Tóm tắt Luận án Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp

ơng đương Cát hạt nhỏ, chặt vừa (Lớp 2 trụ T2) alb,aIV 3 tb1 Sét pha, trạng thái nửa cứng (Lớp 3 trụ T2 và lớp 3 trụ T3) a,amIII 2 vp3 Cát hạt nhỏ, rời rạc (Lớp 1 trụ T3) aIV 3 tb2 Cát hạt trung sỏi sạn lẫn sét, chặt vừa đến chặt (Lớp 2 trụ T3) aIII 2 vp1 D D D-D A A B B C C B-BA-AC-C 9 7 0 6 0 2 0 0 7 4 0 6 5 0 760 260 2 6 0 270 2 6 0 2 4 0 2 4 0 1060 190 1 0 6 0 445 445 480 Nh×n ph¶i Nh×n tr-íc Nh×n tr¸i 1 2 6 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 16 15 17 20 21 22 Nh×n sau Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 9 0 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 9 0 H 7 n 6 Ø 9 0 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 14 3 0 0 0 3 8 0 Ø 1 8 0 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 Ø 7 0 H 7 n 6 Ø 1 5 0 n 6 60 265 265 d .1 8 x 3 0 H 7 n6 18 19 23 24 1. Chèt liªn kÕt tay ®ßn víi m¸ kÑp 2. Chèt liªn kÕt tay ®ßn víi th©n ®Çu kÑp 3. Chèt liªn kÕt tay ®ßn víi c¸n xy lanh 4, 6, 15,17. C¸c trôc l¾p b¸nh lÖch t©m 3, 2, 1, 4 5, 16. C¸c cÆp b¸nh r¨ng truyÒn chuyÓn ®éng 7. èng lãt trôc lß xo 8. Trôc lß xo 9. Lß xo gi¶m rung ®éng 10, 18. §ai èc h·m lß xo d-íi vµ trªn 11. L¾p æ 12, 13. B¸nh lÖch t©m lo¹i 1, lo¹i 2 14. Tay ®ßn 19. Lß xo b¶o vÖ ®ai èc 20, 21. B¸nh r¨ng bÞ ®éng vµ chñ ®éng 22. æ ®òa ®ì trôc b¸nh r¨ng chñ ®éng 23. Vßng g¨ng 24. æ ®òa ®ì trôc 25. Khung treo bóa 26. M¸ kÑp 27. Th©n bóa 28. §éng c¬ thñy lùc dÉn ®éng 25 26 28 27 9 Hình 2.11. Hình trụ hố khoan LKT2 Hình 2.12. Hình trụ hố khoan LKT3 - Hệ số hóa lỏng và hệ số chảy lỏng của các loại đất tại trụ T2 và T3 đưa vào chương trình tính toán lý thuyết như trong bảng 2.5 (các hệ số này là kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở Chương 4). Bảng 2.5. Giá trị các hệ số thực nghiệm đưa vào tính toán Tấn số (f) Hệ số thực nghiệm 15 20 25 30 35 Loại đất Hz Hz Hz Hz Hz Trụ T2 Lớp 2 - Cát hạt nhỏ màu xám đen, rời rạc Hệ số hóa lỏng Mũi cọc 0,6 0,5 0,4 0,4 0,2 Thành cọc 0,167 0,167 0,111 0,109 0,104 Lớp 3 - Sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng Hệ số chảy lỏng Mũi cọc 0,6 0,7 0,4 0,3 0, 18 Thành cọc 0,16 0,11 0,12 0,13 0,17 Trụ T3 Lớp 1 - Cát hạt nhỏ màu xám đen, rời rạc Hệ số hóa lỏng Mũi cọc 0,6 0,5 0,4 0,4 0,2 Thành cọc 0,167 0,167 0,111 0,109 0,104 Lớp 2 - Cát hạt trung sỏi sạn lẫn sét, chặt vừa đến chặt Hệ số hóa lỏng Mũi cọc 0,191 0,179 0,247 0,243 0,116 Thành cọc 0,152 0,166 0,117 0,109 0,116 Lớp 3 - Sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng Hệ số chảy lỏng Mũi cọc 0,6 0,7 0,4 0,3 0, 18 Thành cọc 0,16 0,11 0,12 0,13 0,17 2.3.2. Kết quả tính toán với thông số địa chất tại trụ T2 a) Dịch chuyển tổng thể của cọc b) Dịch chuyển của cọc tại Z = 2 m c) Độ dịch chuyển của cọc tại Z = 8 m Hình 2.14. Độ dịch chuyển thực của cọc (trụ T2, f=30Hz) Hình 2.15. Gia tốc của cọc (trụ T2, f=30Hz) h×nh trô hè khoan C h iÒ u s ©u l í p( m ) Sè h iÖ u l í p C ao ® é l í p (m ) B Ò d µy l í p (m ) M Æt c ¾t ® Þa t Çn g § é s ©u l Êy m Éu (m ) 6 13842 50C h Ø sè S P T N N3 BiÓu ®å 0 10 20 30 40T h - í c ® é s ©u ( m ) Sè bóa N/30cm N2 ThÝ nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn 8 10 1 N1 2 5.07 2 3 6.9 251492 261592 2715102 5.12.04 13 25 26 27 §¸ phiÕn sÐt x¸m xanh, x¸m ®en Nøt nÎ m¹nh SÐt pha mµu x¸m n©u Tr¹ng th¸i nöa cøng C¸t h¹t nhá mµu x¸m ®en KÕt cÊu chÆt võa 4 2.0 Dù ¸n ®Çu t- x©y dùng c«ng tr×nh cÇu §ång Quang §Þa ®iÓm: S¬n T©y, TP. Hµ Néi vµ huyÖn Thanh Thñy, tØnh Phó Thä Lý tr×nh: Km0 - Km2+196,11 H¹ng môc: §Þa chÊt cÇu Giai ®o¹n thiÕt kÕ: ThiÕt kÕ b¶n vÏ thi c«ng Sè hiÖu lç khoan: LKT2 Cao ®é lç khoan: 7.11 Lý tr×nh: Km0+298.43 Tû lÖ: 1/100 Ngµy khoan: 15/04/2014 M¸y khoan: XY-1 ChiÒu s©u lç khoang: 17m Ng-êi lËp: NguyÔn §×nh Ngäc KiÓm tra: Hoµng Quang LuËn M« t¶ ®Þa chÊt 0.037.11 0.03 12-4.86 14-6.86 17-9.86 3.0 1 5 C¸t h¹t nhá lßng s«ng mµu x¸m 15854 2 15 12 2917102 29 §¸ phiÕn sÐt x¸m xanh, x¸m ®en Phong hãa nhÑ, t-¬i cøng 4 6a 7 8 h×nh trô hè khoan C hi Òu s ©u l íp (m ) Sè h iÖ u lí p C ao ® é lí p (m ) B Ò dµ y lí p (m ) M Æt c ¾t ® Þa t Çn g § é s© u lÊ y m Éu (m ) 50C hØ s è SP T N N3 BiÓu ®å 0 10 20 30 40T h- íc ® é s© u (m ) Sè bóa N/30cm N2 ThÝ nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn N1 2 7.89 2 3 6.2 1.566.61 §¸ phiÕn sÐt x¸m xanh, x¸m ®en Nøt nÎ m¹nh SÐt pha mµu x¸m n©u Tr¹ng th¸i nöa cøng C¸t h¹t trung sái s¹n lÉn sÐt KÕt cÊu chÆt võa ®Õn chÆt 4 1.0 Dù ¸n ®Çu t- x©y dùng c«ng tr×nh cÇu §ång Quang §Þa ®iÓm: S¬n T©y, TP. Hµ Néi vµ huyÖn Thanh Thñy, tØnh Phó Thä Lý tr×nh: Km0 - Km2+196,11 H¹ng môc: §Þa chÊt cÇu Giai ®o¹n thiÕt kÕ: ThiÕt kÕ b¶n vÏ thi c«ng Sè hiÖu lç khoan: LKT3 Cao ®é lç khoan: 6.61 Lý tr×nh: Km0+365.03 Tû lÖ: 1/100 Ngµy khoan: 16/04/2014 M¸y khoan: XY-1 ChiÒu s©u lç khoang: 19m Ng-êi lËp: NguyÔn §×nh Ngäc KiÓm tra: Hoµng Quang LuËn M« t¶ ®Þa chÊt 9.45-2.84 15.65-9.04 16.65-10.04 2.05 §¸ phiÕn sÐt x¸m xanh, x¸m ®en Phong hãa nhÑ, t-¬i cøng 6a 7 8 C¸t h¹t nhá mµu x¸m ®en KÕt cÊu rêi r¹c 1 5 1.561 10 12 14 2815112 2916112 3016113 28 29 30 6 15852 8 2 2815103 2915114 15 28 29 2714104 3 27 10 Hình 2.17. Vận tốc của cọc (trụ T2, f=30Hz) Hình 2.19. Chuyển vị của cọc (trụ T2, f=30Hz) a) Lực cản động thành cọc tổng thể theo thời gian hạ cọc b) Lực cản động thành cọc khi t = 2 s c) Lực cản động thành cọc khi t = 80 s Hình 2.22. Lực cản động thành cọc (trụ T2, f=30Hz) a) Lực cản động mũi cọc tổng thể theo thời gian hạ cọc b) Lực cản động mũi cọc tại t = 2 s (lớp 1) c) Lực cản động mũi cọc tại t=80s (lớp 2) Hình 2.22. Lực cản động mũi cọc (trụ T2, f=30Hz) KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 1. Trên cơ sở tổng hợp, đánh giá và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hạ cọc ván thép bằng búa rung vào nền đất nhiều lớp, luận án đã xây dựng được mô hình toán cho quá trình hạ cọc ván thép bằng búa rung vào nền đất nhiều lớp (hình 2.11) có quan tâm đến cơ chế tương tác giữa đất với cọc để xác định các thành phần lực cản động của các lớp đất (đất cát hoặc đất sét, đây là các loại đất điển hình của địa chất ở nước ta) lên cọc ván thép. 2. Từ mô hình toán thiết lập, luận án xây dựng chương trình tính toán xác định các thông số kỹ thuật của bài toán hạ cọc ván thép bằng búa rung vào nền đất nhiều lớp trên phần mềm Matlab. Độ tin cậy của chương trình này được kiểm chứng bằng việc so sánh kết quả tính với kết quả của các công trình đã công bố trên thế giới. Chương trình này được sử dụng để tính toán trong bài toán xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung trong hệ "Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp" đề cập trong Chương 3. 3. Ứng dụng chương trình tính này cho trường hợp búa rung thủy lực VH-QTUTC70, hạ cọc ván thép NSP-IIw vào nền đất nhiều lớp tại trụ T2 và T3 công trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội). CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP LÝ CỦA BÚA RUNG KHI HẠ CỌC VÁN THÉP VÀO NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP 3.1. Xây dựng phương pháp xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp 3.1.1. Xây dựng bài toán Bài toán xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp là một bài toán phi tuyến phức tạp liên quan đến nhiều tham số đầu vào như các tham số của búa rung, cọc ván thép, môi trường đất, trong đó các tham số của đất là các 11 tham số phi tuyến khó xác định. Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của búa rung TT Tên thông số Ký hiệu 1 Mô men lệch tâm của trục gây rung, kg.m Me 2 Khối lượng phần treo của búa, kg m1 3 Khối lượng phần rung của búa, kg m2 4 Tần số rung, Hs f 5 Độ cứng hệ lò xo giảm chấn, kN.m/s S Từ bảng 3.1 có thể thấy, đối tượng búa rung mà luận án đã chọn được đặc trưng bởi năm thông số kỹ thuật cơ bản, với mỗi bộ giá trị của các thông số trên ứng với một chế độ hoạt động của búa rung. Vì vậy, để điều chỉnh chế độ hoạt động của búa rung nhằm tối ưu quá trình hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp, phải xác định được bộ giá trị hợp lý các thông số trên khi xét trong hệ “Búa rung - cọc ván thép - nền đất nhiều lớp”. Có thể tùy chọn một hay cả năm thông số trên để tính toán xác định giá trị hợp lý, điều đó có ý nghĩa rất lớn đối với quá trình tính toán, thiết kế và khai thác búa rung. Do đó, trong trường hợp tổng quát, luận án xây dựng bài toán xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung (cả năm thông số) hạ cọc ván thép mặt cắt chữ U vào nền đất nhiều lớp, ứng dụng trong trường hợp cụ thể, luận án chỉ tập trung xác định giá trị hợp lý của hai thông số là tần số rung động (f) và khối lượng phần treo (m1) của búa rung VH- QTUTCH70, vì xét trên quan điểm khai thác sử dụng, hai thông số này có thể dễ dàng điều chỉnh trực tiếp trong quá trình búa đang hoạt động. Các thông số trên của búa rung được xác định gián tiếp thông qua bài toán tối ưu đa mục tiêu, trong đó hàm mục tiêu là tối thiểu hóa chi phí năng lượng tiêu hao trong quá trình hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp bằng búa rung theo chiều sâu hạ cọc khi thay đổi các thông số đầu vào của búa. Từ đó xác định được các giá trị phù hợp nhất cho các thông số của búa rung tương ứng với từng loại đất cụ thể. 3.1.3. Xây dựng mô hình toán xác định các thông số hợp lý của búa rung a. Hàm mục tiêu: Hàm mục tiêu được biểu diễn bằng biểu thức toán học sau: i i T 2m m T 30 e 2 1 2 c e t s i=1 i=1tb i tb i0 WW (2.π) .ξ .M CFW(p)= = = f . z (f,m ,m ,m ,S,M ,R ,R ) .dt z z (T ) z (T ).1000.μ   (3.17) Trong đó: CFW(p): Hàm chi phí năng lượng theo chiều sâu hạ cọc, kW/m; W: Tổng năng lượng chi phí để dẫn động búa rung, kW; z: Chiều sâu hạ cọc ván thép, m; b. Thông số hợp lý cần xác định: Tập hợp các thông số kỹ thuật của búa như bảng 3.1. c. Điều kiện ràng buộc: - Điều kiện ràng buộc của các thông số thiết kế: p l  p(f,m1, m1, Me, S)  p u (3.18) Trong đó: pl: Véc tơ giới hạn dưới của các thông số thiết kế p; p(f,m1, m1, Me, S): Véc tơ các thông số thiết kế; p u : Véc tơ giới hạn trên của các thông số thiết kế p. - Điều kiện ràng buộc về điều kiện làm việc của hệ: + Điều kiện để hạ được cọc vào nền đất bằng búa rung là biên độ dao động của cọc ván thép phải lớn hơn giá trị biên độ giới hạn nhỏ nhất: 2 1 2 c e t s 0z (f,m ,m ,m ,S,M ,R ,R ) [S ] (3.19) 12 Trong đó: 0[S ]: Giá trị biên độ giới hạn nhỏ nhất của cọc (bảng 2.1). 2 1 2 c e t sz (f,m ,m ,m ,S,M ,R ,R ) : Giá trị tuyệt đối của biên độ dao động của cọc ván thép, m + Điều kiện ràng buộc tổng chiều sâu hạ cọc: max0 z z  (3.20) Với: zmax: Chiều sâu hạ cọc cho trước, m. d. Bài toán tối ưu: Bài toán tối ưu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp có thể viết ở dạng chính tắc như sau:   i i T 2n n T 30 e 2 1 2 c e t s i=1 i=1tb i tb i0 T e l l l l l e 1 2 u u u u u e 1 2 2 1 2 c e t 1 2 2 1 p P WW (2.π) .ξ .M CFW(p)= = = f . z (f,m ,m ,m ,S,M ,R ,R ) .dt z z (T ) z (T ).1000.η M ,m ,m ,f,S M ,m ,m ,f ,S p : M ,m ,m ,f ,S z (m ,m ,m ,S,M ,R ,                  l u l u p p p p p p min x s 0 max R ) [S ] 0 z z                        (3.21) Với pl và pu là véc tơ giới hạn dưới và trên của các thông số thiết kế p,  oS là giá trị biên độ giới hạn nhỏ nhất để đảm bảo hạ được cọc vào các lớp đất (bảng 2.1). 3.1.4. Xây dựng thuật toán và chương trình tính các thông số hợp lý 3.1.4.1. Xây dựng sơ đồ thuật toán Hình 3.2. Sơ đồ thuật toán ứng dụng thuật toán di truyền để giải bài toán xác định các thông số hợp lý của búa rung hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp 3.1.4.2. Xây dựng chương trình tính các thông số hợp lý Dựa trên thuật toán đã xây dừng, tiến hành xây dựng chương trình tính bài toán xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung để hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp dựa trên cơ sở ứng dụng thuật toán di truyền bằng phần mềm Matlab (Phụ lục A.2) và ứng dụng chương trình tính xây dựng được cho trường hợp cụ thể để xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung VH-QTUTCH70 (tần số rung - f và khối lượng phần treo - m1) hạ cọc NSP-IIw vào nền đất tại trụ T2, T3 cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội) với các hệ số thực nghiệm được xác định trong Chương 4. 3.2. Xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung VH-QTUTCH70 hạ cọc NSP- IIw vào nền đất tại trụ T2 và T3 cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội) B¾t ®Çu Khëi t¹o quÇn thÓ th«ng sè tÝnh to¸n ban ®Çu p0 X¸c ®Þnh ®é thÝch nghi cña c¸ thÓ §ét biÕn KÕt thóc Kh«ng tháa m·n Hµm môc tiªu minCFW(p) C¸ thÓ phï hîp Gäi ch-¬ng tr×nh tÝnh to¸n hÖ "BRTL - CVT - §NL" ®Ó tÝnh c¸c gi¸ trÞ W(p'), Ztb(p')... Tháa m·n Lai ghÐp T¸i sinh T¹o mét quÇn thÓ th«ng sè tÝnh to¸n míi p' Th«ng sè tÝnh to¸n p' pP XuÊt kÕt qu¶ tèi -u p* 13 3.2.1. Các thông số hợp lý cần xác định của búa rung VH-QTUTC70 Hai thông số kỹ thuật của búa rung VH-QTUTC70 để tính toán tối ưu, gồm: - Tần số lực rung động của búa rung, được tìm trong khoảng f = 15 - 100 Hz; - Khối lượng khung treo của búa rung, được tìm trong khoảng m1 = 0 - 2000 kg. 3.2.2. Các thông số đầu vào: Gồm các thông số trong bảng 3.3 và các thông số khác của búa rung, cọc ván thép và nền đất lấy trong mục 2.3 Chương 2. Bảng 3.3. Thông số đầu vào để xác định các thông số hợp lý của búa rung VH-QTUTC70 TT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Hệ số thực nghiệm 0 1 2 Hiệu suất truyền động cơ khí ck 1 3 Hiệu suất truyền động thủy lực tl 0,98 4 Chiều sâu hạ cọc lớn nhất để tính tối ưu zmax 6 m 3.2.3. Kết quả tính toán các thông số hợp lý Bảng 3.4. Các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung TT Thông số thiết kế Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Với loại đất cát hạt nhỏ màu xám đen, chặt vừa (trụ T2) 1.1 1.2 Khối lượng khung treo của búa rung Tần số rung của búa rung m1 f 1000 32,26 kg Hz Hàm mục tiêu CFW 1,159 kW/m 2 Với loại sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng (trụ T2) 2.1 2.2 Khối lượng khung treo của búa rung Tần số rung của búa rung m1 f 1400 20,85 kg Hz Hàm mục tiêu CFW 2,124 kW/m 3 Với loại cát hạt nhỏ màu xám đen, rời rạc (trụ T3) 3.1 3.2 Khối lượng khung treo của búa rung Tần số rung của búa rung m1 f 1100 34,19 kg Hz Hàm mục tiêu CFW 1,283 kW/m 4 Với loại đất cát hạt trung sỏi sạn lẫn sét, chặt vừa đến chặt (trụ T3) 4.1 4.2 Khối lượng khung treo của búa rung Tần số rung của búa rung m1 f 1350 42,48 kg Hz Hàm mục tiêu CFW 2,301 kW/m 5 Với loại đất sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng (trụ T3) 5.1 5.2 Khối lượng khung treo của búa rung Tần số rung của búa rung m1 f 1500 20,19 kg Hz Hàm mục tiêu CFW 2,013 kW/m Hình 3.3. Đồ thị thể hiện quá trình tìm kiếm các thông số hợp lý của búa rung với lớp đất cát hạt nhỏ màu xám đen, chặt vừa (trụ T2) Hình 3.4. Đồ thị thể hiện quá trình tìm kiếm các thông số hợp lý của búa rung với sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng (trụ T2) 14 Để đánh giá sự hợp lý của thông số đã tìm được, luận án sử dụng chương trình tính xây dựng ở Chương 2 để chạy với các thông số hợp lý đã tìm được và các thông số ngẫu nhiên khác của búa rung để so sánh, kiểm chứng, qua đó khẳng định độ tin cậy của chương trình tính và kết quả đã thu được. Một số kết quả so sánh cụ thể: Hình 3.5. Dịch chuyển của cọc (khi f=30, 32 và 35Hz) a) Gia tốc của cọc tại t = 20 s b) Gia tốc của cọc tại t = 40 s Hình 3.6. Gia tốc dịch chuyển của cọc (khi f=30, 32 và 35Hz) a) Vận tốc dịch chuyển của cọc tại t=20s b) Vận tốc dịch chuyển của cọc tại t=40s Hình 3.8. Vận tốc dịch chuyển của cọc (khi f=30, 32 và 35Hz) a) Chuyển vị của cọc tại t = 20 s b) Chuyển vị của cọc tại t = 40 s Hình 3.10. Chuyển vị của cọc (khi f=30, 32 và 35Hz) a) Lực cản động thành cọc tổng thể theo thời gian b) Lực cản động thành cọc tại t=10 s c) Lực cản động thành cọc tại t=40 s Hình 3.12. Lực cản động thành cọc (khi f=30, 32 và 35Hz) a) Lực cản động mũi cọc tổng thể theo thời gian hạ cọc b) Lực cản động mũi cọc tại t=10 s c) Lực cản động mũi cọc tại t=40 s Hình 3.13. Lực cản động thành cọc (khi f=30, 32 và 35Hz) KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 1. Xây dựng được hàm mục tiêu chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất (công thức 3.17) để xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung. 2. Đã xác định bộ thông số đầu vào (mục 3.2.1) và xây dựng được chương trình tính tổng quát xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung để hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp, có quan tâm đến cơ chế tương tác phi tuyến của các thành phần lực cản động do các lớp đất tác dụng lên cọc ván thép trong quá trình làm việc (Phụ lục A.2). 3. Ứng dụng chương trình tính cho trường hợp cụ thể với búa rung thủy lực VH-QTUTC70 khi hạ cọc ván thép NSP-IIw vào nền đất tại trụ T2 và T3 công trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội) và đã xác định được giá trị hợp lý của hai thông số kỹ thuật của búa rung là tần số rung (f) và khối lượng khung treo (m1), kết quả cụ thể như bảng 3.5. Bảng 3.5. Kết quả tần số rung (f) và khối lượng khung treo (m1) hợp lý của búa rung Tên loại đất Khối lượng khung treo Tần số rung búa Lớp cát hạt nhỏ màu xám đen, chặt vừa m1 = 10001100 kg f = 32,2634,19 Hz Lớp cát hạt trung sỏi sạn lẫn sét, chặt vừa đến m1 = 1350 kg f = 42,48 Hz 15 chặt Lớp sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng m1 = 14001500 kg f = 20,1920,85 Hz 4. Đã kiểm chứng được sự hợp lý của kết quả tính toán vì khi búa rung VH-QTUTC70 hoạt động với bộ giá trị các thông số hợp lý (f, m1) đã tìm được ở trên, thì tốc độ hạ cọc là nhanh nhất (thời gian hạ cọc là nhỏ nhất) và lực cản động thành cọc do các lớp đất tác dụng lên cọc cũng có giá trị nhỏ nhất. CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH HẠ CỌC VÁN THÉP TẠI CÔNG TRÌNH CẦU ĐỒNG QUANG BẰNG BÚA RUNG DO VIỆT NAM CHẾ TẠO 4.1. Mục địch, đối tượng và các thông số thực nghiệm cần xác định 4.1.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm - Xác định các thành phần lực cản động của nền đất tại vị trí hạ cọc lên cọc ván thép khi hạ cọc bằng búa rung thông qua việc đo đạc biến dạng của cọc ván thép ứng với các giá trị chiều sâu hạ, từ đó xác định được lực cản động của từng lớp đất lên cọc. - Xác định các thông số động lực học của hệ “búa rung - cọc ván thép - nền đất” trong quá trình làm việc thực tế. - Xác định hệ số chảy lỏng (đất sét), hệ số hóa lỏng (đất cát) phục vụ cho lý thuyết tính toán lực cản động của các loại đất tại vị trí thực nghiệm lên cọc ván thép. 4.1.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm - Cần trục cơ sở Liebherr HS833HD; - Búa rung VH-QTUTC70; - Cọc ván thép NSP-IIw; - Điều kiện địa chất tại vị trí trụ T2, T3 cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội). 4.1.3. Xác định các thông số cần đo đạc thực nghiệm: Các thông số thực nghiệm cần xác đinh được thể hiện như trên sơ đồ hình 4.3 Hình 4.3. Sơ đồ các thông số cần xác định trong quá trình thực nghiệm 4.2. Xây dựng mô hình thực nghiệm Mô hình thực nghiệm thể hiện sơ đồ tổng thể quá trình thực nghiệm và sơ đồ bố trí các đầu đo như hình 4.6. 4.3. Xây dựng phương pháp đo - Đo các thành phần lực cản động thông qua đo ứng suất của cọc ván thép. - Đo độ dịch chuyển của cọc ván thép bằng thiết bị đo độ dịch chuyển dài Rotary encoder HE40B-6-1024-3-T- 24, thông qua việc đo độ dịch chuyển dài của dây cáp (độ dịch chuyển của cọc ván thép). Hình 4.6. Mô hình thực nghiệm quá trình hạ cọc ván thép bằng búa rung vào nền đất nhiều lớp - Đo số vòng quay trục gây rung bằng đầu đo tần số chớp DT-5TRX-RMTR - Đo gia tốc dao động của hệ bằng các đầu đo gia tốc kiểu áp điện. Gia tèc cña cäc v¸n thÐp theo thêi gian Gia tèc cña khung treo theo thêi gian BiÕn d¹ng cña cäc v¸n thÐp theo chiÒu s©u h¹ cäc vµ thêi gian §é dÞch chuyÓn cña cäc theo thêi gian Sè vßng quay trôc lÖch t©m theo thêi gian VËn tèc dao ®éng cña cäc v¸n thÐp theo thêi gian VËn tèc dao ®éng cña khung treo theo thêi gian øng suÊt t¹i c¸c mÆt c¾t trªn cäc v¸n thÐp Tèc ®é h¹ cäc theo thêi gian TÇn sè rung cña bóa ChuyÓn vÞ cña cäc v¸n thÐp theo thêi gian ChuyÓn vi cña khung treo theo thêi gian Néi lùc t¹i c¸c mÆt c¾t trªn cäc v¸n thÐp Lùc c¶n ®éng cña nÒn ®Êt HÖ sè hãa láng, hÖ sè suy gi¶m søc kh¸ng ®éng KÕT QU¶ ®o trùc tiÕp KÕT QU¶ ®o gi¸n tiÕp Líp 1 Líp 2 Líp i Rs2 Rti m1 m2 mc Th©n bóa - ph©n g©y rung M¸ kÑp cäc Khung treo Pkt P0 h 1 h 2 h i d1(  z2,...) d1 d2 di . K h è i l- î n g b ó a r u n g , m b = m 1 + m 2 K h è i l- î n g ® é n g , m d = m 2 + m c T æ n g k h è i l- î n g c ñ a h Ö , m to n g = m 1 + m 2 + m c Rs1 Rsi 2 3 12 10 1 4 5 6 7 8 9 13 1. §iÓm g¾n ®Çu ®o gia tèc cña cäc 2, 6, 7, 8, 9. §iÓm g¾n c¸c ®Çu ®o biÕn d¹ng trªn cäc 3. C¸c v¹ch ®¸nh dÊu chiÒu dµi cäc 4. §iÓm g¾n ®Çu do biÕn d¹ng dù phßng trªn ®Çu cäc 5. §iÓm g¾n ®Çu ®o gia tèc dù phßng cña cäc 10. Pu ly dÉn h-íng c¸p ®o ®é dÞch chuyÓn cña cäc 11. Pu ly g¾n ®Çu ®o ®é dÞch chuyÓn cña cäc 12. §Çu ®o ®é dÞch chuyÓn cña cäc 13. §iÓm g¾n ®Çu ®o gia tèc khung treo 11 d2( t2 z2,...) . di( ti z2,...) . 16 4.4. Chế tạo cọc ván thép thử nghiệm Căn cứ cấu trúc địa chất tại vị trí thực nghiệm (trụ T2, T3 cầu Đồng Quang), luận án tiến hành chế tạo cọc ván thép thử nghiệm như trên hình 4.19. 4.5. Hiệu chuẩn thiết bị đo Tất cả các đầu đo và thiết bị đo trước khi làm thực nghiệm phải được hiệu chuẩn đơn vị có đủ năng lực kiểm định có thẩm quyền được cấp phép. 4.6. Công tác đo hiện trường Hình 4.19. Sơ đồ cấu tạo cọc ván thép thử nghiệm - Sơ đồ nguyên lý tích hợp toàn bộ đầu đo với thiết bị đo thể hiện trên hình 4.22. - Sơ đồ đấu nối đầu đo và thiết bị đo như trên hình 4.23. Hình 4.22. Sơ đồ tổng thể quá trình thực nghiệm tại công trường Hình 4.23. Sơ đồ đấu nối đầu đo và thiết bị đo 4.7. Một số kết quả thực nghiệm - Đồ thị tốc độ hạ cọc và độ dịch chuyển của cọc ván thép: Hình 4.36. Tốc độ hạ cọc ván thép theo chiều sâu hạ cọc (lần 5, trụ T3) Hình 4.37. Dịch chuyển của cọc ván thép tại chiều sâu hạ cọc z =250 đến 280 mm (lần 1, f=15 Hz, trụ T2) Hình 4.44. Dịch chuyển của cọc ván thép tại chiêu sâu hạ cọc z =250 đến 280 mm (lần 1, f=35 Hz, trụ T2) Hình 4.45. Dịch chuyển của cọc ván thép tại chiêu sâu hạ cọc z =10,980 đến 10,990m (lần 1, f=35 Hz, trụ T2) - Gia tốc, vận tốc và chuyển vị thực nghiệm của cọc (xanh) và khung treo (đỏ): - Các thành phần lực cản động thực nghiệm của nền đất lên cọc ván thép: 6 6 4 4 1 1 1 4 5 0 0 5 0 01 3 0 0 8 0 0 3 0 0 2 5 0 0 5 0 0 0 44 66 11 33 22 1 2 2 3 3 5 5 55 2 3 4 5 6 8 7 9 6 47 5 8 9 6 47 6 47 6 47 10 11 12 1. Cäc v¸n thÐp thö nghiÖm 2. Hép ®Êu nèi tæng 3. TÊm èp ngang b¶o vÖ d©y tÝn hiÖu 4. Côm l¸ ®iÖn trë ®o biÕn d¹ng b¶n c¸nh ph¶i 5. §Çu ®o gia tèc dÞch chuyÓn cña cäc 6. Côm l¸ ®iÖn trë ®o biÕn d¹ng b¶n bông 7. Côm l¸ ®iÖn trë ®o biÕn d¹ng b¶n c¸nh tr¸i 8. §Çu ®o gia tèc dÞch chuyÓn cña cäc (PDA) 9. §Çu ®o biÕn d¹ng (PDA) 10. TÊm èp däc b¶o vÖ d©y tÝnh hiÖu 11. D©y tÝn hiÖu cña c¸c côm l¸ ®iÖn trë 12. V¹ch chia x¸c ®Þnh ®é dÞch chuyÓn cña cäc èng b¶o vÖ d©y dÉn tÝn hiÖu tõ ®Çu ®o nh¸nh THIÕT BÞ §O PDA M¸Y TÝNH §IÖN TöTHIÕT BÞ §O §é DÞCH CHUYÓN CñA CäC THIÕT BÞ §O BIÕN D¹NG SDA 830B THIÕT BÞ §O dao ®éng VM5112/3 THIÕT BÞ §O sè vßng quay cña trôc lÖch t©m 1 6 4 3 5 7 8 9 14 2 10 11 12 13 15 1. M¸y c¬ së 2. §-êng èng dÇu thñy lùc cÊp cho bóa rung 3. C¸p treo pulley dÉn h-íng c¸p ®o ®é dÞch chuyÓn cña cäc 4. Pulley dÉn h-íng c¸p ®o dÞch chuyªn cña cäc 5. C¸p ®o ®é dÞch chuyÓn cña cäc 6. Mãc n©ng bóa 7. Khung treo cña bóa 8. Th©n bóa (phÇn g©y rung) 9. §Çu ®o sè vßng quay trôc g©y rung 10. M¸ kÑp cäc 11. §Çu do gia tèc vµ biÕn d¹ng cña thiÕt bÞ ®o PDA 12. §Çu ®o dao ®éng cña thiÕt bÞ VM5112-3 13. §Çu ®o biÕn d