Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ nhất về Sự cố công trình và nguyên nhân Chấn động Đóng cọc đến công trình lân cận Trần Đình Ngọc, KS., Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Vũ Công Ngữ, GSTS, Trờng Đại học Xây dựng Tóm tắt: Chấn động do đóng cọc nh là một nguyên nhân gây nên sự cố cho công trình đã đợc đề cập đến trong bài viết này. Nh một tải trọng phụ thêm, chấn động gây nên phá hỏng các kết cấu hoặc làm giảm khả năng chịu tải của công trình dẫn đến làm mất khả năng sử dụng công trình hoặc giảm tuổi thọ của công trình. Ngoài các đối t- ợng công trình lân cận vốn có cần bảo vệ, các công trình đang thi công gần khu vực đóng cọc cũng đợc xem xét phân tích. Khi sự cố công trình xảy ra, một trong những công việc đầu tiên thờng đợc tiến hành là xác định nguyên nhân và đánh giá ảnh hởng của các tác động đến công trình. Chấn động là một trong những nguyên nhân cần quan tâm đến khi xem xét sự cố đối với các công trình lân cận, trong đó chấn động do đóng cọc là trờng hợp đợc xét đến trong báo cáo này. Khi hạ cọc bằng phơng pháp đóng, vùng đất quanh khu vực đóng cọc bị chấn động. Chấn động tác động vào công trình lân cận có khả năng gây nên h hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ công trình. Bởi vậy, trớc khi tiến hành đóng cọc, các công trình lân cận cần đ- ợc quan tâm đến nhằm bảo vệ không bị h hỏng do chấn động đóng cọc. Để đánh giá mức độ ảnh hởng của chấn động do đóng cọc đến công trình lân cận, cần phải giải bài toán xác định nội lực trong các kết cấu dới tác động phụ thêm của tải trọng động do đóng cọc tác động vào công trình. Cho đến nay, vấn đề xác định tải trọng tác động do đóng cọc tác động vào công trình vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Trong thực tế, các điều kiện khống chế dao động đợc sử dụng để bảo vệ công trình lân cận. Các điều kiện khống chế dao động bao gồm: V [V] A [A] S [S] Trong đó : - V, A, S lần lợt là vận tốc dao động, gia tốc dao động và biên độ dao động. - [V], [A], [S] lần lợt là giới hạn vận tốc dao động, giới hạn gia tốc dao động và giới hạn biên độ dao động. Với từng loại búa đóng cọc, loại cọc và nền đất, có thể dự tính đợc các giá trị tham số dao động V, A và S. Có thể xác định giá trị của V, A và S từ bài toán truyền sóng trong nền đất hoặc đo trực tiếp tại hiện trờng hoặc sử dụng các công thức thực nghiệm. Với vận tốc dao động V (mm/s), có thể xác định gần đúng theo công thức sau: V = k . E R Trong đó : - E là năng lợng va đập của búa (J) - R là khoảng cách từ vị trí đóng cọc đến công trình lân cận(m). - k, , là các hệ số thực nghiệm, xác định tuỳ theo loại nền đất, loại sóng chấn động cần quan tâm và loại búa. Với từng loại công trình và từng loại nền đất cụ thể, giới hạn dao động nhằm bảo vệ công trình đã đợc nghiên cứu và xác định ( xem [1]). Từ các giá trị tham số dao động xác định đợc và giới hạn của các tham số đó, xác định đợc khoảng cách an toàn cho công trình khi đóng cọc. Trên hình 1 mô tả phơng pháp thông dụng để xác định khoảng cách an toàn. Với [V] = 8 mm/s, khoảng cách đóng cọc an toàn cho công trình lân cận xác định đợc từ kết quả đo là 50 m. Thay đổi trị giới hạn dao động dẫn đến thay đổi khoảng cách an toàn. Hầu nh trong các công trình đóng cọc, khoảng cách an toàn từ vị trí đóng cọc đến các công trình lân cận đã đợc quan tâm đến. Tuy nhiên, trong một số công trình, do yêu cầu gấp rút của tiến độ thi công, ảnh hởng của chấn động do đóng cọc đến các công trình đang xây dựng lại không đợc quan tâm đến. Các giá trị giới hạn dao động trong [1] đợc xác định cho các công trình đã xây dựng xong, nơi mà cờng độ chịu lực của các cấu kiện bê tông cũng nh các khối xây đã đạt đến cờng độ thiết kế. Với các công trình đang xây dựng, cờng độ chịu lực của các cấu kiện bê tông và các khối xây có thể cha đạt đến cờng độ thiết kế. Do vậy giá trị giới hạn dao động phải đợc xác định nhỏ hơn so với các công trình đã xây dựng xong, dẫn đến khoảng cách an toàn cần phải xác định lại và sẽ lớn hơn khoảng cách an toàn so với trờng hợp công trình đã xây dựng. Khoảng cách an toàn do đóng cọc đợc xác định tỷ lệ nghịch với thời gian ninh kết của bê tông và mạch vữa của khối xây. Hình 2 mô tả kết quả nghiên cứu xác định khoảng cách an toàn của cấu kiện bê tông với chấn động do đóng cọc của búa có năng lợng 1,8 kJ. Kết quả cho thấy, khoảng cách an toàn tại thời điểm 8 h kể từ khi bắt đầu ninh kết lớn gấp 10 lần khoảng cách an toàn tại thời điểm 20 ngày. Hình 1. Xác định khoảng cách an toàn cho công trình với chấn động do đóng cọc Khoảng cách ( m) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 20 40 60 80 100 120 Vậ n tốc da o độ ng (m m/ s) Hình 2. Khoảng cách an toàn của cấu kiện bê tông theo thời gian ninh kết với chấn động do đóng cọc (Wiss, 1967) 0.1 1 10 100 0 10 20 30 40 50 60 70 Khoảng cách an toàn (m) thời gian ( ngày) 0.3 20 3 Tại kho xăng dầu An Lão, Hải Phòng, một loạt các tờng rào vừa mới xây đã bị đổ sụp khi tiến hành đóng cọc cách đó 30 m. Các cọc BTCT đúc tại hiện trờng có tỷ lệ h hỏng càng tăng lên khi bãi chế tạo cọc càng gần với vị trí đóng cọc trong quá trình đúc cọc. Tại nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ, tiến độ thi công dồn dập, trên hiện trờng các kết cấu móng và kết cấu công trình BTCT đợc thi công trong thời gian đóng cọc tại các hạng mục công trình lân cận. Khoảng cách an toàn đối với các công trình vốn có đợc xác định là 50 m, trong khi đó các công trình đang thi công cách vị trí đóng cọc có chỗ nhỏ hơn 50 m. Nếu thời gian đóng cọc trùng với thời gian ninh kết của các cấu kiện BTCT, chất lợng của các cấu kiện BTCT sẽ bị ảnh hởng bất lợi và sẽ góp phần gây nên các sự cố công trình sau này. Tác động của sóng chấn động do đóng cọc ảnh hởng đến quá trình ninh kết của bê tông, làm thay đổi khả năng chịu lực của các cấu kiện bê tông. Mặc dù vậy, các kết cấu bê tông đúc tại hiện trờng trong thời gian đóng cọc tại các công trình lân cận vẫn đợc coi là đảm bảo chất lợng nếu các thí nghiệm kiểm tra chất lợng (không xét đến ảnh h- ởng của chấn động) cho kết quả tốt. Nh vậy, chấn động tác động đến công trình trong quá trình xây dựng sẽ là một trong những nguyên nhân gây ra sự cố công trình hoặc gây nên giảm tuổi thọ công trình. Kết luận Chấn động do đóng cọc ảnh hởng bất lợi cho công trình lân cận khi khoảng cách từ công trình đến vị trí đóng cọc gần hơn khoảng cách an toàn cho phép. Với các công trình đang xây dựng gần khu vực đóng cọc, khoảng cách an toàn cho phép sẽ phải lớn hơn khi so sánh với các công trình đã xây dựng xong. Việc nghiên cứu ảnh hởng của chấn động đến quá trình ninh kết của bê tông là cần thiết đối với các tổ hợp công trình có sử dụng móng cọc. Các nhà quản lý, t vấn cần lu ý đến ảnh hởng của chấn động do đóng cọc đến không chỉ với các công trình vốn có mà còn với các công trình đang xây dựng gần khu vực đóng cọc. Tài liệu tham khảo 1. Quy trình đóng cọc trong vùng xây chen, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà nội, 1994, 20 trang. 2. John F. Wiss, Damage Efféct of Pile Driving Vibration, Highway Research Record No 155, USA, 1967. . liệu tham khảo 1. Quy trình đóng cọc trong vùng xây chen, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà nội, 1994, 20 trang. 2. John F. Wiss, Damage Efféct of Pile Driving Vibration, Highway Research Record No 155,