CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CẦU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP (XMLT) NHỊP LỚN BẰNG PHƯƠNG PHÁP RUNG ÁP VÁN KHUÔN

CÔNG NGHệ CHế TạO CầU MáNG XI MĂNG LƯớI THéP (XMLT) NHịP LớN
BằNG PHƯƠNG PHáP RUNG áP VáN KHUÔN
ThS. Phạm Cao Tuyến
Trờng Đại Học Thủy Lợi
Tóm tắt: Hiện nay có nhiều công nghệ rung áp dụng cho máng XMLT vỏ mỏng, nhng cha đem lại
hiệu qủa kinh tế cũng nh đơn giản hoá các biện pháp thi công, đặc biệt khó khăn trong việc thi công
máng nhịp lớn. Vì vậy cần thiết nghiên cứu một công nghệ chế tạo máng XMLT nhịp lớn cho phù
hợp. Qua nhiều năm nghiên cứu, dựa trên cơ sở lý thuyết tính toán và thực tế thi công ở xởng thực
nghiệm tại Thị xã Kon Tum cho một số cấu kiện máng XMLT, tác giả và nhóm nghiên cứu đã nghiên
cứu và chế tạo thành công mô hình công nghệ rung áp ván khuôn (rung không dùng bàn rung),
sản xuất đợc máng XMLT nhịp lớn L

12m tại hiện trờng. Chất lợng cấu kiện tốt, hình dáng đẹp,
trang thiết bị đơn giản dễ sử dụng, tiết kiệm nhân lực, ít phụ thuộc vào thời tiết, giảm chi phí bốc dỡ
và lắp đặt, thi công dễ dàng với mọi địa hình phức tạp. Đặc biệt phù hợp với việc thi công cầu máng
XMLT trên cao.
1. Sự cần thiết của công nghệ chế tạo
máng XMLT nhịp lớn
Để phù hợp với xu thế hiện đại hoá hệ thống
kênh dẫn nớc của ngành thuỷ lợi, nhằm tiết
kiệm đất, tiết kiệm nớc, giảm chi phí khai thác,
giảm giá thành công trình, kết cấu XMLT vỏ
mỏng đã đợc nghiên cứu và đang áp dụng rộng
rãi vào các công trình chuyển nớc của ngành
thuỷ lợi, đặc biệt sử dụng máng XMLT cho các
cầu máng nhịp lớn qua sông suối.
Việc nghiên cứu áp dụng thành công công
nghệ chế tạo máng XMLT nhịp lớn rung áp
ván khuôn đã mở ra một hớng mới trong tính
toán thiết kế cầu máng với hình thức kết cấu và
vật liệu mới thích hợp với nhịp lớn, giảm giá

thành công trình, rút ngắn thời gian thiết kế và
thi công, tăng mức độ an toàn cho công trình
khi vợt sông suối có khẩu độ lớn. Công nghệ
này góp phần nâng cao chất lợng cho cầu máng
XMLT nói riêng và kết cấu XMLT nói chung,
tạo ra các kết cấu cầu máng có kiểu dáng đẹp,
tạo niềm tin trong xây dựng công trình thuỷ lợi.
2. Nguyên lý cơ bản
Nguyên lý tạo hình cấu kiện XMLT vỏ mỏng
là dựa trên tính chất của hỗn hợp vữa lắng
xuống và đợc lèn chặt dới tác dụng của xung
lực chấn động. ở phơng pháp này, một hệ đầm
rung đợc sử dụng gắn trực tiếp lên thành ván
khuôn. Hệ đầm rung khi hoạt động sẽ tạo ra các
xung lực chấn động truyền qua thành ván khuôn
vào bên trong cấu kiện, làm cho hỗn hợp vữa xi
măng dao động cỡng bức với biên độ dao động
khác nhau. Khi đó xuất hiện građien vận tốc
biến dạng cắt của các phần tử gần nhau, làm
giảm nội lực ma sát giữa chúng, dẫn đến sự phá
hoại kết cấu, độ nhớt kết cấu giảm đáng kể, phá
hoại mối liên kết nội bộ và giảm nhỏ lực ma sát
nhớt.
Dới tác dụng nh thế của chấn động, hỗn hợp
vữa tơng đối khô cũng trở thành chảy lỏng. Hỗn
hợp vữa chảy ra lấp đầy các khoảng trống trong
khuôn. Dới tác dụng của lực trọng trờng, các
phân tử của hỗn hợp vữa lắng xuống, chiếm thể
tích nhỏ nhất, đẩy nớc thừa và không khí lên
khỏi bề mặt của vữa. ở thời đoạn cuối của mỗi

chu kỳ chấn động, các phân tử của hỗn hợp thực
hiện những chuyển động ngợc chiều nhau (xích
lại gần nhau), mối liên kết phá hoại đợc phục
hồi. Nhờ đó trong quá trình gia công chấn động,
các phân tử hỗn hợp vữa sắp xếp lại chặt chẽ
hơn và trên thực tế hỗn hợp vữa đã đợc đầm
chặt.
1
Hình 1. Máng XMLT nhịp L= 12m, D=1.2m,

= 4cm, H = 1.4m,
sản xuất bằng phơng pháp rung áp tại xởng thực nghiệm Kon Tum
3. Cơ sở tính toán lựa chọn các thông số
cho phơng pháp rung áp ván khuôn
3.1. Đặt vấn đề.
Cần phải thực hiện xong qui trình rung đúc
hổn hợp vữa trớc khi kết thúc thời gian ninh kết
của vữa. Và do ảnh hởng của kết cấu ván khuôn,
mật độ lới thép, chiều dày cấu kiện cần thi công
( 4cm) trong quá trình thi công dễ xảy ra
hiện tợng phân tầng phân cỡ, vì vậy cần phải
thiết lập mối quan hệ giữa biên độ, tần số dao
động rung phù hợp với từng loại mác vữa và
tránh tình trạng kẹt vữa trong ván khuôn.
Cần tính toán phạm vi ảnh hởng của máy
công tác để từ đó xác định vị trí bố trí máy, số l-
ợng máy cần phải sử dụng cho phù hợp với từng
loại cấu kiện.
Thiết lập qui trình công nghệ từ đó áp dụng
vào thực tiễn. Đồng thời kiểm nghiệm lại các

thông số tính toán để hoàn chỉnh lại qui trình.
3.2. Các thông số ban đầu để tính toán.
- Chọn các thông số của đầm rung nh sau :
+ Công suất động cơ N = 1,1kw, số vòng
quay trục chính n = 2850 vòng / phút
+ Cờng độ dòng điện I = 8,75 A, hiệu điện
thế U = 220 V
+ Khối lợng máy m = 10 kg, khối lợng quả
văng m
e
= 2 kg
+ Khoảng cách lệch tâm l
e
= 10 cm
- Thông số vật liệu :
+ Cấp phối vữa xi măng mác M300
+ Tỷ lệ N/X = 0,40; độ sụt S
n
= 4 ữ 6 cm.
- Thông số của máng: Ví dụ tính toán cụ thể
cho một loại kích thớc máng.
+ Mặt cắt ngang máng hình chữ U, chiều dài
nhịp máng L = 12m
+ Đờng kính máng D = 1,2 m, chiều cao
máng H = 1,5m, chiều dày máng = 4cm.
+ Khung thép 6, kích thớc ô thép (150
x150) mm.
+ Lới thép ô (1,2 x 1,2) cm, có 4 lớp, đờng
kính sợi lới thép 1mm.
3.3. Các tính toán cần thiết.

Xét đầm rung đặt vào hệ ván khuôn và xem
đây là một hệ chịu kích động cỡng bức dao
động tuần hoàn. Từ PT: F(t) = A
0
sin (t+) ;
trong đó: A
0
: Biên độ dao động của máy, : tần
số góc, : góc lệch pha ban đầu, t: thời gian
công tác.
Với hệ trên ta giả thiết rằng hiệu suất truyền
động từ máy vào trong thành ván khuôn là
không đổi. Dới tác dụng của lực F(t) làm cho
các phân tử vữa dao động cỡng bức đợc thể hiện
qua PT : F
1
(t) = A
1
sin (t+ )
A
1
: Biên độ dao động tại điểm đang xét:
A
1
=A
0
.
(*)
)(5.0
0

0
rr
e
r
r
ì
ì

: Hệ số tắt dần trong hỗn hợp vữa
r : Khoảng cách mà chấn động lan truyền
đến điểm ta cần khảo sát .
2
r
0
: Khoảng cách từ tâm máy gây chấn động
đến điểm đặt của các xung lực chấn động vào
trong hổn hợp vữa.
Dựa trên nguyên lí tạo hình mà ta đa ra thông
số cần phải xác định: A
1
; r
4. Tính toán và thiết lập sơ đồ bố trí máy
4.1. Tính toán bố trí máy.
Từ các thông số đã biết phải tính toán cần bố
trí bao nhiêu máy trên một ván khuôn là đủ. Nh
vậy cần phải khảo sát vùng ảnh hởng của một
đầm rung trên ván khuôn.
Ta có: F( t ) = A
1
sin (t+ ).

=
)
1
(3.2982850
60
14,32
60
2
s
n
=ì
ì
=ì

A =
cmr
mm
m
e
66,110
210
2
10
1
=ì
+
=ì
+
Chọn hệ số tắt dần trong vữa :
= 0,06cm, bán kính r = 100 cm, r

0
=
40cm
Thay số vào công thức (*) ta đợc:
A
1
= 1,66 .
cme 42,0
100
40
)40100(06,05,0
=ì
ìì
Nh vậy với A
1
= 0,42 cm có thể chấp nhận đ-
ợc.
Để thực hiện tốt quá trình rung cần phải bố
trí máy đầm rung sao cho các máy trong quá
trình làm việc xảy ra hiện tợng cộng hởng để
tăng độ chặt, rút ngắn thời gian rung, lúc này
biên độ dao động đạt đợc trong khoảng A
1
=(0,5
1) là lí tởng.
Từ đây ta có thể đa ra một số loại sơ đồ bố trí
máy trên ván khuôn của nhịp máng dài 12m nh
sau: sơ đồ bố trí 7 máy, 9 máy, 11 máy và sơ đồ
bố trí 13 máy.
4.2. Phân tích chọn phơng án bố trí máy.

Dựa trên sơ đồ bố trí máy ta đi so sánh các
phơng án và chọn ra một sơ đồ bố trí máy hợp lí
phù hợp cho công tác thi công cũng nh công tác
ván khuôn và điều kiện làm việc, vị trí địa lý
của công trình.

Hình 2. Thi công tại chỗ máng nhịp L =12m, bằng phơng pháp rung áp
Ví dụ phơng án bố trí 11 máy trên ván
khuôn: có nguyên lý làm việc nh sau:
Đầu tiên cho kích hoạt máy (1), (2), (3) trong
thời gian t = 10 phút. Cho đến khi vữa đổ đến
ngang vị trí nút thăm hàng thứ 1 thì ta cho tắt
các máy (1), (2), (3) đồng thời kích hoạt các
máy (4), (5), (6), (7) trong khoảng thời gian 15
phút, sau đó tắt các máy (4), (5), (6), (7) và sau
đó kích máy (8), (9), (10), (11) trong khoảng
thời gian t = 15 phút. Đến khi vữa đầy thì kết
thúc qui trình. Với việc bố trí nh trên thì mật độ
sử dụng máy đồng thời lớn nhất là 4 máy. Do
vậy cần phải sử dụng máy phát điện 1 pha hay 3
pha có các thông số cơ bản nh sau :
- Máy phát điện 3 pha: công suất: 8,5kw, c-
ờng độ: 20A, hiệu điện thế : 380 V
- Máy phát điện 1 pha: công suất : 20kw, c-
ờng độ: 80A, hiệu điện thế : 220 V
Nhận xét:- Phơng án này tốn nhiều máy nh-
ng ảnh hởng của dao động lên ván khuôn đồng
đều, chất lợng cấu kiện sẽ tốt hơn.
- Do mật độ sử dụng máy đồng thời là 4 máy
nên vận hành dễ và hiệu quả, thời gian sử dụng

máy đầm rung ngắn.
- Công suất nguồn nhỏ.
3
e) Kết luận chọn phơng án bố trí máy.
Trong các phơng án bố trí máy đầm rung trên
ván khuôn ta chọn phơng án bố trí máy sao cho
kinh tế nhất và khoa học nhất. Phơng án chọn
phải giảm đợc chi phí đầu t máy móc thiết bị,
vận hành đơn giản, tiết kiệm thời gian và nhân
lực. Thời gian thi công một cấu kiện phù hợp
cho việc kiểm tra, bảo dỡng. Đồng thời trong
quá trình thi công, khi có xảy ra sự cố hỏng máy
thì có thể khắc phục kịp thời mà không làm gián
đoạn quá trình rung.
4.3. Xác định độ cứng của ván khuôn.
Theo kết quả tính toán ở trên ta có:
= 298,3 (1/s ).Do A = 0,5 ữ 1 mm, thay
vào công thức P
0,
ta có:
P
0
= mr
2
= 2 x 0,1 ì (298,3)
2
= 17796.58 N
áp dụng công thức:
A =
td

k
p
=> k
tđ
=
15.0
58,17796
ữ
=
A
p
=17769.58 ữ 35593.16N/m
k
tđ
= 17,77 .10
6
N/m ữ 35,55 .10
6
N/m.
Vậy phải chế tạo ván khuôn có độ
cứng k
tđ
= 17.77 .10
6
N/m, là kinh tế nhất.
5. Xác định thời gian rung cho 1 cấu kiện
và các yêu cầu kỹ thuật
Thời gian rung phụ thuộc rất nhiều vào việc
chọn thông số của máy và việc chọn chế tạo ván
khuôn. Việc chọn các thông số máy rung và độ

cứng ván khuôn đã nêu ở phần trớc. Thời gian
để thực hiện xong một qui trình đợc xác định
nh sau:
5.1. Xác định lợng vữa cần phải thi công
trong một đơn vị thời gian.
- Do chọn vữa M300 để thi công, nên ta chọn
thời gian ninh kết thi công lí tởng: t= 60 phút.
Thể tích vữa cần phải sử dụng khi thi công
máng loại 12m trong phạm vi ảnh hởng của máy
đầm rung là: V = 0.44 m
3
=> Thể tích vữa cần phải đổ trong một đơn vị
thời gian: V
yc
=
3
0072,0
60
44.0
m=
/phút
=> Khối lợng cần thi công trong một phút:
m
yc
= 2000 x 0.0072 = 14.4 kg/phút.
Nh vậy trong quá trình thi công ta cần thực
hiện đổ 7.2 kg/phút cho 1/2 cấu kiện.
Lu ý: thực tế máng còn có thanh giằng và tai
máng nên cần chọn khối lợng thực hiện tăng lên
từ 30 50 %.

Nh vậy: m
yc
= 7.2 + 7.2x0,5 = 10.8 kg.
5.2. Xác định thời gian vữa chuyển động
trong ván khuôn (H = 1,5m)
áp dụng công thức :
H = 1/2 at
2
+ V
0
t
=> t
2
=
a
Hì2
(do V
0
=
2
. g =16.97m/s)
Trong đó : a = g = 9,81 m/ s
2
.
Thay vào ta đợc :
1,5 = 1/2 * 9,81. t
2
+ 16.97.t
<=> 4.9t
2

+ 16.97t 1.5=0 => t
1
= 3.5
phút
Thời gian cần thiết để vữa chuyển động từ
thành ván khuôn đến đáy là 3,5 phút.
Từ đây ta có thể xác định đợc thời gian thi công
lý tởng cho một máng XMLT cụ thể với một
thông số hình học cho trớc.
4
H×nh 3. Bè trÝ hÖ thèng ®Çm rung ¸p dïng cho v¸n khu«n trong
5
Hình 4. Thi công máng XMLT tại chỗ bằng phơng pháp rung áp
6. Nhận xét và kiến nghị
6.1. Về kết quả nghiên cứu.
Trên cơ sở các tính toán của lý thuyết và thực
tế thi công máng XMLT tại xởng thực nghiệm
chúng tôi nhận thấy rằng :
Thời gian vữa chuyển động trong
ván khuôn từ thành ván khuôn đến đáy máng
đo đợc là 4 phút. So với tính toán là chấp nhận
đợc.
Trên cơ sở bố trí máy đầm rung
lên ván khuôn thì trong quá trình thi công đã
xảy ra 4 lần cộng hởng nhng biên độ dao động
ấy không đạt đợc lâu do vậy ván khuôn không
bị biến dạng. Đồng thời trong qúa trình rung
không xảy ra hiện tợng kẹt vữa. Đây là điều
đáng quan tâm nhất.
Chất lợng cấu kiện tốt, bề mặt

máng không xảy ra hiện tợng phân tầng phân cỡ
và lộ lới thép ra ngoài. Chất lợng cấu kiện tốt
hơn, đẹp hơn, đồng đều hơn so với các phơng
pháp khác.
Với chiều dài nhịp máng nh thực nghiệm
chọn áp dụng sơ đồ bố trí 11 máy trên ván
khuôn thì mức độ lèn chặt đảm bảo chỉ tiêu thiết
kế. Đây là cách bố trí dễ vận hành và kiểm tra
cấu kiện trong quá trình rung, đồng thời ảnh h-
ởng của chấn động đến ngời vận hành thi công
cũng nh mức độ ô nhiễm tiếng ồn là không có
tác hại đáng kể.
Thời gian để thi công đợc một
máng XMLT hoàn chỉnh loại L= 12m, D= 1.2m,
H= 1.5m, = 4cm là 60 phút.
6.2. Ưu điểm của công nghệ chế tạo máng
XMLT bằng phơng pháp rung áp.
- Chất lợng cấu kiện tốt hơn các công nghệ
chế tạo cũ
- Sử dụng nguồn lao động thủ công là chủ
yếu.
- Trang thiết bị đơn giản dễ sử dụng, tiện lợi
cho thi công vận hành thay thế.
- Sản xuất cấu kiện tại hiện trờng, tiện lợi về
mặt bằng thi công.
- Tiết kiệm nhân lực, thời gian, ít phụ thuộc
vào thời tiết, giảm chi phí bốc dỡ.
- Phục vụ tốt nhu cầu thi công ở mọi địa
hình, đặc biệt với cầu máng XMLT trên cao.
6.3. Kiến nghị những vấn đề cần tiếp tục

nghiên cứu hoàn thiện công nghệ.
- Để thực hiện tốt công tác thi công và chuẩn
hoá qui trình cần có thiết bị đo biên độ dao
động chính xác.Với mỗi loại ván khuôn cần xác
định thông số máy đầm rung phù hợp.
- Cần nghiên cứu sâu thêm về những vấn đề
nh: mối quan hệ giữa cấp phối vữa, độ sụt,
thành phần hạt cát, hàm lợng cốt thép, lới thép
với tần số biên độ dao động và chất lợng sản
phẩm.
- Phơng pháp này cần phải nghiên cứu thêm
để tạo đợc khả năng dao động cộng hởng để hỗn
hợp vữa đạt độ đầm chặt yêu cầu và thời gian
rung là ngắn nhất.
- Thiết kế chế tạo ván khuôn phù hợp, việc
lắp đặt, thi công tại công trờng sao cho tiết kiệm
về vật t và nhân lực nhất.
- Mở rộng nghiên cứu cho thi công cầu máng
ứng suất trớc có nhịp L 15 m.
6.4. Một số lu y về quá trình sản xuất .
a) Phơng pháp đổ vữa và rung.
- Vữa xi măng cát vàng phải đợc trộn bằng
máy, độ sụt phải đạt Sn = 4 ữ 6 cm.
6
- Cố định ván khuôn trên bệ đỡ, khởi động
máy rung theo sơ đồ vận hành, đồng thời đổ vữa
vào khuôn. Đối với máng XMLT vữa đợc đổ
vào hai bên tai máng theo một hớng, theo dõi xử
lý mất nớc vữa do ván khuôn không kín và xử lý
vữa kẹt trong khuôn.

- Thời gian rung lý tởng cho 1 cấu kiện
MXMLT vỏ mỏng là từ 40 ữ 45 phút, trờng hợp
độ linh động của vữa kém thì thời gian rung
hoàn thành 1 cấu kiện không quá 60 phút. Có
thể cho thêm phụ gia RHEOBUILD 561 - lợng
dùng 1 lít/100kg xi măng làm chậm ninh kết,
làm tăng độ sụt vữa để dễ thi công.
b) Bảo dỡng, tháo ván khuôn và hoàn
thiện.
- Sau khi cấu kiện đợc rung xong, hết thời
gian ninh kết của vữa phải tiến hành bảo dỡng
ngay bằng phơng pháp tới nớc hoặc phủ bằng
bao tải ẩm theo qui định.
c) Kiểm tra chất lợng sản phẩm.
Kiểm tra và lấy mẫu thử trong quá
trình sản xuất.
Trong quá trình sản xuất luôn luôn kiểm tra
độ sụt và lấy các loại mẫu nén, mẫu kéo. Số l-
ợng mẫu nên lấy nh sau:
Nếu số lợng cấu kiện 20 thì lấy 01 mẫu nén
hình lập phơng kích thớc 7cmx7cmx7cm và 01
mẫu kéo kích thớc BxHxL = 4cm x 10cm x
40cm, số lớp lới đặt bằng số lớp lới thiết kế của
cấu kiện.
Nếu số lợng cấu kiện > 20 thì cứ 20 cấu kiện
lấy 2 mẫu nén và 01 mẫu kéo.
Kiểm tra sản phẩm khi đã hoàn thành.
Sau khi tháo khuôn tiến hành xem xét mặt
ngoài, sơ bộ đánh giá các khuyết tật, chất lợng
sản phẩm, độ sắc nét của cấu kiện.

Đối với máng XMLT khi cấu kiện đủ tuổi
thiết kế tiến hành thử tải cho cấu kiện, bằng
cách xây bít 2 đầu và bơm đầy nớc vào máng.
Trong quá trình thử máng không đợc xuất hiện
biến dạng, nứt, thấm thì cấu kiện đạt yêu cầu.
Số lợng máng cần kiểm tra thử tải nh sau:
Nếu số cấu kiện 50 thì thử 01 máng, nếu số
cấu kiện > 50 thì cứ 50 máng chọn 01 máng để
kiểm tra.
TàI LIệU THAM KHảO
[1] Lý thuyết vỏ, tài liệu tham khảo dùng cho các lớp cao học ngành công trình. Vũ Thành Hải
ĐHTL, Hà Nội 1999.
[2] Lý thuyết đàn hồi . Nô Vô Gilov V.V, NXB xy dng Moscow -1958
[3] Kết cấu cầu máng xi măng lới thép. Phạm Cao Tuyến Luận văn thạc sỹ- ĐHTL, Hà Nội 2000.
[4] Cầu máng xi măng lới thép. Vũ Thành Hải ĐHTL, Hà Nội 2001.
[5] Nghiên cứu ứng dụng vật liệu và công nghệ mới trong xây dựng máng xi măng lới thép khẩu độ
lớn. Phạm Cao Tuyến- Đề tài NCKH Bộ NN&PTNT- 2001-2003.
[6] Antoine E. Naaman, Ferrocement and Laminated cementtitious composites, Techno Press
3000, Michigan 2000.
[7]. "Guide for the Design, Construction, and Repair of Ferrocement", ACI Committee Report
549.1R-93, 2002.
[8] State-of-the-Art Report on Ferrocement, ACI Committee 549-97, 2002.
[9] " Ferrocement canal lining", International Ferrocement Information Center Asian Institute of
Technology, Bangkok 1987.
7
Summary
MANUFACTURING TECHNOLOGY OF FERROCEMENT CONDUIT BRIDGE WITH
LONG SPAN BY VIBRATION METHOD WITHOUT PLATFORM
VIBRATOR
ME. PHAM CAO TUYEN

Water Resources University
Now, there are many kinds of vibration technologies for ferrocement conduit but it does not get
economic effectiveness as well as simply in working, especially, there have a lot of difficulties in
constructing big span. Need to study to manufacturing technology of big span ferrocement gutter.
Through many years researched, based on calculations and in practice at workshop at Kon Tum,
for some structures of steel mesh cement gutters, author and researchers were studied and
manufactured successfully the model of vibration technology not using platform vibrator, can
manufacture ferrocement conduit with big span L
≥
12m at construction side. Good structure,
beautiful shape, simple equipment to use, saving human resourse, dependence less on weather,
reduce charge in installation and work easily with all terrains. Specially, it is convenient for
constructing on high position.
Ngêi ph¶n biÖn: ThS. TrÇn Thanh S¬n
8