Báo cáo khoa học: "NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ ĐẦM LÈN HỢP LÝ MÓNG VÀ MẶT ĐƯỜNG BẰNG CẤP PHỐI ĐỒI DÙNG CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN VÙNG TRUNG DU BẮC BỘ" pptx

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ ĐẦM LÈN HỢP LÝ MÓNG VÀ MẶT ĐƯỜNG BẰNG CẤP PHỐI ĐỒI DÙNG CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN VÙNG TRUNG DU BẮC BỘ PGS. TS. NGUYỄN VĂN VỊNH KS. NGUYỄN NGỌC TRUNG Bộ môn Máy xây dựng & Xếp dỡ Khoa Cơ khí Trường Đại học Giao thông Vận tải KS. BÙI QUỐC THỊNH Học viên Cao học Trường Cao đẳng nghề TW 1 Tóm tắt: Bài báo trình bày tóm tắt kết quả nghiên cứu của các tác giả. Trong việc lựa chọn các thông số đầm lèn hợp lý móng và mặt đường bằng cấp phối đồi dùng cho đường giao thông nông thôn (GTNT) theo quan điểm khai thác, sử dụng máy thi công. Các tác giả đã xây dựng phần mềm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đầm lèn dựa trên các công thức lý thuyết và tiến hành khảo nghiệm bằng máy thực ngoài hiện trường. Các kết quả thu được có thể sử dụng phục vụ sản xuất và giảng dạy. Summary: The report briefly presents the results of a study on selection of reasonable tamping parameters of base and pavement by aggregates for rural roads with exploitation and use of construction machinery. The authors have developed the software to survey the factors that affect the quality of tamping based on theoretical formulars and on-spot experiments by actual machines. The results can be useful for manufacturing and teaching. CT 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay ở Việt Nam, GTNT là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống kết cấu hạ tầng vật chất - kỹ thuật của nền kinh tế quốc dân. Kinh nghiệm của nhiều nước trên thế giới cho thấy, muốn phát triển nền kinh tế nông nghiệp hàng hoá, đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn, một trong những vấn đề trước hết phải giải quyết là phát triển đồng bộ GTVT. Nhu cầu đầu tư xây dựng đường GTNT ở nước ta là rất lớn, đồng thời đặc điểm của việc xây dựng đường GTNT là phải đảm bảo được yêu cầu sử dụng nguyên vật liệu tại chỗ. Tuy nhiên, việc thi công nền đường GTNT hiện nay chủ yếu vẫn theo các phương pháp thủ công vì vậy năng suất thấp, đường GTNT sau một thời gian ngắn sử dụng sẽ bị lún, nứt, xói lở. Một yêu cầu đặt ra là cần phải có thiết bị thi công bằng cơ giới phù hợp để khắc phục các nhược điểm trên đồng thời cũng cần phải có các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để đề ra một quy trình thi công hợp lý. Bài báo này giới thiệu cách xác định các thông số cơ bản của máy đầm bánh thép, máy đầm bánh lốp bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 (VB 6.0) và các nghiên cứu thực nghiệm giúp khảo sát lựa chọn các thông số đầm lèn hợp lý của thiết bị đầm lèn khi thi công lớp móng và mặt đường GTNT bằng cấp phối đồi. II. NỘI DUNG 1. Ứng dụng ngôn ngữ lập trình VB 6.0 xây dựng chương trình tính toán các thông số lý thuyết của máy đầm bánh thép và máy đầm bánh hơi Các công thức lý thuyết để xác định các thông số cơ bản của máy đầm được diễn giải chi tiết trong [1]. Sau đây chúng tôi xin trình bày phần xây dựng chương trình như sau: a. Xây dựng sơ đồ khối thuật toán xác định các thông số cơ bản của các máy đầm lèn. Để xác định các thông số cơ bản của các máy đầm lèn như: Trọng lượng bánh lăn, chiều sâu ảnh hưởng, áp lực tiếp tuyến lớn nhất tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh lăn và mặt đất, Chúng tôi đã tiến hành tính toán theo sơ đồ khối như sau: CT 2 Máy đầm bánh thép Áp suất đè lớn nhất tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh lăn và mặt đ ất p Trọng lượng bánh lăn G k Chiều sâu ảnh hưởng của lực đầm thực tế h 0 Chiều sâu đầm tối ưu h 1 Trọng lượng máy đầm G max Chiều sâu đầm tối ưu h 0 Chương trình tính toán một số thông số của máy đầm lèn (bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0) Máy đầm bánh hơi Hình 1. Sơ đồ khối xác định các thông số cơ bản của các máy Trên cơ sở sơ đồ khối thể hiện trên hình 1, chúng tôi tiến hành xây dựng các sơ đồ khối thuật toán xác định các thông số cơ bản của các máy như sau: - Sơ đồ khối thuật toán xác định các thông số cơ bản của máy đầm. CT 2 Khởi động chương trình Nhập số liệu (B, E 1 , Q, R, E 0 , W, W 0 ) Áp lực tiếp tuyến lớn nhất tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh lăn và mặt đất: q = B Q Khởi động chương trình Theo sơ đồ thuật toán như trên, bằng ngôn ngữ lập trình VB 6.0, chúng tôi đã xây dựng chương trình tính toán các thông số cơ bản của máy đầm. Chi tiết của việc lập trình thể hiện trong tài liệu [4]. Các kết quả thu được xin trình bày tóm tắt ở phần tiếp theo. b. Các kết quả đạt được sau khi lập trình Sau khi lập trình chúng tôi xây dựng được các chương trình tính toán với các giao diện như sau: Chương trình tính toán trọng lượng bánh lăn G K , áp lực đè lớn nhất tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh lăn và mặt đất p, chiều sâu ảnh hưởng của lực đầm thực tế h 0 và chiều sâu đầm tối ưu h 1 của máy đầm bánh thép (hình 4). Chiều sâu ảnh hưởng của lực đầm thực tế: R.q. w .3,0 o h w 0 = (đối với đất dính) R.q. w w .35,0 o h 0 = (đối với đất không dính) Trọng lượng bánh lăn: G k = R.3 a.E.B 3 1 1 Lưu số liệu Kết thúc chương trình Nhập số liệu (E, λ, Z, W, W 0 , ψ) Trọng lượng máy đầm: Z EG max λ= (kG) Tải trọng của bánh G k = Z G max (kG) Chiều sâu đầm tối ưu đối với đất sét dẻo ψ− = 1 p.G . w w .18.0h k 0 o (cm) Lưu số liệu Kết thúc chương trình Kiểm tra số liệu Kiểm t số liệu ra 01 1 1 ha; B E c ≈= Hình 3. Sơ đồ thuật toán xác định các thông số máy đầm bánh hơi Hình 2. Sơ đồ thuật toán xác định các thông số máy đầm bánh thép CT 2 Hình 4. Tính toán thông số máy đầm bánh thép Từ các kết quả trên chúng ta thấy: - Chương trình có giao diện thân thiện, sử dụng dễ dàng, các thông số nhập vào nhanh chóng, tiện lợi. - Có thể dễ dàng xác định được các thông số cơ bản là thông số đầu ra (trọng lượng bánh lăn G K , áp lực đè lớn nhất tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh lăn và mặt đất p, chiều sâu ảnh hưởng của lực đầm thực tế h 0 và chiều sâu đầm tối ưu h 1 ) của một loại máy khi các thông số đầu vào thay đổi. Hình 5. Các đồ thị quan hệ giữa các thông số đầu vào với đầu ra - Thấy được mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và các thông số đầu ra qua các đồ thị (hình 5). 2. Nghiên cứu thực nghiệm một số các thông số ảnh hưởng của máy đầm lèn đối với mặt đường bằng cấp phối đồi Để khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố như: áp lực đầm, số lượt đầm, vận tốc đầm, chiều dày lớp đất đầm đến chất lượng đầm lèn (được đánh giá qua độ chặt của đất, g/cm 3 ), chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm trên “Kênh đất“ theo lý thuyết mô hình hóa trong Phòng thí nghiệm công trình, thuộc Trường Cao đẳng nghề GTVT TW1 và tiến hành thực nghiệm bằng máy thật ngoài hiện trường. Diễn giải chi tiết quá trình thực nghiệm có thể tham khảo trong tài liệu [4]. Trình tự các bài thực nghiệm được chúng tôi thực hiện theo sơ đồ khối sau đây: Chất lượng đầm lèn Ảnh hưởng của chiều dầy lớp đất đầm (h i ) P = const, V= const n = const, h i thay đổi Ảnh hưởng của áp lực đầm (Pi) V= const, n = const h = const, Pi thay đổi Ảnh hưởng của số lượt đầm (ni) P = const, V= const h = const, ni thay đổi Ảnh hưởng của vận tốc đầm (Vi) P = const, n= const h = const, Vi thay đổi h1 = 2 cm, h2 = 3 cm h3 = 4 cm, h4 = 5 cm P1 = 4 kG, P2 = 5 kG P3 = 6 kG n1 = 1, n2 = 2, n3 = 3 n4 = 4, n5 = 5, n6 = 6 n7 = 7 V1 = (0,2 - 1) km/h V2 = (0,4 - 2) km/h V3= (0,6 - 3) km/h Hình 6. Sơ đồ khối quá trình thực nghiệm Sau khi tiến hành thực nghiệm theo sơ đồi khối ở hình 6 kết hợp với việc xử lý các số liệu chúng tôi có được các kết quả đối với từng bài thực nghiệm như sau: a. Bài thí nghiệm 1: Tìm hiểu ảnh hưởng của chiều dày lớp đất đầm tới độ chặt và độ lún khi lu lèn với các thông số đầm lèn khác là không đổi. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm bằng cách đầm lèn bằng mô hình với các lớp đất có chiều dày khác nhau, sau đó đo độ chặt bằng thiết bị rót cát. Từ kết quả thu được có thể xây dựng được các đồ thị trên hình 7, 8 và 9. CT 2 Hình 7. Ảnh hưởng của chiều cao lớp đất đầm tới độ chặt (tải trọng mẫu P3 = 6 kG tương đương tải trọng thực P = 3700 kG) § é ch Æ t (g /cm 3 ) 1.05 1.15 1.25 1.35 1.45 1.55 1.65 1.75 1.85 012345678 H = 10 cm H = 15 cm H = 20 cm H = 25 cm Số lượt đầm (Lượt) §é chÆt (g/cm3) 1.05 1.15 1.25 1.35 1.45 1.55 1.65 1.75 1.85 012345678 H = 10 cm H = 15 cm H = 20 cm H = 25 cm Số lượt đầm (Lượt) Hình 8. Ảnh hưởng của chiều cao lớp đất đầm tới độ chặt (tải trọng mẫu P2 = 5 kG tương đương tải trọng thực P= 3125 kG) Hình 9. Ảnh hưởng của chiều cao lớp đất đầm tới độ chặt (tải trọng mẫu P1= 4 kG tương đương tải trọng thực P = 2500 kG) §é chÆt (g/cm3) 1.05 1.15 1.25 1.35 1.45 1.55 1.65 1.75 1.85 012345678 H = 10 cm H = 15 cm H = 20 cm H = 25 cm Số lượt đầm ( Lượt ) b. Bài thí nghiệm 2: Tìm hiểu ảnh hưởng của áp lực đầm tới độ lún và độ chặt khi lu lèn với các thông số đầm lèn khác nhau là không đổi. Thí nghiệm được tiến hành bằng mô hình với các tải trọng khác nhau, sau đó đo độ chặt bằng thiết bị rót cát. Từ kết quả thu được có thể xây dựng được các đồ thị dưới đây: CT 2 Hình 10. Ảnh hưởng của tải trọng tới độ chặt khi đầm lèn §é chÆt (g/cm3) 1.05 1.15 1.25 1.35 1.45 1.55 1.65 1.75 1.85 012345678 T¶i träng P= 3700 kG T¶i träng P= 3125 kG T¶i träng P= 2500 kG Số lượt đầm ( Lượt ) Hình 11. Ảnh hưởng của tải trọng tới độ lún khi đầm lèn §é lón (cm) 13.2 13.4 13.6 13.8 14 14.2 14.4 14.6 14.8 15 15.2 012345678 T¶i träng P= 3700 kG T¶i träng P= 3125 kG T¶i träng P= 2500 kG Số lượt đầm ( Lượt ) c. Bài thí nghiệm 3: Tìm hiểu ảnh hưở ng của số lượt đầm tới độ chặt khi lu lèn với các thông số đầm lèn khác là không đổi. Thí nghiệm được tiến hành bằng mô hình với số lượt đầm lèn khác nhau, sau đó đo độ chặt bằng thiết bị rót cát. Từ kết quả thu được có thể xây dựng được các đồ thị dưới đây: CT 2 §é lón tæng thÓ (cm) 13.750 13.675 13.590 13.450 13.450 14.155 13.925 13.2 13.4 13.6 13.8 14 14.2 14.4 14.6 14.8 15 15.2 012345678 Hình 13. Quan hệ giữa số lần đầm lèn tới độ lún khi P= 3700 kG Số lượt đầm ( Lượt ) §é chÆt (g/cm3) 1.592 1.571 1.735 1.735 1.730 1.700 1.652 1.050 1.150 1.250 1.350 1.450 1.550 1.650 1.750 1.850 012345678 Hình 12. Quan hệ giữa số lần đầm lèn tới độ chặt khi P = 3700 kG Số lượt đầm ( Lượt ) d. Bài thí nghiệm 4: Tìm hiểu ảnh hưởng của vận tốc đầm tới độ chặt khi lu lèn với các thông số đầm lèn khác là không đổi. Thí nghiệm được tiến hành bằng mô hình với các vận tốc đầm khác nhau, sau đó đo độ chặt bằng thiết bị rót cát. Từ kết quả thu được có thể xây dựng được đồ thị trên hình 14. §é chÆt (g/cm3) 1.05 1.15 1.25 1.35 1.45 1.55 1.65 1.75 1.85 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 VËn tèc v=1 km/h VËn tèc v=2 km/h VËn tèc v=3 km/h Hình 14. Ảnh hưởng của vận tốc đầm tới độ chặt khi P = 3700; 3125 và 2500 kG Vận tốc đầm (km/h) Từ các kết quả trên chúng ta thấy rằng: - Độ chặt lớn nhất γ = 1,750 g/cm 3 tương đương với hệ số đầm lèn K98 có được là khi đầm lèn với vận tốc đầm thực v = 1 km/h, chiều cao lớp đất đầm H = 15 cm, tải trọng đầm P = 3700 kG. - Độ chặt γ = 1,721 g/cm 3 tương đương với hệ số lèn K97 có được là khi đầm lèn với vận tốc đầm v = 2 km/h, chiều cao lớp đất đầm H = 15 cm, tải trọng đầm P = 3700 kG . - Độ chặt lớn nhất γ = 1,691 g/cm 3 tương đương với hệ số lèn K95 có được là khi đầm lèn với vận tốc đầm thực v = 1km/h, chiều cao lớp đất đầm H = 15 cm, tải trọng đầm P = 3125 kG. - Tóm lại với chiều cao lớp đầm H = 15 cm chỉ nên đầm với vận tốc đầm v ≤ 2 km/h và không nên đầm với tải trọng đầm P = 2500 kG. - Sau khi nghiên cứu, chúng tôi đã lựa chọn được các thông số đầm lèn hợp lý khi thi công lớp móng và mặt đường bằng cấp phối đồi đó là: Chiều cao đầm H = 10-20 cm; Số lần đầm n = 6 lượt; Tải trọng đầm P = 2500 - 3700 kG; Vận tốc đầm V ≤ 2 km/h. III. KẾT LUẬN Công trình nghiên cứu của chúng tôi đã đạt được một số kết quả sau đây: 1. Đã xây dựng được chương trình tính toán các thông số cơ bản của máy lu bánh thép để so sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết. Ngoài ra, nó còn có thể sử dụng trong tính toán, thiết kế, chế tạo máy đầm nhằm giải quyết bài toán thiết kế một cách nhanh chóng, hiệu quả và tin cậy. 2. Đã tiến hành thực nghiệm để xác định các thông số đầm lèn hợp lý như: chiều dầy lớp đất đầm, áp lực đầm, số lượt đầm và vận tốc đầm. Một số kết quả thực nghiệm được tiến hành bằng mô hình, ngoài ra còn dùng máy thật (máy san và lu) để thực nghiệm, kiểm tra trên hiện trường. Hai loại kết quả thu được bằng hai hình thức: Thí nghiệm trong phòng và thực nghiệm ngoài hiện trường là tương tự như nhau, do đó kết quả thu được từ các thí nghiệm bằng mô hình là có thể tin cậy được. Kết quả này có thể được sử dụng để lựa chọn các giải pháp kỹ thuật đầm lèn móng và mặt đường bằng cấp phối đồi. CT 2 Tài liệu tham khảo [1]. PGS. TS. NGƯT Vũ Thế Lộc, . Máy làm đất, Nhà xuất bản GTVT - Hà Nội – 1997. PGS. TS. NGƯT Vũ Thanh Bình [2]. Viện nghiên cứu chiến lược GTVT - Bộ GTVT. Nghiên cứu chiến lược giao thông nông thôn Việt Nam. [3]. Bộ Giao thông vận tải. Đường Giao thông nông thôn – Tiêu chuẩn thiết kế đường – 22TCN 210 – 92 – Hà Nội 1992. [4]. KS. Bùi Quốc Thịnh. Nghiên cứu lựa chọn thông số đầm lèn hợp lý móng và mặt đường bằng cấp phối đồi dùng cho đường GTNT vùng trung du Bắc Bộ. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật; Hà Nội 10/2008♦ . NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ ĐẦM LÈN HỢP LÝ MÓNG VÀ MẶT ĐƯỜNG BẰNG CẤP PHỐI ĐỒI DÙNG CHO ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN VÙNG TRUNG DU BẮC BỘ PGS. TS. NGUYỄN VĂN VỊNH KS. NGUYỄN NGỌC TRUNG. giả. Trong việc lựa chọn các thông số đầm lèn hợp lý móng và mặt đường bằng cấp phối đồi dùng cho đường giao thông nông thôn (GTNT) theo quan điểm khai thác, sử dụng máy thi công. Các tác giả đã. Nội 1992. [4]. KS. Bùi Quốc Thịnh. Nghiên cứu lựa chọn thông số đầm lèn hợp lý móng và mặt đường bằng cấp phối đồi dùng cho đường GTNT vùng trung du Bắc Bộ. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật; Hà Nội