Đồ án nghiên cứu tính toán, thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực solar 130w v

Các đơn vị thi công hiện nay thường được biên chế nhiều chủng loại máy phục vụ thi công, trong đó máy xúc thủy lực một gầu hạng trung được biên chế và sử dụng rộng rãi tại các đơn vị nhưng thiết bị đầm rung phục vụ đầm lèn ta luy đường đắp thì chưa có, việc chế tạo thiết bị đầm rung lắp trên máy xúc thủy lực một gầu hạng trung để đầm lèn ta luy đường nhằm tăng tính đa năng của thiết bị bốc xúc, cho kết cấu gọn nhẹ, tháo lắp đơn giản, tính cơ động cao, thích hợp đầm lèn các hạng mục phức tạp, đạt được các yếu tố năng suất, chất lượng, hạ giá thành… là yêu cầu cần thiết của công tác đầm lèn các tuyến đường hiện nay. Nhằm giải quyết vấn đề trên tôi đã lựa chọn đồ án “Nghiên cứu tính toán, thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực Solar 130W V

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐẦM 5

1.1 Môi trường tương tác của thiết bị đầm 5

1.1.1 Môi trường đất đá trong tự nhiên 5

1.1.1.1 Khái niệm chung về đất 5

1.1.1.2 Các đặc tính cơ lý của đất 6

1.1.2 Nghiên cứu về đất nền đường 12

1.2 Sự tương tác giữa thiết bị đầm và môi trường 18

1.3 Các phương pháp đầm đất trong thi công 20

1.4 Một số máy đầm thông dụng 23

1.4.1 Máy đầm tĩnh 23

1.4.2 Máy đầm xung kích 27

1.4.3 Máy đầm rung 28

Chương 2: XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẦM TẤM RUNG LẮP TRÊN MÁY XÚC THỦY LỰC 31

2.1 Cơ sở để lựa chọn phương án thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực 31

2.2 Xây dựng phương án thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực Solar 130W-V 38

2.3 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế thiết bị đầm tấm Rung 40

2.3 Máy xúc thủy lực Solar 130W-V 41

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẦM TẤM RUNG LẮP TRÊN MÁY XÚC THỦY LỰC SOLAR 130W-V 46

3.1 Xác định các thông số cơ bản của thiết bị đầm tấm rung 46

3.2 Tính toán các thông số động lực học 48

3.2.1 Tính toán các thông số động lực học của thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực Solar 130W-V 48

3.2.1.1 Các giả thiết xây dựng mô hình 48

3.2.1.2 Mô hình toán tương tác giữa máy đầm rung và mặt đất 49

3.2.1.3 Thiết lập phương trình vì phân chuyển động 50

3.2 Tính toán độ ổn định 55

3.2.1 Tính toán độ ổn định tĩnh khi thiết bị đầm chưa làm việc 55

3.2.2 Tính toán độ ổn định khi thiết bị đầm làm việc 57

3.3 Tính toán thiết kế cơ cấu gây rung lệch tâm 59

3.3.1 Tính toán trục lệch tâm 59

3.3.2 Tính toán thiết kế ống lót 67

3.3.3 Tính toán thiết kế giá đỡ 68

3.3.4 Tính toán thiết kế bàn đầm 70

3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực dẫn động và điều khiển thiết bị cắt đầm tấm rung lắp trên máy xúc SOLAR 130W 77

3.3.1 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống dẫn động thủy lực thiết bị đầm tấm .77

3.3.2 Các phần tử thủy lực trên thiết bị đầm tấm 78

3.3.3 Tính chọn mô tơ thuỷ lực 79

3.3.3.1 Lựa chọn kiểu mô tơ thuỷ lực: 79

3.3.3.2 Tính toán các thông số cơ bản của mô tơ 82

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

MỞ ĐẦU

Máy móc thiết bị ngày càng tham gia sâu rộng vào các quá trình sản xuất,thi công công trình dân dụng và quân sự, góp phần nâng cao năng suất lao động,chất lượng công trình và giải phóng sức lao động con người

Việc xây dựng kết cấu hạ tầng phục vụ phát triển kinh tế, quốc phòng, anninh của các lực lượng quân đội ngày càng được Đảng và Nhà nước quan tâmchỉ đạo Dự án đường tuần tra biên giới là một chủ trương lớn của Đảng và Nhànước, một nhiệm vụ chính trị quan trọng mà chính phủ tin tưởng giao cho cácđơn vị quân đội tổ chức triển khai thực hiện

Thi công đầm lèn trên các tuyến đường cho thấy tại rất nhiều các vị trícông trình đi kèm như cống ngầm, hố sâu, bờ kè, mái dốc ta luy nền đắp, do vịtrí vùng đầm sâu, diện tích hẹp, hoặc phải đầm lèn trên mặt đất nghiêng thì cácthiết bị thông thường không thi công được, hoặc nếu thi công thì sẽ rất khókhăn, năng suất thấp và tăng giá thành Thực tế tại các đơn vị thi công đườngtuần tra biên giới hiện nay tại những vị trí trên thường phải sử dụng nhân lựcđầm lèn thủ công

Các đơn vị thi công hiện nay thường được biên chế nhiều chủng loại máyphục vụ thi công, trong đó máy xúc thủy lực một gầu hạng trung được biên chế

và sử dụng rộng rãi tại các đơn vị nhưng thiết bị đầm rung phục vụ đầm lèn taluy đường đắp thì chưa có, việc chế tạo thiết bị đầm rung lắp trên máy xúc thủylực một gầu hạng trung để đầm lèn ta luy đường nhằm tăng tính đa năng củathiết bị bốc xúc, cho kết cấu gọn nhẹ, tháo lắp đơn giản, tính cơ động cao, thíchhợp đầm lèn các hạng mục phức tạp, đạt được các yếu tố năng suất, chất lượng,

hạ giá thành… là yêu cầu cần thiết của công tác đầm lèn các tuyến đường hiện

nay Nhằm giải quyết vấn đề trên tôi đã lựa chọn đồ án “Nghiên cứu tính toán, thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực Solar 130W- V”.

Đồ án gồm có 3chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về thiết bị đầm

Chương 2: Xây dựng và lựa chọn phương án thiết kế thiết bị đầm tấmrung lắp trên máy xúc thủy lực

Chương 3: Tính toán, thiết kế thiết bị đầm tấm lắp trên máy xúc thủy lựcSolar 130W-V

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian và năng lực có hạn nênnội dung đồ án không tránh khỏi những sai sót Vì vậy tôi rất mong nhận được ýkiến đóng góp từ các thầy giáo cùng các bạn học viên để nội dung đồ án đượchoàn thiện hơn Tôi xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐẦM 1.1 Môi trường tương tác của thiết bị đầm

1.1.1 Môi trường đất đá trong tự nhiên

1.1.1.1 Khái niệm chung về đất

Đất trong tự nhiên được chuyển biến từ đá theo quá trình phong hóa, quátrình chuyển dời và trầm tích Các quá trình này xảy ra trong một thời gian rấtdài (hàng vạn năm), đồng thời chịu tác động của các yếu tố tự nhiên như gió,nhiệt độ, nước… tạo nên các lớp đất trên bề mặt trái đất tự nhiên hiện nay

Có nhiều quan điểm để phân loại đất đá tự nhiên, căn cứ vào độ cứng của đấtchia đất thành năm loại sau: đá, pha đá, đất tảng, đất cát, đất sét

Theo nguồn gốc phong hóa đất được chia thành hai loại sau: đất rời và đấtdính

Về đặc điểm cấu trúc của đất, theo [1], coi đất là một vật liệu đa nguyên,tồn tại ở ba dạng: kết cấu hạt đơn, kết cấu tổ ong và kết cấu bông tuyết

(hình 1.1) Trong tự nhiên, các dạng này có thể tồn tại đồng thời trên một loạiđất, cùng lớp đất

Hình 1.1 Các dạng kết cấu cơ bản của đất

Cấu tạo của đất gồm: các hạt rắn (hạt khoáng vật) có kích thước khác nhauđược xắp xếp theo một cách rời rạc, hoặc gắn kết với nhau bởi các lực liên kết,tạo nên thể tích rỗng giữa các hạt, thể tích rỗng có thể chứa nước và không khí,hoặc nước, hoặc không khí (hình 1.2)

Thành phần và kích thước của các hạt rắn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần của

đá gốc và quá trình phong hóa, khi kích thước hạt nhỏ, tồn tại kích thước hạt

nhỏ, đặc tính của các hạt có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của đất, đặcbiệt là các khoáng vật sét có kích thước hạ rất nhỏ, tồn tại cấu trúc phân tử dạngphiến với hoạt tính keo bề mặt lớn.

Hình 1.2 Cấu tạo ba thể của đât

Thành phần nước tồn tại trong đất ở các dạng sau: nước nằm trong các hạt,nước liên kết mặt ngoài của các hạt và nước tự do, thành phần nước sẽ quyếtđịnh đến độ ẩm, độ dẻo, độ dính kết và độ hòa tan của đất Thành phần khôngkhí tồn tại ở trong đất gồm hai loại: khí tự do và khí hòa tan trong nước Sự thayđổi đặc tính và khối lượng các thành phần của đất sẽ quyết định đến đặc tính cơ

lý của đất Điều này có ý nghĩa rất quan trọng khi xem xét, đánh giá môi trườngđất đá và ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn thiết bị làm đất trong quá trình giacông và đầm lèn

1.1.1.2 Các đặc tính cơ lý của đất

Các dấu hiệu thể hiện tính chất của đất có liên quan với nhau và ở các mức

độ khác nhau ảnh hưởng đến quá trình làm việc của máy làm đất

* Thành phần cấp phối

Thành phần cấp phối là một trong những dấu hiệu chính của trạng thái vật

lý của đất.Các loại đất sét, đất cát, đất tảng là kết quả của quá trình phân huỷ tựnhiên và chuyển hoá của hai loại đất đá và đất pha đá Các loại đất trên được tạo

ra bởi các hòn – các cục, hạt các phần tử nhỏ của đất, nước, muối hoà tan cũng

như các dung dịch và hơi Tỷ lệ các hạt trong đất có kích cỡ khác nhau tính theotrọng lượng xác định bằng phần trăm.

* Độ tơi xốp đặc trưng bằng hệ số tơi.

Hệ số tơi là tỷ số giữa thể tích của đất sau khi làm tơi với thể tích ban đầu ởtrạng thái chặt :

(1.1)Trong đó: - V1 là thể tích của đất sau khi làm tơi, [m3];

- V là thể tích của đất ở trạng thái chặt, [m3]

Độ tơi của đất sẽ khác nhau khi đào bằng các loại máy khác nhau và ở các

độ ẩm khác nhau

Bảng 1.1 Phân loại đất, trọng lượng riêng và hệ số tơi

1,2 – 1,31,08 – 1,2

- gK là Trọng lượng đất khô.

* Độ dẻo

Độ dẻo là tính chất thay đổi hình dáng của đất khi tác dụng ngoại lực, lựcthôi tác dụng hình dáng đã thay đổi vẫn tồn tại Đất sét có độ dẻo lớn nhất, đấtcát và sỏi không có tính dẻo Độ dẻo xác định bằng chỉ số dẻo p; chỉ số dẻo p

là hiệu số độ ẩm ở giới hạn chảy c và giới hạn dẻo 

* Độ bết dính của đất

Bết dính là đặc trưng chủ yếu của đất sét thể hiện ở một độ ẩm nhất định.Bết dính là khẳ năng của đất ( chủ yếu là đất sét ) liên kết với bề mặt tiếp xúccủa các bộ phận máy bằng lực liên kết Chẳng hạn đối với thép – lực liên kết đó

có thể đạt tới tới giá trị 1 – 2 N/cm2( 1000-2000N.m2) Có nghĩa là bằng lực liênkết – lực bết dính – có thể giữ được một lớp đất dày tới một mét Trong điều

kiện nhất định ( ở độ ẩm nhất định ) độ bết dính của đất sẽ là nhân tố ảnhhưởng quyết định đến năng suất của máy Do vậy, ngay từ khâu thiết kế, chế tạocũng như trong quá trình sử dụng máy phải tính tới khả năng này của đất, từ đóchọn ra các biện pháp thích hợp loại trừm khắc phục độ bết dính của đất.

Nghiên cứu bản chất lực bết dính người ta thấy : Lực bết dính trên thực tế là lựctác dụng điện tử – phân tử, nó phụ thuộc vào mức độ nước hoà tan trong đất,nghĩa là phụ thuộc vào độ ẩm của đất

Đất có khả năng bắt đầu bết dính, nếu nó có chứa nước hoà tan tương ứngkhi độ ẩm khoảng 10-20% Lực bết dính còn phụ thuộc vào áp lực ban đầu, vàonguyên liệu và độ bóng bề mặt của các mặt tiếp xúc

* Hệ số mat sát đất - đất và đất – thép

Hệ số ma sát xác định lực cản đào đất Trong quá trình đào đát có sự dịchchuyển tương đối đất - đất, đất – thép do đó phát sinh ra các lực ma sát Lực masát này tăng rõ rệt khi vừa đào đất vừa tích luỹ đất trong bộ công tác.Hệ số masát phụ thuộc vào loại và trạng thái đất cũng như trạng thái bề mặt bộ công tác.Mối quan hệ giữa hệ số mat sát giữa đất – thép f1 và hệ số mat sát trong đất - đất

Dưới tác dụng của ngoại lựcđất bị phá vỡ, sựphá vỡ đó chủ yếu do sự dịchchuyển tương đối của hạt này với hạt khác theo mộtmặt phẳng nào đó, ta gọimặt phẳng đó là mặtphẳng trượt, hoặc mặt phẳng dịch chuyển.

Khả năng chống trượt được xác định bởi độ dính kết của đất, nói cách khác làbởi ma sát trong của đất Độ dính kết của đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phầnhạt, độ ẩm, độ nén chặt Lựccản trượt xác định theo Kulon là hàm bậc nhất, phụcthuộc vào ứng suất pháp tuyến

Trong đó: - f2 là hệ số ma sát đất - đất;

- C là lực bám của đất khi trượt – Lực liên kết

Đối với đát không dính (cát khô) công thức trên có thể viết dưới dạng:

 = .f2

Khái niệm lực cản trượt chỉ là khái niệm quy ước, vì quá trình phá vỡ đấtxẩy ra rất phức tạp

* Mô đun biến dạng

Mô đun biến dạng của đất tương tự như mô dun đàn hồi của vật liệu đồngnhất, song còn có đặc điểm riêng:

- Mô đun biến dạng của đất được xác định theo biến dạng toàn phần

- Mô đun biến dạng của đất sẽ thay đổi khi thay đổi độ ẩm và độ lèn chặtcủa đất

- Biến dạng của đất không tuyến tính nên môđun biến dạng có thể đặctrưng khoảng ứng suất nhỏ

Mô đun biến dạng E được xác định theo đường cong giới hạn bền của đất

Bảng 1.4 Hệ số chịu đập p0 và ứng lực nén cho phép đối với bộ di chuyển máy

thiết kế máy phải lưu lý tới đặc điểm này để hạn định phạm vi sử dụng của bộcông tác

1.1.2 Nghiên cứu về đất nền đường

Nền đường là bộ phận chủ yếu của đường, ảnh hưởng trực tiếp đến cường

độ và độ ổn định của kết cấu mặt đường Cụ thể, nền đường yếu, mặt đường sẽbiến dạng, rạn nứt và nhanh chóng hư hỏng, do vậy nền đường phải có đủ cường

độ và độ ổn định, đủ khả năng chống lại các tác dụng phá hoại của các nhân tốbên ngoài Yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới cường độ và độ ổn định của nền đường

là tính chất cơ lý của đất nền đường, phương pháp đắp, chất lượng đầm, biệnpháp thoát nước và biện pháp bảo vệ nền đường

Đất là vật liệu chủ yếu để làm nền đường, có phổ biến ở các nơi, thànhphần kết cấu phức tạp, tính chất cơ lý phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần các hạt,thành phần vật liệu khoáng chất và trạng thái của đất (độ ẩm) như trình bày ởmục 1.1.1 Trong tự nhiên, các tính chất đặc trưng cơ lý của đất nằm trongnhững khoảng giá trị rộng, do yêu cầu chịu tải và độ bền, độ ổn định công trìnhchỉ một số loại với những chỉ tiêu cơ lý đạt được yêu cầu theo thiết kế mới sửdụng làm vật liệu đắp nền đường Trong xây dựng nền đường,theo [2] đất đượcphân loại như sau:

* Theo tính chất xây dựng

- Đá: các loại đá trầm tích, biến chất ở trạng thái liền khối hoặc rạn nứt

- Đá mảnh: các hòn đá rời nhau, có trên 50% (theo trọng lượng) các mảnh

vỡ của nham thạch kích cỡ trên 20mm

- Đất cát: ở trạng thái khô khi rời rạc, chứa không quá 50% các hạt >20mm, chỉ số dẻo Ip < 1

- Đất dính: nhỏ hạt ở trạng thái khô thì kết dính, chỉ số dẻo Ip > 1

- Đất cát, đất dính được phân loại như trình bày trong bảng 1.5 và 1.6

Bảng 1.5 Các loại đất hạt rờiLoại đất Hàm lượng theo kích cỡ

(% T.lượng)

Khả năng sử dụng làm nền đườngXây dựng nền Gia cố kết dính

Cát sỏi Trọng lượng hạt > 2mm

chiếm 25-50%

Rất tốt Gia cố Xi măng

nếu cấp phối tốtCát to Hạt > 0,5mm trên 50% Thích hợp Gia cố Xi măng

nếu cấp phối tốtCát vừa Hạt > 0,25mm trên 50% Thích hợp Gia cố Xi măng

nếu cấp phối tốtCát nhỏ Hạt > 0,1 chiếm trên

75%

Thích hợp nhưngkém ổn định

Ít thích hợp hơncát to

Cát bột Hạt > 0,05 chiếm trên

75%

Ít thích hợp Ít thích hợp hơn

cát toBảng 1.6 Các loại đất dính

Đất Ip

Lượng cát(% trọnglượng)

Rất tốtThích hợp

Ít thích hợpK.thích hợp

Rất tốtThích hợpThích hợp

Ít thích hợp

Thích hợpThích hợpHạn chếHạn chế

Ít thích hợp

Ít thích hợpK.thích hợp

Ít thích hợp

Ít thích hợpK.thích hợp

* Theo mức độ khó dễ

- Đối với phương pháp thi công bằng thủ công, đất được chia ra làm 9nhóm như trình bày trong bảng 1.7

Bảng 1.7 Bảng phân loại nhóm đât

Nhóm

Công cụ tiêu chuẩnxác định nhóm đất

I

Đất phù sa, cát bồi, đất màu, đất đen, đất hoàng thổ, đất

mùn,… Đất đồi sụt lở hoặc đất nơi khác đem đến đổ

(thuộc nhóm 4 trở xuống) chưa bị nén chặt

Dùng xẻng xúc được dễ dàng

II

Đất cát pha thịt hoặc đất thịt pha cát, đất cát pha sét, đất

màu ẩm ướt chưa đến trạng thái dính dẻo Đất nhóm III,

IV sụt lở, đất nơi khác mang đến đổ đã bị nén chặt nhưng

chưa đến trạng thái nguyên thổ, đất phù sa cát bồi, đất

màu, đất mùn, đất hoàng thổ tơi xốp có lẫn gốc rễ cây,

mùn rác, sỏi đá, gạch vụn, mảnh vụn kiến trúc 10% thể

tích nặng 50kg đến 150kg trong 1m3

Dùng xẻng cải tiến ấn mạnh tay xúc được

III

Đất cát pha thịt hoặc đất thịt pha cát, đất cát pha sét có

lẫn gốc rễ cây, sỏi đá, mảnh vụn kiến trúc đến 10% thể

tích hoặc 50kg đến 150kg trong 1m3 Đất cát, đất đen, đất

mùn có lẫn gốc rễ cây, mùn rác, sỏi đá, gạch vụn kiến

trúc từ 10 đến 20% thể tích hoặc 150kg đến 300kg trong

1m3 Đất có tải trọng ngậm nước lớn (>1.7 tấn/m3), đất

đen, đất mùn ngậm nước, đất thịt, cát pha ngâm nước,

đất thịt, đất sét pha thịt, cát pha ngâm nước nhưng chưa

thành bùn

Dùng xẻng cải tiến đạp bình thường đãngập xẻng

IV Đất do thân lá cây mục tạo thành, dùng mai, cuốc đào

không thành mảng mà vỡ vụn ra rời rạc như xỉ; đất thịt,

đất sét nặng kết cấu chặt, đất mặt sườn đồi có lẫn cây

Dùng mai xắn được

sim, mua, rành rành.

V

Đất thịt màu xám, đất mặt sườn đồi ít sỏi, đất đỏ ở đồi

núi, đất sét pha sỏi non, đất sét trắng kết cấu chặt lẫn

mảnh vụn kiến trúc hoặc gốc rễ cây đến 10% thể tích

VI

Đất chua, đất kiềm khô cứng, đất mặt đê, đất đường cũ,

đất mặt sườn đồi lẫn sỏi đá, có sim mua, rành rành mọc

đầy Đất thịt, đất sét kết cấu chặt lẫn sỏi, mảnh vụn kiến

trúc, gốc rễ cây từ 10-20% thể tích hoặc >150 đến 300kg

trong 1m3 Đá vôi phong hóa già nằm trong đất đào ra

từng mảng được, khi còn trong đất tương đối mềm, đào

ra rắn dần lại, đập vỡ vụn ra như xỉ

Dùng quốc bàn cuốc chối tay phải dùng cuốcchim to lưỡi để đào

VII

Đất đồi lẫn từng lớp sỏi, lượng sỏi lẫn từ 25-35% lẫn đá

tảng, đá trái đến 20% thể tích Đất mặt đường đá dăm

hoặc đường đất dải mảnh sành, gạch vỡ; Đất cao lanh,

đất thịt đất sét kết cấu chặt lẫn mảnh vụn kiến trúc, gốc

rễ cây từ >20-30% thể tích > 300 đến 500kg trong 1m3

Dùng cuốc chimnhỏ nặng đến 2.5kg

VIII

Đất lẫn đá tảng, đá trái > 20-30% thể tích Đất mặt

đường nhựa hỏng, đất lẫn loài trai, ốc kết dính chặt vào

thành tảng được (vùng ven biển dùng để xây tường), đất

lẫn bọt đá

Dùng cuốc chimnhỏ nặng đến 2.5kg hoặc dùng

xà beng đào được

IX Đất lẫn đá tảng, đá trái > 30% thể tích, cuội sỏi giao kết; Dùng xà

Đất có lẫn từng vỉa đá, đá phiến ong xen kẽ (loại đá khi

còn trong lòng đất tương đối mềm), đất sỏi rắn chắc

beng, choong búa mới đào được

Từ cách phân loại, đánh giá trên có thể thấy môi trường đất hạt rời (hay còngọi là môi trường hạt rời) là vật liệu cơ bản được sử dụng đắp nền đường, môitrường hạt rời hình thành từ nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo Môi trường đất hạtrời tự nhiên được hình thành từ loại đất rời có trong tự nhiên Môi trường hạt rờinhân tạo là các dạng sản phẩm của đá, pha đá được gia công bằng các máynghiền sàng, các sản phẩm của quá trình khai thác đá dăm, sỏi, cát, than; các loạiđất tảng, đất rời, đất sét, á sét đã được gia công ít nhất một lần trong đó đất sét

Thông thường các loại đất không chứa các tạp chất có hại đều có thể dùnglàm đất đắp nền đường Các đặc tính cơ lý đất đắp có ảnh hưởng trực tiếp đếnchất lượng cũng như tuổi thọ của nền đường; có thể đánh giá ảnh hưởng của nótheo mức độ thích hợp tương ứng sau:

- Đá cục khó phong hóa: thoát nước tốt, cường độ cao, ổn định nước, là vậtliệu có thể sử dụng đắp nền đường trong các trường hợp và các mùa trong nămkhông hạn chế, là loại đất đắp tốt nhất Nhưng khe hở giữa các hòn đá phải đượcchèn chặt để các hòn đá không bị chuyển dịch gây lún dưới tác dụng của trọnglượng bản thân và tải trọng xe chạy.Trong đầm lèn việc tính toán và lựa chọncấp phối vật liệu đắp đường phù hợp giúp chúng ta giải quyết được vấn đề kỹthuật trên

- Đất đá dăm (đá sỏi): thoát nước tốt, hệ số ma sát cao, ổn định nước, dễ thicông đầm chặt là vật liệu đắp rất tốt Nếu hàm lượng đất hạt nhỏ tăng nhiều thìtính thấm nước giảm xuống.

- Đất không dính: tính thoát nước và ổn định nước đều tốt, chiều cao maodẫn rất nhỏ, góc ma sát trong khá cao nhưng dễ rời rạc, dễ bị nước xói mòn, nêncần trộn thêm một ít đất dính hoặc gia cố bề mặt taluy để tăng độ ổn định củanền đường

- Đất á cát: góc ma sát trong tương đối cao lại có tính dính, dễ đầm đểcường độ và độ ổn định, là loại đất đắp tốt

- Đất bụi: do chứa chiều hạt mịn mao dẫn nghiêm trọng, khi khô dễ bị gióthổi bay, rất dễ bị ẩm ướt, khi bão hòa nước có thể bị hóa lỏng do chấn động.Đất bụi là loại vật liệu đắp kém ổn định, khi buộc phải sử dụng cần trộn thêmcác vật liệu khác, tăng cường việc thoát nước, có biện pháp cách ly…

- Đất dính: ít thấm nước, khi khô thì cứng khó đào nhưng sau khi thấmnước thì cường độ giảm nhiều, sự thay đổi thể tích do trương nở và co rút khikhô ẩm tuần hoàn cũng lớn, khi quá khô hoặc quá ẩm đều khó thi công Nếuđầm nén chặt và thoát nước tốt có thể dùng đắp nền đường

- Đất sét nặng: hầu như không thấm nước, lực dính kết rất lớn, khi khô rấtkhó đào đắp, khi ẩm tính trương nở tính dẻo đều rất lớn Tính chất xây dựng của

nó chịu ảnh hưởng khá lớn bởi thành phần khoáng vật: đất sét chứa cao lanh làtốt nhất, tiếp đến là đất sét ilit, đất sét mông-morriolit là kém nhất Đất sét nặngkhông thích hợp để xây dựng nền đường

- Đá mềm: dễ phong hóa (như đá vôi sét, diệp thạch) sau khi ngấm nướccường độ giảm thấp, biến dạng lớn, thường không thích hợp để làm vật liệu đắpnền đường Khi thi công nếu có thể ép vụn, đầm nén đủ chặt thì có thể giảm nhỏ

độ lún sau này

Ngoài ra đất hữu cơ, đất chứa các muối hòa tan quá giới hạn cho phép đềukhông được dùng để đắp nền đường Nếu sử dụng cần phải hạn chế và có biệnpháp sử lý thích đáng Các phụ phẩm công nghiệp như tro bay, xỉ lò cao thuộc

vật liệu khoáng chất cũng có thể sử dụng để đắp nền đường Thực tế cho thấymôi trường hạt rời tồn tại rất phổ biến và là môi trường tương tác của rất nhiềuloại máy làm đất như máy xúc, máy đẩm lèn… Cát, sỏi, đá dăm, than, quặng,đất rải là các lớp cấp phối của nền đường Tính ổn định của môi trường này phụthuộc rất nhiều vào đặc điểm của các hạt, độ ẩm, độ chặt theo thời gian Đối vớimột số hạt (sét, á sét, than…), khi độ ẩm tăng lên, đặc tính của các hạt bị phá vỡ,dẫn đến làm thay đổi từ môi trường hạt rời sang kết dính Nhưng cũng có nhữnghạt (đá dăm, sỏi, cát thô, quặng…) luôn đảm bảo tính ổn định của môi trường.Việc chỉ ra được các đặc tính của môi trường hạt rời có ý nghĩa rất quan trọngtrong xác định các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đất xây dựng nền đường.

1.2 Sự tương tác giữa thiết bị đầm và môi trường

Đất nền đường, khi mới san rải thể tích pha khí trong đất thường lớn, vậtliệu rời rạc, cấu trúc lỏng lẻo, phân bố theo lớp có chiều rộng bằng chiều rộngnền đường, chiều sâu theo tính toán phù hợp với thiết bị đầm, theo công nghệ thicông nền đắp hiện nay thường sử dụng lu rung tải trọng trung bình thì chiều dàylớp rải nền đắp thường 25cm – 35cm; để làm tăng độ chặt, độ ổn nền đường,phải tiến hành đẩy không khí ra ngoài (làm giảm thể tích pha khí, tăng được sốlượng liên kết và tiếp xúc trong một đơn vị thể tích; phát huy được tác dụng chịulực trong nội bộ vật liệu hình thành cấu trúc mới, tăng lực dính, góc ma sáttrong, tính nhớt; giảm tính thấm của vật liệu làm cho nền đường sau đầm có đủcường độ, độ ổn định dưới tác dụng của tải trọng xe và các yếu tố ảnh hưởngcủa môi trường trong suốt quá trình khai thác Thực chất đây là quá trình làmgiảm thể tích mà vẫn giữ nguyên khối lượng của đất, dẫn đến thể tích đất đầmtăng (độ chặt tăng), kết cấu ổn định vững chắc và chịu lực tốt hơn theo yêu cầuchất lượng từng công trình xây dựng Hiệu quả quá trình đầm nèn phụ thuộcnhiều yếu tố, trong đó các yếu tố ảnh hưởng cơ bản nhất là loại đất (thành phầnhạt hay cấp phối đất), trạng thái đất khi đầm lèn (độ ẩm của đất khi đầm),phương tiện đầm lèn (loại đầm và tải trọng đầm của phương tiện đầm lèn)

Quá trình đầm chặt nền đường là quá trình sử dụng các thiết bị đầm chuyêndụng truyền tải trọng vào nền đất để xắp xếp lại vị trí tương đối của các hạt, đẩycác hạt nhỏ lấp đầy khe hở các hạt lớn, làm giảm thể tích lỗ rỗng, tăng bề mặttiếp xúc của các hạt Như trên trình bày, quá trình đầm đất xảy ra với những hiệuquả và tốc độ khác nhau phụ thuộc vào loại đất đá, trạng thái của đất đá, phươngtiện và phương pháp đầm Vì vậy khi đầm đất cần nghiên cứu lý thuyết đầmchặt, nắm được đặc điểm và phạm vi sử dụng của các loại máy đầm, trên cơ sở

đó để chọn loại máy và phương pháp làm việc hợp lý theo từng trường hợp cụthể

Để đầm chặt đất nền đường hiện nay người ta sử dụng các phương phápđầm tĩnh, đầm rung, đầm xung kích (các phương pháp này sẽ được trình bày rõtrong mục 1.1.3) Thực tế do cấp phối đất đắp nền đường thường ở dạng hạt rời,

ít dính và hiện nay do công nghệ thiết kế chế tạo thiết bị đầm phát triển vượt bậcnên thi công đầm chặt đất người ta sử dụng rộng rãi các thiết bị đầm rung hoạtđộng được ở cả hai chế độ đầm tĩnh và kết hợp đầm rung để đảm bảo độ bền nềnđường theo quy định

Dưới tác dụng của tải trọng đầm lèn, trong vật liệu phát sinh sóng ứng biến dạng, dưới tác dụng của áp lực lan truyền của tải trọng đầm, trước hết làcác hạt khoáng và màng mỏng pha lỏng bao bọc chúng bị nén đàn hồi Khi ứngsuất tăng dần do tải trọng đầm lèn trùng phục nhiều lần nên cấu trúc của màngmỏng pha lỏng dần bị phá hoại, cường độ màng mỏng giảm đi, các hạt khoáng

suất-dễ dàng dịch chuyển đến vị trí ổn định mới, hạt nhỏ lấp vào chỗ rỗng còn lạigiữa các hạt lớn (biến dạng không phục hồi tích lũy dần), độ chặt của đất tănglên Độ chặt của vật liệu càng tăng thì sóng ứng suất- biến dạng lan truyền càngnhanh, quá trình đó làm không khí bị đẩy ra ngoài, pha khí trong đất giảm đi, sốlượng liên kết và tiếp xúc trong một đơn vị thể tích tăng lên, giữa các hạt phátsinh các tiếp xúc và liên kết mới

Qua giai đoạn này, nếu tiếp tục đầm độ chặt đất tăng không đáng kể, vớicấu trúc đông tụ, keo tụ thì cường độ vật liệu tăng nhiều do màng chất lỏng bịnén thêm sẽ tạo điều kiện để liên kết biến cứng, tăng ma sát và lực dính.

Trong quá trình đầm, trong môi trường đất luôn phát sinh một sức cản đầm,cản trở biến dạng của nền đất dưới tác dụng của áp lực đầm gọi là sức cản đầmlèn Theo lý thuyết đầm [3] thì sức cản đầm gồm ba thành phần: sức cản cấutrúc, sức cản nhớt, sức cản quán tính

Sức cản cấu trúc phát sinh do liên kết cấu trúc giữa các pha và thành phầncấp phối hạt trong đất gây ra, liên kết cấu trúc giữa các thành phần càng đượctăng cường và biến cứng thì sức cản cấu trúc càng lớn, nó tỉ lệ thuận với trị sốbiến dạng và độ chặt của đất Cụ thể, trong quá trình đầm lèn độ chặt của đấtcàng tăng thì sức cản cấu trúc cũng tăng theo

Sức cản nhớt phát sinh do tính nhớt của màng mỏng pha lỏng bao bọc cáchạt và sự móc vướng giữa các hạt khi trượt gây ra Sức cản nhớt tỉ lệ thuận vớitốc độ biến dạng tương đối đất khi đầm lèn và độ nhớt của vật liệu Sức cản nhớt

sẽ tăng khi cường độ đầm lèn tăng, độ nhớt các màng mỏng pha lỏng tăng hoặcvật liệu sần sùi sắc cạnh

Sức cản quán tính phát sinh do đất đầm có quán tính, nó tỉ lệ thuận với khốilượng dất được đầm và gia tốc khi đầm Sức cản quán tính sẽ tăng nếu vật liệu

có quán tính lớn và gia tốc khi đầm lớn.Như vậy trong quá trình đầm, sức cảnđầm ngày càng tăng do độ chặt, góc ma sát, lực dính, tính nhớt của vật liệu tănglên

1.3 Các phương pháp đầm đất trong thi công

Trong quy trình công nghệ thi công đường, đầm chặt đất là một khâu quantrọng quyết định tới tuổi thọ và chất lượng công trình Đất sau khi đào, đắp làmnền đường sẽ không đảm bảo độ chặt cần thiết, phải tiến hành đầm chặt Hiệnnay các máy đầm đều làm việc theo các phương pháp đầm cơ bản: sử dụng lựctĩnh (máy đầm tính), sử dụng lực xung kích (máy đầm xung kích) và sử dụng lựcrung động (máy đầm rung)

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý đầm

a) lực tĩnh; b) lực xung kớch; c) lực rung động

Theo kết cấu cú thể phõn thành nhúm mỏy đầm lăn tĩnh, mỏy đầm va đập,mỏy đầm rung cú lăn rung và bàn rung (tấm rung) Tựy theo đặc điểm thi cụng,chất liệu yờu cầu mà cỏc mỏy đầm trờn phỏt huy được năng suất đầm, tớnh cơđộng, tiện dụng, kinh tế trong khai thỏc sử dụng mỏy Thực tế đầm lốn tại cỏccụng trỡnh đường tuần tra hiện nay việc sử dụng rộng rói mỏy đầm rung đem lạichất lượng, hiệu quả kinh tế cao

Mỏy đầm tĩnh sử dụng trọng lượng bản thõn để làm chặt đất, quỏ trỡnh làm việctrọng lượng kết cấu của mỏy thụng qua trống lăn truyền vào nền đất, dưới tỏcdụng của tải trọng lu, nền đỏt bị biến dạng, cỏc hạt đất dịch chuyển sỏt gần nhaulàm cho mật độ tăng lờn, đất được đầm chặt, trong quỏ trỡnh đầm lực tỏc dụngkhụng đổi theo thời gian Hiện nay cỏc mỏy đầm loại này cú thể kể đến là cỏcloại lu bỏnh cứng trơn, lu chõn cừu và lu bỏnh lốp Lu chõn cừu khỏc với lu bỏnhcứng trơn là trờn bề mặt con lăn cú cỏc vấu để cú thể cắm sõu vào đất khi lăn Lubỏnh lốp cú bỏnh đàn hồi vỡ vậy vệt bỏnh lu cú thể ỏp chặt với đất và ỏp lựcphõn bố tương đối đều theo chiều sõu so với bỏnh lu cứng Cỏc loại lu cú thểđược kộo theo hoặc tự hành và cú nhiều trọng lượng khỏc nhau Nguyờn lýchung của cỏc loại mỏy đầm tĩnh là vừa lăn vừa truyền lờn nền đường một ỏp lựcnhất định làm xuất hiện biến dạng dư trong đất và do đú đất được lốn chặt Tuynhiờn do sự khỏc nhau về trọng lượng mỏy, cấu tạo của bỏnh lu mà hiệu qua lu

lèn, năng suất và phạm vi sử dụng của mỗi loại lu đối với từng loại đất khácnhau.

Đầm xung kích là một phương pháp đầm chặt có hiệu quả Khi đầm tiếpxúc với mặt đất bắt đầu hiện tượng va chạm, trong đất sẽ xuất hiện trạng tháiứng suất biến dạng Sau khi va chạm, trọng lượng của đầm mất đi trong khoảnhkhắc còn ứng suất ở mặt tiếp xúc giữa đầm và đất sẽ phát triển nhanh và lantruyền trong khối đất làm cho đất chặt lại Tốc độ lan truyền của sóng ứng suấtbiến dạng đạt đến 200-350m/s và tác dụng trên chiều sâu 1,0- 1,2m (với loạiđầm có trọng lượng 0,5 -1 tấn) Như vậy quá trình đầm đất là một quá trình độnglực học, xảy ra nhanh chóng, được đặc trưng bằng thời gian tác dụng ứng suấtrất ngắn và chiều sâu lan truyền trạng thái ứng suất biến dạng thì lại rất sâu

Hình 1.4 Sơ đồ đầm đất bằng máy đầm xung kích

Đầm rung là phương pháp đầm chặt hiệu quả nhất hiện nay Rung độnglàm các hạt và các cục đất bị dao dộng, phân ly, lực ma sát và lực dính giữa cáchạt và các cục đất giảm xuống, khả năng dịch chuyển tương đối của các hạttrong cấp phối đất tăng lên, dưới tác dụng của trọng lượng bản thân thiết bị đầm

và lực gây rung theo chu kỳ, tạo sóng tải trọng truyền vào nền đất, các hạt đất sẽ

di chuyển theo hướng thẳng đứng và sắp xếp chặt chẽ lại, thể tích và độ rỗng đất

đầm giảm, mật độ khối đất được tăng dần lên, đất được đầm chặt hơn Độ chặtđất sẽ tăng theo thời gian và tổng lực đầm.

Hiện nay với sự phát triển của khoa học và công nghệ, thiết bị đầm rungđược chế tạo đa dạng về chủng loại có thiết bị lăn rung là tấm rung, có thiết bịđầm rung tự hành và đầm rung kéo theo, với các cơ cấu gây rung dẫn động điện,thủy lực… có thể đáp ứng hầu hết nhu cầu đầm chặt của các nhà thầu trongphạm vi quy mô đầm lèn lớn

Các thiết bị đầm rung làm việc theo nguyên lý tạo lực rung động theo chu

kỳ kết hợp trọng lượng bản thân thiết bị tạo sóng tải trọng để lèn đất, cho hiệuquả đầm lèn cao nhờ hiệu ứng rung

- Diện tích tiếp xúc giữa đầm và đất ít nên ứng suất đầm giảm nhanh theochiều sâu, do đó chiều sâu mỗi lớp đất đầm ít và phụ thuộc vào tải trọng đầm.

- Khi đầm, phía trước bánh bị chèn thành bờ lượn sóng, do đó tiêu haonhiều công suất

Hình 1.6 Đường lượn sóng đất đầm của máy lu bánh cứng

- Vì tổng hợp lực của trọng lượng đầm và lực kéo hướng về phía chuyểnđộng, dẫn những quả đất trượt theo quả lăn Muốn giảm hiện tượng sóng thìtrước tiên phải dùng đầm lăn nhẹ, sau mới dùng đầm lăn nặng Hoặc dùng máykéo hai, ba đầm lăn, ta bố trí đầm lăn đi đầu nhẹ hơn, còn các đầm lăn sau nặnghơn Ngoài ra còn phải khống chế tốc độ di chuyển của đầm, đầm không được dichuyển quá nhanh vì như vậy tổng hợp lực về phía trước sẽ lớn

- Khi đầm bằng đầm lăn mặt nhẵn với độ ẩm thích hợp, lớp đất phía trêncùng tiếp xúc với đầm nhận được tải trọng đầm nén tốt nhất nhanh chóng trởnên đặc chắc trở thành lớp vỏ cứng, chịu đựng hầu hết trọng lượng của đầm,ngăn cản tác dụng của tải trọng đầm truyền sâu xuống dưới Cần quan tâm đếnhiện tượng này để đảm bảo chiều dày lớp đầm, tránh hiện tượng dải đất quá dàylàm cho các lớp đất phía dưới không nhận đủ tải trọng đầm, chất lượng đầm néngiảm theo chiều sâu

* Đầm lăn có vấu

Máy đầm lăn có vấu cấu tạo bao gồm xe cơ sở và thiết bị công tác

Đặc điểm của máy đầm lăn có vấu:

- Đầm lăn có vấu tạo ra áp suất lớn lên đất Chỉ lên sử dụng đầm lăn có vấu

để đầm những loại đất dính, nhất là đất cục Nếu dùng để đầm đất rời thì hiệuquả sẽ kém, vì hạt đất này dễ chuyển dịch ra các phía và bị vấu đầm làm tunglên, do đó cơ cấu đất bị phá hoại

- Khi đầm lăn qua một vị trí, đất đầm được chia thành 3 lớp a, b, c như hình

vẽ, chỉ có những lớp đất ở dưới vấu đầm (lớp a) là được đầm tốt, còn lớp đất b

bị lèn ép ngang, chưa nhận được tải trọng đầm nén tốt nhất Lớp đất c bị hấttung lên Các lớp đất b và c sẽ được đầm sau khi đổ lớp đất mới lên

* Đầm lăn bánh hơi

Đầm lăn bánh hơi là một loại xe rơ mooc có một hoặc hai trục, mỗi trục có

từ 4 ÷ 6 bánh hơi, mang những tải trọng thay đổi tùy theo yêu cầu của công tácđầm

Hình 1.9 Máy đầm bánh hơi

Đặc điểm:

- Đầm lăn bánh hơi có thể dùng để đầm cả đất dính và đất rời

- Đầm lăn bánh hơi khác với các loại đầm lăn khác là khi đầm thì khôngphải chỉ có đất biến dạng, mà cả bánh hơi cũng biến dạng Trong những lượtđầm đầu tiên, đất còn ở trong trạng thái tơi xốp thì biến dạng của bánh hơi nhỏ

so với biến dạng của đất, đến những lượt đầm sau, khi đất đã được lèn chặttương đối thì hiện tượng xảy ra ngược lại

- Tải trọng đặt len xe truyền qua khối khí ép trong các bánh xe xuống đất.Nhưng chính khối khí ép này quyết định trị số ứng suất cực đại trong đất khiđược đầm Có thể thay đổi áp suất khí trong bánh xe để tìm ra những ứng suấtthích hợp nhất, để có thể đầm chặt bất kỳ loại đất nào trong phạm vi cường độcực hạn của đất

- Áp lực truyền từ xe đầm lăn lên đất phụ thuộc vào mặt tiếp xúc của bánh

xe với đất Càng tăng tải trọng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc cũng tăng, nhưng

áp suất trung bình lên khối đất không thay đổi

- bề mặt tiếp xúc giữa bánh hơi và đất có hình elip Ứng suất tại mặt đấttăng lên rất nhanh đến trị số cực đại, và giữ trị số đó trên thành phần bánh lốp bịnén bẹp, như vậy thời gian tác dụng của bánh hơi lên đất dài hơn so với quả lănbánh cứng Điều này làm tăng hiệu quả đầm đất theo chiều sâu

Hình 1.10 Sơ đồ tác dụng của bánh đầm xuongs nền đất của các máy dầm lăn

bánh cứng và bánh hơi

a) Dưới quả lăn cứng b) Dưới bánh hơi

- Càng tăng tốc độ di chuyển của xe đầm lăn, thời gian tác dụng của bánhhơi lên đất càng ngắn, thì độ sâu được đầm càng giảm Vậy đầm lăn bánh hơicũng như đầm lăn mặt nhẵn cần có một tốc độ đầm thích hợp và cần phải đầmnhẹ sơ bộ trước

- Muốn đầm được đều như nhau ở mỗi nơi thì tải trọng phải được phân bốđều trên các bánh xe, không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất, và sức chịuđựng của mặt đất ở mỗi nơi Do đó khung bánh xe phân ra thành nhiều phần,mỗi phần có thùng chứa vật liệu riêng, để mỗi bánh xe dễ ăn theo mặt đất gồ ghề

và có thể đầm được ở những chỗ đất sâu và đất yếu hơn các chỗ khác

- Khi đầm quả nặng được nâng lên khỏi mặt đất từ 3 ÷ 5 m, rồi cho rơixuống đất để đầm.

Hình 1.11 Máy đầm chày

- Đầm chày có xung lực càng lớn, đầm càng mạnh

- Trình tự đầm bằng đầm chày: Trước tiên đầm nhẹ sơ bộ bằng cách giảmchiều cao rơi của tấm chày khoảng 4 lần Nếu lân cận có móng hoặc công trìnhkhác thì phạm vi đầm phải cách những công trình đó khoảng 2 m để tránh ảnhhưởng Sau đó mới tiến hành nâng chày lên cao như thiết kế đã quy định Chỉđược dừng đầm khi đất đã đạt được độ chối quy định, đó chính là độ lún ổn địnhcủa nền đất sau loạt đầm cuối cùng, Để tránh đầm sót nên đầm với dải đầm có

bề rộng bằng 0,9a (a là cạnh đầm) Để tận dụng lực đầm nên đầm đất từ 2 phíavào trong Đầm đất cách cao trình thiết đế 15cm để sau đó bóc bỏ lớp đất đã bịphá hoại

các hạt đất khác nhau nhiều và lực liên kết giữa chúng nhỏ thì độ chặt của đấtcàng cao.

Đầm rung có các loại như đầm bàn, lu rung …

a)

b)

Hình 1.12 các loại máy đầm rung

a) Máy đầm bàn rung b) Máy lu rungĐầm rung chủ yếu là dùng động cơ lệch tâm để tạo ra lực chấn động Dướitác dụng của lực chấn động liên tục với tần số cao và biên độ nhỏ do đầm chấnđộng gây ra, những hạt cát di động và chuyển động xuống sâu, tới vị trí ổn địnhcủa chúng

Hiệu quả của quá trình đầm chặt còn phụ thuộc vào độ ẩm của đất Khi tăng độ

ẩm của đất đến giá trị độ ẩm tối ưu 0, thì hiệu quả đầm tăng lên vì lực liên kếtgiữa các hạt đất giảm Trong thời gian dao độg nước thừa trong đất sẽ bị đẩy lên

trên mặt đất và thoát ra ngoài Nếu độ ẩm lớn hơ độ ẩm tối ưu thì hiệu quả đầmchặt bị giảm vì lực ma sát và lực liên kết giữa các hạt đất lớn.

Khi tăng lực chấn động thì biên độ chấn động của đất đầm tăng lên Nếulực chấn động tăng lên đến một giá trị nhất định thì dao động của máy dầm sẽgần phù hợp hoặc phù hợp với dao động của đất, sau đó dao động ấy sẽ biếnthiên không theo quy luật và thậm chí có thể tách máy đầm ra khỏi mặt đất-trường hợp xảy ra cộng hưởng

Chương 2 XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẦM

TẤM RUNG LẮP TRÊN MÁY XÚC THỦY LỰC 2.1 Cơ sở để lựa chọn phương án thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực

Đất sau khi đào, đắp được đầm lèn chặt theo từng lớp tạo nền đường theothiết kế Theo qui trình thi công đường của ta hiện nay, nền đường được đắptừng lớp giật cấp vào trong, mỗi lớp dầy từ 200mm đến 300mm, sau khi đắptừng lớp phải tiến hành đầm chặt rồi đắp lớp tiếp theo Như vậy nền đường đãkiểm soát đủ độ chặt theo yêu cầu, nhưng mái dốc ta luy hai bên nền đắp, trongquá trình thi công thiết bị đầm chặt thông thường không đầm lèn được Việc máidốc ta luy không đủ độ chặt sẽ gây mất ổn định do hiện tượng trượt đất, nước dễngấm qua mái ta luy làm mất khả năng chịu lực nền đường, hiện tượng sụt, lún

sẽ phá hoại lớp kết cấu mặt đường, đặc biệt là vào mùa mưa mái ta luy đượcđầm đảm bảo độ chặt, tạo bề mặt bằng phẳng thoát nước tốt trên diện rộng, hạnchế sự bào mòn, phá hoại do dòng nước Nếu mái ta luy không được đầm đảmbảo sẽ gây ra hiện tượng tụ thủy tạo dòng chảy làm sói mòn, sạt lở ta luy, pháhoại nền đường Hiện tượng trên thường gặp những đoạn đường miền núi nửađào, nửa đắp, đường đắp mới mà thường xuyên tiếp xúc với nước như đườngqua vùng chiêm trũng, ao hồ mà đặc biệt là đường ở khu vực đồng bằng sôngCửu Long, khu vực có lượng mưa lớn và nền đất yếu

Thực tế trên tuyến đường kiểm tra biên giới có nhiều đoạn đường khi mớiđưa vào khai thác đã xuất hiện các hiện tượng sụt nở mái ta luy, phải duy tu sửachữa, rất tốn kém về mặt kinh tế Do vậy nhiệm vụ đặt ra cho thiết bị đầm làphải đầm chặt mái dốc ta luy, tạo sự ổn định trượt, chống thấm nước gây pháhoại nền đường để tạo sự ổn định và nâng cao tuổi thọ công trình đường, gópphần nâng cao hiệu quả kinh tế trong khai thác, sử dụng tuyến đường

Hiện nay đầm mái dốc ta luy đường luy nền đường thường sử dụng cácphương pháp thi công chủ yếu sau:

Phương pháp 1 đó là cắt gọt Người ta phải đào đắp phần nền đường có

chiều rộng lớn hơn so với yêu cầu, sau khi đầm xong, xén bỏ lớp đất ngoài cùngtạo thành ta luy đường

Hình 2.1 Thi công mái ta luy theo phương pháp 1

Ưu điểm của phương pháp này đó là sau khi xén bỏ lớp đất ngoài cùng thìkhông cần phải đầm chặt mái dốc ta luy Nhưng nó có nhược điểm đó là khốilượng đào đắp thi công lớn hơn so với yêu cầu, thời gian thi công kéo dài vàtăng giá thành thi công

Phương pháp 2 đó là đầm mặt ta luy Người ta đào đắp nền đường có

chiều rộng theo thiết kế, sau đó đầm mái ta luy đến độ chặt yêu cầu

Hình 2.2 Thi công mái ta luy theo phương pháp 2

Phương pháp này có ưu điểm hơn so với phương pháp 1 đó là giảm đượcđáng kể khổi lượng đào đắp, giá thành công trình và thời gian thi công Nhượcđiểm của nó chính là không dùng được các máy đầm thông dụng để đầm chặtmái dốc ta luy mà cần phải sử dụng các máy đầm chuyên dùng.

Ở nước ta, việc áp dụng phương pháp đắp nền đường rộng hơn so với yêucầu rồi xén bỏ lớp ngoài cùng tạo mái ta luy có độ chặt yêu cầu chưa thực hiệnđược, vì thi công theo phương pháp này làm phát sinh khối lượng thi công rấtlớn, làm tăng giá thành công trình và thời gian thi công Theo quy trình thi côngđường tuần tra biên giới của nước ta hiện nay, nền đường được đắp từng lớp giậtcấp vào trong, mỗi lớp dày từ 20 đến 25cm, sau khi đắp từng lớp phải tiến hànhđầm chặt theo yêu cầu thì mới đắp lớp tiếp theo (hình 2.3a) Khi nền đườngđược đầm đến độ chặt theo yêu cầu thì sẽ dùng mai hoặc xẻng bạt sửa lại thànhmái dốc và đầm lại bằng vồ thủ công hoặc đầm cóc (hình 2.3c), phương phápnày cho năng suất thấp, độ chặt mái ta luy thường không đảm bảo theo yêu cầu

Theo quy định TCVN 4054 – 2005 về thiết kế đường ô tô, ứng với mỗiloại đất nhất định mái ta luy đường sẽ có một độ dốc tương ứng theo bảng dướiđây:

Bảng 2.1 Độ dốc mái ta luy đường đắp

Loại đất đắp

Độ dốc mái ta luy khi chiều cao

đắp

<6m Từ 6 đến 12mCác loại đá phong hóa nhẹ 1:1 đến 1:3 1:1,3 đến 1,5

Đá dăm, đá sỏi, cát lẫn sỏi, xỉ quặng 1:1,3 1:1,3 đếm 1,5Cát to, cát vừa, đất sét, cát pha, đá dễ P hóa 1:1.5 1:1,75

Nhìn vào bảng ta thấy độ dốc trung bình thường rất lớn, có nơi độ dốc lêntới 450 Trong hệ thống đường bộ nước ta, hầu hết các đường có chiều cao thấp,trong đó thường gặp nhất là loại đường có độ cao mặt đường so với mặt đất tự

nhiên từ 0,5 – 3m, như vậy mái ta luy đường có độ rộng từ 1,0 – 5m Các máy luthông dụng thì lại có trọng lượng rất là lớn, mặt khác mái ta luy khi chưa đượcđầm nề đất vẫn còn rất yếu, chưa ổn định Do đó nếu ta dùng các loại máy đầmnày để đầm mái dốc ta luy thì sẽ gây ra hiện tượng sạt nở nhanh chóng và với độdốc lớn sẽ không đảm bảo được điều kiện chống lật cho máy đầm Thế nên takhông thể dùng trực tiếp các loại thiết bị đầm lăn hiện có để đầm mái dốc ta luy,

mà phải tách rời thành 2 bộ phận xe cơ sở riêng và thiết bị công tác riêng Khiđầm xe cơ sở đứng trên nền đường kéo thiết bị đầm lăn thông qua dây cáp

Hình 2.3 Đầm mái dốc ta luy bằng thiết bị đầm lăn tính sử dụng cáp kéo

Phương pháp này thông thường chỉ áp dụng được đối với máy đầm lăntĩnh vì thiết bị công tác liên kết với xe cơ sở chủ yếu dựa vào dây cáp Dây cápnày chỉ có nhiệm vụ là kéo thiết bị công tác lên và thả ra, nhờ có trọng lực bảnthân nên thiết bị công tác tự lăn xuống Việc trích dẫn nguồn động lực để cungcấp cho cơ cấu gây rung nằm trong thiết bị công tác là rất khó khăn vì vị trì củathiết bị công tác so với xe cơ sở trong quá trình đầm liên tục thay đổi Vì vậy màphương pháp này chủ yếu là dùng loại đầm lăn tĩnh Khi đầm trên mái ta luy, do

có độ nghiêng lên toàn bộ trọng lượng của thiết bị công tác không hoàn toàndùng để ép lên bề mặt mái dốc theo phương vuông góc mà một phần trọng

lượng đó kéo thiết bị đầm xuống theo phương song song với bề mặt mái dốc.Cho nên để đảm bảo độ đầm chặt mái dốc ta luy theo yêu cầu thiết kế quả lănđầm cần có trọng lượng thường rất lớn Điều này làm tốn kém thêm vật liệu vàchi phí cho quá trình sản xuất cũng như giá thành thi công của công trình

Ngoài phương pháp sử dụng đầm lăn ta còn sử dụng phương pháp bán thủcông như đầm cóc, với nguyên lý đầm theo kiểu va đập

Hình 2.4 Thiết bị đầm cóc

Loại thiết bị này có ưu điểm đó là có kết cấu nhỏ gọn, dễ vận hành Tuynhiên do phải làm việc trên mái dốc, điều kiện đi lại khó khăn và luôn luôn phảichịu tác động của lực tác động từ máy đầm nên người vận hành rất nhanh mệtmỏi Chính vì vậy mà năng suất đầm loại này thường rất thấp Trọng lượng củamáy cũng nhỏ vì sức khỏe của người giữ điều khiển máy chỉ có hạn, nên chấtlượng đầm cũng không được cao Để giảm bớt được trọng lượng của thiết bịđầm mà chất lượng đầm vẫn được đảm bảo đòi hỏi phải có thêm lực ấn vào thiết

bị đủ lớn Đây chính là cơ sở khoa học để lựa chọn thiết kế thiết bị đầm tấmrung lắp trên máy xúc thủy lực để giải quyết vấn đề này

Máy xúc thủy lực ngày nay là một loại máy rất phổ biến có mặt ở hầu hếtcác công trình xây dựng cả dân dân sự lẫn quân sự Phong phú về chủng loại từ

tải trọng nhỏ tới tải trọng rất là lớn, đa dạng về mẫu mã Cơ cấu công tác củamáy được điều khiển rất linh hoạt qua sự điều khiển của các xi lanh thủy lực,nên ngoài nhiệm vụ chính là xúc đất nó còn có thể cẩu các vật nặng, vỗ bề mặtcác mái ta luy để đầm sơ bộ Thiết bị công tác của nó có tầm với tương đối lớn,ngoài ra khi lắp thêm khớp tháo lắp nhanh thì việc thay thế các thiết bị công tácdiễn ra rất dễ dàng và nhanh chóng Với độ dốc và độ rộng của mái ta luy đườngnước ta hiện nay việc sử dụng các thiết bị đầm thông dụng là điều không thể.Ngoài ra, còn một số vị trí có khích thước bề ngang hẹp không thể sử dụng máyđầm thông dụng như thành, sàn cống, rãnh thoát nước, bờ mương máng… khi

đó người ta nghĩ ra các phương án đó là thiết kế các thiết bị công tác thay thếgầu xúc để đầm đất ở những nơi mà các máy đầm thông dụng không thể làmviệc như thiết bị đầm lăn (lăn mặt nhẵn hoặc lăn có vấu), thiết bị đầm tấm…

Hình 2.5 Thiết bị đầm lăn lắp trên máy xúc thủy lực

Các thiết bị công tác này thường có cấu tạo nhỏ gọn, làm việc linh hoạt và

dễ dàng thay thế với gầu xúc Tuy nhiên đối với đầm lăn thì thường chỉ áp dụngloại đầm lăn tĩnh nên với trọng lượng không được lớn đo đó mà hiệu quả đầmkhông cao Vì vậy mà chỉ để đầm sơ bộ ban đầu mái dốc ta luy Để khắc phụcđược điều này người ta đã chế tạo các thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúcthủy lực Ngoài tác dụng của lực rung còn có cả lực nhấn của tay gầu làm chokết cấu của thiết bị được nhỏ gọn mà hiệu quả đầm vẫn đảm bảo Hiện nay trênthế giới hiện nay đã đưa vào sử dụng rất nhiều các loại thiết bị đầm tấm lắp trên

máy xúc thủy lực, một số hãng tiêu biểu như: Bomag, Demag, Albare (Đức),Sakai, Komatsu (Nhật Bản), Roadpacker, Caterpillar, Ho-Pac (USA)…

Hình 2.6 Thiết bị đầm tấm lắp trên máy xúc thủy lực

Tuy nhiên giá thành của các sản phẩm này khá cao nên các nhà thầu trongnước vẫn chưa mua sắm các thiết bị này nhiều Trong nước đã có nơi nghiên cứu

và chế tạo thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực như Viện Khoa học

và công nghệ Giao Thông Vận Tải, sản phẩm ban đầu đã đem lại những hiệuquả kinh tế kỹ thuật và hiệu quả kinh tế nhất định nhưng vẫn còn có một vài hạnchế như cơ cấu giảm chấn bằng nhíp, chỉ giảm được những giao động theophương đường tâm của nhíp Vì tần số rung của thiết bị đầm rất là lớn nên nếukhông khắc phục triệt để phần dao động này sẽ truyền lên các cơ cấu như cần vàtay cần làm cho các cơ cấu đó chịu lực thay đổi liên tục gây nên phá hủy kết cấu

do mỏi Vì vậy việc tìm ra phương án thiết kế hợp lý để khắc phục nhược điểmtrên là một bài toán cần thiết

Thiết bị đầm tấm thường có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ thông thường cơcấu chính bao gồm tấm rung, cơ cấu gây rung và có cấu giảm chấn Không phải

đi thiết kế xe cơ sở vì ta chỉ thay thế cơ cấu công tác là gầu xúc bằng thiết bịđầm tấm rung Điều này làm tiết kiệm rất nhiều chi phí, thời gian nghiên cứu và

chế tạo xe cơ sở Trong quá trình đầm, ngoài lực tác dụng xuống nền của cơ cấugây rung còn có lực ấn của tay gầu, giúp cho hiệu quả đầm chặt được tốt hơn rấtnhiều Vì vậy mà chế thiết bị đầm tấm lắp trên máy xúc thủy lực là hoàn toànkhả thi và đem lại hiệu quả kỹ thuật cũng như hiệu quả kinh tế cao Đây lànhững cơ sở khoa học để lựa chọn thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máyxúc thủy lực.

2.2 Xây dựng phương án thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực Solar 130W-V.

Căn cứ vào việc phân tích các cơ sở khoa học ở mục trên tôi đưa ra cácphương án thiết kế như sau:

Phương án 1: Thiết kế thiết bị đầm lăn tĩnh dạng bánh lăn có vấu lắp trên

máy xúc thủy lực

1

2

Hình 2.7 Thiết bị đầm lăn tĩnh có vấu

1 Bánh lăn có vấu 2 Cụm liên kết bánh lăn và tay gầu máy xúc

Ưu điểm của phương án này đó là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, đầm được những nơi có đất dính

Nhược điểm của nó đó chính là do trọng lượng đầm không lớn nên chiều sâu đầm hạn chế, chất lượng đầm không cao, không tạo được mặt phẳng trên mái dốc Vì vậy thích hợp trong việc chọn để đầm sơ bộ mái dốc ta luy.

Phương án 2: Thiết kế thiết bị đầm bánh lăn trơn, rung lắp trên máy xúc

thủy lực

Hình 2.8 Thiết bị đầm lăn rung bánh trơn

1 Bánh lăn trơn 2 Cụm liên kết bánh lăn và tay gầu máy xúc

Ưu điểm của phương án này đó là có kết cấu nhỏ gọn,đơn giản, dễ chế tạo, và tạo được chiều sâu đầm lớn nhờ cơ cấu gây rung

Nhược điểm của phương pháp này đó là khi đầm thiết bị công tác tiếp xúcvới mặt đất theo đường hay diện tích rất hẹp do đó thường gây ra bề mặt lượn sóng trên mặt phẳng ta luy Việc điều khiển thiết bị đầm để tạo được mặt phẳng

là rất khó khăn đối với người vận hành

Phương án 3: Thiết kế thiết bị đầm tấm rung lắp trên máy xúc thủy lực

Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị công tác có kết cấu nhỏ gọn, dễ

1

2

dàng liên kết với tay gầu máy xúc Vì đầm theo nguyên lý gây rung và cộngthêm lực ấn của cơ cấu điều khiển thiết bị công tác lên chất lượng đầm cao Có

Hình 2.9 Thiết bị đầm tấm rung

1 Khớp liên kết 2 Cụm cơ cấu gây rung

3 Gối giảm chấn 4 Tấm rung

sử dụng gối đỡ cao su để giảm chấn nên khắc phục được giảm chấn bằng nhíp.Khi đầm tạo được mặt phẳng trên mái dốc ta luy Ngoài mái dốc ta luy có thểđầm được những nơi có bề ngang hẹp như thành cống, sàn cống thoát nước, bờmương máng…

Nhược điểm của phương án này đó là chưa đồng bộ tất cả các thiết bị với

xe cơ sở

2.3 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế thiết bị đầm tấm Rung

Để lựa chọn được phương án thiết kế hợp lý, đảm bảo được yêu cầunhiệm vụ đặt ra là đầm được mái dốc ta luy có chất lượng, đem lại hiệu quả kỹthuật cũng như hiệu quả kinh tế cao cần phải đi so sánh, phân tích các phương

án trên Ta thấy các phương án thiết kế trên đều có ưu điểm là đơn giản, dễ chế