Hợp lý hóa điều khiển bộ công tác thi công cọc xi măng đất theo thuộc tính đất

Để tiết kiệm thời gian, nâng cao năng suất và hiệu quả các máy thi công cọc xi măng đất, có thể sử dụng cảm biến lực để nhận biết lực cản của bộ công tác. Chuyển lực cản cắt trên mũi khoan đất thành dữ liệu lưu lại dưới dạng số, sau đó dùng máy tính để điều khiển quá trình tạo cọc của bộ công tác.

64 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 HỢP LÝ HĨA ĐIỀU KHIỂN BỘ CƠNG TÁC THI CƠNG CỌC XI MĂNG ĐẤT THEO THUỘC TÍNH ĐẤT RATIONALIZATION OF CONTROL OF MAKING SOIL – CEMENT COLUMNS BASED ON PROPERTIES OF SOIL Lê Thanh Đức1, Nguyễn Hồng Ngân2 Đại học Bách Khoa TPHCM, Việt Nam, lethanhduc2009@gmail.com, ngan.ng.h@gmail.com 1,2 Tóm tắt: Để tiết kiệm thời gian, nâng cao suất hiệu máy thi công cọc xi măng đất, sử dụng cảm biến lực để nhận biết lực cản công tác Chuyển lực cản cắt mũi khoan đất thành liệu lưu lại dạng số, sau dùng máy tính để điều khiển q trình tạo cọc cơng tác Cơ sở cho điều ứng với loại đất, vị trí xuất giá trị lực cản khác công tác thi công Ứng với vịng quay cơng tác, độ sâu khoan trộn tạo cọc, có giá trị lực cản khác biệt Đó sở để điều khiển hiệu q trình thi cơng Từ khóa: Cột, máy tính, thiết bị, tiết kiệm, lực, ximăng – đất Chỉ số phân loại: 2.4 Abstract: In order to save time, improve the productivity and efficiency of the cement pile drilling machines, the force sensor can be used to identify the resistance of the workpiece Transfer the cutting force on the drill bit to the data stored in digital form, then use the computer to control the pile formation of the work The basis for this is that for each type of soil, different positions of resistance will appear on the work set during construction For each rotation of the task, each of the depths of the pile drilling creates a different resistance value This is the basis for effective control of the construction process Keywords: computer, column, equipment, economy, force, soil – cement Classification number: 2.4 Giới thiệu Hiện nay, giới Việt Nam Cọc xi măng – đất lựa chọn phương pháp gia cố yếu Q trình điều khiển cơng tác thi cơng cọc dựa liệu có, liệu bao gồm: Đặc điểm khí hậu, địa chất, điều kiện máy móc, nhân lực… Trong liệu trên, việc khảo sát địa chất nhân tố quan trọng Điều thi công cọc đặc tính đất định phương pháp ứng xử điều khiển Ví dụ số liệu : Khối lượng xi măng bơm vào, loại xi măng ướt hay khô, thời gian trộn vị trí dài hay ngắn, tốc độ lên xuống cơng tác, vận tốc quay, công suất, suất, chất lượng, đường kính cọc, khả chịu lực cọc, độ sâu cọc, sử dụng loại máy thi công v.v Cơ tính đất thu thập việc khoan thăm dò địa chất điểm cho trước, độ sâu khác Tuy nhiên điểm thăm dị khơng thể liên tục theo độ sâu diện tích, lý chi phí yếu tố khách quan khác Chính điều này, người ta phải nội suy để liên tục hóa liệu quan trắc Do vậy, dẫn tới số liệu khơng xác Một vấn đề nảy sinh điều khiển cơng tác Đó người sử dụng nhận biết loại đất làm Dẫn đến lượng xi măng bơm ra, số lượt trộn cần có, vận tốc lên xuống … hoàn toàn dựa liệu nội suy vốn lúc phản ánh đặc tính chất đất có Để giải vấn đề trên, gắn cảm biến đo lực với mật độ phù hợp cánh công tác (hình 1, 2) Các cảm biến đo thay đổi liên tục lực tác dụng lưu lại liệu này, thường xuyên so sánh với liệu có để định điều khiển cho phù hợp, nhờ máy tính điều khiển Cơng nghệ khoan trộn tạo cọc trước điều khiển phun xi măng, tốc độ quay, vận tốc lên xuống dựa theo liệu tức thời thu Điều TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 29-08/2018 65 dẫn đến chất lượng cọc xi măng đất sau trộn phải thử giám sát nhiều mẫu thử để đảm bảo chất lượng cơng trình Kết dẫn đến chi phí thời gian gia tăng Mục tiêu đề xuất nghiên cứu nhằm khắc phục nhược điểm Trong phạm vi báo, đề xuất phương pháp nghiên cứu, ví dụ mô giả định lý thuyết vấn đề tồn phương pháp Nội dung nghiên cứu 120 90 30 1500 C1 180 2100 2400 270 300 330 90 Hình Mẫu cơng tác khảo sát 3000 600 330 0 30 60 C2 120 270 240 150 180 210 Hình Mơ tả vị trí tiếp nhận liệu cảm biến lực cánh C1 cánh C2 Bộ công tác khoan tạo cọc xi măng đất (hình 3) cơng tác điển hình Các cảm biến gắn cánh (hình 1) đối tượng nghiên cứu Khi gắn cảm biến (Strain gage- điện trở đo biến dạng,), chẳng hạn loại BYM (BKM, BEB)120-1AA-N, có kích thước cạnh: (rộng x dài) = (1,0 x1,9) mm Chúng ta thu liệu lực tác dụng Ví dụ thao tác gắn Strain Gage giới thiệu hình Việc thu thập liệu tiến hành sau: Bộ cơng tác quay vịng trịn lấy điểm gốc 00 (3600) Vị trí gốc vị trí lấy làm chuẩn để bắt đầu đo Cần lưu ý theo cách tổng quát vị trí thay đổi Tuy nhiên để dễ tiếp cận vấn đề báo đề xuất Vị trí C10 vị trí cánh số Tất cảm biến cánh lại lấy thời điểm làm chuẩn để bắt đầu đo Như nhận thấy dễ dàng thời điểm đo chuẩn không gian khác Để hợp lý hóa điều khiển tự động, cần thiết phải xây dựng mơ hình tốn, với sơ đồ khối tính tốn sau: Hình 2.Thao tác gắn Stain gage Hình Sơ đồ khối tính tốn điều khiển cơng tác 66 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 Dựa vào sơ đồ tính tốn này, tác giả đề xuất bảng số liệu sau (bảng 1,2,3) để minh họa Các số liệu giả định, lấy theo catalogue máy khoan tạo cọc xi măng đất có Các số bảng số liệu xếp theo trình tự từ độ sâu tối đa lên đến mặt đất Bảng Dữ liệu giả định lực cảm biến ứng với độ sâu từ 13m tới 30m, lớp đất thứ (1) (2) (3) (4) 304 297 277 306 308 272 302 292 283 290 290 274 298 292 280 294 301 277 300 304 287 306 293 286 309 309 277 10 298 298 288 11 295 302 286 12 307 298 Giá trị trung bình 300.75 298.666 289 281.75 Sai lệch trung bình liệu máy có liệu đo thời điểm bắt đầu(%) Sai lệch trung bình mơmen thời điểm bắt đầu trộn thời điểm kết thúc trộn (%) (5) (6) (7) (8) 13÷30 17 2.2 7.72 0.7222 (300.75-281.75)/300x100=6.33 Ghi chú: a- Các số kí hiệu sau dùng cho tất bảng số 1,2,3 (1) STT vị trí cảm biến; (2) Mômen đo cánh thời điểm bắt đầu trộn, (N.m); (3) Dữ liệu mô men kết thực nghiệm có nhớ máy tính nhờ (tại thời điểm bắt đầu trộn) (N.m); (4) Dữ liệu mô men đo thời điểm kết thúc tương ứng với lệu ban đầu (5) Độ sâu cọc (m); (6) Độ dày lớp đất giả thiết (m); (7) Tốc độ rút bình quân(m/ph); (8) Thời gian trộn tối đa (phút) b-Tốc độ đạt đến giá trị bão hòa [5, tr.70], hay gọi giá trị mà đó, có trộn thêm khơng tăng chất lượng cọc: v = 6.33/7.72 = 0.81 (%/phút) Bảng Dữ liệu giả định lực cảm biến ứng với độ sâu từ 13m tới 13.7 m, lớp đất thứ (1) (2) (3) (4) 291 297 287 302 308 281 290 292 278 310 290 288 307 292 283 304 301 278 303 304 286 306 293 283 309 309 275 10 298 298 286 11 300 302 281 12 290 298 282 300.833 298.666 282.3333 Giá trị trung bình Sai lệch trung bình liệu máy 0.7222 (5) (6) (7) (8) 13÷13.7 0.7 0.35 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 29-08/2018 có liệu đo thời điểm bắt đầu (%) Sai lệch trung bình mơmen thời điểm bắt đầu trộn thời điểm kết thúc trộn (%) 67 (300.83-282.33) / 300 x100 = 6.167 Tốc độ đạt đến giá trị bão hòa v = 6,167/0.35 = 17.61905 (%/phút) Bảng Dữ liệu giả định lực cảm biến ứng với độ sâu từ m tới 12.3 m, lớp đất thứ (1) 10 11 12 Giá trị trung bình Sai lệch trung bình liệu máy có liệu đo thời điểm bắt đầu (%) Sai lệch trung bình mơmen thời điểm bắt đầu trộn thời điểm kết thúc trộn (%) (2) 304 306 302 290 298 294 300 306 309 298 295 307 300.75 (3) 297 308 292 290 292 301 304 293 309 298 302 298 298.666 (4) 277 272 290 279 270 277 288 282 282 279 272 287 279.58 (5) ÷12.3 (6) (7) (8) 12.3 2.2 5.590909 0.69 (300.75 - 279.58)/300x100 = 7.05 Tốc độ đạt đến giá trị bão hòa v = 7.05/5.59 = 1.26 (% / phút) lãng phí lớn thời gian chi phí Bởi Kết Dựa vào số liệu tính tốn rút khơng phải loại đất cần tốc độ số kết sau: rút mức nhau, mức độ trộn Theo bảng số liệu trên, rút biểu đồ sau: Hình Biểu đồ quan hệ chiều dày lớp đất tốc độ đạt đến giá trị bão hòa Biểu đồ cho thấy ảnh hưởng lớn chiều dài lớp đất trộn đến tốc độ giá trị bão hòa đạt Độ dày lớp đất lớn, vận tốc rút cao, tốc độ đạt giảm Điều có nghĩa xử lý lập trình điều khiển việc can dự thay đổi vào hệ thống qua tiết kiệm sức người vận hành, từ dẫn đến sai sót Thơng thường, với cơng nghệ có, người ta thường điều khiển tốc độ rút mức không đổi vào khoảng m/ph, điều gây Hình Biểu đồ so sánh thời gian trộn theo đề xuất, thời gian trộn theo công nghệ tương ứng với chiều dài đoạn cọc Theo biểu đồ thấy thời gian tiết kiệm thi công cọc xi măng đất 68 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 có chiều dài 30m với ba loại đất có độ dày bảng số liệu là: t tk = 0.78 + 0.56 = 1.34 (phút) Tức tiết kiệm 8.9 % so với mức thông thường Kết luận Sử dụng cảm biến, từ xác định thuộc tính đất giúp cho việc xác định thơng số điều khiển cách thích hợp Từ trước đến nay, hoạt động thi công phụ thuộc nhiều vào liệu quan trắc vốn không liên tục Những kết có khơng phủ định thành tựu thi công trước đây, mà bổ sung giúp cho q trình có suất cao hơn, hiệu tự động điều khiển nhằm giải phóng tránh sai sót người Các cảm biến lực phổ biến Việc gắn vào cơng tác khơng địi hỏi kỹ thuật cao Số lượng cảm biến không cần nhiều (chỉ cần từ – cảm biến cho cánh) Do vậy, thực phương pháp hồn tồn khả thi Trong khn khổ báo này, số liệu đưa hoàn toàn dựa giả thiết từ catalogue từ hỗ trợ máy tính Do cần có nghiên cứu thí nghiệm thực tế để minh họa cho phương pháp này Tài liệu tham khảo [1] Lê Thanh Đức (2010), Nghiên cứu công nghệ thiết bị phun trộn tạo cọc xi măng đất gia cố móng yếu Thiết kế-chế tạo-thử nghiệm mơ hình thống cánh quay -trộn hệ thống cung cấp chất kết dính tạo cọc thiết bị Đề tài NCKH,Viện Công nghệ cao, ĐH Nguyễn Tất Thành [2] Zemic Euro Strain Gauge Catalogue., www.Zemiceurope.com [3] Lee W.Abramson Petros P Xanthakos, Donald A Bruce (1994), Ground control and improvement., Copyright C- TN288.X36 1994 by John Wiley & Sons, Inc [4] Keller Holding GmbH, www.KellerGrundbau.com [5] Stefan Larsson (2003), Mixing Processes for Ground Improvement by Deep Mixing., Division of Soil and Rock Mechanics,Royal Institute of Technology Stockholm Ngày nhận bài: 30/5/2018 Ngày chuyển phản biện: 2/6/2018 Ngày hoàn thành sửa bài: 21/6/2018 Ngày chấp nhận đăng: 28/6/2018 ... gian khác Để hợp lý hóa điều khiển tự động, cần thi? ??t phải xây dựng mơ hình tốn, với sơ đồ khối tính tốn sau: Hình 2.Thao tác gắn Stain gage Hình Sơ đồ khối tính tốn điều khiển cơng tác 66 Journal... cứu công nghệ thi? ??t bị phun trộn tạo cọc xi măng đất gia cố móng yếu Thi? ??t kế-chế tạo-thử nghiệm mơ hình thống cánh quay -trộn hệ thống cung cấp chất kết dính tạo cọc thi? ??t bị Đề tài NCKH,Viện Công. .. Kết luận Sử dụng cảm biến, từ xác định thuộc tính đất giúp cho việc xác định thơng số điều khiển cách thích hợp Từ trước đến nay, hoạt động thi công phụ thuộc nhiều vào liệu quan trắc vốn không