NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO SẢN XUẤT ỐNG BÊ TÔNG CÓ LỖ THẤM XUNG QUANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUAY LY TÂM THAY THẾ VẬT LIỆU NHẬP NGOẠI

NGHIấN CU THIT K CH TO & SN XUT
NG Bấ TễNG Cể L THM XUNG QUANH
BNG PHNG PHP QUAY LY TM
THAY TH VT LIU NHP NGOI
THE RESEARCH ON DESIGN, BUILDING AND PRODUCTION OF
CONCRETE PIPE WITH ABSORBING HOLES BY CENTRIFUGAL FORCE
TO REPLACES IMPORTED MATERIALS
NGễ VN DNG
Trng i hc Bỏch khoa, i hc Nng
TểM TT
Bi bỏo ny trỡnh by mt gii phỏp nghiờn cu, ch to v ng dng vo sn xut loi ng
bờ tụng cú l thm xung quanh v cú cng cao. Nú cú tỏc dng lm tng kh nng tiờu
thoỏt nc thm, thay th khc phc nhng nhc im ca phng phỏp ti nc bng ct
liu hoc thay th cỏc loi ng nhp ngoi,vt liu dn nc khỏc v cú mt ý ngha rt ln
trong cụng tỏc thit k, thi cụng v s dng cỏc cụng trỡnh chu nh hng ca nc ngm
vn ng.
ABSTRACT
This paper presents a research on manufacturing and production of concrete rebar pipe with
absorbing having holes around and high intensity. It increases capacity water drainage, to
eliminate the disadvantages of water by aggregate or to replace imported pipes and other
materials. It is a significant contribution in designing and using the constructions affected by
moving underground water.

1. T VN
Quỏ trỡnh thc hin cỏc cụng trỡnh xõy dng c bn nh p t, ng hm thu
cụng, cu giao thụng, ng hm thỏo l, sõn vn ng, cỏc cụng trỡnh thu nụng, tng chn
t, khu vc dõn c, cụng trỡnh th thao v.v.. Ngi ta thng thit k h thng thoỏt nc
ngm h thp ng bóo ho nhm gim bt s mt n nh ca cụng trỡnh do mc nc
ngm dõng cao.
Cú nhiu gii phỏp thu v thỏo nc thm trong cụng trỡnh trong ú gii phỏp h thp
mc nc ngm kiu kớn cú th mụ t bng mt s gii phỏp tiờu biu nh cỏc mụ hỡnh sau:

Đ

ờng bã o hoà

V ù n g x ây d ự n g c ầ n đ ợ c l à m k h ô

M ặT Bằ N G K HU DÂ N C Ư

ố ng bê tông có lổthu n ớ c thấm

Cô n g t r ì
n h t hu n

ớ c

V ật liệu lọc

Hỡnh 1. H thp mc nc ngm bo v khu dõn c hoc khu vc khai thỏc m


Hình 2.Hạ thấp mực nước ngầm ở sân vận động và bảo vệ Tuy nen ngầm dưới đất

Để hạ thấp mực nước ngầm người ta thường thiết kế hệ thống lọc và dẫn nước.
Các giải pháp sử dụng vật liệu đá thiên nhiên, khi sử dụng để dẫn nước thấm thường
xảy ra các trường hợp sau:
- Khả năng thoát nước chậm, tổ chức thi công chậm.
- Hệ thống lọc dễ bị tắc hoặc bịt trít sau một thời gian sử dụng.
Đối với giải pháp sử dụng các loại ống dẫn bằng thép tráng kẽm hoặc ống PVC để dẫn
nước thấm thường là vật liệu có giá thành cao hoặc phải mua của nước ngoài bằng ngoại tệ.

Xuất phát từ yêu cầu thực tế. Giải pháp thoát nước thấm bằng vật liệu tự sản xuất
trong nước, giá thành rẻ thay thế được hàng nhập ngoại hoặcvật liệu đắt tiền bằng các loại
vật liệu có sẵn trong thiên nhiên với công nghệ chế tạo, sản xuất giản đơn nhưng vẫn bảo
đảm đựơc các yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật công trình, là vấn đề hết sức cần thiết.
2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN & GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
2.1. CƠ SỞ TÍNH TOÁN
Cơ sở tính toán là dựa vào chế độ địa chất thuỷ văn dòng chảy ngầm trong môi trường
lỗ hổng và đặc tính vật liệu nơi nước ngầm tải qua.
Phương trình vận động của dòng thấm không gian mô tả như sau:

∂
∂H
∂
∂H
∂
∂H
∂H
(k x .
)+
(k y .
)+
(k z .
) = S0
∂x
∂x
∂y
∂y
∂z
∂z
∂t

Đối với bài toán phẳng dòng thấm hai chiều ngang phương trình được biểu diễn:
∂
∂H
∂
∂H
∂H
(T.
)+
(T.
) +w =μ
∂x
∂x
∂y
∂y
∂t

Đối với bài toán phẳng dòng thấm một chiều phương trình được biểu diễn:
∂2 H
W
1 ∂h
+
=
T
a ∂t
∂x 2
Khi thiết kế hệ thống tiêu thoát hạ thấp mực nước ngầm, chúng ta phải tính toán xác
định được các đặc trưng dòng thấm như lưu tốc thấm, cột nước thấm, lưu lượng nước tải qua,
độ cao đường bão hoà, áp lực thấm v.v... Việc tính toán các thông số đặc trưng dòng thấm
người ta sử dung các bài toán có điển hoặc sử dung phương pháp số kết hợp với máy tính điện

tử để tính toán
Để thu và dẫn tải nước thấm, tác giả đề xuất giải pháp công nghệ sản xuất loại ống bê
tông cốt thép đặc biệt có lỗ thấm xung quanh, thay thế được các loại ống đắt tiền hoặc vật liệu
nhập ngoại.


2.2. GII PHP CễNG NGH
nghiờn cu sn xut loi ng bờ tụng, chỳng ta phi tin hnh thit k dõy chuyn
cụng ngh sn xut ng t khõu chun b n khi hon thnh theo nguyờn lý sau:
2.2.1. Nguyờn lý hot ng ca thit b
s ự c h u y ển độ n g c ủ a ph ầ n t ử bê t ô n g

MặT BằNG TổMá Y QUAY LY TÂM
Hệ THố NG DẫN Đ ộNG Má Y QUAY

MặT BÊN CủA TổMá Y

2.560

R2

Khuôn và bánh đà

A

R1

P lt

850

Bệđỡ và con lăn
Puli +trục truyền

T

Hệthống khuôn đúc
Cá c Puli truyền đông

O
ổđỡ lăn

Trục truyền

850

800

mg

650

Đ ộng cơ điện

B

Hỡnh 3.B trớ chung ca h thng

Hỡnh 4. S tớnh s chuyn ng ca
phn t bờ tụng

Nguyờn lý: ng khuụn c t nm ngang trờn b mỏy, khi khuụn quay trũn, nh lc quỏn
tớnh ly tõm to ra s ộp cht hn hp bờ tụng vo thnh khuụn. Quỏ trỡnh ỳc ng c thc
hin sau mt thi gian quay, lốn chn v hon thin cho n khi dng hn.
Xut phỏt t nguyờn lý lm vic v tớnh toỏn cỏc thụng s k thut, chỳng tụi tin hnh
nghiờn cu ch to dõy chuyn sn xut ng hon chnh t khõu chun b n khi xut xng.
T hỡnh 6. Xột mt
phn t A bờ
tụng cú hp lc tỏc dung lờn phn t bờ tụng l:



T =m.g +PLT

Khi khuụn quay vi vn tc (rad/s) ta cú vn tc ti im A:
n
v =.R =
R
30

v to nờn lc quỏn tớnh (lc ly tõm) Plt ộp phn t bờ tụng cht vo thanh khuụn cú giỏ tr l:
mv 2
P =
lt
gR

Tng hp lc tỏc dng vo phn t ang xột l: T =Pg +Plt
Phn t bờ tụng trng thỏi cõn bng thỡ trong tt c mi trng hp Ty 0 tc l:
Pylt Pyg = m.g
(1)
dP =
lt

m.v 2
r

Vi m l khi lng phn t bờ tụng v vn tc v ti im ang xột:

m = 2...l.r. v v = .r
nờn:

2..l.r. 2 .r 2
dP =
dr = .2.2..l.2 .r
lt
r

Tớch phõn hai v phng trỡnh vi phõn lc quỏn tớnh ta cú tng giỏ tr lc quỏn tớnh khi
ỳc ng bờ tụng quay vi vn tc l
R
P
2
2 2
dP
=

lt
2....l .r dr
R
0
1

(2)


Lực quán tính phân bố quanh chu vi dọc ống là
P
P
(R 3 − R 3 )
2
lt
lt
1
P0 =
=
= ω .ρρ 2
F
2.π.l.R
3R 2
Từ biểu thức (1) và (2) ta có để bảo đảm tốc độ quay phần tử bê tông được lèn chặt
bắt buộc tốc độ góc của khuôn quay thoả mãn biểu thức sau:

3.g

(rad/s)
2

2
R 2 +R1.R 2 +R1
Từ đó xác định được số vòng quay bảo đảm lèn chặt bê tông là:

(3)

30.ω
g
v/phút
= 16,54
2
π
R 2 + R1.R 2 + R12

(4)

ω=

n=

2.2.2. Tính toán công xuất động cơ để quay ống đúc
Công suất động cơ khi quay để lèn chặt hổn hợp bê tông náp trong quá trình quay
khuôn được xác định bằng biểu thức
N tt =
Trong đó:

ωc (Mms + Mk) (Kw)
1000η

(5)

- Mms Mô men ma sát lăn của con lăn và kết cấu khuôn
- Mk Mô men cản quay, η: hiệu suất truyền động

2.2.3. Các giai đoạn thực hiện trong công nghệ đúc ống
Trong thực tế sản xuất để bảo đảm an toàn lao động và thuận lợi cho quá trình nạp vật
liêu, lèn ép vật liệu. Người ta thường sử dụng động cơ có nhiều tốc độ nhờ hộp số hoặc hộp
biến tốc điện tử để thay đổi tốc độ kinh nghiệm thường chọn như sau:
* Giai đoan nạp vật liệu và tạo hình:
Tốc độ quay của khuôn v = 150 -200v/phút hoặc sử dụng công thức:

ω r =1,50

g
R1

* Giai đoạn lèn chặt
Tốc độ quay của khuôn n = 300 - 400 v/phút hoặc có thẻ tính bằng công thức:
ω

ch

=

3P R
0
3
ρ.(R −R 3 )
2
1

Chọn P0 = 1 - 1,50KG / cm2

* Thời gian đúc hoàn thành 01 sản phẩm: Tquay = 12 - 25 phút
Để thực hiện tốt dây chuyền thi công chúng ta phải hoàn thành tốt các các việc từ khâu
chuẩn bị cho tới khâu đúc ống, bảo dưỡng, kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm, lưu giữ tại
kho bãi và xuất chuyển đi công trường.
* Đối với khâu lắp ráp khuôn:
- Khuôn để sản xuất ống theo phương pháp li tâm có 4 mảnh và một số chi tiết phụ
- Với ống bê tông ly tâm sản xuất tạo lỗ xung quanh, cần một số chi tiết như sau:
+ Khuôn tạo hình gồm 4 chi tiết bắt lại với nhau nhờ nhờ hệ thống bu lông.


+ Cỏc cht to l trong quỏ trỡnh ỳc to ng.
2.2.4 Tớnh toỏn tit din l thu nc vo ng
S lng l phi bo m thỏo c lu lng thm h thp ng bóo ho. Trong
ú lu lng thm c xỏc nh bng phng phỏp s hoc cỏc phng phỏp c in hoc
kinh nghiờm. Tng din tớch l xỏc nh bng biu thc:

F=

Q
, (m2)
v

Tit din mi l fo thng chn dng kớnh = 4,5 ... 20mm
S lng l thu nc vo ng n; s hng nh ; khong cỏch l lo c xỏc nh:
F
2..R
n =

l0 = 2.a
n =
f0
h
a
Trong ú:
- v lu tc dũng thm chy vo ng kinh nghim nờn chn 0,1 -0,5 m/s
- Q lulng thm; R bỏn kớnh bỡnh quõn ca ng bờ tụng
- a = (4 7) :
khong cỏch gia cỏc hng l thm, ng kớnh l
sn xut c ng nh trờn chỳng ta thc hin gii phỏp sau:
Ngoi khuụn cn cú chi tit cht, np, h thng i trng, neo gi nh sau:

Hệ THốNG Tạ O Lỗ XUNG QUANH ốNG BÊ TÔ NG
Mặt bíc h bắt vớ i đà l ă n

CấU Tạ O CHố T

8mm

Lc

K

2-3mm

BT

l0

Khuô n t hép dày d

Chố t t hép

Nẹp g ỗ

Bê t ô ng CT ố ng
Bu l ô n g n eo g iữ nẹp và c hố t

Hỡnh 5.

Cu to chung: Khuụn lm bng thộp 2 mnh, xung quanh cú khoan cỏc l lp t cỏc
cht to l, hai u cú 2 mt bớch liờn kt vi bỏnh dn.
0.115

0.140

q ui c á c h l ỗ ố NG
F0

CấU Tạ O Củ A KHUÔ N Và Bá NH Đ à LĂ N

2.295
l0

Bá NH Đ à
k hu ô n t ạ o ố ng

Vành lăn ngoài

Vành lăn ngoài
a

2.560

2.500

0.500

400

0.690

g hép nố i ố NG
520

c ắt ng ang ố NG
2.500

2.500

400

500
2.295

Hỡnh 6a. Cu to ngoi ca khuụn

0.140

0.115

Hỡnh 6b. Hỡnh dng sn phm hon thnh

Cht lm bng thộp cú dng hỡnh m, thõn cht hỡnh tr trũn cu to nh dn mi
d thao rỳt cht sau khi ỳc xong bờ tụng. Chiu di cht xỏc nh nh sau:
Lc = K + BT + (10 -11mm)


Nẹp gỗ dày khoảng 30mm để cố đình và giữ các đầu của chốt khi đúc.
3. ÁP DỤNG THỰC TIỄN
Sau một thời gian nghiên cứu, sản xuất thử nghiệm, sản phẩm ống bê tông ly tâm có lỗ
đã được đưa vào sản xuất áp dụng để lắp đặt cho công trình hầm đường bộ qua đèo Hải Vân.
Thay thế cho hàng nhập ngoại ống PVC đường kính Φ 300mm và 400mm. Chất lượng được
các Công ty Tư vấn nước ngoài như Nippon Koei Co., Ltd. Japan and Louis Berger

International Inc. USA in association with TEDI, Vietnam, nhà thầu Hazama, Ban Quản lý Dự
án đường hầm Hải Vân, Sông Đà 10 chấp nhận để đưa vào lắp đặt toàn bộ hệ thống thoát
nước thấm đường hầm chính, phụ, đường hầm thông gió của đường hầm Hải Vân.
Hiệu quả kinh tế: Để đánh giá hiệu quả kinh tế, tiến hành so sánh đơn giá cho một đơn vị sản

phẩm và giá trị tổng sản phẩm hệ thống thu thoát nước ngầm tuy nen Hải Vân như sau:
TT Loại ống Đơn vị

Khối lượng

Giá ống PVC

giá ống BTLT

Chênh lệch GT chênh lệch

1

φ 300mm

m

8,300

350,000

160,000

190,000

1,577,000,000

2

φ 400mm

m

6,400

625,000

210,000

415,000

2,656,000,000

Cộng

5,810,000,000

Sản phẩm cho thấy tiết kiệm được 5,81 tỷ đồng, một hiệu quả kinh tế không nhỏ.
4. KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đúc ống bê tông có lỗ thấm xung
quanh bằng phương pháp ly tâm, có thể rút ra kết luận sau:
1. Giải pháp công nghệ có thể đúc sản xuất được các loại ống bê tông ly tâm có
đường kính, chiều dày, chiều dài bất kỳ theo ý muốn và là sản phẩm đầu tiên được
sản xuất thành công ở Việt Nam.
2. Sản phẩm của ống bê tông có lỗ thấm xung quanh áp dụng có hiệu quả hạ thấp

đường bão hoà góp phần nâng cao hiệu quả công trình sử dụng và kinh phí xây
dựng.
3. Sản phẩm có thể áp dụng để thoát nước thân đập, thoát nước bảo vệ tường chắn
đất đặc biệt là tường kè ven sông, ven biển, công trình âu tàu, những nơi vị trí
công trình thường xuyên chịu tác dụng của nước ngầm vận động.
4. Với giải pháp kỹ thuật như trên, sản phẩm đã được ứng dụng vào sản xuất để thoát
nước thấm toàn bộ hệ thống tuy nen qua đèo Hải Vân, thay thế hàng nhập ngoại và
được thị trường chấp nhận.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]
[2]
[3]

Jonathan Istok, Groundwater modelling by the finite element Method, chapter 1, page
42 - 48, American Geophysical, 1989.
Nguyễn Thiệu Xuân, Trần Văn Tuấn, Máy sản xuất vật liệu và cấu kiện xây dựng,
trang 247-252, NXB Xây dựng, 2000.
Phan Ngọc Cừ, Tôn Sỹ Kinh, Động lực nước dưới đất, trang 45-67, NXB Đại học và
Trung học chuyên nghiệp, 1981.


[4]

Hồ sơ thiết kế kỹ thuật Dự án đường hầm bộ qua đèo Hải Vân 2000 và Bổ sung thiết
kế 2003.