Sự cố nền móng công trình: Phần 2

Chương 8

HƯ HỎNG CÔNG TRÌNH DƯỚI
TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG
•

•

•

8.1. Sống đàn hồi và công trình
Tác động động lực lên công trình có rất nhiều dạng như
động đất, bão tố, cháy nổ, thiết bị máy móc công nghệ sản
xuất, giao thông, hoặc bom đạn bắn phá trong chiến tranh...
Tuy 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 móc cơ giới và
của 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 kế 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

251


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).

Nguồn dao động

f Ỵ / / ' íi

Thảnh phán ngang
Sóng r

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

252

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
XÃ' ' DỰNG NGO Àl BIẾN

NỔ
GIAO THÒNG

MÁY
ĐẲM NỀN
ĐIA CHẤN

1CT5

10"

10J

10’

10’

1

10

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

253


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)

254


Hình 8.3 : Quan hệ
giữa độ ồn và khoáng
cách đến nguồn chấn
động khi đóng cọc
BTCT §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

255


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.

Xung

Hiển thị

Kr

Khò
động

3m

7 /7 /7

Thanh kốo

Nổm

Đầu thu
1

Hình 8 . 4 : Sơ đồ nguyên tắc đ ể xác định sóng cắt

s (a)

và sóng mặt R (b) trong nền đất

Hiệu ứng tác động do chấn động gây ra đối với con người,

kết cấu công trình hoặc thiết bị phụ thuộc vào rất nhiều yếu
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

256


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
"cảm nhận mạnh" ở những tác động lặp.
I00

100

nguy hiếm

đau nhức

ịự)

khó chịu

ệB

10 -

10

o>
c
■ữ
x>

nin do
chán động

ọ

tộo
■

hoảng hốt

nút à c ỏ n q '

'S
H-

nhận biết

vừa nhận biết

0 , 1-

_— -

không càm nhận

0 . 1-

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 :

z0<[a0]

(8.1)

Trong đó :

z0 - biên độ dao động

điều hòa của kết cấu mà con người
đang sống ở trong hoặc ở gần nguồn dao động ;
a„ - biên độ dao động cho phép theo tiêu chuẩn sức khỏe.

257

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)

! Đác trưng tác
ị động của dao
động lên con
người

Với tần số 1 - 10Hz

Với tần sô 10 - 100Hz

Gia tốc lớn nhất

Vận tốc lớn nhất

Biên
độ

Trị
quân

Wmax, phương
(mm/s )
W c’
(mm/s

Mức
gia tốc

Biên
độ.

Lwi
(dB)

V maxi
(mm/s)

Trị

Mức

quân

vận

phương

tốc
Lv,(dB)

Vc,
(m m /s 2

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

Cảm nhận rõ

125

88,4

49,4

2

1,41

89

Cảm nhận mạnh
(hoảng loạn)

400

2 8 5.

59,6

6,4

4,52

99,1

1000

707

67,5

16

11,3

107,1

> 6 7 ,5

> 16

>11,3

>107,1

Có hại khi tá c
động lâu dài
Có hại rỏ ràng

> 1000 > 7 0 7

Ghi chú .
- N gưỡng gia tốc Wo = 3.10

-1 m m /s 2 ;

Mức gia tốc Lw = 201gWc/Wo ;
- Ngưởng vận tốc Vo = 5.10 ^ m m /s ;
Mức vận tốc Lv = 201gVc/Vo.

258


Trong trirờng hợp dao động điều hòa (bảng 8.2) thì biên
độ của vận tốc và gia tốc :
V
^max - 27ĩna

( 8 .2 )

wmax= (27rn)2a

(8.3)

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

259


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
độ chấn động sẽ tắt dần khi xa nguồn.
Trong môi trường đàn hồi lí tưởng, sóng mặt sẽ tắt dần
theo quy lu ậ t:
(8.4)
Trong đó :
A|, A 2 - biên độ chấn động tương ứng với khoảng cách
Ri và R2 ;
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,
á sét nhẹ ;
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 :
f 0 = V S/ 4 H

260

(8.5)


b)
Két cấu bị biến hình

Két cấu bị
chuyển dịch

Mặt đất không bị
và bị giao động

ị

1
c)

Quỹ đạo
hạt đất

Kết cấu bị dãn ra

»■ — '— ■ Ỵ 1

Vận tốc sóng

d)

vs

Biến dạng
quán tinh

I

I ĩ T T

Kết cấu bị chuyến dịch
Biến dạng

I

\

\ ^ / / 'quán tính

\ \ XVAVVVVXVVVVVXVI^XYXXVV' v ^ \ \ \ \ \ \ V \ \ \ \ \ Ẳ v \ \ \ \ \ \ \ \ \
Vận tốc sóng Vp
Qũy đạo hạt

In

Chuyển dicf-

hat đất

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).

261


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 tố c s ó n g m ặ t c ủ a đ ấ t đ o ở th ự c đ ịa h o ặ c tra 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
với đất và đá (K. Rainer Massarch, 1983)
Vật liệu

500

Sét bão hòa

2000

2500

3000

mm

□
□

mm

Cát khô

c=mm

Cát bão hòa

□

Sét tảng khô

r

mễ

Sét tảng bão hòa

r

1

Đá mềm

1500

m m m m ầ

mmmm1

r

Đá vôi

r

Đá granít
I ~1 Sõng

262

3500

4000

4500

I------ ị-------- 1------- 4------- í------- J-------- 1------- 1------- 1—

—

Sét khô

1000

s đối

s. Sóng

n
R

Sóng p

Bảng 8.3b. Trị gần đúng cứa vận tốc sóng
(G. A. Leonards, 1962)
Loại đất đá

Vận tốc, ft/s

Đ ất phù sa khô xốp
C át khô, hỗn hợp cát sỏi, xốp
C át sỏi chặt, bão hòa nước
Sét
Sa thạch và d iệp thạch
D iệp thạch khối cứng và đá tảng

600
2000
3.500

5.000
6.000

-

10.000 -

2.000
3000
5.500

6.000

8.500
25.000

Bảng 8.4. Trị số vận tốc sóng nén Vp và sóng cắt Vs,m/s
(Barkan, 1992)
Loại đất
Đ ất
C át
C át
C át
C át

sét
chặt hoặc cuội sỏi
mịn
trung
thô

Khối lượng
7, 4
(kgs /cm )
.

1.8
1,7
1,65
1,65
1,80

Vp

Vs

1500
480
300
550
750

150
150

110
160
180

Trong tính toán thực tế, với những số liệu cho ở 2 bảng
trên, ta xác định được vận tốc sóng mặt V r và theo công
thức (8.5), (8.6) ta kiểm tra khả năng cộng hưởng hoặc trùng
bước sóng dao động của công trình để tránh những phá hỏng
nguy hiểm.
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

263


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 ;

264


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

v = k—
r

(8.6)

Trong 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

265

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
Ew < E.
Không xảy ra độ lún động tức là Sw = 0 khi :
w < Wgh, Sw = 0 và Ew = E.
Độ lún động Sw phụ thuộc loại đất, đặc tính của năng
lượng truyền vào đất, thời gian dao động, số lượng cọc, phân
bố và độ sâu của cọc... có thể tính gần' đúng theo các công
thức tính lún thông thường dưới tác động của tải trọng tĩnh
nhưng trong trường hợp này cần phải xuất phát từ mô đun
tổng biến dạng của đất dưới tác động động lực (tức là thay E
bằng Ew) và ứng suất là tổng ứng suất nén do tác dụng của
lực quán tính của khối lượng dao 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 :

266


Trong đó :
V - v ậ n tố c ở k h o ả n g c á c h X so v ớ i n g u ồ n d a o đ ộ n g ;

V I - 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 th ì ta x á c đ ịn h đ ư ợ c v ù n g n g u y h iể 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 ;
- Số lượng cọc đóng và khoảng cách cọc đóng ở gần
n h ấ t;
- Cường độ và tẳn số của sóng dao động, thời gian tác
dụng của sóng.
Từ bảng 8.5 đến 8.11 sau đây sẽ nêu một số quy định về
trị vận tốc giới hạn bởi các nguồn chấn động khác nhau
(đóng cọc, giao thông, nổ mìn...) được lấy từ các tài liệu
khác nhau để tham khảo và dùng trong trường hợp thích hợp.

267


Bảng 8.5. Trị giói hạn của vận tốc dao động cho phép
(DIN 4150-1986)
Vận tốc dao động Vi (m m /s)
Ở mặt sàn
của tầng

M óng
Kiểu kết cấu

cao nhất
Ở tần số

Tần số

< 10Hz

1 0 - 15Hz

5 0 - 100Hz*

hổn hợp

20

20-40

40-50

40

Nhà ở và nhà có
thiết k ế tương tự
như nhà ở

5

5 - 15

15 - 20

15

Kết cấu nhạy với
dao động không
t h u ộ c l o ạ i nói
trên và nhà có ý
n g h ĩ a l ớn ( c ầ n
b ả o tổn theo
pháp luật)

3

3- 8

8 - 10

8

N hà dùng trong
thương mại, nhà
công nghiệp

* Đối với tần SỐ lớn hơn ỊOOHz thì ít nhất dùng các trị số 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).

268


Bảng 8.6. Trị hợp vận tốc cực đại của đất
với nguồn dao động khác nhau
(theo tiêu chuẩn của Thụy Sĩ SN 640312-1978)
Kiểu kết cấu

I. Kết cấu thép và bê tông cốt
t hép ( không có lớp trát) nhà

N guồn
dao động
M

r p

Ẳ

Tấn so
Hz

10-30
30-60

Trị hướng
dẫn Vmax
hợp vận tốc

12
12-18(a)

công nghiệp, thương mại, tường
chắn, cầu, tháp, ốnơ trên mặt
đ ấ t. Kết c ấ u n g ầ m bao g ồm
hang động, đường hầm có hoặc
không có vỏ bô tống

s

10-60
60-90 ■

II. Nhà có m óng tường bằng thể
xây (gạch, đá) hoặc bê tông.
Tường chán bằng đá xây. Kết

cấu ngầm dưới đất như hang
động, tuy nen, đường hầm có

30
30-40(b)

M

10-30
30-60

12
12 - I 8(a)

s

10-60
60-90

18
18 - 25(b)

M

10-30
30-60

5
5 - 8 (a)

lớp áo bằng thể xây
Đ ường ốn g xây bằng phương
pháp khoan trong đất yếu
III. Nhà có mónơ và nền bằns;
kết cấu bê tông, các sàn trẽn là
kết cấu dầm gỗ, tường gạch

s

10-60

12

IV. Nhà có độ nhạy đặc biệt
hoặc cần bảo vệ

M

10-30

3
3 - 5(a)

s

30-60
10-60
60-90

8

8 - 12(b)

269


Ghi chú bảng 8.6 :
M - dao động do máy móc, giao thông, thiết bị xây dựng ;
s - do nổ.
(a) - trị s ố bé dùng khi 30H z và trị số lớn khi 60H 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)
Dao động giới hạn (cực đại)
Đối tượng

Chuyển vị
(ram)

0,4

M á i c á c h a n g đ ộ n g tro n g đ á
ngầm dưới đất, đá rắn, khoang
rộng 15 - 18m
Blô'c xây thông thường. Tường
gạch hoặc vật liệu tương tự

100
7 0 - 100

70

N hà bằng bê tông nhẹ

35

Bảo tàng quốc gia T hụy Điển
- Phần kết cấu
- Phần trưng bày

25

Trung tâm máy tính
Bệ máy chủ
Cầu dao
Phòng điều khiển

270

Gia tốc
(m /s2)

200

T h ù n g c h ứ a b ằ n g bê tông g ia
cường thép
Khôi nhà ở cao tầng. Bê tông
hiện đại hoặc dàn thép

V ận tốc
(m/s)

5
2,5

0,1
0,5-2


Bảng 8.8. Vận tốc lớn nhất của chất điểm đối với kết cấu
(theo tiêu chuẩn úc AS 2187, Part 2.1983)
Vận tốc tổng lớn nhất của
chất điểm khi dao động

Kiểu nhà hoặc kết cấu

(mm/s)

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

2

trị đặc biệt hoặc ý nghĩa lớn
2. Nhà ở và nhà thương mại không bao
gồm điểm 3 dưới đây

10

3. Nhà thương mại và nhà công nghiệp

25

bằng bê tông cốt thép hoặc thép

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

Chuyển vị

Vận tốc (mm/s)

Gia tốc (g)

quan tâm

(mm)

1

2

3

4

5

Phương

Thiết bị và

(0,25-1). 10 ' 3

(0,1 - 5 ) . 1 0 ' 3

tiộn thí

vận hành

( 0,lH z-30H z )

(30 - 200)Hz

nghiệm
Cơ sở

Thiết bị và

(6 - 400). 10'3

(0,5 - 8).10"3

vi điện tử

vận hành

(3Hz - 100Hz)

(5Hz-200Hz)

Máy móc

Thiết bị và

chính xác

vận hành,

(0,1 - 1).10'3

271


1

2

3

Máy tính

Thiết bị và
vận hành

(35-250). 10'3

Vi xử lí

Thiết hị và
vạn hành

Bệnh
viện và
nơi cư trú

Con nơirời

4

5
0,1 - 0 ,2 5 sai
số trung
phương (SSTP)
(Tối đa 300Hz)
0J - 1

0 , 1 5 - 15
(hướng đứng)
(8 H z - 80Hz)
0,4 - 40
(hướng ngang)

0,5 - 50 (SSTP
hướng đứng)
(4Hz 8Hz)

(2Hz - 80Hz)
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 -20
(hướng đứne)
(8H z-80H z)
3,2 - 52
(hướng naang)
(2Hz - 80Hz)

(4 - 650). 10'3
(SSTP
hướng đứng)

Khu dan
cư hoặc
thưưng
mại

Công trình

One dẫn

Dịch vụ
ngầm dưới
đất

khí hoặc
nước

272

1 - 50

( I 0 - 4 0 0 ) . 1 0 ‘3

1 -50

(4Hz

8Hz)


Bảng 8.10. Tiêu chuẩn dao động của đất
đối với nhà máy chính xác
Huớng đứng
Tần số

Hướng ngang

Gia tốc

Vận tốc

G ia tốc

Vận tốc

(cm /s2)

(ụm /s)

(cm /s2)

(|u.m/s)

0,62
0,38
0,066

1973
605

0,19
0,065
0,065

605
103
51,7
53
36,6
31,8
42,2
58,4
67,6
65,2

0,5

1
2

52,5
53
15
36,6

0,10

3
5

0,047
0,23
0,61
2,5
3,5
4,2

10
20
30
40
50

48,5
132,6
139,3
133,7
6,5

100

0,10
0,115

0,20
0,53

1,10
1,70
2,05
103,4

3,00

Bảng 8.11. Ngưỡng phá hoại của vận tốc dao động đối với
công trình trong giải tần số 10 - 60Hz (Bendel, 197ỉ )
Vật liệu
Loại công
trình
S ố chu kì
- M ột
-Lặp
- Liên tục

Đá

G ạch đá

Bé tông

Công trình

C ô n g trình

cổ, lịch sử

dân dụ n g

C ông trình
công nghiệp

3 - 1 0 mm/s
2 - 5 mm/s
1 - 3 mm/s

1 0 - 1 5 m m /s
3 - 1 0 m m /s
3 - 7,5 m m /s

30 - 50 m m /s
20 - 35 m m /s
1 5 - 2 5 m m /s

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

273


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)

Khoảng
Nr.

cách

Đặc trưng của nhà

Đặc trưng
cọc và số

và điẻu kiện đất

lượng

nhất

1

2

3

Nhà gạch 4 tầng, 30x30cm,
tường dày 87cm.
/= 8m ;
Nền : đất đắp, á cát
và á sét rỗng lớn,
dày 6,6-7m, dưới

Trước

khi
đóng
cọc

Sau khi đóng cọc

4

5

6

1

Bình

Nút nhỏ ở lớp vừa

thường

và giữa các tấm

nhàcọc, (m)

nền

1

nhỏ

Tinh trạng nhà

sàn. Lún 2mm

250 cọc

là cuôi
sỏi,7 khônLT
*
Vcó nước ngầm
2

Nhà "ạch 2 tầng,

40x40cm

móng băng. Nền :

/= 24m,

Sét thành lớp, á sét

18 cọc

1,4

Như

Nứt nhỏ ở lớp vừa

trên

ít dẻo. Nước ngầm
ở độ sâu 8,6m
3

Nhà gạch 3 tầng, 30x30cm,
móng đá hộc sâu
l,6m. Nền : Cát,
á cát

274

/= 12m
684 cọc

2

Như

Nứt ở lớp vữa 0,3 -

trên

lmm. Vừa trần bị
rơi. Đ ộ lún của nhà
không quá lmm


2

1
4

3

Nhà gạch 1 tầng, 40 X 40cm,
m ó n g b ăn g sâu /= 16m,
2,7m. Nền : Sét,
100 cọc
dưới là á cát dẻo

4
3,8

5

6

Trong Vết nứt cú bị mở
rộng không lớn.
các
tường
có vết
nứt

5

Nhà gạch 2 tầng, 40 X 40cm,
/= 16m,

m ó n g băng, nền
đất

giô'n g

như

4,5

100 cọc

Bình
thường

Không có
biến dạng.

trường hợp Nr.4
6

Nhà

tâ'm l ớ n 9

tầng, tường ngang 35 X 35cm,‘
chịu lự c, m ó n g
/= 9m,
c ọ c . Nền : á sét
50 cọc
d à y 8 ,5m , á c á t

bão hòa nước.

Ở tình
6,3

Trong

Xuất hiện các vết

các

nứt mới và nứt

Đất đấp lm , cát

tường

rộng trên toàn bộ

chặt vừa - 3,5m,

ngoài

chiều cao tường,

có vết

nứt và bong vữa ở

mềm - 9,7m, á cát

nứt

tường và trần

chảy, á sét dẻo

bằng

móng băng. Nền :

/ = 26m

á sét và á cát dẻo

1

mềm và ít dẻo
Nhà

sợi tóc

tâ'm l ớ n 9 35x35cm,

tầ n g , tường d ọ c
8

Như trên

tốt

Nhà gạch 6 tầng, 35x35cm,

7

trạng

chịu lực trên móng
băng. Nền : á cát,
sét ít dẻo, á cát,

/ = 9m

1

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

cát chặt

275