Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và thành phần hạt đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định được chiều dày đầm nén và thành phần hạt hợp lý của đất để đầm nén bằng đầm cóc đạt hiệu quả cao nhất. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của luận văn này!

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 thành phần hạt đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------- VŨ XUÂN CHIẾN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ THÀNH PHẦN HẠT ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------- VŨ XUÂN CHIẾN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ THÀNH PHẦN HẠT ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp MS: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ TẤN QUỲNH HÀ NỘI, 2011
i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian làm đề tài vừa qua, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, 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 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài. Trường Cao đẳng nghề cơ điện xây dựng Tam Điệp đã hỗ trợ và bố trí thời gian để 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 tới các tập thể và cá nhân 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 Vũ Xuân Chiến
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chƣơng 1 ........................................................................................................... 3 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 3 1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới ................ 3 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc ............. 13 Chƣơng 2 ......................................................................................................... 18 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 18 2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 18 2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 18 2.3. Phƣơng 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 Chƣơng 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 lƣợng của máy đầm rung khi làm việc ........................... 36 Chƣơng 4 ......................................................................................................... 42 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................... 42 4.1. Mục tiêu thực nghiệm và lựa chọn tham số điều khiển ....................... 42 4.2. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 42
iii 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.......................... 45 4.2.3. Xác định độ chặt của đất............................................................... 45 4.2.4. Tiến hành thí nghiệm..................................................................... 46 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 .............................................................. 50 4.4.2. Năng suất ...................................................................................... 55 4.5. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ............................................................... 60 4.5.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số đầu vào .................................................................................................... 60 4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ....................................................... 61 4.5.3. Xác định các thông số hợp lý ........................................................ 61 4.5.4. Vận hành máy với các thông số tối ưu .......................................... 66 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 67 Kết luận ....................................................................................................... 67 Khuyến nghị ................................................................................................ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 69 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 73
iv DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Máy đầm bánh hơi PS-300B 3 1.2 Máy đầm rung CS-323c 4 1.3 Máy đầm rung BW75S-2 4 1.4 Máy đầm bánh thép Sakai SV100 5 1.5 Máy đầm của hãng Liugong 6 1.6 Máy đầm LG300 của hãng Dynapac 15 1.7 Máy đầm của hãng Sakai 16 1.8 Máy đầm hãng Tacom 16 3.1 Sơ đồ cấu tạo của máy đầm cóc 34 4.1 Máy đo công suất Fluke 41B và biến tần VF-S9 47 4.2 Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi phí 52 năng lƣợng riêng 4.3 Đồ thị ảnh hƣởng của thành phần hạt tới chi phí năng 55 lƣợng riêng 4.4 Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi 57 năng suất 4.5 Đồ thị ảnh hƣởng của thành phần hạt tới năng suất 60
v DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1 Bảng mã hóa với ba thông số đầu vào 28 2.2 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành với 28 hai yếu tố ảnh hƣởng 4.1 Thành phần hạt của đất làm thí nghiệm 44 4.2 Thành phần hạt của đất tại 5 lô thí nghiệm 44 4.3 Kết quả thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn của 46 đất 4.4 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 47 4.5 Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 48 4.6 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm 49 4.7 Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 49 4.8 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 51 4.9 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 52 lƣợng riêng khi chiều dày lớp đất đầm 4.10 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 53 4.11 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 54 lƣợng riêng khi thành phần hạt thay đổi 4.12 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 56 4.13 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi năng suất 57 khi chiều dày lớp đất đầm 4.14 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 58 4.15 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm năng suất khi 59 thành phần hạt thay đổi 4.16 Mã hoá các thông số đầu vào 60 4.17 Ma trận kế hoạch toàn phần 61 4.18 Tổng hợp kết quả tính toán hàm chi phí năng lƣợng 62 theo ma trận của kế hoạch toàn phần 4.19 Tổng hợp giá trị tính toán hàm năng suất theo ma trận 63 kế hoạch toàn phần
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Để thực hiện đƣợc cơ giới hoá - hiện đại hoá trong sản xuất lâm nghiệp, cũng nhƣ để đảm bảo duy trì và thúc đẩy các hoạt động sản xuất lân nghiệp thì xây dựng các công trình Lâm nghiệp, trong đó có hệ thống mạng lƣới đƣờng là công việc cần phải làm trƣớc. Đặc biệt trong thực tế hiện nay, sản xuất lâm nghiệp luôn gắn liền với việc phát triển nông thôn miền núi thì các công trình lâm nghiệp không chỉ có ý nghĩa trong sản xuất lâm nghiệp mà còn có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển kinh tế xã hội của địa phƣơng. Trong xây dựng nói chung và đƣờng lâm nghiệp nói riêng, công tác làm đất là khâu công việc đƣợc đặc biệt lƣu ý, bất kể công trình đƣờng nào, dù là lớn hay nhỏ đều sử dụng đất nhƣ một loại vật liệu xây dựng với các công dụng nhƣ: làm nền, làm lớp móng và đôi khi làm lớp mặt của kết cấu áo đƣờng. Đối với bất cứ công trình xây dựng nào thì nền móng là phần kết cấu quan trọng, quyết định lớn đến độ bền công trình. Để tạo khả năng chịu tải trọng của nền đất ngƣời ta sử dụng các thiết bị đầm nén khác nhau. Do ngành cơ khí xây dựng ở nƣớc ta chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng trong nƣớc nên hàng năm nƣớc 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 đƣợc sản xuất ở nƣớc ngoài phù hợp với điều kiện làm việc ở các nƣớc 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 thực sự cần thiết. Chính vì vậy, đƣợc sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa sau đại học trƣờng Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và thành phần hạt đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt
2 đất nền công trình xây dựng” nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng các thiết bị đầm nén đất nhập ngoại trong điều kiện ở nƣớc ta.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới Trong công tác làm đất, đầm nén là một khâu rất quan trọng, có ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng công trình, nó cũng là nguyên công cuối cùng trong công tác đất nền móng ở nhiều nƣớc trên thế giới Ở nhiều nƣớc trên thế giới, đã nghiên cứu, chế tạo nhiều loại máy đầm khác nhau để phục vụ cho các công trình xây dựng nhƣ Caterpillar (Mỹ) sản xuất các loại máy đầm bánh hơi PS150B, PS200B, PS300B…(hình 1.1) có công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung nhƣ CS323C, CS433E, CS44…(hình 1.2) có công suất 70-153HP; Hãng Komatsu (Nhật) chế tạo các loại máy đầm rung mang nhãn hiệu JV06H, PV08H, JV16-1, JV25-3, JV32- W,… các loại máy đầm rung này có công suất từ 5-14,5HP, lực rung lớn nhất từ 10-25kN; Hình 1.1. Máy đầm bánh hơi PS300B
4 Hình 1.2. Máy đầm rung CS-433E Hãng Nippon bomag (Nhật Bản) chế tạo các loại đầm rung nhƣ BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.3) có lực rung lớn nhất từ 20- 63kN, công suất từ 5-69,4HP; Hình 1.3. Máy đầm rung BW65S Hãng SAKAI HEAVY IND chế tạo các loại máy đầm bánh thép VM7706, VM7708, SW800, SH1508,WN140, K7606, KD200, R2,…(hình
5 1.4) có áp lực từ 27-58kG/cm2, công suất động cơ từ 58-73HP. Các loại máy đầm bánh hơi TS30, TS30H, TS360…, các loại máy đầm rung nhƣ SV6, SV 10, TV40, SV100… có công suất từ 50-103HP, lực rung lớn nhất 12-31KN… Hình 1.4. Máy đầm bánh thép Sakai SW800 Hãng Ligong (Trung Quốc) sản xuất các loại xe lu rung CLG614, CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu bánh lốp CLG626R, xe lu chân cừu CLG614 có công suất 120-175HP, lực rung 135-360kN (hình 1.5). Việc lựa chọn loại máy đầm để sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ loại đất và tính chất cơ học của đất làm nền công trình, điều kiện mặt bằng thi công và tính năng kỹ thuật của thiết bị. Kinh nghiệm sử dụng máy đầm lèn đất ở nhiều nƣớc công nghiệp tiên tiến cho thấy [21]: máy đầm tĩnh là loại máy đƣợc sử dụng rộng rãi nhất vì nó có cấu tạo đơn giản, năng suất cao, giá thành tính trên 1m3 đất đƣợc đầm thấp hơn so với loại đầm khác 80- 85% khối lƣợng đầm lèn tại các công trình là do máy đầm tĩnh thực hiện và 20-25% khối lƣợng đầm lèn còn lại là do máy đầm rung, đầm lực động thực hiện.
6 Hình 1.5. Máy đầm chân cừu của hãng Liugong Trong máy đầm tĩnh thì máy lu bánh thép đƣợc dùng phổ biến và thích hợp để đầm lèn mặt đƣờng đá dăm, đƣờng bê tông nhựa, cán mặt bằng các công trình nhà cửa, đầm các loại đất ít dính, đất lẫn đá nhỏ… Máy lu trơn còn có nhƣợc điểm khi đầm, phía trƣớc bánh bị chèn bờ lƣợn sóng do đó tiêu hao nhiều công suất. Ứng suất tiếp xúc nhỏ 0,1-0,46MPa và giảm theo chiều sâu đầm, nên độ chặt của lớp đất phía dƣới khó đạt đƣợc yêu cầu. Chiều sâu đầm nhỏ h≤20cm đối với các máy có trọng lƣợng G=3-4 tấn. Hiện nay, để tăng hiệu quả đầm lèn, khắc phục nhƣợc điểm trên và tăng năng suất ngƣời ta lắp thêm một bánh phụ rung động vào giữa máy, phƣơng pháp này góp phần làm tăng hiệu quả đầm nén đất [1]. Lu bánh hơi đƣợc sử dụng để đầm nhiều loại đất có đặc điểm khác nhau nhƣ đất khô cứng, đất có độ ẩm tƣơng 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.
7 So với các loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh hơi có các ƣu điểm sau: - Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao; - Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đƣờng kính và tải trọng nhƣ 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 cho phù hợp với nhiều loại đất khác nhau; - Chiều dày lớp đất 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 so với chiều sâu đầm của lu bánh cứng và có thể đạt tới 35- 45cm. Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để kéo bánh lu chân cừu. Lu chân cừu thƣờng áp dụng ở những nơi mặt bằng thi công rộng, thƣờng dùng ở các công trình thuỷ lợi nhƣ đê, kè, đập đảm bảo độ chặt và độ ổn định của nền đắp tƣơng đối cao. Lu chân cừu có những ƣu điểm chính nhƣ: - Chiều sâu ảnh hƣởng đầm lớn do áp suất đầm trên các đầu chân cừu tƣơng đối cao; - Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và giá thành đầm nén nhỏ; - Tạo đƣợc mối liên kết tốt giữa các lớp đất đầm. Bên cạnh đó, lu chân cừu còn bộc lộ một số nhƣợc là: - Tính cơ động kém, vận chuyển gặp nhiều khó khăn; - Khi đầm nén đất dính, dẻo phải đảm bảo độ ẩm qui định chặt chẽ; - Bề mặt của lớp đất đầm có độ chặt nhỏ do vấu chân cừu sau khi đầm lại xới lên.
8 Ở một số nƣớc 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 đƣợc dùng để đầm đất dính và không dính, đất khô quá hay ƣớt quá theo từng lớp và độ sâu tới 1,3m. Tuy nhiên máy đầm này có nhƣợc điểm cấu tạo phức tạp, giá thành một đơn vị cao, khoảng gấp 2 lần giá thành đầm 1m3 đất bằng các loại máy đầm tĩnh [21]. Do đó nó đƣợc dùng ở những công trình có yêu cầu đặc biệt nhƣ nhà máy thuỷ điện, khu công nghiệp lớn hoặc các công trình quân sự. Máy đầm rung đƣợc dùng để đầm đất hạt rời có kích thƣớc khác nhau, lực liên kết không lớn lắm nhƣng phải có độ ẩm cao nhƣ đất cát, đá lẫn cát, sỏi, đá vụn. Theo đặc tính làm việc của bộ phận công tác máy đầm rung có các kiểu nhƣ đầm bàn rung, lu rung, đầm cóc. Đầm bàn rung là một trong những loại đầm đƣợc dùng nhiều nhất, loại này cũng có 2 kiểu loại đầm bàn dùng tay kéo và loại tự hành. Loại dung tay kéo có kích thƣớc và khối lƣợng 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 lƣợng tối đa 10 tấn, diện tích tiếp xúc với mặt đất tới 4m2, loại này có ƣu điểm lực đầm lớn, chiều sâu ảnh hƣởng tới 1m, có khả năng tự hành, có thể điều chỉnh để phù hợp với độ ẩm, đầm đƣợc nhiều loại đất. Nhƣng có nhƣợc điểm là khối lƣợng lớn, đòi hỏi công suất của động cơ lớn và chỉ hiệu quả khi diện tích bề mặt nền đất rộng. Máy lu rung (còn gọi là đầm chấn động quả lăn), loại này có ƣu điểm là hiệu quả đầm cao do trọng lƣợng bánh lăn nhỏ dẫn đến tiêu hao công suất ít.
9 Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau đƣợc sử dụng trong các công trình xây dựng ở các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣng việc nghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, công nghệ đầm luôn luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu. Trong những năm gần đây xu hƣớng nghiên cứu chế tạo ra các loại máy đầm nén có năng suất cao và khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện thi công khác nhau. Năng suất của máy đầm nén đƣợc nâng cao nhờ tăng vận tốc và tăng khối lƣợng bộ phận công tác. Theo hƣớng này, chi nhánh của Viện nghiên cứu giao thông St.Peterburg (Nga) đã chế tạo máy đầm bánh hơi có khối lƣợng 36,6 tấn cho phép đầm nén các loại nền đất dính với chiều dày lớp đất 40-45cm, năng suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lƣợng 28 tấn, cho phép đầm các loại đất khác nhau với chiều sâu 50cm và năng suất 1200-1400m3/ca. Nâng cao hiệu quả đầm nén của các máy đầm bánh hơi bằng cách lắp các bánh 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 thƣờng, tăng năng suất ca tới 20-30%. Trong công trình [13] 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 đƣợc mô hình động lực học của máy đầm cóc và thiết lập đƣợc phƣơng trình chuyển động hệ ba bậc tự do. Nhờ phần mềm Matlab đã giải đƣợc phƣơng trình chuyển động đã xây dựng, xác định đƣợc giá trị của các phần tử trong phƣơng trình nhƣ độ cứng của các phần tử đàn hồi, vận tốc, gia tốc làm cơ sơ xác định đƣợc các thông số hợp lý của máy đầm rung làm việc hiệu quả nhất với độ ẩm đất nằm trong giới hạn từ 10-15Hz cho biên độ dao động lớn nhất A=73mm. Trong công trình [18] tác giả Balasov. V.P và Petrovich. P.P (Nga) đã xác định chế độ làm việc hiệu quả của máy đầm rung khi đầm lèn nền công trình với hỗn hợp xi măng và các loại đất nền khác nhau. Kết quả nghiên cứu
10 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, thời gian đầm 7s độ chặt đạt đƣợc 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 thành phần hạt là cát hoặc hỗn hợp cát và xi măng với hàm lƣợng nhỏ hơn 15% và chiều dày 0,25m; đất pha sét với chiều dày nhỏ hơn 0,12m có thể thực hiện bằng một lƣợng đầm. Độ chặt đất nền đạt đƣợc không thấp hơn 0,98.γct có thể thực hiện đƣợc 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 lƣợng máy đầm rung nằm trong khoảng 4-6. Độ ẩm đất hợp lý 40-60Hz. Trong công trình [23] các tác giả I.N.Glukhovxev và V.G.Xvetkov đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các loại lực đầm nén đến tính chất của vật liệu. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới 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 trƣờng) cho phép làm chặt nền xi măng ở độ ẩm tối ƣu đến độ chặt 1,75g/cm3 (0,98.δmax) sau 90s làm việc; tăng thời gian rung không ảnh hƣởng đến độ chặt. Khi làm chặt nền xi măng với tải trọng P=5Mpa với số lƣợt đầm 6, 8, 18, 24. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tăng số lƣợt đầm làm tăng độ chặt của nền, sau 24 lƣợt độ chặt đạt 0,99.δmax. Trong công trình [21] tác giả U.M.Vaxiliev cho rằng yêu cầu về độ chặt của nền đƣờng trong những năm gần đây có xu hƣớng ngày càng nâng cao vì đòi hỏi chất lƣợng đƣờng ngày càng cao. Nền đƣờng đƣợc 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. Tƣơng ứng với yêu cầu này thì chiều dày áo đƣờng có thể
11 giảm đi 30-40% mà chi phí xây dựng áo đƣờng chiếm khoảng 50-70% giá thành của con đƣờng, còn chi phí cho việc đầm nén nền đƣờng chỉ chiếm 1,5- 2,5% giá thành đƣờng, từ đó cho thấy rằng đầm nén với Ky cao tức là tăng độ chặt của nền đƣờng sẽ đạt hiệu quả kinh tế cao. Để thực hiện đƣợc yêu cầu đề ra cần phải sử dụng các loại máy đầm hạng nặng có khối lƣợng đến 100 tấn và phải tạo ra ứng suất trên mặt tiếp xúc giữa bộ phận công tác và nền lớn hơn 2-8Mpa. Trong công trình [36] các tác giả I.J.Huxainov và I.E.Evgenhev đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các phƣơng pháp đầm nén đến độ bền của nền đất dính. Để xác định đƣợc sự ảnh hƣởng của phƣơng pháp đầm nén đến độ chặt của nền đất ở trong phòng thí nghiệm các tác giả làm các mẫu thí nghiệm từ đất có thành phần á sét với các thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới hạn dẻo Wp=13,23%. Độ ẩm tối ƣu Wop=12,88%, khối lƣợng thể tích lớn nhất γ=1,94g/cm3. Mẫu thí nghiệm đƣợc đầm chặt bằng 2 phƣơng pháp đầm tĩnh và đầm bằng lực động bằng quả nặng 2,5kg ở chiều cao 30cm. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới 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 mà còn có những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm làm chặt áo đƣờng. Trong công trình [35] giáo sƣ I.R.Kharkhuta cho rằng sự đầm lèn một loại vật liệu bất kì bào đó chỉ hiệu quả khi trạng thái ứng suất đƣợc sinh ra dƣới tác dụng của bộ phận công tác của máy đầm gần với ứng suất giới hạn bền của vật liệu. Trong qúa trình đầm lèn bê tông asphan, khi dung trọng (độ chặt) tăng lên đạt đƣợc hệ số dung trọng 0,85-0,96, đồng thời modul biến dạng của vật liệu tăng 5 lần, còn giới hạn bền sẽ tăng lên 3 lần. Khi giảm
12 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 đƣờng bê tông atphan nhƣ 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 tiễn rất lớn trong thi công công trình giao thông ở Nga. Trong công trình [25] các tác giả M.P.Koctelov và L.M.Poxatski cho rằng đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan nóng là khâu công việc phức tạp nhất trong công tác thi công đƣờng. Sự phức tạp của khâu công việc này thể hiện ở chỗ chất lƣợng đầm lèn bê tông át phan nóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: kinh nghiệm và trình độ của công nhân, loại bê tông át phan, thiết bị sử dụng, tình trạng kỹ thuật của nền đƣờng… ngoài ra yêu cầu kỹ thuật đối với áo đƣờng vừa phải đảm bảo độ bền, độ chặt cao mà còn phải đạt độ nhẵn, phẳng của mặt đƣờng. Chất lƣợng của quá trình đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan chỉ đạt đƣợc yêu cầu khi tuân thủ khoảng nhiệt độ áo đƣờng 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 nặng làm việc ở nhiệt độ 70-850C. Kết quả khảo sát cho thấy các loại máy đầm đƣợc chế tạo ở các nhà máy thuộc Bộ giao thông Nga chủ yếu là máy đầm 3 trục lăn, trong khi đó ở các nƣớc khác chủ yếu sản xuất loại máy đầm 2 trục lăn. Nhƣng loại này có nhƣợc điểm là vết lăn của trục lăn trƣớc và trục lăn sau không trùng nhau làm cho số lần đầm lèn cần thiết phải tăng lên gấp 2 lần. Ngoài ra, do đƣờng kính trục lăn trƣớc nhỏ, chiều rộng bánh lăn sau nhiều khi không đáp ứng đƣợc yêu cầu của đầm nén áo đƣờng (độ chặt, độ bằng phẳng…)
13 Tác giả khuyến cáo rằng đƣờng 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 hƣởng của bộ phận công tác của các máy đầm tĩnh đến chất lƣợng đầm lèn áo đƣờng cho thấy rằng nếu chọn các kích thƣớc của trục lăn hợp lý thì khi đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan cho phép giảm chiều cao lƣợn sóng của mặt đƣờng phía trƣớc trục lăn và tạo ra đƣợc độ phẳng mặt đƣờng cao nhất. 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc Hiện nay, theo tổng công ty cơ khí xây dựng, ở nƣớc ta có tới 150.000 nhà thầu xây dựng, trong đó có khoảng 2.000 nhà thầu lớn và vừa đang hoạt động với hàng nghìn công trình xây dựng trên mọi miền đất nƣớc đƣợc thi công do đó nhu cầu về máy xây dựng là rất lớn. Tuy nhiên, do ngành cơ khí xây dựng là nhóm ngành sản xuất ra các loại máy móc hạng nặng, có cấu tạo phức tạp, kích thƣớc lớn, khối lƣợng thép lớn, chi phí vận chuyển và thành máy cao, bên cạnh đó chƣa đƣợc quan tâm đúng mức của nhiều bộ ngành nên cho đến nay hầu hết các loại máy xây dựng chúng ta phải nhập khẩu từ nƣớc ngoài. Có thể dễ dàng nhận thấy ở một số tỉnh, thành phố có hoạt động công nghiệp phát triển nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đồng Nai, Bình Dƣơng hàng trăm các bãi bán máy xây dựng sôi động nhiều năm nay. Đối với các loại máy đầm nén đất, do đặc điểm tự nhiên và đất đá ở từng vùng khác nhau, qui mô sản xuất ở các công trình khác nhau cho nên có nhiều loại máy đầm đƣợc sử dụng, nhƣng phổ biến là các loại máy đầm rung do tính ƣu việt và hiệu quả nổi bật của chúng [8]. Một số loại đầm rung sử dụng rộng rãi đƣợc nhập từ Caterpillar, Komatsu (Nhật). Loại đầm trống chân cừu có các mác máy CS-323C, CS431C, CS-433C, JV06H, JV08H, JV16-1, JV25-3,… Ƣu việt của các loại