Chương 1. Nghiên cứu tổng quan về hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất Nhiều lớp” Trình bày các kiến giải chung về hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp”, thống kê và phân tích các công trình nghiên cứu đã được công bố trong lĩnh vực thi công cọc bằng búa rung trong và ngoài nước. Phân tích các công trình nghiên cứu đã Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 4 công bố về việc xác định các thành phần lực cản động của đất trong bài tán hạ cọc ván thép bằng lực rung động để từ đó lựa chọn các mô hình đất phù hợp cho các loại đất trong bài toán hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp bằng búa rung. Đồng thời phân tích và lựa chọn lý thuyết xác định các thông số hợp lý của búa rung trong quá trình hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp.
Thông qua việc phân tích các kết quả đã đạt được và những tồn tại chưa được giải quyết của các công trình đã công bố trong và ngoài nước, luận án đưa ra tính cấp thiết của đề tài và xây dựng các nội dung nghiên cứu của luận án. Nghiên cứu hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp” Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hạ cọc bằng búa rung, xác định các thông số của hệ cần xác định, từ đó tiến hành xây dựng mô hình tính, lựa chọn mô hình toán xác định các thành phần lực cản động của các lớp đất lên cọc ván thép, xây dựng và đánh giá độ tin cậy chương trình tính đã xây dựng được, ứng dụng tính cho trường hợp cụ thể hạ cọc ván thép NSP-IIw bằng búa rung VH-QTUTC70 vào nền đất nhiều lớp tại trụ T2,T3 công trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội). Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung khi hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp Xây dựng phương pháp và chương trình tính toán xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung trong hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp”, áp dụng tính toán cho trường hợp cụ thể, xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung VH- QTUTC70 do Việt Nam chế tạo để hạ cọc ván thép NSP-IIw vào nền đất nhiều lớp tại công trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội), từ đó đưa ra một số kiến nghị, giải pháp để tối ưu quá trình hạ cọc ván thép bằng búa rung. Nghiên cứu thực nghiệm quá trình hạ cọc ván thép tại công trình thi công cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội) bằng búa rung do Việt Nam chế tạo Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thành phần lực cản động của các loại đất tác dụng lên cọc ván thép khi hạ bằng búa rung, qua đó xác định các hệ số thực nghiệm (hệ số hóa lỏng và hệ số chảy lỏng của các loại đất) để xác định các thành phần lực cản động trong lý thuyết tính toán ở Chương 2 và Chương 3.
Kết luận và Kiến nghị: Trình bày các kết luận chính, các đóng góp và kết quả mới của luận án và hướng nghiên cứu tiếp theo. Tài liệu tham khảo Các phụ lục Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 5 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ “BÚA RUNG - CỌC VÁN THÉP - NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP” 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ “BÚA RUNG - CỌC VÁN THÉP - NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP” 1.
Giới thiệu về búa rung, cọc ván thép và nền đất nhiều lớp 1. Búa rung Trong những năm gần đây, búa rung được sử dụng phổ biến để hạ các loại cọc ống thép, cọc ván thép. trong thi công; có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng theo cấu tạo, búa rung được gồm 2 loại như búa rung thuần túy (hình 1.1b) và búa va rung (hình 1. Khi làm việc, lực rung động do búa rung tạo ra truyền cho cọc và vùng đất xung quanh cọc dưới dạng các sóng dao động, các sóng dao động này một phần sẽ làm giảm lực cản của đất lên cọc, phần còn lại sẽ tạo ra lực ấn làm cọc đi xuống.
Sơ đồ cấu tạo búa rung a. Búa rung kiểu cứng; b. Búa rung kiểu mềm: c. Bộ truyền động; 3.
Bánh lệch tâm; 5. Thiết bị kẹp cọc; 6. Khối lượng phần treo; 8, 10: Lò xo; 9. Đe Lực rung động chính là hợp lực ly tâm theo phương thẳng đứng của các cặp bánh lệch tâm tạo ra khi quay.
Các bánh lệch tâm 4 được dẫn động bởi động cơ 1 (điện hoặc động cơ thủy lực) thông qua các bộ truyền động 2, trong đó búa rung dẫn động thủy lực có ưu điểm là gọn nhẹ hơn, khả năng điều chỉnh tần số linh hoạt và êm thuận hơn so với Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 6 búa rung dẫn động bằng điện. Lực rung động là thông số cơ bản nhất của búa rung, trị số của nó phụ thuộc vào giá trị mô men lệch tâm và tốc độ quay của các bánh lệch tâm. Biên độ rung giữ vai trò quan trọng khi hạ cọc, không thể hạ được cọc vào nền khi biên độ rung động của hệ búa - cọc nhỏ hơn biến dạng đàn hồi của đất và chỉ khi giá trị biên độ này lớn hơn chuyển vị đàn hồi của đất (gây ra chuyển vị dư) thì cọc mới dịch chuyển đi xuống. Tần số rung ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả quá trình hạ cọc, nếu tần số rung thấp cọc và đất chỉ dao động yếu, khi đó cọc và lớp đất xung quanh bề mặt cọc chuyển vị đồng thời cùng nhau (đất biến dạng đàn hồi nên không có biến dạng dư) và cọc không đi xuống, vì vậy tần số rung phải đủ lớn để phá vỡ liên kết giữa đất với đất (vùng quanh cọc) và giữa đất với bề mặt cọc, làm lớp đất xung quanh cọc bị chảy lỏng hoặc hóa lỏng dẫn đến giảm lực cản của đất lên cọc và làm cọc đi xuống.
Ngoài ra, theo [43], [46], [37] búa rung được phân loại theo tần số rung và mô men lệch tâm như trong bảng 1. Phân loại búa rung theo tần số và mô men lệch tâm Loại búa rung Khoảng tần số, Hz Mô men lệch tâm, kg.m Tần số tiêu chuẩn 21 30 > 230 Tần số cao 30 42 6 45 Loại thay đổi được số cặp bánh 40 10 45 lệch tâm Loại lắp trên máy xúc 30 50 1 13 Loại cộng hưởng >100 50 Hình 1. Búa rung dẫn động thủy lực tích hợp trên máy đào một gầu 1. Đường dầu hồi; 3.
Đường dầu áp cao; 4. Đường ống dẫn dầu cho búa rung; 5. Thùng dầu thuỷ lực; 6. Két làm mát dầu; 7.
Van điều khiển; 9. Cần điều khiển búa; 10. Búa rung thuỷ lực; 11. Cọc Có hai hình thức chính để tích hợp búa rung với máy cơ sở gồm kiểu treo cứng (hình 1.3) và kiểu treo tự do (hình 1.
Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 7 1: Cäc v¸n thÐp 2: M¸ kÑp cäc 3: BÖ g©y rung 4: Xµ treo 5: Mãc cÈu 6: C¸p n©ng bóa 7: §-êng èng 6 dÉn dÇu thñy lùc 8: CÇn trôc c¬ së 7 5 4 3 2 8 1 Hình 1. Búa rung lắp trên máy cơ sở có sử dụng giá dẫn hướng (kiểu treo cứng) 1. Cơ cấu kẹp cọc; 3. Búa rung lắp trên cần trục cơ sở Cabin; 5.
(kiểu treo tự do) Trong luận án, nghiên cứu sinh chọn hình thức búa rung treo tự do trên cần trục cơ sở (hình 1.4) làm đối tượng nghiên cứu, hình thức này sử dụng hiệu quả trong quá trình thi công cọc có chiều dài lớn hoặc tầm với lớn (như trong thi công mố trụ cầu, cảng sông, cảng biển…), đặc điểm của kiểu này là búa được treo tự do trên cáp nên không tạo được lực ép khi hạ cọc vì vậy hình thức này thường được sử dụng cho các loại búa rung lớn. Cọc ván thép Hình 1. Cọc ván thép dạng tấm Hình 1. Cọc ván thép dạng chữ U Cọc ván thép (còn gọi là cừ thép, cừ Larssen.) được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án xây dựng cảng Black Rock và cho đến nay chúng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì những ưu điểm như trọng lượng nhẹ nhưng khả năng chịu lực cao với tải trọng động và tải trọng lặp chu kỳ; có thể tái sử dụng nhiều lần, dễ sử dụng và chế tạo; được tiêu chuẩn hóa và sản xuất hàng loạt.
Cọc ván thép được sử dụng để làm tường chắn của các công trình tại nơi có địa hình đồi dốc phức tạp hay men theo bờ sông; Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 8 làm tường tầng hầm thay cho tường bê tông cốt thép trong các công trình nhà; hay làm khung vây tạm thời phục vụ thi công trong thi công các công trình hạ tầng,… Hiện nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau và ngày càng được cải thiện về khả năng chịu lực. Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng. Ở nước ta hiện nay có rất nhiều loại cọc ván thép khác nhau về nguồn gốc, về tiêu chuẩn và hình dạng, như các loại cọc ván thép được sản xuất theo tiêu chuẩn của liên bang Nga, Trung Quốc, Nhật Bản… trong đó loại cọc ván thép sản xuất theo tiêu chuẩn của Nhật Bản chế tạo tại Việt Nam hiện đang được sử dụng nhiều nhất, có chất lượng tốt đáp ứng được các yêu cầu của tiêu chuẩn Việt Nam, giá thành hợp lý. Mặt khác, Nhật Bản hiện đang là nước đứng đầu trong đầu tư xây dựng hạ tầng ở Việt Nam nên họ yêu tiên sử dụng các loại cọc ván thép được sản xuất bởi các công ty Nhật Bản.
Xuất phát từ lý do trên, luận án lựa chọn cọc ván thép loại mặt cắt chữ U (NSP-IIw) theo tiêu chuẩn của Nhật Bản, được chế tạo tại Việt Nam và là loại được sử dụng phổ biến nhất hiện nay để làm đối tượng nghiên cứu trong bài toán hạ cọc ván thép bằng búa rung. Mặt cắt ngang của cọc ván thép NSP-IIw như trên hình 1. Mặt cắt cọc ván thép NSP-IIw 1. Nền đất nhiều lớp Trong quá trình thành tạo lớp bề mặt vỏ trái đất như quá trình trầm tích, phong hóa,… theo thời gian sẽ tạo lên các lớp đất, đá có thành phần, tính chất, màu sắc và chiều dày khác nhau.
Các lớp đất được tạo thành do kết quả quá trình phong hóa vật lý và hóa học của các loại đá gốc, chúng là những mảnh vụn chưa được gắn kết với nhau trong quá trình trầm tích.