Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và thành phần hạt đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-------------------------

VŨ XUÂN CHIẾN

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ
THÀNH PHẦN HẠT ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG
LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT
ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

VŨ XUÂN CHIẾN

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ
THÀNH PHẦN HẠT ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG
LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT
ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
MS: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ TẤN QUỲNH

HÀ NỘI, 2011


i
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian làm đề tài vừa qua, tôi đã nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ, nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:
Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, ThS Phạm Văn Lý đã
dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị.
Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực
hành Khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài.
Trường Cao đẳng nghề cơ điện xây dựng Tam Điệp đã hỗ trợ và bố trí
thời gian để tôi thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi
trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các tập thể và cá nhân vì những
giúp đỡ quý báu đó.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết
quả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác
giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều
được chỉ dẫn nguồn gốc.

Hà Nội, tháng 6 năm 2011
Tác giả

Vũ Xuân Chiến


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
Chƣơng 1 ........................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 3
1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới ................ 3
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc ............. 13
Chƣơng 2 ......................................................................................................... 18
MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 18
2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 18
2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 18
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 18
2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 19
2.4.1. Thí nghiệm thăm dò....................................................................... 20
2.4.2. Thực nghiệm đơn yếu tố ................................................................ 22
2.4.3. Thực nghiệm đa yếu tố .................................................................. 26
Chƣơng 3 ......................................................................................................... 34
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................... 34
3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy đầm rung .............................. 34
3.2. Năng suất của máy đầm rung khi làm việc .......................................... 36

3.3. Chi phí năng lƣợng của máy đầm rung khi làm việc ........................... 36
Chƣơng 4 ......................................................................................................... 42
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................... 42
4.1. Mục tiêu thực nghiệm và lựa chọn tham số điều khiển ....................... 42
4.2. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 42


iii
4.2.1. Xác định thành phần hạt của đất làm thí nghiệm ......................... 42
4.2.2. Xác định độ ẩm của đất sử dụng làm thí nghiệm.......................... 45
4.2.3. Xác định độ chặt của đất............................................................... 45
4.2.4. Tiến hành thí nghiệm..................................................................... 46
4.3. Kết quả thí nghiệm thăm dò ................................................................. 47
4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 50
4.4.1. Chi phí năng lượng riêng .............................................................. 50
4.4.2. Năng suất ...................................................................................... 55
4.5. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ............................................................... 60
4.5.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số
đầu vào .................................................................................................... 60
4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ....................................................... 61
4.5.3. Xác định các thông số hợp lý ........................................................ 61
4.5.4. Vận hành máy với các thông số tối ưu .......................................... 66
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 67
Kết luận ....................................................................................................... 67
Khuyến nghị ................................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 69
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 73


iv

DANH MỤC HÌNH
TT
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5

Tên hình
Máy đầm bánh hơi PS-300B
Máy đầm rung CS-323c
Máy đầm rung BW75S-2
Máy đầm bánh thép Sakai SV100
Máy đầm của hãng Liugong
Máy đầm LG300 của hãng Dynapac
Máy đầm của hãng Sakai
Máy đầm hãng Tacom
Sơ đồ cấu tạo của máy đầm cóc
Máy đo công suất Fluke 41B và biến tần VF-S9
Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi phí

năng lƣợng riêng
Đồ thị ảnh hƣởng của thành phần hạt tới chi phí năng
lƣợng riêng
Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi
năng suất
Đồ thị ảnh hƣởng của thành phần hạt tới năng suất

Trang
3
4
4
5
6
15
16
16
34
47
52
55
57
60


v

DANH MỤC BẢNG
TT
2.1
2.2

4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19

Tên bảng
Bảng mã hóa với ba thông số đầu vào
Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành với
hai yếu tố ảnh hƣởng
Thành phần hạt của đất làm thí nghiệm
Thành phần hạt của đất tại 5 lô thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn của
đất
Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm

Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng
lƣợng riêng khi chiều dày lớp đất đầm
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng
lƣợng riêng khi thành phần hạt thay đổi
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi năng suất
khi chiều dày lớp đất đầm
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm năng suất khi
thành phần hạt thay đổi
Mã hoá các thông số đầu vào
Ma trận kế hoạch toàn phần
Tổng hợp kết quả tính toán hàm chi phí năng lƣợng
theo ma trận của kế hoạch toàn phần
Tổng hợp giá trị tính toán hàm năng suất theo ma trận
kế hoạch toàn phần

Trang
28
28
44
44
46
47
48
49

49
51
52
53
54
56
57
58
59
60
61
62
63


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Để thực hiện đƣợc cơ giới hoá - hiện đại hoá trong sản xuất lâm nghiệp,
cũng nhƣ để đảm bảo duy trì và thúc đẩy các hoạt động sản xuất lân nghiệp
thì xây dựng các công trình Lâm nghiệp, trong đó có hệ thống mạng lƣới
đƣờng là công việc cần phải làm trƣớc. Đặc biệt trong thực tế hiện nay, sản
xuất lâm nghiệp luôn gắn liền với việc phát triển nông thôn miền núi thì các
công trình lâm nghiệp không chỉ có ý nghĩa trong sản xuất lâm nghiệp mà còn
có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển kinh tế xã hội của địa phƣơng.
Trong xây dựng nói chung và đƣờng lâm nghiệp nói riêng, công tác
làm đất là khâu công việc đƣợc đặc biệt lƣu ý, bất kể công trình đƣờng nào,
dù là lớn hay nhỏ đều sử dụng đất nhƣ một loại vật liệu xây dựng với các
công dụng nhƣ: làm nền, làm lớp móng và đôi khi làm lớp mặt của kết cấu áo
đƣờng.
Đối với bất cứ công trình xây dựng nào thì nền móng là phần kết cấu

quan trọng, quyết định lớn đến độ bền công trình. Để tạo khả năng chịu tải
trọng của nền đất ngƣời ta sử dụng các thiết bị đầm nén khác nhau. Do ngành
cơ khí xây dựng ở nƣớc ta chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng trong nƣớc
nên hàng năm nƣớc ta phải chi 3-4 tỷ USD để nhập khẩu các loại máy xây
dựng trong đó có các loại máy đầm khác nhau.
Do các loại máy và thiết bị nhập khẩu đƣợc sản xuất ở nƣớc ngoài phù
hợp với điều kiện làm việc ở các nƣớc sở tại, cho nên việc nghiên cứu nhằm
xác định các thông số kỹ thuật hợp lý cho các thiết bị nhập khẩu khi làm việc
ở điều kiện tự nhiên ở Việt Nam nhằm tăng năng suất lao động giảm chi phí
là thực sự cần thiết. Chính vì vậy, đƣợc sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa
sau đại học trƣờng Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp:
“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và thành phần hạt đất đến
năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt


2
đất nền công trình xây dựng” nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng các
thiết bị đầm nén đất nhập ngoại trong điều kiện ở nƣớc ta.


3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới
Trong công tác làm đất, đầm nén là một khâu rất quan trọng, có ảnh
hƣởng quyết định đến chất lƣợng công trình, nó cũng là nguyên công cuối
cùng trong công tác đất nền móng ở nhiều nƣớc trên thế giới
Ở nhiều nƣớc trên thế giới, đã nghiên cứu, chế tạo nhiều loại máy đầm
khác nhau để phục vụ cho các công trình xây dựng nhƣ Caterpillar (Mỹ) sản
xuất các loại máy đầm bánh hơi PS150B, PS200B, PS300B…(hình 1.1) có

công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung nhƣ CS323C, CS433E,
CS44…(hình 1.2) có công suất 70-153HP; Hãng Komatsu (Nhật) chế tạo các
loại máy đầm rung mang nhãn hiệu JV06H, PV08H, JV16-1, JV25-3, JV32W,… các loại máy đầm rung này có công suất từ 5-14,5HP, lực rung lớn nhất
từ 10-25kN;

Hình 1.1. Máy đầm bánh hơi PS300B


4

Hình 1.2. Máy đầm rung CS-433E
Hãng Nippon bomag (Nhật Bản) chế tạo các loại đầm rung nhƣ
BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.3) có lực rung lớn nhất từ 2063kN, công suất từ 5-69,4HP;

Hình 1.3. Máy đầm rung BW65S
Hãng SAKAI HEAVY IND chế tạo các loại máy đầm bánh thép
VM7706, VM7708, SW800, SH1508,WN140, K7606, KD200, R2,…(hình


5
1.4) có áp lực từ 27-58kG/cm2, công suất động cơ từ 58-73HP. Các loại máy
đầm bánh hơi TS30, TS30H, TS360…, các loại máy đầm rung nhƣ SV6, SV
10, TV40, SV100… có công suất từ 50-103HP, lực rung lớn nhất 12-31KN…

Hình 1.4. Máy đầm bánh thép Sakai SW800
Hãng Ligong (Trung Quốc) sản xuất các loại xe lu rung CLG614,
CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu
bánh lốp CLG626R, xe lu chân cừu CLG614 có công suất 120-175HP, lực
rung 135-360kN (hình 1.5).
Việc lựa chọn loại máy đầm để sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố

nhƣ loại đất và tính chất cơ học của đất làm nền công trình, điều kiện mặt
bằng thi công và tính năng kỹ thuật của thiết bị. Kinh nghiệm sử dụng máy
đầm lèn đất ở nhiều nƣớc công nghiệp tiên tiến cho thấy [21]: máy đầm tĩnh
là loại máy đƣợc sử dụng rộng rãi nhất vì nó có cấu tạo đơn giản, năng suất
cao, giá thành tính trên 1m3 đất đƣợc đầm thấp hơn so với loại đầm khác 8085% khối lƣợng đầm lèn tại các công trình là do máy đầm tĩnh thực hiện và
20-25% khối lƣợng đầm lèn còn lại là do máy đầm rung, đầm lực động thực
hiện.


6

Hình 1.5. Máy đầm chân cừu của hãng Liugong
Trong máy đầm tĩnh thì máy lu bánh thép đƣợc dùng phổ biến và thích
hợp để đầm lèn mặt đƣờng đá dăm, đƣờng bê tông nhựa, cán mặt bằng các
công trình nhà cửa, đầm các loại đất ít dính, đất lẫn đá nhỏ…
Máy lu trơn còn có nhƣợc điểm khi đầm, phía trƣớc bánh bị chèn bờ
lƣợn sóng do đó tiêu hao nhiều công suất.
Ứng suất tiếp xúc nhỏ 0,1-0,46MPa và giảm theo chiều sâu đầm, nên
độ chặt của lớp đất phía dƣới khó đạt đƣợc yêu cầu.
Chiều sâu đầm nhỏ h≤20cm đối với các máy có trọng lƣợng G=3-4 tấn.
Hiện nay, để tăng hiệu quả đầm lèn, khắc phục nhƣợc điểm trên và tăng
năng suất ngƣời ta lắp thêm một bánh phụ rung động vào giữa máy, phƣơng
pháp này góp phần làm tăng hiệu quả đầm nén đất [1].
Lu bánh hơi đƣợc sử dụng để đầm nhiều loại đất có đặc điểm khác
nhau nhƣ đất khô cứng, đất có độ ẩm tƣơng đối lớn, đất dính, đất đá dăm…
Lu bánh hơi làm việc hiệu quả khi chiều dài mặt bằng làm việc lớn hơn 100150m.


7
So với các loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh hơi có các ƣu điểm

sau:
- Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao;
- Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đƣờng kính và tải trọng
nhƣ nhau thì diện tích tiếp xúc của bánh lốp nhỏ hơn và ứng suất phân bố đều
hơn lên mặt đất, ứng suất lớn nhất có thể đạt 0,197-1,05 Mpa;
- Đầm bánh lốp có thể thay ứng suất tiếp xúc lớn nhất bằng cách thay
đổi tải trọng và áp suất không khí trong lốp cho phù hợp với nhiều loại đất
khác nhau;
- Chiều dày lớp đất đầm phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc. Diện tích tiếp
xúc càng lớn thì chiều sâu đầm càng nhỏ. Do đó, chiều sâu đầm của lu bánh
hơi lớn hơn nhiều so với chiều sâu đầm của lu bánh cứng và có thể đạt tới 3545cm.
Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để
kéo bánh lu chân cừu. Lu chân cừu thƣờng áp dụng ở những nơi mặt bằng thi
công rộng, thƣờng dùng ở các công trình thuỷ lợi nhƣ đê, kè, đập đảm bảo độ
chặt và độ ổn định của nền đắp tƣơng đối cao. Lu chân cừu có những ƣu điểm
chính nhƣ:
- Chiều sâu ảnh hƣởng đầm lớn do áp suất đầm trên các đầu chân cừu
tƣơng đối cao;
- Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và giá thành đầm nén nhỏ;
- Tạo đƣợc mối liên kết tốt giữa các lớp đất đầm.
Bên cạnh đó, lu chân cừu còn bộc lộ một số nhƣợc là:
- Tính cơ động kém, vận chuyển gặp nhiều khó khăn;
- Khi đầm nén đất dính, dẻo phải đảm bảo độ ẩm qui định chặt chẽ;
- Bề mặt của lớp đất đầm có độ chặt nhỏ do vấu chân cừu sau khi đầm
lại xới lên.


8
Ở một số nƣớc còn sử dụng máy đầm xung kích để đầm lèn nền công
trình xây dựng. Đây là loại máy đầm dùng tải trọng xung kích để làm chặt đất.

Máy đầm xung kích có hai kiểu chính là máy đầm xung kích kiểu búa và máy
đầm xung kích kiểu quả lăn.
Máy đầm rơi đƣợc dùng để đầm đất dính và không dính, đất khô quá
hay ƣớt quá theo từng lớp và độ sâu tới 1,3m. Tuy nhiên máy đầm này có
nhƣợc điểm cấu tạo phức tạp, giá thành một đơn vị cao, khoảng gấp 2 lần giá
thành đầm 1m3 đất bằng các loại máy đầm tĩnh [21]. Do đó nó đƣợc dùng ở
những công trình có yêu cầu đặc biệt nhƣ nhà máy thuỷ điện, khu công
nghiệp lớn hoặc các công trình quân sự.
Máy đầm rung đƣợc dùng để đầm đất hạt rời có kích thƣớc khác nhau,
lực liên kết không lớn lắm nhƣng phải có độ ẩm cao nhƣ đất cát, đá lẫn cát,
sỏi, đá vụn.
Theo đặc tính làm việc của bộ phận công tác máy đầm rung có các kiểu
nhƣ đầm bàn rung, lu rung, đầm cóc.
Đầm bàn rung là một trong những loại đầm đƣợc dùng nhiều nhất, loại
này cũng có 2 kiểu loại đầm bàn dùng tay kéo và loại tự hành. Loại dung tay
kéo có kích thƣớc và khối lƣợng nhỏ, diện tích tiếp xúc giữa bàn đầm với đất
không quá 0,5m2, độ sâu đầm chỉ đạt 20cm.
Máy đầm bàn rung tự hành có khối lƣợng tối đa 10 tấn, diện tích tiếp
xúc với mặt đất tới 4m2, loại này có ƣu điểm lực đầm lớn, chiều sâu ảnh
hƣởng tới 1m, có khả năng tự hành, có thể điều chỉnh để phù hợp với độ ẩm,
đầm đƣợc nhiều loại đất. Nhƣng có nhƣợc điểm là khối lƣợng lớn, đòi hỏi
công suất của động cơ lớn và chỉ hiệu quả khi diện tích bề mặt nền đất rộng.
Máy lu rung (còn gọi là đầm chấn động quả lăn), loại này có ƣu điểm là
hiệu quả đầm cao do trọng lƣợng bánh lăn nhỏ dẫn đến tiêu hao công suất ít.


9
Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau đƣợc sử dụng
trong các công trình xây dựng ở các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣng việc
nghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, công nghệ đầm luôn

luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu.
Trong những năm gần đây xu hƣớng nghiên cứu chế tạo ra các loại máy
đầm nén có năng suất cao và khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện thi
công khác nhau. Năng suất của máy đầm nén đƣợc nâng cao nhờ tăng vận tốc
và tăng khối lƣợng bộ phận công tác. Theo hƣớng này, chi nhánh của Viện
nghiên cứu giao thông St.Peterburg (Nga) đã chế tạo máy đầm bánh hơi có
khối lƣợng 36,6 tấn cho phép đầm nén các loại nền đất dính với chiều dày lớp
đất 40-45cm, năng suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lƣợng
28 tấn, cho phép đầm các loại đất khác nhau với chiều sâu 50cm và năng suất
1200-1400m3/ca.
Nâng cao hiệu quả đầm nén của các máy đầm bánh hơi bằng cách lắp
các bánh đặc biệt có áp suất cao đến 0,8Mpa, điều này cho phép tăng chiều
dày đất đầm lên 1,3-1,5 lần so với bình thƣờng, tăng năng suất ca tới 20-30%.
Trong công trình [13] các tác giả Jens Borg và Anders Engström khi
nghiên cứu động lực học của máy đầm cóc LT70 của hãng Svedala Thuỵ
Điển đã xây dựng đƣợc mô hình động lực học của máy đầm cóc và thiết lập
đƣợc phƣơng trình chuyển động hệ ba bậc tự do. Nhờ phần mềm Matlab đã
giải đƣợc phƣơng trình chuyển động đã xây dựng, xác định đƣợc giá trị của
các phần tử trong phƣơng trình nhƣ độ cứng của các phần tử đàn hồi, vận tốc,
gia tốc làm cơ sơ xác định đƣợc các thông số hợp lý của máy đầm rung làm
việc hiệu quả nhất với độ ẩm đất nằm trong giới hạn từ 10-15Hz cho biên độ
dao động lớn nhất A=73mm.
Trong công trình [18] tác giả Balasov. V.P và Petrovich. P.P (Nga) đã
xác định chế độ làm việc hiệu quả của máy đầm rung khi đầm lèn nền công
trình với hỗn hợp xi măng và các loại đất nền khác nhau. Kết quả nghiên cứu


10
cho thấy rằng thông số kỹ thuật của máy đầm rung khi đầm lèn nền đất cát với
chiều dày lớp đất xấp xỉ 0,3m với chế độ làm việc tự hành, thời gian đầm 7s

độ chặt đạt đƣợc bằng 0,95.γct (γct - Độ chặt tiêu chuẩn)
Nếu giảm vận tốc di chuyển của máy 2,5-1,5 (m/phút) thì độ chặt tăng
lên 0,98-0,99.γct. Nếu giảm độ lớn của lực kích động xuống 1,5 lần thì giảm
độ chặt của nền khoảng 1%.
Khi đầm lèn đất nền là đất cát thành phần hạt là cát hoặc hỗn hợp cát và
xi măng với hàm lƣợng nhỏ hơn 15% và chiều dày 0,25m; đất pha sét với
chiều dày nhỏ hơn 0,12m có thể thực hiện bằng một lƣợng đầm. Độ chặt đất
nền đạt đƣợc không thấp hơn 0,98.γct có thể thực hiện đƣợc ở điều kiện áp
suất tĩnh không nhỏ hơn 1,0.104Pa, thời gian đầm 25-40s. Tỷ lệ giữa lực kích
động và trọng lƣợng máy đầm rung nằm trong khoảng 4-6. Độ ẩm đất hợp lý
40-60Hz.
Trong công trình [23] các tác giả I.N.Glukhovxev và V.G.Xvetkov đã
nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các loại lực đầm nén đến tính chất của vật liệu.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới tác dụng của rung động với tần số
f=23Hz, biên độ A=2,5mm và gia tốc a=5,3.g (g- Gia tốc trọng trƣờng) cho
phép làm chặt nền xi măng ở độ ẩm tối ƣu đến độ chặt 1,75g/cm3 (0,98.δmax)
sau 90s làm việc; tăng thời gian rung không ảnh hƣởng đến độ chặt.
Khi làm chặt nền xi măng với tải trọng P=5Mpa với số lƣợt đầm 6, 8,
18, 24. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tăng số lƣợt đầm làm tăng độ chặt
của nền, sau 24 lƣợt độ chặt đạt 0,99.δmax.
Trong công trình [21] tác giả U.M.Vaxiliev cho rằng yêu cầu về độ chặt
của nền đƣờng trong những năm gần đây có xu hƣớng ngày càng nâng cao vì
đòi hỏi chất lƣợng đƣờng ngày càng cao. Nền đƣờng đƣợc đầm nén đến hệ số
Ky=1,05-1,10 và modun tính toán của đất nền nâng lên 1,5-2 lần so với tiêu
chuẩn hiện tại. Tƣơng ứng với yêu cầu này thì chiều dày áo đƣờng có thể


11
giảm đi 30-40% mà chi phí xây dựng áo đƣờng chiếm khoảng 50-70% giá
thành của con đƣờng, còn chi phí cho việc đầm nén nền đƣờng chỉ chiếm 1,52,5% giá thành đƣờng, từ đó cho thấy rằng đầm nén với Ky cao tức là tăng độ

chặt của nền đƣờng sẽ đạt hiệu quả kinh tế cao.
Để thực hiện đƣợc yêu cầu đề ra cần phải sử dụng các loại máy đầm
hạng nặng có khối lƣợng đến 100 tấn và phải tạo ra ứng suất trên mặt tiếp xúc
giữa bộ phận công tác và nền lớn hơn 2-8Mpa.
Trong công trình [36] các tác giả I.J.Huxainov và I.E.Evgenhev đã
nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các phƣơng pháp đầm nén đến độ bền của nền
đất dính. Để xác định đƣợc sự ảnh hƣởng của phƣơng pháp đầm nén đến độ
chặt của nền đất ở trong phòng thí nghiệm các tác giả làm các mẫu thí nghiệm
từ đất có thành phần á sét với các thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới
hạn dẻo Wp=13,23%. Độ ẩm tối ƣu Wop=12,88%, khối lƣợng thể tích lớn nhất
γ=1,94g/cm3. Mẫu thí nghiệm đƣợc đầm chặt bằng 2 phƣơng pháp đầm tĩnh
và đầm bằng lực động bằng quả nặng 2,5kg ở chiều cao 30cm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới tác dụng lực động ứng suất ở
trong nền đất cao hơn khi đầm bằng lực tĩnh, dẫn đến liên kết giữa các hạt đất
bền vững hơn.
Ngoài những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm để làm chặt đất nền
công trình mà còn có những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm làm chặt áo
đƣờng.
Trong công trình [35] giáo sƣ I.R.Kharkhuta cho rằng sự đầm lèn một
loại vật liệu bất kì bào đó chỉ hiệu quả khi trạng thái ứng suất đƣợc sinh ra
dƣới tác dụng của bộ phận công tác của máy đầm gần với ứng suất giới hạn
bền của vật liệu. Trong qúa trình đầm lèn bê tông asphan, khi dung trọng (độ
chặt) tăng lên đạt đƣợc hệ số dung trọng 0,85-0,96, đồng thời modul biến
dạng của vật liệu tăng 5 lần, còn giới hạn bền sẽ tăng lên 3 lần. Khi giảm


12
nhiệt độ từ 1100C xuống 600C, modun biến dạng tăng lên 8,5 lần và giới hạn
bền tăng 2,5 lần. Khuyến cáo sử dụng máy đầm rung để đầm lèn áo đƣờng bê
tông atphan nhƣ sau: Giai đoạn đầu cho máy chạy với chế độ tắt rung, giai

đoạn trung gian cho máy chạy ở chế độ bộ rung hoạt động, giai đoạn cuối
hoàn thiện phải dùng máy lu trơn. Những khuyến cáo này có ý nghĩa thực tiễn
rất lớn trong thi công công trình giao thông ở Nga.
Trong công trình [25] các tác giả M.P.Koctelov và L.M.Poxatski cho
rằng đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan nóng là khâu công việc phức tạp nhất
trong công tác thi công đƣờng. Sự phức tạp của khâu công việc này thể hiện ở
chỗ chất lƣợng đầm lèn bê tông át phan nóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ:
kinh nghiệm và trình độ của công nhân, loại bê tông át phan, thiết bị sử dụng,
tình trạng kỹ thuật của nền đƣờng… ngoài ra yêu cầu kỹ thuật đối với áo
đƣờng vừa phải đảm bảo độ bền, độ chặt cao mà còn phải đạt độ nhẵn, phẳng
của mặt đƣờng.
Chất lƣợng của quá trình đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan chỉ đạt
đƣợc yêu cầu khi tuân thủ khoảng nhiệt độ áo đƣờng thích hợp cho từng loại
đầm: Máy đầm loại nhẹ bắt đầu làm việc hiệu quả ở 125-1100C, máy đầm loại
trung làm việc hiệu quả ở nhiệt độ 85-1050C, máy đầm loại nặng làm việc ở
nhiệt độ 70-850C.
Kết quả khảo sát cho thấy các loại máy đầm đƣợc chế tạo ở các nhà
máy thuộc Bộ giao thông Nga chủ yếu là máy đầm 3 trục lăn, trong khi đó ở
các nƣớc khác chủ yếu sản xuất loại máy đầm 2 trục lăn. Nhƣng loại này có
nhƣợc điểm là vết lăn của trục lăn trƣớc và trục lăn sau không trùng nhau làm
cho số lần đầm lèn cần thiết phải tăng lên gấp 2 lần. Ngoài ra, do đƣờng kính
trục lăn trƣớc nhỏ, chiều rộng bánh lăn sau nhiều khi không đáp ứng đƣợc yêu
cầu của đầm nén áo đƣờng (độ chặt, độ bằng phẳng…)


13
Tác giả khuyến cáo rằng đƣờng kính của trục lăn là một thông số kỹ
thuật quan trọng của máy đầm cần phải quan tâm trong quá trình tính toán,
thiết kế máy đầm.
Trong các công trình [25] [27] nghiên cứu sự ảnh hƣởng của bộ phận

công tác của các máy đầm tĩnh đến chất lƣợng đầm lèn áo đƣờng cho thấy
rằng nếu chọn các kích thƣớc của trục lăn hợp lý thì khi đầm lèn áo đƣờng bê
tông át phan cho phép giảm chiều cao lƣợn sóng của mặt đƣờng phía trƣớc
trục lăn và tạo ra đƣợc độ phẳng mặt đƣờng cao nhất.
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc
Hiện nay, theo tổng công ty cơ khí xây dựng, ở nƣớc ta có tới 150.000
nhà thầu xây dựng, trong đó có khoảng 2.000 nhà thầu lớn và vừa đang hoạt
động với hàng nghìn công trình xây dựng trên mọi miền đất nƣớc đƣợc thi
công do đó nhu cầu về máy xây dựng là rất lớn. Tuy nhiên, do ngành cơ khí
xây dựng là nhóm ngành sản xuất ra các loại máy móc hạng nặng, có cấu tạo
phức tạp, kích thƣớc lớn, khối lƣợng thép lớn, chi phí vận chuyển và thành
máy cao, bên cạnh đó chƣa đƣợc quan tâm đúng mức của nhiều bộ ngành nên
cho đến nay hầu hết các loại máy xây dựng chúng ta phải nhập khẩu từ nƣớc
ngoài. Có thể dễ dàng nhận thấy ở một số tỉnh, thành phố có hoạt động công
nghiệp phát triển nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đồng Nai,
Bình Dƣơng hàng trăm các bãi bán máy xây dựng sôi động nhiều năm nay.
Đối với các loại máy đầm nén đất, do đặc điểm tự nhiên và đất đá ở
từng vùng khác nhau, qui mô sản xuất ở các công trình khác nhau cho nên có
nhiều loại máy đầm đƣợc sử dụng, nhƣng phổ biến là các loại máy đầm rung
do tính ƣu việt và hiệu quả nổi bật của chúng [8].
Một số loại đầm rung sử dụng rộng rãi đƣợc nhập từ Caterpillar,
Komatsu (Nhật). Loại đầm trống chân cừu có các mác máy CS-323C,
CS431C, CS-433C, JV06H, JV08H, JV16-1, JV25-3,… Ƣu việt của các loại


14
máy này là có tính đa năng vừa có thể thực hiện công việc san lấp, vừa đầm
lèn, tốc độ hoạt động cao, có trang bị truyền động biến mô, tất cả các bánh
đều là chủ động, khung có khớp quay, khoảng cách tâm bánh trƣớc và bánh
sau lớn hơn nên khá ổn định.

Loại đầm rung trống đơn: có các mã hiệu CS-323C, CS431C, CS433C, CS-573D,…Có ƣu điểm nổi bật là có van phân chia lƣu lƣợng hoặc hệ
thống bơm kép để tạo lực kéo chủ động cho cả trống trƣớc và bánh sau nên có
thể làm việc đƣợc trong những điều kiện đất nền khác nhau, cơ cấu hành tinh
để biến đổi lực kéo bám và hạn chế trƣợt của các bánh sau; Có thanh làm sạch
kiểu hàm có thể điều chỉnh đƣợc để làm sạch vấu đầm cả khi tiến và lùi.
Loại đầm rung 2 trống có các mã hiệu JV06H, JV08H, JV16-1, JV253,…Chúng có ƣu điểm nổi bật là tự động ngừng rung trƣớc khi dừng máy để
có đƣợc mặt đầm phẳng; độ hở bên nhỏ cho phép các máy đầm hoạt động sát
lề đƣờng, tƣờng đứng và các chƣớng ngại vật khác, có kết cấu bảo vệ khi bị
lật.
Loại đầm bánh hơi:
- Các bánh đều dao động đƣợc nên cho phép các bánh trƣớc và sau
nhận đƣợc tải trọng đều nhau bất kể độ phẳng của đất nền nhƣ thế nào.
- Mô tơ dẫn động và phanh đặt trên khung chính cách xa bùn đất;
- Khoang tải trọng thuận tiện cho việc chất tải và đƣợc bố trí đảm bảo tỉ
lệ bánh hơi/trọng lƣợng cân bằng.
- Các thiết bị tuỳ chọn vừa di chuyển vừa bơm;


15

Hình 1.6. Máy đầm LG160 của hãng Dynapac
- Ở các công trình xây dựng nhỏ, mặt bằng thi công chật hẹp nhƣ công
trình nhà công nghiệp, nhà dân dụng, thƣờng sử dụng các loại đầm rung mini
nhƣ LG160, LG300 của hãng Dynapac (hình 1.6) các loại máy đầm bàn này
có kích thƣớc nhỏ, có lƣợng khí thải và tiếng ồn thấp, có độ rung ở tay cầm
nhỏ, đảm bảo cho ngƣời điều khiển thoải mái. Máy làm việc thuận tiện ở
những nơi mặt bằng chật hẹp với các loại đất nền khác nhau.
Các loại máy đầm cóc, đầm rung của các hãng Sakai, Tacom… (hình
1.7, 1.8) đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng nhà dân dụng,
nhà công nghiệp và chúng có ƣu điểm là đơn giản, dễ sử dụng có thể đầm nén

các loại đất khác nhau và có tính cơ động cao.


16

Hình 1.7. Máy đầm của hãng Sakai

Hình 1.8. Máy đầm hãng Tacom
Hiện nay, do chƣa đƣợc quan tâm đầy đủ cho nên việc nghiên cứu về
máy xây dựng và máy đầm nén đất ở nƣớc ta rất ít và chƣa có hệ thống. Một
số công trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực rung động, cơ sở nguyên lý
làm việc của các thiết bị đầm rung đƣợc công bố nhƣ:
Nguyễn Trọng Luân: nghiên cứu ứng dụng rung động để làm chặt đất
nền đƣờng năm 1995.


17
Trần Văn Tuấn: khảo sát động lực học máy đầm xung kích tự di chuyển
năm 2002.
Trong các tài liệu về cơ sở lý thuyết kỹ thuật rung trong xây dựng, các
tác giả Nguyễn Đình Chiểu, Nguyễn Trọng, Nguyễn Anh Tuấn đã trình bày
một số vấn đề cơ bản của lý thuyết dao động cơ học liên quan trực tiếp đến áp
dụng kỹ thuật rung nói chung và một vài bài toán cơ bản cũng nhƣ các kết quả
nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nƣớc vào những năm gần đây, trong
đó đặc biệt chú ý đến các mô hình bài toán ứng dụng kỹ thuật rung trong xây
dựng.
Kết luận: Các loại máy xây dựng nói chung và máy đầm nén đất nói
riêng đã đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc công nghiệp và cũng nhƣ ở nƣớc
ta. Tuỳ theo điều kiện sử dụng nhƣ loại đất, đá qui mô công trình xây dựng
mà mỗi nơi có các loại máy thích hợp đƣợc chọn để đầm nén nền công trình.

Ở các nƣớc phát triển các loại máy công suất lớn đƣợc sử dụng rộng rãi còn ở
nƣớc ta các máy đầm rung và các loại máy mini đƣợc chọn và sử dụng nhiều
hơn.
Nghiên cứu về công nghệ đầm nén và máy đầm đƣợc tiến hành bài bản
và thành hệ thống ở các nƣớc công nghiệp phát triển tập trung vào các lĩnh
vực chủ yếu sau: hoàn thiện công nghệ và kỹ thuật đầm nén; Hoàn thiện các
thông số kỹ thuật của máy để tăng năng suất hoạt động, tăng chất lƣợng đầm
nén.
Ở nƣớc ta, nghiên cứu về công nghệ cũng nhƣ máy đầm nén đất còn rất
khiêm tốn vì vậy việc nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều
dày đầm nén và thành phần hạt đất đến năng suất và chi phí năng lượng
riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng” là
cần thiết, góp phần lựa chọn và sử dụng máy đầm một cách có hiệu quả.


18
Chƣơng 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định đƣợc chiều dày đầm nén và thành phần hạt hợp lý của đất để
đầm nén bằng đầm cóc đạt hiệu quả cao nhất.
2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là máy đầm loại TV60N của hãng
Tacom (Nhật Bản) có khối lƣợng 69kg, chiều cao nhảy 40-60 mm, tần số
rung 550-575 (vòng/phút), công suất cực đại của động cơ 3HP. Đây là loại
đầm đƣợc nhập về trƣờng Cao đẳng Cơ điện xây dựng Tam Điệp – Ninh Bình
phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu.
- Đề tài sử dụng loại đất dùng để đắp nền đƣờng tại khu vực Lƣơng Sơn
– Hoà Bình.

- Do hạn chế về qui mô đề tài và thời gian làm luận văn tốt nghiệp, đề
tài chỉ tập trung nghiên cứu thành phần hạt, chiều dày lớp đất đầm và ảnh
hƣởng của chúng tới chi phí năng lƣợng riêng và năng suất của máy đầm
trong quá trình đầm nén đất nền đƣờng.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã sử dụng một số phƣơng
pháp nghiên cứu nhƣ sau:
+ Phƣơng pháp thực nghiệm khoa học: phƣơng pháp này đƣợc sử dụng
trong phân tích mẫu đất thí nghiệm để xác định một số tính chất cơ bản của
đất nhƣ độ ẩm, thành phần hạt.
+ Phƣơng pháp kế thừa tƣ liệu: Sử dụng các kết quả nghiên cứu các
nghiên cứu trên thế giới và trong nƣớc để có cái nhìn tổng quan về vấn đề
nghiên cứu và định hƣớng cho vấn đề nghiên cứu cho đề tài ở phần cơ sở lý
luận.