ANALYSIS OF EFFECT OF PILE DRIVING ON THE EXISTING FOUNDATION (VIBRATION MONITORING)

A. Zh Zhusupbekov; Жусупбеков А. Ж; A. R Omarov; Омаров А. Р; R. E Lukpanov; Лукпанов Р. Е; G. A Zhukenova; Жукенова Г. А; G. K Tanyrbergenova; Танырбергенова Г. К

doi:10.15593/2224-9826/2016.1.08

ANALYSIS OF EFFECT OF PILE DRIVING ON THE EXISTING FOUNDATION (VIBRATION MONITORING)

Authors: Zhusupbekov A.Z.¹, Omarov A.R¹, Lukpanov R.E¹, Zhukenova G.A¹, Tanyrbergenova G.K¹
Affiliations:
1. L.N. Gumilyov Eurasian National University
Issue: Vol 7, No 1 (2016)
Pages: 131-138
Section: ARTICLES
URL: https://ered.pstu.ru/index.php/CG/article/view/751
DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9826/2016.1.08
Cite item

Abstract
Full Text
About the authors
References
Statistics

Abstract

The article presents the results of the analysis of the effect of vibration exposure pile driving on the existing foundations of a functioning oil and gas complex located in Tengiz city. The aim of the tests (vibration monitoring) was to determine the smallest allowable distance piling devices excluding the impact of vibration on the foundation and ensuring the safe operation of the plant. The article presents the results of vibration exposure piling at different distances from the base, taking into account the natural oscillations of technological processes, solid foundation and others, as well as the results of excitation of ground mass at various distances from the source of vibration exposure (pile driving). The source of the vibration excitation was pile driving (С16-40) through pile-driving equipment Banut 555 with a mass of hydraulic hammer 6,075 tonnes and a maximum drop height 1.0 m. In case of driving of piles was drawn up the statement of pile-driving. Vibromonitoring was carried out by the instrument Profound VIBRA +, with use of the 3D seismic sensors. The interval of measurement of vibration was carried out every 5 seconds. Tests were executed according to requirements of norm of DIN 4150-3 according to which the most allowed level of vibration is equal 5,00 mm/sec. (from 0-10 Hz). The maximum impact on a soil array was recorded at a distance 40 m from a source in case of driving of piles No. 3, 5 and 6. In all cases the maximum values of speed of oscillations were recorded when dipping C16-40 piles on depth from 5 to 8 m.

Keywords

instrument Profound VIBRA+, 3D seismic sensors, pile-driving, vibration monitoring, turbocharger, dynamics, vibration, pile.

Full Text

Нефтегазовый комплекс (завод) расположен в Западно-Казахстанской области в г. Тенгиз. На сегодняшний день завод занимает 2-е место по запасу нефти и газа в Казахстане. Строительство комплекса было завершено в 1991 г., но расширение его мощностей продолжается и сегодня. Вибромониторинг по дегидратации высокосернистого газа (PU-341 Sour gas dehydration, 62-0000-043-10-DH) производился специалистами ТОО “KGS”[7] вблизи здания 17-18 мая 2013 г. Забивка свай осуществлялась с пяти позиций, расположенных на разноудаленных расстояниях от фундамента объекта исследования (рис. 1). Источником возбуждения вибрации являлась забивка свай С16-40 (16 м в длину, сечением 40×40 см) сваебойным оборудованием Banut 555 с массой гидравлического молота 6,075 т и максимальной высотой падения 1,0 м. При забивке свай составлялся акт забивки[8] [1-8]. Вибромониторинг осуществлялся прибором Profound VIBRA+, с использованием 3D-сейсмодатчика. Интервал измерения вибрации составлял 5 с. Испытания выполнялись согласно требованиям DIN 4150-3 [9], в соответствии с которыми максимальный допустимый уровень вибрации равен (показатель ускорения) 5,00 мм/с (от 0-10 Гц). 1. Программа испытаний Испытания представлены пятью позициями забивки свай. На рис. 1 приведена схема позиций забивки. Установка датчика в позицию 1 Установка датчика в позицию 3 Рис. 1. Вибромониторинг на объекте нефтегазового комплекса г. Тенгиз Fig. 1. Vibration monitoring on the subject of oil and gas complex Tengiz Позиция 1: на расстоянии 72 м от источника возбуждения, при забивке сваи № 1. Сейсмодатчик зафиксирован на фундамент (Ф-1) турбокомпрессора. Испытания вибромониторингом в позиции 1 начаты за 16-17 ч до забивки свай, с целью определения показателей собственных колебаний (частоты, амплитуды и пр.) завода. Позиция 2: на расстоянии 58 м от источника возбуждения, при забивке сваи № 2, а также на расстоянии 65 м от источника возбуждения, при забивке сваи № 7. Сейсмодатчик был закреплен на оголовок сваи № 1 для фиксации вибраций от завода (за 2-3 ч до забивки) и собственно от забивки свай. Позиция 3: на расстоянии 82 м от источника возбуждения, при забивке сваи № 4, а также на расстоянии 114 м от источника возбуждения, при забивке сваи № 8. Сейсмодатчик был закреплен на оголовок сваи № 2. Позиция 4: на расстоянии 40 м от источника возбуждения, при забивке сваи № 5. Сейсмодатчик был закреплен на оголовок сваи № 4. Позиция 5: на расстоянии 40 м от источника возбуждения, при забивке свай №№ 3 и 6. Сейсмодатчик был закреплен на оголовок сваи № 5. Минимальное расстояние от строящегося объекта (забивки) до функционирующего завода 72 м (позиция 1). 2. Результаты испытаний Измерения характеристик вибрационного воздействия осуществлялись по трем направлениям (плоскостям) - X, Y, Z. При этом ось Х была ориентирована в сторону источника возбуждения (забивки сваи). На рис. 2 представлены результаты испытаний. На рис. 2, а показаны измерения скорости вибрации по времени проведения испытаний, на рис. 2, б - скорость по частоте. Рис. 2. Результаты испытаний вибромониторинга Fig. 2. Test results of vibration monitoring Максимально допустимая скорость вибрации при частоте до 10 Гц составляет 5 мм/с (согласно требованиям DIN 45669[9]), при частоте более 10 Гц допустимая скорость прямо пропорциональна приращению частоты и показана пунктирной линией на рис. 2, б. Результаты испытаний также представлены в таблице, где приведены численные значения максимальных показателей скорости до забивки и при забивке для каждой из позиций по трем направлениям. Численные значения результатов испытаний Numerical values of test results Позиция (забивка сваи - номер) Расстояние от источника, м Скорость колебания до забивки, мм/с Скорость колебания при забивке, мм/с X Y Z X Y Z № 1 (без забивки) - 0,49 0,43 0,99 - - - № 1 (ТР-1) 72 0,25 0,25 0,48 0,98 0,56 1,90 № 2 (ТР-2) 58 0,54 0,41 0,67 9,68 5,26 1,35 № 2 (ТР-7) 62 0,69 0,89 0,12 9,55 6,72 1,25 № 3 (ТР-4) 82 >0,10 0,15 >0,10 4,03 2,67 0,52 № 3 (ТР-8) 114 0,27 0,21 >0,10 2,93 1,77 0,36 № 4 (ТР-5) 40 0,48 0,83 >0,10 17,3 7,59 3,05 № 5 (ТР-3) 40 0,47 0,61 >0,10 13,1 6,59 2,88 № 5 (ТР-6) 40 0,54 0,61 >0,10 14,7 9,28 3,59 На рис. 3 представлены результаты вибрационного воздействия (скорости колебаний) по трем направлениям с учетом и без учета собственных колебаний завода, в зависимости от расстояния от источника возбуждения. Рис. 3. График влияния вибрационного воздействия на грунтовый массив по расстоянию от источника возбуждения: а - без учета собственных колебаний; б - с учетом собственных колебаний Fig. 3. Graph of the influence of vibration exposure on a soil mass by the distance from the excitation source На рис. 4 представлен широко используемый в геотехнике график, показывающий влияние вибрационного воздействия от различных источников возбуждения, предложен С.Н. Dowding [10, 11]. График отражает результаты проведенного вибромониторинга при забивке свай по трем осям, без учета и с учетом массивности фундамента. Поскольку мониторинг фундаментной плиты производился только с одной позиции на расстоянии 72 м от источника возбуждения, то для других позиций (в диапазоне от 40 до 114 м) учет массивности фундамента определялся косвенным путем. Если за предельный критерий принять условие «опасный для людей», то согласно графику забивку свай рекомендуется производить на расстоянии не менее 88 м от существующего завода. Если за предельный критерий принять условие «трещины в стене», то забивку свай рекомендуется производить на расстоянии не менее 54 м от существующего Рис. 4. График вибрационного воздействия Fig. 4. Graph of vibration exposure завода. При несоблюдении данных требований возможны нарушения целостности конструкций функционирующего объекта. Согласно графику наибольшее гашение энергии (вибрационного воздействия) происходит по оси Х, т.е. по лобовому направлению. Заключение Согласно результатам испытания скорость колебания завода в результате собственных колебаний при технологическом процессе составляет: z = 0,99; y = 0,43; x = 0,40 мм/с. Максимальное значение скорости колебания завода отмечены по направлению Z (вертикальное направление). Динамическое влияние при забивке свай на фундамент завода относительно небольшое, в численном эквиваленте значительно меньше, чем на грунтовый массив при одинаковом расстоянии от источника возбуждения: z = 1,9; y = 0,56; x = 0,98 мм/с - на фундамент завода при расстоянии 72 м от источника; z = 1,25; y = 6,72; x = 9,55 мм/с - на грунтовый массив при расстоянии 65 м от источника. Последнее объясняется массивностью фундаментной плиты под оборудование; в результате гашения энергии вибрационный эффект на функционирующее сооружение существенно уменьшается. Максимальное воздействие на грунтовый массив было зафиксировано на дистанции 40 м от источника при забивке свай №№ 3, 5 и 6. Во всех случаях максимальные значения скорости колебаний были зафиксированы при погружении свай С16-40 на глубину от 5 до 8 м (что, в свою очередь, может быть объяснено залеганием более плотных грунтов). Собственные колебания не оказывают существенного влияния на изменение вибрационного воздействия. С учетом массивности фундаментной плиты забивка свай практически не оказывает вибрационного воздействия на безопасную эксплуатацию функционирующего нефтегазового комплекса на расстоянии более 54 м.

About the authors