Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền núi

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu các tài liệu liên quan, các công trình nghiên cứu để hoàn thành phần tổng quan của đề tài. Xây dựng được hệ thống công thức tính năng suất và chi phí năng lượng khi sử dụng đầm để làm chặt nền công trình làm cơ sở lý luận của đề tài, từ đó xác định các nhân tố ảnh hưởng đến hai chỉ tiêu trên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền núi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------- TRẦN MINH LONG NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG KHI ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ MIỀN NÚI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------- TRẦN MINH LONG NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG KHI ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ MIỀN NÚI Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp MS: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ TẤN QUỲNH HÀ NỘI, 2011
i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua tôi đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cá nhân. Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, ThS Phạm Văn Lý đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị. Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp, Trường Cao đẳng nghề cơ điện xây dựng Tam Điệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài. Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được chỉ dẫn nguồn gốc. Hà Nội, tháng 6 năm 2011 Tác giả Trần Minh Long
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chương 1 ........................................................................................................... 2 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 2 1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới ................ 2 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nước ............. 13 Chương 2 ......................................................................................................... 18 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 18 2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 18 2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 18 2.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 18 2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 19 2.4.1. Thí nghiệm thăm dò....................................................................... 20 2.4.2. Thực nghiệm đơn yếu tố ................................................................ 22 2.4.3. Thực nghiệm đa yếu tố .................................................................. 26 Chương 3 ......................................................................................................... 34 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................... 34 3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy đầm rung .............................. 34 3.2. Năng suất của máy đầm rung khi làm việc .......................................... 36 3.3. Chi phí năng lượng của máy đầm rung khi làm việc ........................... 37 Chương 4 ......................................................................................................... 42 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................... 42
iii 4.1. Mục tiêu thực nghiệm và lựa chọn tham số điều khiển ....................... 42 4.2. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 42 4.2.1. Xác định thành phần hạt của đất làm thí nghiệm ......................... 42 4.2.2. Xác định độ ẩm của đất sử dụng làm thí nghiệm.......................... 44 4.2.3. Xác định độ chặt của đất............................................................... 45 4.2.4. Tiến hành thí nghiệm..................................................................... 47 4.3. Kết quả thí nghiệm thăm dò ................................................................. 47 4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 50 4.4.1. Chi phí năng lượng riêng .............................................................. 51 4.4.2. Năng suất ...................................................................................... 56 4.5. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ............................................................... 61 4.5.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số đầu vào .................................................................................................... 61 4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ....................................................... 61 4.5.3. Xác định các thông số hợp lý ........................................................ 62 4.5.4. Vận hành máy với các thông số tối ưu: ........................................ 66 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 67 Kết luận ....................................................................................................... 67 Khuyến nghị ................................................................................................ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 69 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 73
iv DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Máy đầm rung của Nga DU-64 3 1.2 Máy đầm bánh hơi PS-300B 4 1.3 Máy đầm rung CS-323c 4 1.4 Máy đầm rung BW75S-2 5 1.5 Máy đầm bánh thép Sakai SV100 6 1.6 Máy đầm của hãng Liugong 6 1.7 Máy lu bánh thép YZ18 của hãng Jinling 7 1.8 Máy đầm LG300 của hãng Dynapac 15 1.9 Máy đầm của hãng Sakai 16 1.10 Máy đầm hãng Tacom 16 3.1 Sơ đồ cấu tạo của máy đầm cóc 34 4.1 Thành phần hạt của đất theo tam giác Phêrê 45 4.2 Máy đo công suất Fluke 41B và biến tần VF-S9 47 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi phí 54 năng lượng riêng 4.4 Đồ thị ảnh hưởng của độ ẩm đất tới chi phí năng lượng 55 riêng 4.5 Đồ thị ảnh hưởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi 58 năng suất 4.6 Đồ thị ảnh hưởng của độ ẩm đất tới năng suất 60
v DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1 Mã hoá các yếu tố ảnh hưởng 28 2.2 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành 28 với hai yếu tố ảnh hưởng 4.1 Thành phần hạt của đất làm thí nghiệm 43 4.2 Kết quả xác định độ ẩm 45 4.3 Kết quả xác định khối lượng thể tích của mẫu đất 46 ẩm  w (g/cm3) 4.4 Kết quả thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn của 46 đất 4.5 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm đối với giá 48 trị chi phí năng lượng riêng 4.6 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 48 4.7 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 49 4.8 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 50 4.9 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 51 4.10 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 52 lượng riêng khi chiều dày lớp đất đầm 4.11 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 54 4.12 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 55 lượng riêng khi độ ẩm đất thay đổi 4.13 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 56 4.14 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi năng suất 57 khi chiều dày lớp đất đầm 4.15 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 59 4.16 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm năng suất 60 khi độ ẩm đất thay đổi 4.17 Mã hoá các thông số đầu vào 61 4.18 Kế hoạch thực nghiệm theo ma trận toàn phần 61 4.19 Tổng hợp kết quả tính toán hàm chi phí năng lượng 62 theo ma trận toàn phần 4.20 Tổng hợp giá trị tính toán hàm năng suất theo ma 63 trận toàn phần
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Sau hơn hai mươi lăm năm đổi mới, kinh tế nước ta đã có những bước phát triển to lớn. Đất nước ta đã thoát ra khỏi tình trạng kém phát triển, đời sống nhân dân trên địa bàn nông thôn miền núi nói riêng và nhân dân cả nước nói chung đã được cải thiện rõ rệt, ngày càng phát triển. Nhu cầu xây dựng các công trình hạ tầng ngày càng cấp thiết. Nhiều công trình xây dựng nhà cửa đường xá đang được triển khai làm cho bộ mặt nông thôn miền núi thay đổi từng ngày. Trong công trình đường giao thông thì nền đường là bộ phận quan trọng, quyết định độ bền vững, làm việc ổn định trong suốt thời gian sử dụng. Sự biến dạng của nền đường là nguyên nhân chủ yếu gây biến dạng nứt áo đường làm cho mặt đường không giữ được trạng thái ổnđịnh vàbằng phẳng ban đầu. Một trong những nguyên nhân gây biến dạng của nền đường là do quá trình đầm nén không đúng kỹ thuật không đảm bảo độ chặt cần thiết. Để tạo khả năng chịu tải trọng của nền đất người ta sử dụng các thiết bị đầm nén khác nhau. Do ngành cơ khí xây dựng ở nước ta chưa được quan tâm và phát triển nên hàng năm nước ta phải chi 3-4 tỷ USD để nhập khẩu các loại máy xây dựng trong đó có các loại máy đầm khác nhau. Do các loại máy và thiết bị nhập khẩu được sản xuất ở nước ngoài phù hợp với điều kiện làm việc ở các nước sở tại, cho nên việc nghiên cứu nhằm xác định các thông số kỹ thuật hợp lý cho các thiết bị nhập khẩu khi làm việc ở điều kiện tự nhiên ở Việt Nam nhằm tăng năng suất lao động giảm chi phí là rất cần thiết. Chính vì vậy, được sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa sau đại học trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền núi”.
2 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới Một trong những khâu quan trọng quyết định chất lượng của công trình đó là nguyên công đầm nén đất nền móng. Mặc dù tỷ trọng củakhối lượng của công việc đầm nén đất không lớn lắm so với tổng chi phí xây dựng công trình nhưng chất lượng của công trình lại phụ thuộc nhiều vào chất lượng đầm lèn. Chính vì vây, để cơ giới hoá khâu công việc này nhằm tăng năng suất lao động và nâng cao chất lượng công việc ở các nước công nghiệp phát triển đã sử dụng nhiều loại máy đầm nén khác nhau. Ở Nga, để đầm lèn đất nền đường, có qui mô lớn, đất ít dính thường dùng các loại xe lu bánh thép tác dụng tĩnh như DU11, DU211B, D399A, …có công suất từ 40-50HP và các loại máy đầm chân cừu DU26, DU38, DU32, RF06, RF09,… với công suất của đầu kéo là 75-108HP. Ở những công trình xây dựng có mặt bằng chật hẹp, người ta sử dụng máy đầm bàn rung như BU1500 công suất 5HP, OY80, OY90, DY90 có công suất là 6HP. Hiện nay, một số loại máy lu rung cũng đang được sử dụng rộng rãi để đầm lèn các công trình đường, công trình nhà ở, với các loại đất rời, ít dính như DU-54, DU-95, DU-47, DU-48, DU-49, DU-50, DU-72, DU-52, DU-55, DU-58, DU- 62, DU-63, DU-64, DU-65, DU-98, DU-99, DU-100, DU-101, DU-73, DU- 74, DU-84, DU-85, DU-96, DU-97 (hình 1.1). Trong 10-15 năm gần đây xu hướng chủ yếu làsử dụng các loại máy đầm nén có năng suất cao và có khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện thi công khác nhau. Năng suất của máy đầm nén được nâng cao nhờ tăng vận tốc và tăng khối lượng bộ phận công tác. Theo hướng này, chi nhánh của Viện
3 nghiên cứu giao thông Leningrat (Nga) đã chế tạo máy đầm bánh hơi có khối lượng 36,6 tấn cho phép đầm nén cac loại nền đất dính với chiều dày lớp đất 40-45cm, năng suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lượng 28 tấn, cho phép đầm các loại đất khác nhau với chiều dày 50cm và năng suất 1200-1400m3/ca. Nâng cao hiệu quả đầm nén của các máy đầm bánh hơi được thực hiệnbằng cách lắp các bánh xe đặc biệt có áp suất cao đến 0,8Mpa, điều này cho phép tăng chiều dày đất đầm lên 1,3-1,5 lần so với bình thường, tăng năng suất ca tới 20-30%. Hình 1.1. Máy đầm rung của Nga DU-64 Ở Mỹ, xu hướng sử dụng các máy đầm rung chiếm ưu thế trong các công trình xây dựng vì thế sản phẩm của hãng Caterpillar được sử dụng rộng rãi trong sản xuất với các loại đầm như máy đầm bánh hơi PS 150B, PS200B, PS300B (hình 1.2) có công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung như CS323C, CS433E, CS44…(hình 1.3) có công suất 70-153HP.
4 Hình 1.2. Máy đầm bánh hơi PS-300B Hình 1.3. Máy đầm rung CS-323c Ở Nhật, sản phẩm của một số hãng nổi tiếng như Komatsu, Nippon, Sakai, Nissan kizai, Misubishi… được sử dụng rộng rãi ở trong nước và xuất
5 khẩu ra nhiều nước trên thế giới. Các loại máy lu bánh thép VM7706, VM7708, SW800, SH1508, WN140, K7606, KD200, R2,… có áp lực từ 27- 58kG/cm2, công suất động cơ từ 58-73HP được sử dụng để đầm lèn mặt đường đá dăm mặt, đường bê tông nhựa. Các loại máy đầm rung như JV06H, PV08H, JV16-1, JV25-3, JV32- W,… có lực rung lớn nhất từ 10-25kN công suất từ 5-14,5HP và BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.4) có lực rung lớn nhất đạt tới 20- 63kN, công suất từ 5-69,4HP được sử dụng rộng rãi để đầm nén các công trình nền đường là đất rời rạc, ít dính. Hình 1.4. Máy đầm rung BW75S-2 Các loại máy đầm bánh hơi TS30, TS30H, TS360, các loại máy đầm rung như SV6, SV 10, TV40, SV100……(hình 1.5) có lực rung lớn nhất 12- 31KN, công suất từ 50-103HP…
6 Hình 1.5. Máy đầm bánh thép Sakai SV100 Ở Trung Quốc, các loại xe lu rung của hãng Ligong CLG614, CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu bánh lốp CLG626R (hình 1.6), xe lu chân cừu CLG614 có công suất 120-175HP, lực rung 135-360kN. Các loại lu bánh thép tác dụng tĩnh của hãng Jinling như YZ12, YZ18, YZ21…(hình 1.7) được sử dụng rộng rãi. Hình 1.6. Máy đầm của hãng Liugong
7 Hình 1.7. Máy lu bánh thép YZ18 của hãng Jinling Thực tiễn sử dụng máy đầm lèn đất ở các nước công nghiệp tiên tiến cho thấy rằng [21]: Máy đầm tĩnh trong một thời gian dài là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất vì nó có cấu tạo đơn giản, năng suất cao, giá thành tính trên 1m3 đất được đầm thấp hơn so với loại đầm khác, 80-85% khối lượng đầm lèn tại các công trình là do máy đầm tĩnh thực hiện và 20-25% khối lượng đầm lèn còn lại là do máy đầm rung, đầm lực động thực hiện. Tuy nhiên các máy đầm tĩnh (lu bánh thép) chỉ phù hợp khi đầm lèn mặt đường đá dăm, đường nhựa, cán mặt bằng các công trình nhà cửa, đầm các loại đất ít dính, đất lẫn đá… nhưng khi đầm với chiều dày lớp đất đầm lớn thì độ chặt của lớp đất phía dưới không đạt được mức cần thiết. Để khắc phục nhược điểm này, nhiều hãng lắp thêm bánh phụ rung động vào giữa máy. Sáng kiến này góp phần làm máy nhẹ bớt mà vẫn đảm bảo chất lượng đầm. Lu bánh hơi được sử dụng để đầm mọi loại đất có thể là đất khô cứng, đất có độ ẩm tương đối lớn, đất dính, đất đá dăm… Lu bánh hơi làm việc hiệu quả khi chiều dài mặt bằng làm việc lớn hơn 100-150m.
8 So với các loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh hơi có các ưu điểm sau: - Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đường kính và chịu tải như nhau thì diện tích tiếp xúc của bánh lốp nhỏ hơn và ứng suất phân bố đều hơn lên mặt đất, ứng suất lớn nhất có thể đạt 0,197-1,05 MPa. - Đầm bánh lốp có thể thay ứng suất tiếp xúc lớn nhất bằng cách thay đổi tải trọng và áp suất không khí trong lốp nên có thể đầm các loại đất khác nhau. - Chiều sâu đầm phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc, diện tích tiếp xúc càng lớn thì chiều sâu đầm càng nhỏ. Do đó, chiều sâu đầm của lu bánh hơi lớn hơn nhiều chiều sâu đầm của lu bánh cứng có thể đạt tới 35-45cm. - Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao. Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để kéo thiết bị đầm có các vấu đầm hình chân cừu. Lu chân cừu thường áp dụng ở những nơi mặt bằng thi công rộng, ở các công trình thuỷ lợi như đê, đập… đảm bảo độ chặt và độ ổn định của nền đắp tương đối cao. Lu chân cừu có những ưu điểm chính như: - Chiều sâu ảnh hưởng đầm lớn do áp suất đầm tương đối lớn; - Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và năng suất đầm tương đối cao; - Nền đắp gồm nhiều lớp đầm riêng biệt chồng lên nhau nhưng vẫn đảm bảo tốt thể thống nhất, liên kết giữa các lớp đất đầm tốt. Tuy nhiên lu chân cừu còn bộc lộ một số nhược điểm chính: - Vận chuyển khó khăn; - Đối với đất dính, dẻo cầncó độ ẩm qui định chặt chẽ; - Ở lớp đất được đầm cùng một lượt thì phía dưới chắc, phía trên mặt lỏng.
9 Ở một số nước còn sử dụng máy đầm xung kích để đầm lèn nền công trình xây dựng. Đây là loại máy đầm dùng tải trọng xung kích để làm chặt đất. Máy đầm xung kích có hai kiểu chính là máy đầm xung kích kiểu búa và máy đầm xung kích kiểu quả lăn. Máy đầm rơi được dùng để đầm đất dính và không dính, đất khô quá hay ướt quá theo từng lớp và độ sâu tới 1,3m. Tuy nhiên máy đầm này có nhược điểm cấu tạo phức tạp, giá thành đầm nén, gấpkhoảng 2 lần giá thành đầm bằng các loại máy đầm tĩnh [21]. Do đó nó được dùng ở những công trình có yêu cầu đặc biệt như nhà máy thuỷ điện, khu công nghiệp lớn hoặc các công trình quân sự. Máy đầm rung dùng để đầm đất rời có kích thước hạt khác nhau, lực liên kết không lớn lắm nhưng phải có độ ẩm cao như đất cát, đá lẫn cát, sỏi, đá vụn. Theo đặc tính làm việc của bộ phận công tác máy đầm rung có các kiểu như đầm bàn rung, lu rung, đầm cóc. Đầm bàn rung là một trong những loại đầm được dùng nhiều nhất, loại này cũng có 2 kiểu là loại đầm bàn dùng tay kéo và loại tự hành. Loại rung tay kéo có kích thước và khối lượng nhỏ, diện tích tiếp xúc giữa bàn đầm với đất không quá 0,5m2, độ sâu đầm chỉ đạt 20cm. Máy đầm bàn rung tự hành có khối lượng tối đa 10 tấn, diện tích tiếp xúc với mặt đất tới 4m2, loại này có ưu điểm lực đầm lớn, chiều sâu ảnh hưởng tới 1m, có khả năng tự hành, có thể điều chỉnh được độ ẩm, đầm được nhiều loại đất. Nhưng có nhược điểm là khối lượng lớn nặng nề, đòi hỏi công suất của động cơ lớn và chỉ hiệu quả khi diện tích bề mặt nền đất lớn. Máy lu rung (còn gọi là đầm chấn động quả lăn), có ưu điểm là hiệu quả đầm cao, do trọng lượng bánh lăn nhỏ dẫn đến tiêu hao công suất ít.
10 Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau được sử dụng trong các công trình xây dựng ở các nước công nghiệp phát triển nhưng việcnghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, đổi mới công nghệ đầm luôn luôn được quan tâm nghiên cứu. Hướng nghiên cứu hoàn thiện công nghệ đầm nén được thể hiện ở các công trình [18],[21],[23],[36]. Các kết quả nghiên cứu của các Tiến sĩ Balasov. V.P và Petrovich. P.P (Nga) cho thấy rằng thông số kỹ thuật của máy đầm rung khi đầm lèn nền đất cát với chiều dày lớp đất xấp xỉ 0,3m với chế độ làm việc tự hành vớithời gian đầm 7s thìđộ chặt đạt được bằng 0,95.γct (γct - Độ chặt tiêu chuẩn) Nếu giảm vận tốc di chuyển của máy 2,5-1,5 (m/phút) thì độ chặt tăng lên 0,98-0,99.γct. Nếu giảm độ lớn của lực kích động xuống 1,5 lần thì giảm độ chặt của nền khoảng 1%. Khi đầm lèn đất nền là đất cát hoặc hỗn hợp cát và xi măng với hàm lượng nhỏ hơn 15% và chiều dày 0,25m; đất pha sét với chiều dày nhỏ hơn 0,12m có thể thực hiện bằng một lượng đầm. Độ chặt đất nền đạt được không thấp hơn 0,98.γct có thể thực hiện được ở điều kiện áp suất tĩnh không nhỏ hơn 1,0.104Pa, thời gian đầm 25-40s. Tỷ lệ giữa lực kích động và trọng lượng máy đầm rung nằm trong khoảng 4-6. Tần số rung hợp lý là40-60Hz. Các kết quả nghiên cứu của các tác giả I.N.Glukhovxev và V.G.Xvetkov cho thấy rằng dưới tác dụng của rung động với tần số f=23Hz, biên độ A=2,5mm và gia tốc a=5,3.g (g- Gia tốc trọng trương) cho phép làm chặt nền xi măng ở độ ẩm tối ưu đến độ chặt 1,75g/cm3 (0,98.δmax) sau 90s; việctăng thời gian rung không ảnh hưởng đến độ chặt. Khi làm chặt nền xi măng với tải trọng P=5Mpa với số lượt đầm 6, 8, 18, 24, cho thấy rằng tăng số lượt đầm làm tăng độ chặt của nền, sau 24 lượt độ chặt đạt 0,99.δmax.
11 Theo tác giả U.M.Vaxiliev,thì yêu cầu về độ chặt của nền đường trong những năm gần đây có xu hướng ngày càng nâng cao vì đòi hỏi chất lượng đường ngày càng cao. Nền đường được đầm nén đến hệ số Ky=1,05-1,10 và modun tính toán của đất nền nâng lên 1,5-2 lần so với tiêu chuẩn hiện tại. Tương ứng với yêu cầu này thì chiều dày áo đường có thể giảm đi 30-40% mà chi phí để làm áo đường chiếm khoảng 50-70% giá thành của con đường, còn chi phí cho việc đầm nén nền đường chỉ chiếm 1,5-2,5% giá thành đường từ đây cho thấy rằng đầm nén với Ky cao tức là tăng độ chặt của nền đường về mặt kinh tế là có lợi. Để thực hiện được yêu cầu đề ra cần phải sử dụng các loại máy đầm hạng nặng có khối lượng đến 100 tấn và phải tạo ra ứng suất trên mặt tiếp xúc giữa bộ phận công tác và nền lớn hơn 2-8Mpa. Kết quả nghiên cứu của các tác giả I.J.Huxainov và I.E.Evgenhev cho thấy rằng khi xác định sự ảnh hưởng của phương pháp đầm nén đến độ chặt bền của nền đất ở trong phòng thí nghiệm,với các mẫu thí nghiệm từ đất có thành phần á sét gồm các thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới hạn dẻo Wp=13,23%, độ ẩm tối ưu Wop=12,88%, khối lượng thể tích lớn nhất γ=1,94g/cm3. Mẫu thí nghiệm được đầm chặt bằng 2 phương pháp đầm tĩnh và đầm bằng lực động bằng quả nặng 2,5kg ở chiều cao 30cm. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dưới tác dụng lực động ứng suất ở trong nền đất cao hơn khi đầm bằng lực tĩnh dẫn đến liên kết giữa các hạt đất bền vững hơn. Ngoài những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm để làm chặt đất nền công trình còn nghiên cứu trong sử dụng máy đầm làm chặt áo đường. Hướng nghiên cứu để hoàn thiện các thông số kỹ thuật của máy và kỹ thuật đầm nén được thể hiện ở các công trình [13],[35],[25].
12 Theo các tác giả Jens Borg và Anders Engström, khi nghiên cứu động lực học của máy đầm cóc LT70 của hãng Svedala Thuỵ Điển đã xây dựng được mô hình động lực học của máy đầm cóc và thiết lập được phương trình chuyển động hệ ba bậc tự do. Nhờ phần mềm Matlab đã giải được phương trình chuyển động đã xây dựng, xác định được giá trị của các phần tử trong phương trình như độ cứng của các phần tử đàn hồi, vận tốc, gia tốc làm cơ sơ xác định được các thông số hợp lý của máy đầm rung. Loại đầm này làm việc hiệu quả nhất với tần số rung nằm trong giới hạn từ 10-15Hz vàcho biên độ dao động lớn nhất A=73mm. Theo giáo sư I.R.Kharkhuta cho rằng sự đầm lèn một loại vật liệu bất kì nào đó chỉ hiệu quả khi trạng thái ứng suất được sinh ra dưới tác dụng của bộ phận công tác của máy đầm gần với ứng suất giới hạn bền của vật liệu. Trong quá trình đầm lèn, khi dung trọng (độ chặt) tăng lên đạt được hệ số độ chặt 0,85-0,96, thì modul biến dạng của vật liệu tăng 5 lần, còn giới hạn bền tăng lên 3 lần. Đối với bê tông asphan khi giảm nhiệt độ từ 1100C xuống 600C, modun biến dạng tăng lên 8,5 lần và giới hạn bền tăng 2,5 lần. Khuyến cáo sử dụng máy đầm rung để đầm lèn áo đường bê tông atphan như sau: Giai đoạn đầu cho máy chạy với chế độ tắt rung, giai đoạn trung gian cho máy chạy ở chế độ bộ rung hoạt động, giai đoạn cuối hoàn thiện phải dùng máy lu trơn. Những khuyến cáo này có ý nghĩa thực tiến rất lớn trong thi công công trình giao thông ở Nga. Theo các tác giả M.P.Koctelov và L.M.Poxatski cho rằng đầm lèn áo đường bê tông át phan nóng là khâu công việc phức tạp nhất trong công tác thi công đường. Sự phức tạp của khâu công việc này thể hiện ở chỗ chất lượng đầm lèn bê tông át phan nóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kinh nghiệm và trình độ của công nhân, loại bê tông át phan, thiết bị sử dụng, tình trạng kỹ thuật của nền đường… ngoài ra còn có yêu cầu kỹ thuật đối với áo
13 đường là không nhữngvừa phải đảm bảo độ bền, độ chặt cao mà còn phải đạt độ nhẵn, phẳng của mặt đường. Chất lượng của quá trình đầm lèn áo đường bê tông át phan chỉ đạt được yêu cầu khi tuân thủ khoảng nhiệt độ áo đường thích hợp cho từng loại đầm: Máy đầm loại nhẹ bắt đầu làm việc hiệu quả ở 125-1100C, máy đầm loại trung làm việc hiệu quả ở nhiệt độ 85-1050C, máy đầm loại lớn làm việc ở nhiệt độ 70-850C. Kết quả khảo sát cho thấycác loại máy đầm được chế tạo ở các nhà máy thuộc Bộ giao thông Nga thì máy đầm 3 trục lăn là chủ yếu, trong khi đó ở nước khác chủ yếu sản xuất loại máy đầm 2 trục lăn. Máy đầm 2 trục lăn nhưng có nhược điểm là vết lăn của trục lăn trước và trục lăn sau không trùng nhau làm cho số lần đầm lèn cần thiết phải tăng lên gấp 2 lần. Ngoài ra, do đường kính trục lăn trước nhỏ, chiều rộng bánh lăn sau nhiều khi không đáp ứng được yêu cầu của đầm nén áo đường (độ chặt, bằng phẳng…) Tác giả khuyến cáo rằng đường kính của trục lăn là một thông số kỹ thuật quan trọng của máy đầm, cần phải quan tâm trong quá trình tính toán, thiết kế máy đầm. Trong các công trình [25] [27] nghiên cứu sự ảnh hưởng của bộ phận công tác của các máy đầm tĩnh đến chất lượng đầm lèn áo đường cho thấy rằng nếu chọn các kích thước của trục lăn hợp lý khi đầm lèn áo đường bê tông asphan sẽcho phép giảm chiều cao lượn sóng của mặt đường phía trước trục lăn và tạo ra được độ phẳng mặt đường cao nhất. 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nước Hiện nay, theo số liệu của Tổng cục thống kê, cả nước ta có khoảng 37.447 máy thi công và xếp dỡ với tỷ lệ như sau: Máy làm đất chiếm 19,8%, máy nghiền sàng đá chiếm 4,2%; Máy xây dựng nói chung chiếm 23,49%; Máy vận chuyển cao chiếm 5,7%; các loại máy khác chiếm 18%.