CÁCH TIẾP cận mới TRONG điều KHIỂN THÔNG số THI CÔNG cọc XI MĂNG đất

HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM CÁCH TIẾP CẬN MỚI TRONG ĐIỀU KHIỂN THÔNG SỐ THI CÔNG CỌC XI MĂNG-ĐẤT Lê Thanh Đức, Nguyễn Hồng Ngân Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP Hồ Chí Minh TĨM TẮT: Có nhiều phương pháp thi cơng cải tạo đất yếu, có phương pháp trộn sâu để tạo cọc xi măng-đất Mặc dù phương pháp sử dụng từ lâu, trình thi công cọc phương pháp điều khiển hệ thống thiết bị thi công gần không thay đổi Với tham dự máy tính, q trình điều khiển dễ dàng Tuy nhiên việc lạm dụng máy tính nảy sinh nhiều vấn đề Đó thơng số điều khiển diễn đạt dạng số vô tỉ vốn có ý nghĩa mặt tốn học có ý nghĩa thực tế thay đổi thông số nhỏ Một vấn đề khác, thay đổi phức tạp yếu tố, có yếu tố đan xen có ảnh hưởng trái nhiều thực mục tiêu tạo cọc Điều cần phải khắc phục gây khó khăn lớn đòi hỏi cao tất thành phần hệ điều khiển bao gồm máy móc kỹ cơng nhân vận hành Phương pháp tốn học lập trình điều khiển giải vấn đề Từ khóa: mũi khoan trộn, thiết bị, xi măng – đất, điều khiển Đặt vấn đề Khi cải tạo vùng đất yếu cho cơng trình xây dựng, người ta có nhiều phương pháp như: đóng cọc cứng, xử lý bấc thấm,… Trong phương pháp này, tạo cọc xi măngđất phương pháp sử dụng từ lâu Trong q trình thi cơng tạo cọc, người sử dụng phải điều chỉnh thông số điều khiển cách gần vơ cấp (ví dụ như: áp suất bơm xi măng, tốc độ quay công tác khoan trộn,…) Ngồi ra, tương tác thơng số điều khiển khiến cho việc hợp lý hóa thơng số khó khăn Điều dẫn đến phức tạp vận hành, chi phí khơng cần thiết cho hệ thống máy móc tạo cọc Hiện giới Việt Nam, chưa có nghiên cứu thi công thực tế khắc phục vấn đề Những biện pháp mặt lý thuyết đề xuất báo giải vấn đề Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu thiết kế dựa vấn đề tồn thực tế phạm vi quy mơ lớn q trình cải tạo đất phương pháp tạo cọc xi măng-đất Trong q trình thi cơng cọc xi măng-đất, nhiều yếu tố tham gia vào trình tạo cọc Chúng chia thành nhóm yếu tố Đó là: - - - Nhóm yếu tố liên quan đến thiết bị: vận tốc lên xuống công tác, vận tốc quay công tác, số cánh trộn, số lần trộn m dài, Nhóm yếu tố liên quan đến xi măng đất: áp lực phun xi măng, lượng xi măng cấp ra, thuộc tính đất Nhóm yếu tố khác: suất, cơng suất, chi phí, độ sâu cọc Các yếu tố đan xen ảnh hưởng lẫn nhau, ví dụ cơng suất tăng suất tăng, số vòng quay cơng tác tăng làm cho chi phí tạo cọc tăng theo Đây ảnh hưởng khơng mong muốn Có quy luật chung xem xét yếu tố dựa tính hữu ích, biến đề cập đến biến đổi tuyến tính Hoặc cao tốt, thấp tốt Để tổng hợp tất yếu tố ảnh hưởng này, giải pháp đưa ra, xây dựng hàm Y gồm biến đề cập Hàm Y gồm yếu tố thành phần biến đổi đồng hướng Tất biến không đạt đồng biến chung nhóm tiêu Y, đưa biến vào số nghịch đảo Hàm Y gồm đặc điểm thành lập sau: Trang 313 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM điều dẫn đến công suất yêu cầu (N) lớn, thời gian trộn lớn… tiêu suất chi phí khơng đạt Việc dẫn đến hàm Y có giá trị lớn đảm bảo tính hợp lý thơng số tương tác lẫn Trong đó: - dsau: độ sâu cọc nq: số vòng quay trộn scanh: số cánh trộn N: công suất tiêu tốn ttr: thời gian trộn d: đường kính cọc p: áp lực phun mximang: lượng xi măng tiêu thụ Hàm Y có giá trị số thực Các biến số tự nhiên Kết Dựa vào hàm Y, nhận thấy rõ ràng là: hàm Y có giá trị lớn tốt Hàm Y đồng thời giải vấn đề tương tác lẫn tham số, phức tạp tính tốn tương tác Ví dụ như: đường kính cọc (d) lớn tốt Với phát triển hệ thống đo lường máy tính nay, hàm Y tính tốn, lập trình điều khiển với tham số đưa vào có giá trị thay đổi vô cấp Tuy nhiên nhiều hệ thống, việc thay đổi lại dựa thủ công, điều khiển tay Ví dụ điều khiển áp suất bơm xi măng Áp suất số thực (đơn vị đo là: Mpa) thay đổi vô cấp Mục tiêu cuối mong muốn chất lượng cọc đáp ứng yêu cầu đặt với yếu tố ràng buộc hợp lý Trong q trình thi cơng việc theo dõi thơng số thay đổi vơ cấp khơng có ý nghĩa nhiều Để làm giảm phức tạp ta chia cấp điều chỉnh thành số tự nhiên bảng đây: Bảng Đề xuất sơ số cấp tiêu Chỉ tiêu Độ sâu tức thời (dsau) Số vòng quay trộn (nq) Số cánh trộn (scanh) Công suất yêu cầu (N) Thời gian trộn (ttr) Đường kính cọc (d) Áp lực phun (p) Lượng xi măng tiêu thụ (mximang) Loại đất tương ứng (1-3) Trang 314 Số cấp – 30 cấp (độ sâu lớn cấp cao) – cấp (số vòng quay trộn nhiều cấp cao) – cấp (số cánh nhiều cấp cao) – 30 cấp (số cấp cao công suất lớn) – cấp (tăng dần theo thời gian trộn) – 10 cấp (tăng dần theo đường kính) – 10 cấp (tăng dần theo áp lực) – cấp (tiêu thụ nhiều cấp cao) – cấp (đất cứng cấp cao) HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Nhìn vào bảng thơng số này, nhận biết dễ dàng, giá trị hàm Y hữu hạn (theo bảng khoảng 27.000.000 giá trị) Mục tiêu bảng thay giá trị số thực vốn không cần mức xác khó nhận biết chất lượng cọc thực tế giá trị bước (số tự nhiên) nhận biết thay đổi rõ ràng kiểm nghiệm sản phẩm cọc Mặc dù số lượng giá trị Y nhiều nhiên khống chế thơng số đầu vào giá trị Y giảm bớt Điều thấy mơ tả ví dụ Các tiêu sau chia thành cấp khắc phục thêm vấn đề là: tiêu khống chế giới hạn giới hạn khống chế việc đưa vào thông số vượt giới hạn Ví dụ: đường kính cọc trộn cao thấp, cao vượt khả làm việc máy, lãng phí lớn lớn cơng suất, thời gian trộn… q thấp khơng đảm bảo mục tiêu cải tạo Việc khống chế khiến cho trình điều khiển trở nên dễ dàng Việc xây dựng hàm Y dựa số tự nhiên có hữu ích nữa, đơn giản khối lượng tính tốn (ví dụ quan hệ cơng suất yêu cầu, số cánh trộn, thời gian trộn, quan hệ tính tốn phức tạp đơn giản hóa hàm này) Bằng cách khống chế số thông số đầu vào biết trước đề xuất thơng số hợp lý thời điểm thi cơng cọc Sau ví dụ cho trọng Bảng Với giá trị đầu vào cho bảng nhận thấy rõ ràng: Hình với cấp độ sâu dsau = 30 Hàm Y có trị lớn Ymax = 46,83 Dựa vào đồ thị thấy Giá trị Y tương quan với hai biến tạo thành mặt nghiêng Kết có nhờ vào việc lập trình máy tính Bài báo đề xuất sử dụng ngơn ngữ lập trình MATLAB 2016a Giá trị cần thiết để điều khiển thể “lưới” giá trị, biết nhờ nút bấm đơn giản chuột Cần lưu ý tất giá trị thể lưới có ảnh hưởng đến thơng số chất lượng cọc “lưới” thưa hay dầy Khi lập trình, báo đặt giả thiết biến tham gia đồ thị có tác dụng làm cho giá trị Y (tức Z đồ thị) cao tốt Điều có nghĩa biến N thay 1/N Chúng ta làm điều ngược lại Tức đặt giá trị Y nhỏ tốt Tuy nhiên cần khuyến cáo điều khiển, với biến thay đổi khác nên chọn thống suốt trình lập trình đồng biến nghịch biến Trong đồ thị cho Hình 1, có hai biến thay đổi Điều xây dựng với mục đích cho người đọc dễ hình dung Đối với khơng gian tốn học xây dụng nhiều hai biến nhiên dẫn đến khó nhận biết trực quan Vì quan sát mắt người không gian chiều Do muốn nhận biết yếu tố thay đổi, sử dụng nhiều đồ thị với đồ thị cho cặp nhân tố khác thay đổi Bảng Ví dụ thông số điều khiển thi công Chỉ tiêu Độ sâu tức thời (dsau) Số vòng quay trộn (nq) Số cánh trộn (scanh) Công suất yêu cầu(N) dựa lực cản trục động Thời gian trộn (ttr) Đường kính cọc (d) Áp lực phun (p) Lượng xi măng tiêu thụ (mximang) Loại đất tương ứng (1-3) Giá trị đề xuất Cho mơ tả Hình Cho mơ tả Hình 1-30 10 3 2 1-30 1-30 5 1-5 5 2 2 Trang 315 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Hình Đồ thị mơ giá trị hàm Y (giá trị Z đồ thị) với hai biến thay đổi công suất N (được thể giá trị Y), độ sâu (tức giá trị X) Hình Đồ thị mơ tả giá trị hàm Y (giá trị Z đồ thị) với hai biến thay đổi công suất N (được thể giá trị Y) thời gian trộn (tức giá trị X) Ở Hình 1, giá trị Z hợp lý ví dụ X = 30 (độ sâu lớn nhất), Y = (công suất yêu cầu nhỏ N = 1) Điều nghĩa độ sâu cao lực cản tăng, sản phẩm làm có khối lượng chất lượng đo đạc cần thiết với chi phí hợp lý tương ứng với ràng buộc cho Ở Hình 2, giá trị Y đạt Ymax = 27,5 ứng với N=1 thời gian trộn ttr = Điều nói lên cơng suất trộn nhỏ nhất, thời gian trộn Trang 316 nhỏ nhất, có lợi (xét góc độ chất lượng đảm bảo chi phí hợp lý) Kết luận: Các nghiên cứu trước rằng: Quá trình tạo cọc xi măng-đất lập trình điều khiển thủ công Mặc dù số công đoạn lập trình PLC giá trị đầu kiểm sốt máy tính Những tương tác phức tạp đề cập không hợp lý hóa Ví dụ hệ thống đây: HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Hình Màn hình thiết bị tự động đo đạc kiểm sốt chất lượng (FGE, 2014) Hình Thiết bị cho phép nhìn thấy biểu đồ kiểm sốt chất lượng, nhiên không cho thấy giá trị hợp lý hóa cho thay đổi (ảnh chụp Maclcom Drilling Company) Thiết bị kiểm soát chất lượng thông qua thông số: tỉ lệ xi măng, lượng phun, tốc độ xuống công tác không kiểm sốt tương tác dẫn đến điều khiển hiệu Đối với hệ thống giá trị thông số hệ thống phụ thuộc lẫn đan xen biến đầu vào thay đổi: - - - Công suất yêu cầu N phụ thuộc vào: áp lực phun, lượng xi măng tiêu thụ, số vòng quay, lực cản đất Lực cản đất lại phụ thuộc vào: độ sâu cần đạt tới cọc, biên dạng công tác khoan trộn đất, loại đất thi cơng, đường kính cọc Năng suất: phụ thuộc vào công suất N, tốc độ lên xuống cơng tác, đường kính cọc, thời gian triển khai lắp đặt máy, thời gian Trang 317 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM thi công cọc, độ tin cậy máy, số lượng máy có, chủng loại thiết bị Các hệ thống mơ tả hàm tốn học khơng có biến đại diện đan xen mà phụ thuộc vào mục tiêu ưu tiên Ví dụ: hệ thống muốn ưu tiên thời gian thi công ngắn tốt Trong hệ thống chi phí tăng lên yếu tố: số lượng máy phục vụ cần lớn hơn, công suất yêu cầu lớn lên (nhằm làm giảm thời gian trộn, tăng số vòng quay, thời gian nâng hạ công tác ngắn lại, giảm thời gian triển khai máy) Và số yếu tố khác như: số lượng nhân cơng tăng, chi phí khác cho tổ chức thi công, bảo hộ lao động, đăng kiểm,…) Bằng hàm Y xây dựng giải phần quan trọng lập trình điều khiển, giúp việc giám sát dễ dàng hơn, hạn chế lãng phí giới hạn thơng số q trình thi cơng cọc tránh đưa giá trị điều khiển thi công vượt ngưỡng thực tế thi cơng máy Đồng thời tránh phải theo thông số TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] M E B D.A Bruce, A.F Dimilio, "Deep Mixing: QA/QC and Verification Methods." P D Gray Mullins, P E and Manjriker Gunaratne, Ph D., P E., SOIL MIXING DESIGN METHODS AND CONSTRUCTION TECHNIQUES FOR USE IN HIGH ORGANIC SOILS University of South Florida, Civil and Environment Engineering diễn đạt số thực vốn phức tạp ý nghĩa với trực quan cảm giác người điều khiển Hợp lý hóa thơng số dựa hàm số Y tồn số vấn đề cần nghiên cứu thêm Đó là: giá trị hàm Y cao, tốt Tuy nhiên, tầm quan trọng thay đổi biến liên quan đến nhận biết thay đổi chất lượng trình thi cơng cọc khơng biết Cần có thí nghiệm để xem thay đổi Việc phân chia theo dải khác số tự nhiên để đánh giá tầm quan trọng dựa định tính khắc phục phần vấn đề đặt Nhưng lại nảy sinh vấn đề khác dải số thay đổi tùy thuộc vào máy người thiết lập dẫn đến kết khác hàm Y Do cần phải có tiêu chuẩn chung cho vấn đề Một đặc điểm hệ thống cần thêm cảm biến Ví dụ đo mômen xoắn trục động cơ, để định điều khiển công suất sinh [3] [4] N D a G V Lysebetten, "SUMMARY OF THE SHORT COURSES OF THE IS-GI 2012 LATEST ADVANCES IN DEEP MIXING," 31 May & June 2012 G V L Nicolas Denies, "General Report SESSION – SOIL MIXING – DEEP MIXING" 31 May & June 2012 NEW APPROACH IN CONTROL PARAMETERS OF CONSTRUCTION MAKING SOIL – CEMENT MIXING COLUMN ABSTRACT There are many methods to improve soft ground One of these is deep mixing to make soil – cement column Although this way has been used a long time, the method controlling system of equipments is nearly unchanged in building operations With using computer, process of control is easier However, abuse of computer makes some problems The parameters are expressed in irrational numbers These numbers have meanings in math, and they don’t have in practices if variations are small Another problem is the changing of complex factors that interact and have the reverse direction of influences This problem emerges when an operator makes the column The user must overcome all of the obstacles because the issue makes big difficulties Besides, it demands higher complicated control systems of equipment and more skillfull workers Programmer using math solution in control disentangles the matter Keywords: drilled – mixer, equipment system, soil – cement, control Trang 318 ... Company) Thi t bị kiểm soát chất lượng thông qua thông số: tỉ lệ xi măng, lượng phun, tốc độ xuống công tác khơng kiểm sốt tương tác dẫn đến điều khiển hiệu Đối với hệ thống giá trị thông số hệ... hạn chế lãng phí giới hạn thơng số q trình thi cơng cọc tránh đưa giá trị điều khiển thi công vượt ngưỡng thực tế thi cơng máy Đồng thời tránh phải theo thông số TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] M... Số vòng quay trộn (nq) Số cánh trộn (scanh) Công suất yêu cầu (N) Thời gian trộn (ttr) Đường kính cọc (d) Áp lực phun (p) Lượng xi măng tiêu thụ (mximang) Loại đất tương ứng (1-3) Trang 314 Số