vận tốc hoặc gia tốc

(theo tiêu chuẩn Liên Xô Nr 1304-75)

Trị quân phương

W c ’

(mm/s

Mức gia tốc Lwi (dB)

Biên

đ ộ

V maxi (m m /s)

Trị quân phương Vc, (m m /s 2

M ức vận tốc

Lv,(dB)

Không cảm nhận 10 7,1 27,4 0,16 0,113 67,1 Cảm nhận yếu 40 28,3 39,5 0,64 0,452 79,1

Trong trirờng hợp dao động điều hòa (bảng 8.2) thì biên

độ của vận tốc và gia tốc :

Trong đó :

a - biên độ dao động của nguồn ;

n - tần số dao động (số dao động trong 1 giây)

Với các số liệu trong bảng (8.2) và các công thức (8.3),(8.4) cho phép ta tính được đặc trưng nào đó của tác động dao động đối với con người và điều đó cũng phản ánh trên hình 8.5a

Vấn đề đảm bảo an toàn đối với sức khỏe con nguời khi chịu dao động theo tiêu chuẩn sức khỏe thường phải so sánh với vấn đề đảm bảo độ bền của kết cấu dưới tác động của tải trọng động Hơn nữa con người rất nhạy cảm với dao động

cơ học vì có khả năng cảm nhận những dao động rất bé với biên độ khoảng 0,001 - 0,000lmm Tần số dao động càng cao thì con người tiếp nhận biên độ dao động càng thấp Ở tần số dao động 100 lần/phút thì con người hầu như không cảm nhận được dao động có biên độ 0,1 mm, còn tần số 3000 lần/phút thì cảm nhận được dao động có biên độ 0,00lmm Tác động dao động lớn vượt quá mức cho phép nào đó và kéo dài thì sẽ ảnh hưởng có hại đến sức khỏe và trong một số trường hợp có thể dẫn đến bệnh do dao động Vì vậy, trong thiết kế nhà và công trình cần ph.ải chú ý đến đặc trưng của dao động và có biện pháp giảm những dao động có hại Những điều vừa nêu thường được chỉ dẫn trong các tiêu

^max - 27ĩna

wmax = (27rn)2a

(8.3)

chuẩn có liên quan đến những môi trường khác nhau và cần phải xác định trước khi thi công với cơ quan quản lí môi trường của địa phương.

Tùy theo các thông tin thu được từ thiết bị đo chấn động (tốc độ, gia tốc, biên độ hoặc tần số) người thiết kế sẽ dùng chúng làm chuẩn để hạn chế những tác động có hại đối với môi trường gần nguồn chấn động (xem hình 8.2 và 8.3) Biên

a - hệ số hấp thu năng lượng của đất (1/m) lấy như sau :

a = 0,01 - 0,03 đối với cát mịn, xốp, no nước, á sét,

a = 0,04 - 0,06 đối với á sét và s é t ;

a = 0,07 - 0,10 đối với á sét nhẹ và khô, á sét

Điều kiện bất lợi nhất là khi xảy ra cộng hưởng giữa nguồn chấn động và đất nền Tần số cộng hưởng f0 của đất đồng nhất có chiều dày là H có thể tính toán nếu biết được vận tốc sóng V s theo công thức :

(8.4)

á sét nhẹ ;

Hình 8.6 : Biến dạng cửa công trình do sóìĩíị dao động cửa đất a) Biến hình khi sóng cắt Vs cớ bước sóng ngẩn ; bì Biến hình (hiệu úng quán tính) khi Vs cỏ bước sóng d ả i ; c) và d) Kết cấu bị dãn và chuyển dịch khi sóng nén Vp có bước sóng ngắn hoặc dài.

Như vậy, cùng với sự nguy hiểm xảy ra cộng hưởng ở độ sâu H nào đó sẽ có thể xảy ra trường hợp biên độ chấn động đạt tới trị số lớn nhất và gọi đó là độ sâu cực hạn Điều này

sẽ trình bày chi tiết hơn trong phần nói về đóng cọc

Một trường hợp nguy hiểm khác cũng có thể xảy ra đối

với công trình khi độ dài bước sóng X gần bằng độ dài của

nhà (hình 8.6a) và các biến dạng khác do các hạt đất bị vận động theo quỹ đạo vuông góc hoặc song song với mặt đất (hình 8.6b - d)

Dựa trên một số đơn giản hóa, Massarsh (1982) đã đề nghị phương pháp xác định tốc độ chấn động cực hạn dưới móng theo công thức :

2

(8.5)Trong đó :

v m - vận tốc chấn động cực đại theo kết quả đo hoặc

tra bảng ;

Ym - độ võng giới hạn của móng với tải trọng tĩnh lấy từ

yêu cầu thiết kế (hoặc theo tiêu chuẩn) ;

V r - v ậ n t ố c s ó n g m ặ t c ủ a đ ấ t đ o ở t h ự c đ ị a h o ặ c t r a b ả n g

(bảng 8.3 và 8.4), gần đúng lấy Vr = 0,94VS ;

b - bề dài công trình

Bảng 8.3a Vận tốc gần đúng ịmm/s) của sóng p và s đối

với đất và đá (K Rainer Massarch, 1983)

5.000 - 6.000

6.000 - 8.500 10.000 - 25.000

Ví dụ : công trình có chiều dài là lOm với móng đặt trong lớp đất yếu ( V r = 50 m/s), độ dài sóng X = 5m (50

m/s/10Hz) Theo kinh nghiệm (và theo tiêu chuẩn quy định)

độ võng giới hạn ym/b = 0,5.10 Thay những số liệu này

vào công thức (8.5) ta tìm được dao động lớn nhất cho phép

là 2 mm/s

8.2 Ảnh huứng do hạ cọc (đóng hoặc rung)

Khi hạ cọc vào đất bằng phương pháp đóng xung kích hoặc rung sẽ lần lượt gây ra trong nền đất dao động tự do hoặc dao động cưỡng bức Gần cọc đất bị chuyển dịch đáng

kể do sóng nén và sóng cắt và cách xa cọc một khoảng nào

đó thì sóng mặt là chủ yếu

Những tác độn? bất lợi sau đây có thể xảy ra (hình 8.7) :

Hình 8.7 : Ánh hưởtig của đón (Ị cọc đến công trình và đất nền

- Gây lún cho công trình bên cạnh do đất bị làm chặt lại, nhất là đối với nền cát thì có thể bị hóa lỏng và công trình có thể bị nứt hoặc s ụ p đổ ;

- Tạo ra áp lực đẩy ngang làm công trình ở gần có thể bị trượt hoặc hư hỏne những phần ngầm kĩ thuật (đường ống dẫn nước, khí ) đặt dưới mặt đ ấ t ;

- Đẩy trối đất ở vùn? gần chỗ đóng cọc, làm cho những cọc đóng trước đó bị đẩy trồi lên, nhất là trone; sét dẻo mềm bão hòa nước ;

- Làm tăn? áp lực nước lỗ rỗng trong đất, do đó làm giảm sức chịu của nền, có thể gây ra mất cường độ hoặc ổn định.

Vận tốc dịch chuyển của nền tại một điểm nào đó cách nguồn gây chấn động một khoảng r có thể tính theo công thức :

a/ẽ

rTrong đó :

V - vận tốc dịch chuyển của nền, mm/s ;

E - năng lượn? của một nhát búa đập, Nm ;

r - khoảng cách lừ điểm đang xét đến nguồn gây chấn

động ; m ;

k - hệ số, thường lấy khoảng 0,75

Trong thực tế thi công, đầu tiên ta kiểm tra bằng tính toán theo công thức (8.6) và so sánh với vận tốc giới hạn cho phép nêu trong các tiêu chuẩn có liên quan đối với từng loại công trình ở gần ; khi cần, phải tổ chức đo dao động để kiểm soát quá trình thi công sao cho không gây ra những hư hỏng công trình nằm trong vùng ảnh hưởng của dao động

Những hư hỏng và có thể làm sụp đổ công trình lân cận do tác động cộng hưởng của tần số dao động tự do và tần số dao động của nền hoặc độ dài bước sóng gần bằng độ dài công trình nêu trên đây, công thức (8.5) và (8.6) cần phải được kiểm tra bằng tính toán hoặc tổ chức đo đạc tại hiện trường

Có ý kiến cho rằng không thể xảy ra cộng hưởng vì rằng tần số daó động của búa rung khoảng từ 15 - 20Hz và của búa đóne; trong khoảng 10 - 30Hz trong lúc tần số dao động

tự nhiên của công trình xây dựng trong khoảng 4 - 10Hz Bằng quan sát thực tế thấy rằng nếu tần số dao động của nền

do đóng cọc từ 10 - 30Hz có thể gây hư hỏng các cấu kiện của công trình

Biến dạng lún Sw của nền do hạ cọc (rung hoặc đóng) là xảy ra tức thời nên sẽ nguy hiểm hơn so với độ lún do tải trọng tĩnh gây ra

Độ lún này chỉ xảy ra khi gia tốc dao động w vượt quá trị

số cho phép nào đó Wgh, tức là khi :

w > Wgh, độ lún động Sw > 0 và mô đun đàn hồi động

Ở những gia tốc lớn (650 hoặc 750 mm/s tùy theo loại đất) trong đất xảy ra không phải là nén chặt mà là bị đẩy (hướng ngang và hướng đứng) và ở đây môi trường đất không còn là môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính

Sự giảm dần của vận tốc (hình 8.2a) hoặc của gia tốc

(hình 8.2b) khi các điểm quan trắc X ở xa dần nguồn dao

động có thể tính từ công thức (8.4) với một ít thay đ ổ i :

Trong đó :

V - v ậ n t ố c ở k h o ả n g c á c h X s o v ớ i n g u ồ n d a o đ ộ n g ;

VI - vận tốc ở khoảng cách ỉ 1

Có thể dùng công thức (8.7) để tính đối với gia tốc, biên

độ hoặc tần số Nếu ta đặt ở vế trái của (8.7), V = Voh và giải

n ó đ ố i v ớ i X t h ì t a x á c đ ị n h đ ư ợ c v ù n g n g u y h i ể m K h i c ọ c

đóng ở vùng ranh giới hoặc ngoài vùng này thì công trình lân cận không có độ lún thêm động lực s w, dù nền có bị dao động nhưng thực tế nó vẫn làm việc như trong điều kiện tĩnh.Phản ứng của công trình dưới tác động của việc hạ cọc là phụ thuộc vào :

- Đặc trưng đất dưới móng nhà cũ và nhà mới, mực nước ngầm ;

- Đặc trưng của công trình : Độ cứng, khối lượng, và độ giảm chấn cũng như dao động riêng của công trình ;

- Loại công trình và các điều kiện khác ;

Bảng 8.5 Trị giói hạn của vận tốc dao động cho phép

* Đối với tần SỐ lớn hơn ỊOOHz thì ít nhất dùng các trị s ố của cột này.

DIN 4150-1986 kiến nghị dùng trị tuyệt đối của vận tốc dao động cực đại theo một trong các hướng X (nằm ngang) y (nằm ngang), và hướng z (thẳng đứng) làm chuẩn để xem xét

và trong bảng 8.5 là các giá trị riêng cực đại của vận tốc, được kí hiệu là Vi (trước đây DIN 4150-1975 là hợp của giá trị dao động theo 3 phương)

Trị hướng dẫn Vmax hợp vận tốc

I Kết cấu thép và bê tông cốt

t hép ( không có lớp trát) nhà

công nghiệp, thương mại, tường

chắn, cầu, tháp, ốnơ trên mặt

cấu ngầm dưới đất như hang

động, tuy nen, đường hầm có

IV N hà có độ nhạy đặc biệt

Ghi chú bảng 8.6 :

M - dao đ ộ n g do m áy m óc, giao thông, th iết bị xây dựng ;

s - do nổ.

(a) - trị s ố bé dù n g khi 30H z và trị số lớn khi 6 0 H z ;

(b) - trị số bé dùng khi 60Hz và trị số lớn dùng khi 90Hz Nội suy

đối với các trị s ố trung gian.

Bảng 8.7 Trị giới hạn của vận tốc dao động do nổ

(theo tiêu chuẩn Thụy Điển)

D ao độ n g giới hạn (cực đại)

(ram )

V ận tốc (m /s)

G ia tốc (m /s2)

T h ù n g c h ứ a b ằ n g bê tô n g g ia

cường thép

200

K hôi nhà ở cao tầng Bê tô n g

hiện đại hoặc dàn thép

Blô'c xây thông thường T ư ờ ng

gạch hoặc vật liệu tương tự

Bảng 8.8 Vận tốc lớn nhất của chất điểm đối với kết cấu

(theo tiêu chuẩn úc AS 2187, Part 2.1983)

Kiểu nhà hoặc kết cấu

V ận tốc tổng lớn nhất của chất điểm khi dao động

(mm /s)

1 N hà và tượng đài lịch sử, nhà có giá

trị đặc biệt hoặc ý nghĩa lớn 2

2 N hà ở và nhà thương mại không bao

3 N hà thương mại và nhà công nghiệp

bằng bê tông cốt thép hoặc thép 25

Bảng 8.9 Ảnh hưởng của dao động đối với các đối tượng khác nhau (theo tiêu chuẩn Anh BS 5228 Part 4 1992a)

Thông số đo và phạm vi độ nhạy

Ví dụ Đối tượng

quan tâm

Chuyển vị (mm)

(0,25-1) 10 ' 3 ( 0 ,l H z - 3 0 H z )

(0,1 - 5 ) 1 0 ' 3 (30 - 200)H z

Cơ sở

vi điện tử

Thiết bị và vận hành

(6 - 400) 10'3 (3Hz - 100Hz)

(0,5 - 8).10"3 (5Hz-200Hz) Máy móc

chính xác

Thiết bị và vận hành, (0,1 - 1).10'3

0,5 - 50 (SSTP hướng đứng) (4Hz 8Hz)

Văn

phòng

Con người 0,5 - 20

(hướng đứng) (8Hz - 80Hz)

1 - 52 (hướng ngang) (2Hz - 80Hz)

(1 - 100) 10'3 (SSTP hướns đứng) (4Hz - 8Hz)

Xưởng

máy

Con người 1 - 2 0

(hướng đứne) ( 8 H z - 8 0 H z ) 3,2 - 52 (hướng naang) (2Hz - 80Hz)

(4 - 650) 10'3 (SSTP hướng đứng) (4Hz 8Hz)

( I 0 - 4 0 0 ) 1 0 ‘3 1 - 5 0

Bảng 8.10 Tiêu chuẩn dao động của đất

đối với nhà máy chính xác

Tần số

G ia tốc (cm /s2)

V ận tốc (ụm /s)

G ia tốc (c m /s2)

V ận tốc (|u.m/s)

C ông trình công n g h iệp

Giải bài toán về ảnh hưởng bất lợi đối với công trình cũ

do đóng cọc gây ra là rất khó khăn và phức tạp, vì như trên

đã thấy, nó phụ thuộc rất nhiều yếu tố Vì vậy, một mặt là thực hiện nhửng kiểm toán dựa vào số liệu tiêu chuẩn vừa nêu, mặt khác phải quan trắc những công trình thực trong quá trình đóng cọc Trong bảng 8.12 là tập hợp một số trường hợp điển hình đã gặp để người đọc tham khảo.

Bảng 8.12 Một sô kết quả đóng cọc BTCT gần công trình cũ (A A Obodovski, 1977)

Nr Đặc trưng của nhà

và điẻu kiện đất

nền

Đặc trưng cọc và s ố lượng

Khoảng cách nhỏ nhất nhà- cọc, (m)

Tinh trạng nhà Trước

khi đóng cọc

684 cọc

trên

Nứt ở lớp vữa 0,3 - lmm Vừa trần bị rơi Đ ộ lún của nhà không quá lmm

100 cọc

3,8 Trong

các tường

có vết nứt

Vết nứt cú bị mở rộng không lớn.

100 cọc

4,5 Bình

thường

Không có biến dạng.

1

Trong các tường ngoài

có vết nứt bằng sợi tóc

Xuất hiện các vết nứt mới và nứt rộng trên toàn bộ chiều cao tường, nứt và bong vữa ở tường và trần

1 Ở tình

trạng tốt

Phần nhà ở gần chỗ đóng cọc nhất, các mô'i nổì panen bị nứt rộng đến 5mm, vữa bị bong ra.

đài : C’at chặt vừa,

a cal va a SCI dco

M ón s lõl

Nứt tường bao nồi hơi.

1.5 Khò ni!

nhìn tháy

hư hòns nào

() Urànn ngoài, 2111

đầu nhà xu rú hiện

các vết nứl ờ hệ cưa so N h u 11 £ vối nứt đ e n 2m m ở

35 X 35cm, / = 14 nì

1.5 Klìôiìii

nhìn thấy biến dạng 21

ơ lườn 11 rmoài tại các lổ cửa sổ và hộ món £ hi nứt có bẻ rộng đốn 2,5mm.

sàn gần chỗ đóng cọc xuất hiện các vết nứt rộng đến

5mm.

1,7 Ở

tường ngoài

có vết nứt với bè

rộng đến 2mm

Trong các tườim vết nứt cũ mở lông

ra và các M"1' nưt

m ớ i rộn> 'On 20mm.

40 X 40cm

tường ngoài

có vết nứt nhỏ bằng sợi tóc

Ở tường ngoài vết

nứt rộng đến 5mm,

trong sàn tầng hầm vết nứt rộng đến

chỗ đóng cọc

tường

có vết nứt

7,5 Khồng có vết nứt

7,5 Ống

khói bị

1 ghiêng rõ

Độ lệch lún của móng lmm do tải trọng động.

19 Nhà g ạ c h 2 tầng

trên m d n g b ăng

xây bằng đá hộc

35 X 35cm, / = 14-18m

8 Không nhìn thấy biến dạng

20 Nhà gạch 5 tầng

trên móng băng

35 X 35cm, / = 9m

gần

chỗ đóng cọc có vết nút nhỏ bằng sợi tóc

Ở một số chỗ trẽn

tường xuất hiện vết nứt nhỏ bằng

sợi tóc, mở rộng vết nứt cũ đến 0,5mm.

Qua kinh nghiệm theo dõi ảnh hưởng của tác động động lực do đóng cọc đến công trình ở gần có thể chia làm 5 nhóm sau đây :

I Đóng cách công trình cũ 2 - 3m và lúc đóng cần theo dõi tình trạng công trình cũ

Thuộc nhóm này gồm có : Tháp, ống khói, nhà kho, nhà

ở làm bằng BTCT đổ tại chỗ, nhà sản xuất kiểu khung, khi trong đó không có các thiết bị và máy móc có độ nhạy cao khi gặp dao động, cũng như không có các nguồn dao động (như búa rèn, .) tác động cùng lúc với búa đóng cọc

II Cho phép đóng hàng cọc gần nhất là 5m hoặc 3m và gần hơn khi thực hiện khoan dẫn có chiều sâu không ít hơn 5m, trong quá trình đóng cần đặt thiết bị đo Việc đóng cọc chỉ làm ban ngày đối với nhà ở và ban đêm đối với nhà hành chính

Thuộc nhóm này gồm có nhà ở và nhà hành chính bằng gạch, bằng viên xây cỡ lớn, bằng tấm lớn

III Đóng hàng cọc gần nhất ở khoảng cách không nhỏ hơn 20m, trước khi đóng đại trà phải đặt thiết bị kiểm tra dao động

Thuộc nhóm này gồm có nhà sản xuất có những thiết bị

và máy móc có độ nhạy cao đối với các loại chấn động và dao động khác nhau

IV Đóng hàng cọc gần nhất ở khoảng cách 5m hoặc ở khoảng cách 3m nếu có khoan dẫn sâu không ít hơn 5m Đặt thiết bị đo lún và dao động trong quá trình đóng cọc

Thuộc nhóm này gồm có trường học, nhà hát, câu lạc bộ.Đóng lúc nghỉ giữa các buổi biểu diễn, không lên lớp

V Đóng hàng cọc gần nhất không bé hơn 5m hoặc không

ít hơn 3m khi có khoan dẫn sâu không bé hơn 5m

Thuộc nhóm này có đường ống kĩ thuật đúc sẵn đặt ngầm (điện tín, điện thoại, năng lượng, khí đốt, cấp thoát nước )

Những kiến nghị nêu trên cho 5 loại công trình chỉ đúng khi trong các kết cấu chịu lực của nhà hoặc công trình cũ không có những biến dạng và độ bền của các gối tựa ở các cấu kiện chịu lực không gây ra lo ngại gì Trong trường hợp nền công trình cũ là đất yếu (á sét nhão, bùn, than bùn, cát rời ) trong đó độ lún và độ nghiêng chưa ổn định thì phải nghiên cứu, khảo sát kĩ tình trạng kĩ thuật của chúng như lún nứt, dao động, bằng cách đóng các cọc thử ở các khoảng cách khác nhau, bắt đầu từ khoảng cách 20m và nhỏ dần.Ngoài các điều kiện nói trên, cho phép đóng cọc gần nhà

và công trình có sẵn nhưng phải tuân thủ một số nguyên tắc

bổ sung rất quan trọng sau đây khi thiết kế móng cọc đóng :

1 Trong dự án móng cọc nên dự kiến số cọc ít nhất ở gần nhà đã xây bằng cách tận dụng tối đa sức chịu tải của cọc, hoặc ở chỗ tiếp giáp, tùy theo điều kiện đất nền thay cọc bằng móng trụ, bằng cọc thả vào lỗ khoan có đường kính lớn, cọc ép hoặc cọc khoan nhồi Tuy nhiên cần chú ý rằng, chỉ có thể dùng cọc khoan nhồi trong trường hợp mà quá trình tạo lỗ lúc khoan loại trừ được khả năng đất dưới móng

cũ chảy vào lỗ khoan

2 Nếu nhà và công trình ở nơi trống trải thi công theo 2

bước thì đồng thời với việc đóng cọc ở bước đầu nên đóng cọc ở phần tiếp giap trong bước 2

3 Đóng cọc gần nhà và công trình theo nhóm I - IV nói trên phải dùng búa nặng với tỉ số giữa khối iượng đầu búa và khối lượng cây cọc không nhỏ hơn 1,5 ; giảm trường hợp đóng cọc với độ chối nhỏ ở phấn tiếp giáp,với nhà cũ, đầu

tiên nên đóng hàng cọc gần nhà và công trình nhất để làm màn chắn, sau đó mới đóng các cọc theo hướng xa dần.

4 Nếu nền của công trình mới có đất yếu còn nhà cũ không có biến dạng và được xây trên móng cọc thì cho phép đóng cọc mà không có ràng buộc điều kiện gì

Vấn đề cho phép dùng máy rung để hạ cọc gần nhà cũ hiện nay chưa được nghiên cứu kĩ

5 Trong giải pháp thiết kế có thể dùng móng kiểu con son trên cọc ở chỗ tiếp giáp công trình cũ - mới như đã gợi ý ở phần 7 bảng 7.2 "giải pháp nền móng công trình mới ở gần công trình cũ" dùng cọc tiết diện nhỏ hoặc cọc thép hình đóng hoặc ép ở chỗ tiếp giáp cũng sẽ làm giảm tác động có hại đối với công trình lân cận

6 Trong thi công đóng cọc gần công trình cũ, ngoài khoan dẫn nói ở điểm 1 trên đây, có thể dùng sét đổ vào lỗ khoan, tạo ra một dung dịch vừa có tác dụng bôi trơn để giảm ma sát của đất ở mặt bên của cọc vừa giảm tác động động lực khi đóng lên môi trường xung quanh Phương pháp này có tên gọi là đóng cọc trong áo sét xúc biến, cho phép giảm năng lượng đóng cọc đến 40% và giảm số va đập của búa lên cọc đến 50%, làm cho búa điêzel hoạt động được dễ dàng hơn

7 Làm hào để ngăn bớt dao động (chủ yếu là sóng mặt) ảnh hưởng đến công trình xung quanh Chiều sâu của hào lấy

khoảng 1/3 độ dài bước sóng Ấ Theo công thức về quan hệ giữa X, tần số dao động Hz và vận tốc sóng mặt V r trên đây,

ta có thể xác định sơ bộ chiều sâu của hào Ví dụ tần số dao động là 20Hz, vận tốc sóng mặt V r = 150 m/s, X = 7,5m thì

hào sâu tối thiểu là 2,5m Tần số dao động thấp thì hào cần sâu hơn

va đập nặng 3,5 tấn (SP-78 Liên Xô cũ hoặc K-35 của Nhật)

có chiều cao rơi búa Hmax = 3000mm

Các hạng mục công trình 50, 51 và 98 (hình 8.8) lại nằm gần 2 công trình đã có sẵn là âu tàu 104 và xưởng sửa chữa

cơ khí 1 Âu tàu là công trình bằng bê tông toàn khối xây từ năm 1888, có kích thước 30 X 160m và đáy ở độ sâu 15m, đang hoạt động bình thường (hình 8.9), cần được bảo vệ an toàn tuyệt đối khi thi công ở gần nên chọn vận tốc giới hạn lúc đóng cọc Vgh = 4 mm/s

Kết cấu của xưởng sửa chữa cơ khí là hệ cột bê tông cốt thép với dầm cầu chạy và vì kèo thép và mái lợp ngói ở phía trên Bước cột 6m, tải trọng ở chân cột không lớn, bao che công trình là tường gạch dày 22cm Xưởng cho phép hư hỏng nhẹ trong quá trình đóng cọc ở gần và sau đó sửa chữa lại Tuy nhiên, máy móc của xưởng cần hoạt động bình thường, không được ngừng sản xuất, giá trị vận tốc dao động giới hạn có thể lấy bằng 8 mm/s

Công trình

50

Công trình

• H ình 8.9 : Mặt cắt của âu tầu

Để tìm cách thi công cọc với đảm bảo an toàn công trình xung quanh (âu tàu và xưởng sửa chữa cơ khí) tại đây đã tiến hành đóng thử cọc ở các khoảng cách và độ sâu khác nhau với đo dao động bằng máy đo sóng mặt FRED-02 Đặc trưng của máy là đầu đo có thể đo 2 thành phần của vận tốc (đứng

và ngang), tần số dao động có thể tiếp nhận được trong khoảng 1 - 12.800Hz và vận tốc thay đổi từ 1 - 250 mm/s Kết quả cho thấy có thể đóng cọc ở khoảng cách an toàn nếu

có khoan dẫn đến đáy lớp đất thứ 2 Ở đây cũng chỉ ra sự thay đổi khoảng cách an toàn nói trên khi đóng 1 búa hoặc nhiều búa Khi kết thúc toàn bộ công tác đóng cọc, khảo sát lại các công trình cần bảo vệ nói trên thấy không có biến dạng gì đáng kể

Ví dụ 2 : Phương pháp hạ cọc gần công trình cũ

Ở thành phố St Peterburg (CHLB Nga) người ta xây dựng một phòng hòa nhạc kiểu khung nhịp rộng nằm gần 7 ngôi

nhà cũ xung quanh Do tải trọng của các cột khung quá lớn (4000 - 6000kN) và lớp đất yếu dưới nền dày đến 16m nên đã dùng cọc dài 15m đóng trên toàn bộ mặt bằng

Ở chỗ tiếp giáp gần với công trình cũ dự kiến thiết kế sẽ

ép 59 cọc Cần lưu ý rằng, dưới đáy móng của nhà là lớp cát bụi no nước rất nhạy cảm với các tác động động lực Nhà thầu đã tự tiện dùng búa ống diesel để đóng 11 cọc gần nhà

5 tầng (nhà số 1 hình trên) Kết quả là ngôi nhà này bị lún

thêm đáng kể và nhà bị hư hỏng nên lập tức dời dân đi và dỡ

bỏ nhà Sau đó đã thực hiện theo quy định của thiết kế : ép

48 cọc và 650 cọc còn lại được đóng bằng búa xung kích Khi đóng những cọc ở khoảng cách đã xa so với nhà cũ thì không phát hiện có lún thêm

Ví dụ 3 : Hư hỏng kết cấu của nhà trên móng cọc do xây

gần nó một nhà gạch trên nền thiên nhiên (S.N Sotnhicov, 1986)

Một nhà ở 9 tầng tấm lớn (xeri 1 -LG 600) dài 200m trên móng cọc có tiết diện 40 X 40cm, nối dài đến 24m, đóng vào lớp á sét ít dẻo Theo kết quả đo, ở độ lún chưa ổn định lOcm của nhà ở chưa phát hiện hư hỏng gì của kết cấu Hai năm sau người ta xây dựng gần ngôi nhà tấm lớn nói trên một nhà gạch lớn trên nền thiên nhiên (tường ngang chịu lực trên móng băng và đai giằng cốt thép thành hình hộp)

Tải trọng ở phần tiếp giáp với nhà cũ trên cọc đã sinh ra

ma sát âm và dẫn đến độ lún thêm, không đều dưới mũi cọc

Kết quả là cách chỗ tiếp giáp đến 18m, độ lún thêm ở đây đã

làm hỏng các tấm tường ngoài và nguy hiểm nhất là các tấm sàn giữa các tầng bị trượt ngang, có chỗ lớn nhất đến 4cm

Vì rằng khoảng cách giữa các tường ngang chịu lực là ngắn, 3,2m và việc gác các tấm sàn lên tường chịu lực với chuyển

vị ngang nói trên là không an toàn

Ví dụ 4 : Bố trí thiết bị do dao động.

Trên hình 8.4b là cách đặt thiết bị đo dao động (vận tốc sóng mặt) ở hiện trường Nhà máy Ba Son - thành phố

Hồ Chí Minh

Với các cự li khác nhau kể từ nguồn dao động (vị trí đóng cọc) ta xây dựng được quan hệ thực nghiệm giữa vận tốc (hoặc gia tốc) chuyển vị của chất điểm trong môi trường với khoảng cách L (xem hình 8.2) và nhờ đó xác định được vùng đóng cọc an toàn cho công trình lân cận.

Trên hình 8.11 trình bày sơ đồ nguyên tắc để đo các thành phần vận tốc (hướng bán kính, hướng tiếp tuyến và hướng đứng) tại công trình do đóng cọc theo tiêu chuẩn của Anh (BS 5228, Part 4 : 1992)

H ìn h 8 1 1 : Sơ đồ nguyên tắc đ ể đo các thành phần vận tốc dao động trên công trình (theo BS 5228, Part 4 : 1992)

Ví dụ về đo dao động (B I Dalmatov, 1967) : Một nhà xưởng một tầng, tường gạch, khung BTCT xây trước đấy 2 năm bây giờ cần làm móng sâu hơn để đặt các thiết bị mới Muốn thế, theo chu vi của móng mới đóng các bản thép sâu 8m cách móng băng <Ị>4 trạm bơm l,65m và cách 2 móng cột (ị)2, <|)3 là lm (hình 8.12) Móng Ộ2 và <Ị)3 sâu 5,5m và Ộ4 sâu 2,4m, rộng 0,7m Áp lực lên đáy móng không quá 1,5

kg/cm2 Bốn tháng trước khi đóng cọc bản thép có quan trắc lún, thấy đẫ ổn định.

Các lớp đất từ trên xuống dưới gồm : lớp đất lấp 1,7 - 2m (á cát, rác thải xây dựng) ; lớp cát bụi no nước chặt vừa dày 8m, hệ số rỗng 0,71 ; mô đun tổng biến dạng 80 kg/cm2 Mực nước dưới đất lúc quan trắc ở độ sâu l,75m cách mặt nền nhà

Hình 8.12 : Vị trí móng, tườĩì” vây cọc ván thép và các điểm đo

I - 70 S ố hiệu cọc^bản thép Y[H\ - n //3 : Máy thu địa chấn ;

<Ị >2 - 4*4 •' Mô đun lún.

20 bản thép đầu được hạ bằng búa rơi tự do ở độ cao 1,2m nặng 0,8 tấn Sau đó, 23 bản thép còn lại được đóng bằng búa xung kích, nặng 2 tấn, rơi ở độ cao 0,5 Trong suốt thời

Tutmg vây cọc bàn thẻp T ram đăt m áv a u a n ìrac

A

-4 I6.00m J

gian đóng cọc bản thép đã tiến hành quan trắc dao động cúa đất và ảnh hưởng của dao động này đến độ lún Để làm việc này đã tiến hành đo 3 thành phần của biên độ (Ax, Ay, Az)

và chu kì dao động tại ba vị trí khác nhau (hình 8.12) ; ghi dao động theo 3 hướng : Thẳng đứng z trong mặt phẳng ngang theo trục nhà (x) và theo trục vuông góc với trục x(y) Biên độ dao động được xác định như trị hợp của 3 hướng nói trẽn Tấl cà các máy đo đều đặt trên cùng một mức sâu (tại chiều sâu đáy móng 2,4m) Máy dùng để đo là máy thu địa chấn SPM-16 và máy ghi dao động là máy hiển thị (Oscilogaph) MPO-2

Các sô đo sẽ được ghi tại nhữne độ sâu hạ bản thép khác nhau, biểu đồ dao động được ghi ở mỗi nhát đóng Phân tích các dao động này ra cấp sô Fourier thể hiện rõ dao động điều hòa cơ bản có tần sô 17,8 ; 36 và 56Hz Điều hòa thứ 2 được đặc trưng bằng gia tốc lớn nhất

Trình diễn kết qua dưới các dạng quan hệ sau đây :

- Biên độ chuyển vị (mm) theo độ sâu (m) của cọc bản thép ờ 3 tần sô nói trên ;

- Gia tốc lớn nhất của dao động (mm/s) theo độ sâu (m) hạ cọc bản thép ở 3 tần sô nói trên ;

- Gia tốc dao động lớn nhất (mm/s ) theo khoảng cách (m) đến trục cọc bản thép (hình 8.2b) ;

- Độ lún động (mm) do đóng cọc và gia tốc dao động

Qua các kết quả đo đạc có một số nhận xét sau :

- Biên độ cũng như gia tốc dao động đạt trị số cựcđại khi cọc ván hạ đến một độ sâu nào đó (ở đây khoảng 2 ,4 n );

- Vùng công trình an toàn nhất trong trường hợp rày cách chỗ hạ cọc 6,7m và gia tốc dao động giới hạn là 98 nm/s2 ;

- Độ lún động chỉ xảy ra có tính tức thời (ổn địm ngay) khi gia tốc dao động bằng gia tốc dao động giới hạn 98 mm/s2, với những gia tốc nhỏ hơn hoặc lớn hơn giatốc dao đông giới hạn, đất không thay đổi độ chặt và do đ» không sàn sinh ra độ lún động, tức trong thực tế đất vẫn gử được như trong điều kiện của trạng thái tĩnh

Ví dụ 5 : Sự cố xảy ra ở một ngôi nhà chính của xiởng dệt

ler của Hungari trên phố Soroksar, Budapest (C 5zechy, 1984) Những cỗ máy dệt nhẹ đặt ở tầng dưới cùng với nền cao 0,90m so với mặt đất bên ngoài Máy lắp trêr lốp bê tôiig cốt thép mỏng với nền là lóp đất đắp không tày lắm được đầm nén kĩ Dao động của các máy dệt lại tiếp ục đầm nén đất nền đến nỗi bức tường chung quanh nhà bị lốn cong dưới áp lực ngang của đất tác dụng lên móng của chmg, làm móng bị đẩy ra phía ngoài nhà

Vậy, các dao động có thể gây ra sự cố mặc dù tải tọng tác dụng trên nền đất rất nhỏ

8.4 Tiếng ồn

Thường dùng áp lực âm dB để quy định mức độ ó hại và cường độ mạnh yếu của tiếng ồn Mức độ có hại của iếng ồn không những quyết định bởi áp lực âm lớn hay bémầ còn thời gian chịu đựng tiếng ồn Công nghê đóng hạ cọc không giống nhau sẽ gây ra áp lực âm khác nhau