Bài giảng cao học: CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ MỚI THI CÔNG ĐẤT ĐÁ BÀI 1: THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH ĐẤT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Bộ môn Thi công

Bài giảng sau đại học

CHUYÊN ĐỀ
CÔNG NGHỆ MỚI THI CÔNG ĐẤT ĐÁ
Bài 1

THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH ĐẤT

TS Lê Xuân Roanh

Hà Nội tháng 4 năm 2004


Bài giảng chuyên đề sau đai học

LỜI NÓI ĐẦU
Công tác đất thường gặp hầu hết các công trình xây dựng và nó chiếm gía
thành không nhỏ đối công trình khi sử dụng vật liệu địa phương là đất vào kết
cấu công trình. Nội dung chuyên đề này nhằm giới thiệu công nghệ thi công và
kiểm tra chất lượng khối đắp. Để học viên có hệ thống kiến thức, chương 1 giới
thiệu sơ lược nguồn gốc đất, các khái niệm liên quan. Chương 2 giới thiệu về
máy thi công, phần này học viên đã học trong chương trình đại học. Để nâng cao
và cập nhật các kiến thức về thi công đất, chương 3 giới thiệu về thi công đất có
tính chất cơ lý đặc biệt, chương 4 giới thiệu quy trình và phương pháp kiểm tra
khống chế chất lượng. Bài giảng này làm cơ sở để học viên nghiên cứu tham
khảo. Trong quá trình giảng sẽ có một số tiết thảo luận theo chuyên mục.

Nội dung
Chương 1: NGUỒN GỐC VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT
Chương 2: THI CÔNG ĐẤT
Chương 3: THI CÔNG ĐẤT CÓ TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẶC BIỆT
VÙNG MIỀN TRUNG
Chương 4: KHỐNG CHẾ VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG
KHỐI ĐẮP

2


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Chương 1 : NGUỒN GỐC VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT
1.1.

Chu kỳ đá và nguồn gốc của đất

1.1.1. Khái niệm chung về đất
Tuỳ thuộc vào đối tượng nghiên cứu đất, khaí niệm đất được được mang ý nghĩa
khác nhau theo định nghĩa của các nhà chuyên môn. Theo các nhà địa chất, đất
là vật liệu hạt rời, được hình thành từ đá phong hoá, được phân bố cấu trúc biến
đổi theo địa tầng theo tuổi tạo thành và mức độ phong hoá. Theo quan điểm của
các nhà xây dựng, đất được nhìn nhận khá gần các nhà địa chất song tập trung
chú ý về đặc trưng cơ lý, khả năng ổn định của nó khi xây dựng chính nó, đặt
công trình lên nó. Theo quan điểm của các nhà thổ nhưỡng đất lại được nhìn ở
góc độ khác nó được khai thác trong canh tác, xử lý ...
Việc nghiên cứu nguồn gốc của đất ở đây không ngoài mục đích của các nhà kỹ
sư về khai thác và sử dụng đất vào trong công trình xây dựng. Vì vậy cần nghiên

cứu các tính chất quan trọng của nó như: Nguồn gốc tạo thành, phân bố hạt, đặc
tính thấm, sức bền nén, kháng cắt và nhiều đặc tính khác. Cơ học đất là chi
nhánh của khoa học đất, nó nghiên cứu về tính chất vật lý của đất, trạng thái ứng
suất khi có lực tác dụng. Kỹ thuật về đất lại đi sâu vào nghiên cứu ứng suất, biến
dạng và một số đặc tính kỹ thuật khác trong sử dụng vật liệu này vào công trình.
1.1.2. Chu kỳ hình thành đá
Trên cơ sở của nguồn gốc, đá có thể được chia ra thành ba loại cơ bản : Phún
trào, trầm tích và biến chất. Chu kỳ hình thành và biến đổi của các loại đá được
thể hiện qua sơ đồ sau.
Đá phún trào
Đá phún trào có nguồn gốc từ vật liệu nóng chảy macma phun ra từ lòng đất và
nguội lành ở phần vỏ trái đất. Sự tổ hợp thành phần macma và cường độ làm
lạnh đã tạo ra nhiều dạng đá phún trào khác nhau như một số nhà khoa học đã
kết luận.
Đá trầm tích
Sự lắng đọng của sỏi, cát, bột, sét do quá trình phong hoá, bị tác động của áp lực
và tác nhân gắn kết như ô xít sắt, can xi, quaz và dolomite tạo thành đá, và
chúng có tên là đá trầm tích hạt. Đá trầm tích có nguồn gốc hình thành từ phản
ứng hoá học có tên đá trầm tích hoá học.
Đá biến chất
3


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Đá biến chất được hình thành các loại đá đã tồn tại trước đó, bị biến đổi do quá
nóng hoặc áp lực quá cao mà tạo thành. Trong quá trình biến chất một số khoáng
vật mới hình thành.

Hình 1: Chu kỳ hình thành đá tự nhiên

1.2.

Cấu tạo khoáng sét

1.2.1. Các dạng cấu trúc cơ bản khoáng sét
Cấu trúc hình thành nên khoáng sét có ba dạng khối cơ bản sau:
- Khối tứ diện nhân Silicat
- Khối bát diện nhân Nhôm ( Gibbsite)
- Khối bát diện nhân Ma nhê ( Brucite)
Sơ đồ các khối được thể hiện qua các hình sau.

4


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 1.3 : Khối tứ diện- nhân silicát

Hình 1.4 : Khối bát diện – nhân nhôm

Hình 1.5: Kết cấu khoáng sét montmorillnite

5


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 1.6: Kết cấu khoáng sét Kaolinite
Các khối cơ bản này liên kết với nhau thành các tấm liên kết, các tấm liên kết
với nhau tạo thành khoáng sét. Hiện nay người ta đã tìm ra nhiều loại liên kết của

khoáng sét.
1.2.2. Liên kết khoáng sét
Liên kết khoáng sét có hai loại cơ bản sau

-

(1) Liên kết cơ bản
Có ba loại liên kết cơ bản trong khoáng sét, đó là:
Liên kết hoá trị: là liên kết giữa hai nguyên tử mà chúng cùng chia sẻ một hay
nhiều điện tích.
Liên kết Iôn: là liên kết giữa các iôn trái dấu.
Liên kết Kim loại. Liên kết này ảnh hưởng ít đến cấu trúc liên kết của khoáng sét .
(2) Liên kết cơ sở

-

Liên kết Hydro. Lực hút xảy ra giữa các cực có điện tích trái dấu, khi nguyên tử
hydro đóng vai trò điện cực dương tham gia liên kết với điện tích trái dấu.

-

Liên kết Van- Đơ- Wa (Wander Waal). Các điện tích quay xung quanh hạt nhân
nguyên tử thì có thể có một phía mật độ điện tích nguyên tử nhiều hơn so với phía
bên kia. Chính điều này gây ra điện cực yếu bất ổn định, kéo theo lực tương tác
nhỏ hơn. Đây gọi là liên kết Van - Đơ- Wa.

+ Liên kết hydro với nước lưỡng cực: Mối liên kết này được thể hiện qua mô hình
sau.
6

Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 1.7 : Liên kết Hyđrô trong cơ chế nước hút bám bề mặt hạt sét

+ Liên kết các iôn biến động. Do đặc tính mang điện tích âm tại bề mặt của khoáng sét
nên nó hút các ion dương xung quanh nó. Nhưng do đặc tính chuyển động mà các ion
dương như Ca++, Na+, Al+++, Mg++... chuyển động gần sát bề mặt khoáng sét trong cấu
trúc tấm và thay thế lẫn nhau, đẩy xa các iôn âm. Sự thay thế đồng dạng này diễn ra
thường xuyên.
+ Liên kết ion dương giữa các lớp: Các ion dương như K+, Mg++, Fe++ chúng nằm xen
kẽ giữa các tấm có lực liên kết rất mạnh và cũng không bị ảnh hưởng khi có nước
tham gia trong môi trường.

(4) Tương tác giữa nước và khoáng sét
Khoáng sét và nước luôn có sự tương tác lẫn nhau và xảy ra tự nhiên. Ví dụ khi
khô, khoáng sét có thể hút nước từ không khí mà ta quen gọi hút ẩm. Đất sét sẽ trương
nở khi nó được bổ sung thêm nước. Ngược lại nước có thể thoát khỏi khối đất khi ta
tăng nhiệt độ lên 100oC. Như vậy rõ ràng có sự tương tác tự nhiên giữa nước và đất.
Vấn đề quan trọng ở đây là ta nghiên cứu nước có tham gia gì vào sự liên kết giữa các
khoáng sét? Nước ảnh hưởng thế nào tới lực liên kết giữa các khoáng sét với nhau?
Nước là phân tử lưỡng cực, mô hình liên kết phân tử giữa nguyên tử ô xy và
hai nguyên tử Hydro được thể hiện qua hình 1.9 sau.

7


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 1.8 : Ảnh chụp kết cấu đất sét biển và đất sét hồ

O

H

H

1050

Hình 1.9 : Mô hình cấu trúc liên kết phân tử nước lưỡng cực

Với cấu trúc trên các phân tử nước bị ảnh hưởng của lực tương tác điện tích âm tại
bề mặt khoáng sét và chính phân tử nước cũng tạo nên tương tác điện tích giống như
từ trường. Dưới tác động của điện tích âm mà cac iôn dương và phân tử lưỡng cực
được hút dần về phía bề mặt khoáng sét. Trật tự sắp xếp ion cân bằng giữa các hạt sét
mang điện âm, ion dương và nước lưỡng cực được thể hiện qua mô hình.

8


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 1.10: Phân bố iôn dương, iôn âm quanh bề mặt hạt sét

Khi nghiên cứu khoáng sét cho thấy với nhóm cấu trúc dạng montorillonite hoặc
smectite có sự thay thế đồng dạng rất lớn, tạo nên bề mặt mang điện tích âm mạnh.
Mặt khác ngay chính những khoáng sét này có cấu trúc tấm mỏng, diện tích bề
mặt lớn. Do vậy nó có khả năng hút nước mạnh hơn so các loại khoáng sét khác. Để
đặc trưng cho tính chất này, người ta đưa ra chỉ số diện tích riêng để so sánh. Chỉ số
này được xác định như sau.

Ss = Diện tích bề mặt/ Khối lượng
Bảng sau đây chỉ ra một số khoáng sét với các đăc trưng vật lý của chúng

Bảng1.1 : Đặc trưng vật lý của một số khoáng sét thông thường

Loại khoáng sét
Montmorillonite
Illite
Clatorite
Kaolinite

Chiều dày
tấm
(nm)
3
30
30
50-2000

Đường kính
tấm (nm)
100-1000
10.000
10.000
300-400

Chỉ số diện tích
(Km2/Kg)
0,8
0,08

0,08
0,015

Ghi chú : đơn vị nm trong cột 2 và 3 là Na-nô- mét - 10-6 mm

Từ bảng trên cho thấy loại đất sét có nguồn gốc từ nhóm mintmorillonite có
kích thước tấm rất mỏng, đường kính rất nhỏ và đồng thời diện tích bề mặt cực lớn.
Đây chính là loại đất sét có khả năng dễ bị trương nở khi gặp nước và dịch chuyển khi
có tác động của áp lực thấm.
Cấu trúc lớp nước quanh hạt sét

9


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Bề mặt hạt sét mang điện tích âm, nó hút các điện tích trái dấu (điện tích
dương). Trong môi trường có phân tử nước lưỡng cực thì nó hút các phân tử nước tạo
thành màng mỏng, lớp này có tên kỹ thuật là lớp khuyếch tán đôi “Diffuse Double
Layer” [44]. Lực tương tác giữa các hạt sét phụ thuộc rất lớn vào lớp khuyếch tán đôi
này. Nếu chiều dày lớp này nhỏ thì kết cấu khoáng sét rất bền vững. Ngược lại khi lớp
khuyếch tán đôi tăng lên thì lực hút giữ chúng với nhau giảm đi rất lớn. Lớp khuyếch
tán đôi bao quanh khoáng sét được thể hiện qua hình 1.11.
Trong môi trường đất-nước, xung quanh hạt sét có rất nhiều các iôn, phổ biến là
Ca++, Na+, Mg++, Al+++, Li+.... Các iôn luôn chuyển động và gây ra lực tương tác thay
đổi giữa các khoáng sét khi chính các iôn này làm nhân cho kết cấu tấm của khoáng
sét. Ta biết rằng sự thay thế các iôn giữa các tấm của khoáng sét là phổ biến và sự thay
thế trên xảy ra phụ thuộc vào các yếu tố sau.
- Hoá trị: Nguyên tử có hoá trị cao hơn thay thế cho nguyên tử hoá trị thấp hơn.

Hình 1.11: Cấu tạo lớp khuyếch tán đôi quanh hạt sét

- Mật độ các iôn: Trong môi trường giầu một loại iôn.
- Độ mạnh của iôn : Các iôn có điện tích cao sẽ thay thế iôn có điện tích thấp hơn.
Người ta đã tìm ra trật tự thay thế cac iôn như sau:
Na+ < Li+ < K+ < Mg++ < Ca++ < Al+++ < Fe+++
Nhưng trong trường hợp cá biệt, qua kết quả nghiên cứu cho thấy khi mật độ
các iôn Na+ lớn thì iôn Na+ có thể thay thế ion Ca++. Đây là mấu chốt của vấn đề để
người ta có thể sử dụng trật tự thay thế này để thay đổi môi trường iôn quanh hạt sét.
Điều này cũng có nghĩa là có thể can thiệp vào chiều dày của lớp khuyếch tán đôi.
Phân tích thành phần khoáng vật của một số mẫu đất khu vực miền Trung. Thí
nghiệm được thực hiện qua máy phân tích tại Viện Khoa học Thuỷ lợi miền Nam (xem
trang bên).

10


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Bảng 1 – 2

Mẫu đất ở công
trình

Thành phần khoáng
vật quặng (sét)

(1)
1

(2)
Đá Bạc - bãi D
(pha tàn tích gốc
bột - cát kết)

2

Đu Đủ - 1- 2
(pha tàn tích gốc
granit)

3

Đu Đủ - 1- 3
(pha tàn tích gốc
granit)

4

Cà Giây - bãi G
(pha tàn tích gốc
cát - bột kết)

5

Cà Giây - bãi C
(pha tàn tích gốc
cát - bột kết)

6

Vĩnh Hảo
(Bồi tích gần
ven biển)

7

Am Chúa (Bồi
tích gốc granite)

8

Nhà máy tầu
biển Huyndai
(Khánh Hoà)

9

Sông Quao (bồi
tích gốc granite)

10

Sông Quao mịn
(bồi tích gốc
granite)

11

Tân Thạch

(3)
Montmorillonite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite

Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite
Hyđromica
Kaolinite
Clorite
Montmorillonite
Kaolinite
Illite
Clorite
Smectite

STT

1.3.

Kết quả thí nghiệm thành phầp khoáng vật của một số mẫu đất ở
Khánh Hoà, Bình Thuận, Long An, Bạc Liệu

Hàm
lượng
(%)
(4)
14-16
11-15

18-22
ít
20-24
18-22
ít
8-12
23-26
18-20
5-7
14-16
23-26
16-20
5-8
8-12
20-24
17-20
5-8
8-12
11-15
18-22
5-7
18-22
11-15
16-20
5-8
25-30
20-24
20-24
5-8
8-10

18-22
18-22
5-7
8-12
18-22
18-22
5-8
10-15
25
60
15
ít

Phân loại đất
11

Thành phần
khoáng vật
khác
(5)
Thạch anh
Felspat
Gơtit

Hàm lượng
(%)
(6)
26-30
12-16
ít

Thạch anh
Felspat
Gơtit

26-30
10-14
ít

Thạch anh
Felspat

28-32
5-8
ít

Thạch anh
Felspat

27-30
7-10
ít

Thạch anh
Felspat
Gơtit

27-30
5-7
ít

Thạch anh
Felspat
Gơtit, vô
Định hình
Thạch anh
Felspat
Gơtit

18-22
13-17
ít

Thạch anh
Felspat
Gơtit

27-30
5-7
5-8

Thạch anh
Felspat
Gơtit

30-34
8-12
ít

Thạch anh

Felspat
Gơtit

30-34
7-10
ít

Thạch anh
Felspat
Gơtit

30-34
8-12
ít

20-25
15-18
ít


Bài giảng chuyên đề sau đai học

1.3.1. Phân loại đất theo quan điểm các nhà kỹ thuật xây dựng
Hiện nay có nhiều hệ thống phân loại đất, mỗi hệ thống đều chú trọng về mặt
chủ yếu của nó để thể hiện. Bài giảng này xin cung cấp bảng phân loại đất thông
dụng mà được nhiều quốc gia sử dụng.

Bảng1.3: Một số hệ thống phân loại đất theo đường kính hạt (Mỹ)
Nếu đem so sánh trên cùng một hệ trục ta thấy khoảng phân cấp cỡ hạt của các
loại đất phân theo các hệ thống trên như sau.

12


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 1.12 : Giới hạn phân cấp đất theo đường kính hạt
Bộ nông nghiệp Mỹ xây dựng biểu đồ phân cấp đất và thể hiện trên hình sau.

Hình 1.13: Biểu đồ tam giác phân loại đất – Bộ nông nghiệp Mỹ biên soạn.
1.3.2. Thuật ngữ đất xây dựng
Đá
Nguồn gốc macma , trầm tích hay biến chất chiếm phần đáng kể vỏ quả dất, có
liên kết cứng chắc. Theo các nhà địa chất, thuật ngữ đã chỉ vật liệu của vỏ trái
đất có gắn kết cứng, có tuổi tạo thành trên 1 triệu năm. Các vật liệu mềm yếu
như đất sét, đá phiến, cát được họ gọi là Đá, trong khi đó các kỹ sư gọi là Đất.
Đất
Đó là bất kỳ vật liệu rời hay dễ đào nào mà ta sẽ tiến hành xây dựng ở trên hay
bên trong nó hoặc dùng nó để xây dựng. Lớp đâí mặt thường không nằm trong
thuật ngữ phổ cập ”đất xây dựng ", mặc dù cần bóc bỏ và thay thế trong quá
trình xây dựng. Tầng đất gốc là thuật ngữ chủ yếu của nông nghiệp dùng gọi
lớp đất trơ nằm giữa lớp đất mặt và đá nền, nên tránh sử dụng thuật ngữ này
trong xây dựng.
13


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Đất hữu cơ
Đó là hỗn hợp giữa các hạt khoáng vật và vật chất hữu cơ, chủ yến có nguồn

gốc thực vật, ở các giai đoạn phân hủy khác nhau. Nhiều loại đất hữu cơ có
nguồn gốc hồ, vùng vịnh, cửa sông, cảng biển, hồ chứa nước . . . Vật liệu hữu cơ
làm cho đất sờ trơn hơn, có màu sẫm và có mùi dễ cảm nhận .
Than bùn
Than bùn thực sự chỉ tạo bởi toàn là vật chất hữu cơ, nó rất xốp, ép co mạnh, có
khả năng đốt cháy cao, sinh nhiệt. Các khoáng vật vô cơ cũng có thể có mặt và
khi hàm lượng tăng lên, nó chuyển thành đất hữu cơ. Theo quan điểm của các
nhà xây dựng, than bùn có nhiều vấn đề do có hệ số rỗng, độ ẩm lớn, khả năng
ép co cao, một số trường hợp có tính axít.
Đất tàn tích
Đó là tàn dư của đá bị phong hóa chưa bị di chuyển. Thường là cát hay cuội,
hàm lượng oxit cao là do quá trình rửa đất xảy ra, như đất laterit, boxit, đất sét
làm đồ sứ.
Đất bồi tích (aluvi)
Đó là các vật liệu như cát, cuội. . . được trầm đọng từ lòng sông, suối. Đặc trưng của đất bồi là tuyển lựa (cỡ hạt) tốt nhưng chúng cũng thường hình thành
các tầng không liên tục và bất thường.
Đất dính
Đất chứa các hạt sét hay bột vừa đủ để tạo được rõ tính dính và dẻo. Đất dính
được thể hiện qua trị số lực dính C .
Đất không dính
Các đất, như cát và cuội, bao gồm các hạt lớn hay góc cạnh (không có dạng
tấm); không biểu hiện tính dẻo và tính dính.
Đất sét chứa đá tảng (sét tảng)
Đó là đất có nguổn gốc băng hà, gồm các hạt có kích thước trong phạm vi rộng
từ bụi đá mịn tới đá tảng.
Trầm tích mới

14

Bài giảng chuyên đề sau đai học

Đó là thuật ngữ địa chất dùng chỉ các trầm tích trên mặt còn mới, chưa cố kết
như đất bồi, băng tích và đất sét chứa đá tảng nguồn gốc sông băng, cát do gió,
hoàng thổ...

15


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Chương 2: THI CÔNG ĐẤT
2.1. Khái niệm chung về công tác đất
2.1.1. Vị trí công tác trong xây dựng
Tầm quan trọng
Trừ một số vật liệu công nghiệp quý như: Sắt, thép, cimen… dùng vào xây
dựng công trình, thì vật liệu đất dùng được khá phổ biến, rộng rãi trong xây
dựng nói chung và thuỷ lợi, thuỷ điện nói riêng. Bên cạnh những đập bê tông
cao lớn thì thế đứng và chiều cao của đập đất ngày càng phát triển. Đất dùng
trong giao thông, thuỷ lợi như đắp đập chắn nước, đắp đê, kè, đê biển, kênh
mương vv…
Ở nước ta, những công trình đất đã có từ lâu, từ thời Nguyễn Công Trứ đã
biết dùng đất đắp đê chắn sóng. Ngày nay có biết bao đập, đất dâng nước, tạo
hồ chứa. Đập Thác Bà khối lượng đất chiếm tới 1.4.10 6m3. Đập Yên Lập tới
28.106 m3 đất đắp.
Sở dĩ vì sử dụng đất vào xây dựng nhiều công trình vì nó có những ưu
điểm nhược điểm sau:
1- Là loại vật liệu địa phương, phong phú, dễ kiếm.
2- Sử dụng tại chỗ nên giảm cước phí vận chuyển
3- Kỹ thuật thi công không quá phức tạp lắm

4- Có thể sử dụng máy móc vào thi công để tăng nhanh tiến độ thi công.
5- Nhân dân ta có nhiều kinh nghiệm vê thi công đất.
2.1.2.Nội dung của công tác đất
Dây chuyền công nghệ trong thi công công trình đất, cơ bản có thể kể tên
những công việc.
1- Thăm dò trữ lượng, chất lượng về phẩm loại
2- Bóc bỏ lớp đất không đạt yêu cầu
3- Khai thác bằng máy chuyên dùng
4- Vận chuyển đất và đổ san (có thể sử dụng độ ẩm tự nhiên của đất)
5- Đầm chặt
6- Tu sửa hoàn chỉnh
7- Kiểm tra chất lượng khối đắp, mái khối đào
2.2. Phân loại đất trong đào đất
16


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Phân loại đất ra các loại khác nhau nhằm mục đích để chọn được phương
án thi công hợp lý, trên cơ sở đó giúp cho tính toán tiến độ, dự toán giá thành,
chỉ tiêu định mức thi công được chính xác hợp lý.
Dựa trên đặc tính cơ lý của đất, mức độ đào đất khó dễ khá nhau mà người
ta phân ra các cấp đất. Dựa vào cấp đất đó để xác định phương án thi công.
Ngoài bảng phân cấp đất chung ra, người ta còn phân loại đất cho từng
loại máy đào đất khác nhau. Ví dụ đối với máy ủi thì thường phân cấp khác với
máy đào 1 gầu.
Bảng phân cấp đất đá theo mức độ khó dễ cho từng loại máy thi công.
(trích phụ lục số 2: TCVN 4447-1987)
a. Phân cấp đát đá cho máy đào
Đất cấp 1 : Đất có cây cỏ mọc, không lẫn rễ cây to,và đá tảng, có lẫn đá dăm.

Cát khô, cát có độ ẩm tự nhiên không lẫn đá dăm. Đất cát pha, đất bùn dày
dưới 20 cm không có rễ cây. Sỏi sạn khô có lẫn đá to đường kính 30 cm. Đất
đồng bằng lớp trên dày 80 cm trở lại. Đất vun đổ đống bị nén chặt.
Đất cấp 2 : Sỏi sạn có lẫn đá to. Đất sét ướt mềm không lẫn đá dăm. Đất pha
sét nhẹ , đất pha sét nặng lẫn đất bùn dày dưới 30 cm lẫn rễ cây. Đá dăm đất
đồng bằng lớp dưới từ 0,8 m đến 2,0 m. Đất có lẫn sỏi cuội từ 10% trở lại.
Đất cấp 3: Đất sét nặng vỡ từng mảng. Đất sét lẫn đá dăm dùng xẻng, mai
mơí xắn được. Đất bùn dày dưới 40 cm trở lại. Đất đồng bằng lớp đất dưới từ
2,0 m đến 3,5 m. Đất đỏ vàng ở đồi núi có lẫn đá ong, sỏi nhỏ. Đất cứng lẫn
đá hay sét non.
Đất cấp 4: Đất sét cứng từng lớp lẫn đá thạch cao mềm. Đá đã được nổ phá
tơi.
b. Phân cấp đất cho máy ủi
Đất cấp 1 : Đất có cây cỏ mọc, không lẫn rễ và đá dăm. Á sét nhẹ. Đất bùn
không có rễ cây. Đất đồng bằng lớp trên. Đất vun đổ đống bị nén.
Đất cấp 2 : Sỏi sạn không lẫn đá to. Đất sét ướt mềm không lẫn đá dăm.
Đất pha sét nặng. Đất đồng bằng dày 0,6 đến 1,2 m.
Đất cấp 3 : Đất sét vỡ từng mảng. Đất sét lẫn sỏi sạn, đá dăm, cát khô. Đất
lẫn đá tảng. Đất đá được nổ phá tơi rồi.
c. Phân cấp đất cho máy cạp
17


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Đất cấp 1 : Đất có cỏ mọc, không lẫn rễ và đá. Đất đắp đã bị nén.
Đất cấp 2 : Đất sét ướt mềm, không lẫn đá dăm. Á cát nặng. Đất đồng bằng
lớp trên dày 1,0 m trở lại.

2.3. Thi công bằng cơ giới

2. 3.1. Nguyên tắc khi thi công cơ giới
- Một máy làm được nhiều việc khác nhau.
- Phát huy hết năng xuất của máy, ưu tiên máy chủ đạo.
- Sự phối hợp xe máy là tốt nhất.
2.3.2. Các loại máy công tác
- Đào đất: Dùng máy đào , máy ủi, máy cạp v.v…
- Vận chuyển đất: cạp, ô tô, máy kéo, toa tàu…
- Đổ, san. Đổ tại chỗ, san dùng máy san hoặc máy ủi để san.
- Đầm đất: dùng các loại máy đầm: lăm ép, xung kích, chấn động.
2.3.3. Các phương pháp thi công đặc biệt
- Đắp đất trong nước
- Nổ mìn, nổ mìn định hướng.
- Thi công bằng máy thủy lực (tàu hút bùn, súng phun nước).
2.4. Đào đất
Đào đất là một khâu trong dây truyền thi công đất và nó thường là khâu
đầu tiên, trong thi công công trình nói chung.
Dựa vào tính chất khi đào đất người ta phân ra các phương pháp đào sau:
1. Đào đất bằng thủ công
2. Đào đất bằng máy
3. Đào đất bằng nổ mìn
4. Đào đất bằng máy thuỷ lực.

18


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Căn cứ vào khối lượng và cường độ thi công, loại đất, cự ly vận chuyển,
điều kiện địa hình tính chất thuỷ văn và địa chất thuỷ văn… mà chọn phương
án đào đất tốt nhất, nhằm đẩy nhanh tiến độ thi công và giảm giá thành xây

dựng.
2.4.1. Lý luận về đào cắt đất, các nhân tố ảnh hưởng tới lực kháng cắt của
đất
Lượng ngậm nước
Đất có lượng ngậm nước khác nhau thì mức độ cấu kết giữa các hạt cũng
khau, do đó trợ lực khi cắt đất cũng khác nhau. Đất sét khô thì cứng, khó làm.
Ngược lại ẩm quá thì sẽ dính vào công cụ làm, gây giảm năng suất thi công.
Đất thịt khô quá cũng khó làm.
Cấu tạo hạt
Đất có cấu tạo hạt khác nhau thì độ chặt cũng khác nhau. Đất cát hạt thô
rời, lực dính C = 0, ϕ nhỏ dễ đào. Đất sét lực dính lớn hơn, khó đào hơn. Đất
lắm sạn, sỏi đào thủ công rất khó. Sự ổn định tự nhiên của mẫu đất cũng ảnh
hưởng tới năng suất của máy thi công. Đất rời có thể đào chiều cao khối đào
cao hơn so đất dính khi sử dụng máy đào gầu ngửa, năng xuất cao hơn.
Cấu tạo dao cắt đất
Thực tế cho thấy rằng: độ dày lưỡi dao h, góc cắt đất γ và độ vát của lưỡi
dao ε càng lớn thì lực cắt đất càng lớn. Do vậy để giảm trở lực khi cắt đất,
người ta chế tạo những dao cứng và mỏng để đào đất.
Ngoài ra góc cắt của phương chuyển động dao cắt cũng ảnh hưởng tới trở
lực. α càng lớn thì trở lực càng lớn. Đất mềm để α = 900, đất cứng cho α < 900
để đào.

19


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 2.1 : Cấu tạo giao cắt và phương dịch chuyển lưỡi dao
2.4.2. Máy đào đất một gầu
Máy đào gầu ngửa

Hình 2.2 : Máy đào gầu ngửa điều khiển bằng thuỷ lực

20


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 2.3 : Máy đào gầu ngửa điều khiển bằng cáp
- Đào các loại đất cứng
- Đào đất đá sau khi đổ mìn
- Đào kênh mương, khai thác khi khối đào cao hơn mặt bằng máy đứng.
- Có kết hợp với công cụ vận chuyển để chuyên đất đi xa.
Máy đào gầu sấp
- Máy làm việc theo chu kỳ
- Khối đào thấp hơn máy đứng, khi đào lùi lại phía sau.
- Lực đào đất yếu hơn so với máy đào gầu ngửa (máy điều khiển bằng
cáp).
- Đổ đất kém tập trung so với máy đào gầu ngửa
- Kết hợp với máy vận chuyển để chuyển đất đi xa.
- Đào đất mềm, đất đá sau khi nổ mìn.
- Khối đào thấp hơn mặt bằng máy đứng (đ/k cáp).
- Kết hợp hoặc không kết hợp với công cụ vận chuyển.

21


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 2.4: Máy đào gầu sấp điều khiển thuỷ lực

Hình 2.5: Máy đào gầu sấp- Phạm vi tối đa có thể đào

22


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 2.6: Máy đào gầu sấp điều khiển bằng cáp

Máy đào gầu dây
Máy đào gầu sấp và máy đào gầu ngửa điều chỉnh tay gầu và cần chống là
kết cấu cứng. Còn máy đào gầu dây thì điều khiển gầu và xúc đất là do trọng
lượng bản thân và lực kéo dây cáp gầu để xúc đất. Do cấu tạo của cần chống và
độ văng xa của gầu lớn hơn so 2 loại máy đào trên nền loại này có thể đào khối
đào cao và thấp cũng được, bán kính hoạt động rộng hơn.
- Xúc đất là do trọng lượng bản thân, cấu tạo răng gầu khi rơi cắm vào đất,
1 phần do kéo cáp mà gầu xúc được đất, cho nên lực đào của loại máy này yếu.
- Đổ đất khó tập trung nên thường không kết hợp với công cụ vận chuyển.
- Bán kính đào đất có thể xa hơn so chiều dài phương ngang cần chống.
- Thông thường khoang đào thấp hơn mặt bằng máy đứng.
Máy có thể đào được khối hẹp và sâu nên được ứng dụng vào:
- Đào kênh mương, nạo vét bùn, hố móng.
- Bốc xúc vật liệu.

23


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Hình 2.7: Máy đào gầu dây- vị trí gầu hiệu quả
Máy đào gầu ngoạm
Nếu thay kết cấu gầu dây bằng loại gầu đào đất, vận chuyển và đổ đất thì
máy có tên gọi là máy đào gầu ngoạm.
Đặc điểm làm việcvà ứng dụng
- Ngoạm đất do điều chỉnh cáp nên lực đào yếu.
- Khối đào thường thấp hơn mặt bằng máy đứng
- Ít khi kết hợp với công cụ vận chuyển.
- Đất đổ ra kém tập trung
- Đào đất mềm yếu.
- Bóc xúc vật liệu rời.

Hình 2.8: Máy đào gầu ngoạm
24


Bài giảng chuyên đề sau đai học

Máy xúc lật
Là loại máy đào và vận chuyển rất tiện lợi trong thi công vật liệu hạt rời.
Chức năng có thể đào, vun đống, xúc, chất tải lên xe cao hoặc máng vận
chuyển. Đào các khối đào ở các độ cao hay thấp trong tầm với của máy. Nó có
thể kết hợp tốt với công cụ vận chuyển. Chính vì tác dụng lớn nên nó đựợc sử
dụng rất phổ biến trong thi công nói chung và đất nói riêng.

Hình 2.9 : Máy xúc lật
2.4.3. Tính năng xuất máy đào một gầu và biện pháp năng xuất
2.4.3.1. Tính toán năng xuất
1

N = 60 q.n.KH. Kp KB. KTKu
Trong đó:
q - dung tích gầu xúc.
n - số gầu xúc xúc trong 1 phút,
KH - h/s đầy gầu:
Gầu sấp KH = 0,5 - 0,8.
Gầu ngửa KH ≈ 0,6 - 0,9.
25