Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-------o0o-------

NGUYỄN NGỌC TRUNG

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY
LỰC DI CHUYỂN BƯỚC TRONG THI CÔNG CÁC CÔNG
TRÌNH XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM
Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1- PGS.TS.NGND. NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM
2- PGS.TS. LÊ QUANG HANH

Hà Nội - 2018


i

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TSNGND. Nguyễn Đăng Điệm và PGS-TS Lê Quang Hanh – Trường Đại học
Giao thông Vận tải, hai người Thầy đã hướng dẫn, động viên giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo tại bộ môn Máy xây
dựng Xếp dỡ, các nhà khoa học của Trường Đại học Giao thông Vận tải, Viện
Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Học viện Kỹ thuật Quân sự,
Trường Đại học Xây dựng, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam, Viện Khoa học

Công nghệ GTVT,... đã giúp đỡ và góp ý cho tôi trong quá trình nghiên cứu và
viết luận án của mình.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Giao thông Vận tải,
phòng Đào tạo Sau Đại học, Khoa Cơ khí, Phòng Khoa học Công nghệ, Trung
tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải cùng các phòng ban chức năng
trong Nhà trường đã tạo điều kiện vật chất giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên
cứu để đạt được kết quả mong muốn.
Xin trân trọng cảm ơn tới Lãnh đạo Công ty CP Kỹ thuật Nền móng và
Công trình ngầm FECON, Công ty TNHH LG Display Việt Nam Hải Phòng đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi thực hiện đo đạc thực nghiệm thiết bị tại
hiện trường để hoàn thành luận án này.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn vợ và gia đình tôi đã động viên, hỗ trợ tôi rất
nhiều về mặt thời gian, ủng hộ về vật chất lẫn tinh thần để giúp tôi hoàn thành
luận án này.
Nguyễn Ngọc Trung


ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu động lực học của máy ép cọc
thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam” là

công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và tài liệu trong luận án là trung
thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tất cả
những nội dung tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ.

Tác giả luận án

Nguyễn Ngọc Trung


iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài...............................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài.......................................................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ............................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..................................................................3
6. Điểm mới của luận án ..................................................................................................4
7. Bố cục của luận án .......................................................................................................4
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..........................................6
1.1. Tổng quan về công tác thi công nền móng công trình .......................................6
1.1.1. Tổng quan về tính chất cơ lý của nền đất yếu của Việt Nam ........................6
1.1.2. Tổng quan về công tác thi công nền móng công trình nói chung và thi công
nền móng công trình trên nền đất yếu nói riêng. .....................................................9
1.1.3. Tổng quan về công nghệ thi công cọc và máy ép cọc thủy lực di chuyển
bước .....................................................................................................................11
1.1.4. Nhu cầu sử dụng máy ép cọc thủy lực di chuyển bước hiện nay ở Việt
Nam. .....................................................................................................................16
1.2. Tổng quan các công trình đã nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến
luận án ........................................................................................................................17
1.2.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu về kết cấu máy ép cọc thủy lực di
chuyển bước. ..........................................................................................................17

1.2.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu về động lực học máy ép cọc thủy lực
di chuyển bước. ......................................................................................................24
1.2.3. Các nghiên cứu về thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước .......35
Kết luận chương 1 .........................................................................................................37
CHƯƠNG 2- NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC
DI CHUYỂN BƯỚC .....................................................................................................39
2.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................39


iv

2.2. Nghiên cứu động lực học máy khi nâng cọc....................................................39
2.2.1. Mô hình động lực học của máy ép cọc khi hệ thống cần trục nâng cọc có
xét đến độ chùng của cáp .......................................................................................39
2.2.2. Thiết lập phương trình chuyển động của hệ ................................................42
2.2.3. Giải hệ phương trình chuyển động ..............................................................45
2.3. Nghiên cứu động lực học máy khi nâng cọc và quay ......................................47
2.3.1. Xây dựng mô hình động lực học của máy ép cọc khi hệ thống cần trục nâng
cọc và quay .............................................................................................................47
2.3.2. Thiết lập phương trình chuyển động của hệ ................................................49
2.3.3. Giải hệ phương trình chuyển động ..............................................................57
2.3.4. Xác định lực tác dụng lên các chân chống của máy ép cọc thủy lực di
chuyển bước ...........................................................................................................61
2.4. Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực của máy ép cọc di
chuyển bước ...............................................................................................................65
2.4.1. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực khi kẹp cọc. ...............66
2.4.2. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực khi ép cọc ..................70
2.4.3. Nghiên cứu động lực học hệ thống xi lanh thủy lực di chuyển máy ...........72
2.4.4. Xây dựng các chuơng trình mô phỏng bằng Matlab- Simulink và tiến hành
mô phỏng các quá trình làm việc của hệ thống TĐTL...........................................74

CHƯƠNG 3- NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC .............82
3.1. Mục đích thực nghiệm .....................................................................................82
3.2. Các thông số thực nghiệm................................................................................82
3.3. Các thiết bị và đối tượng thực nghiệm .............................................................83
3.3.1. Các đầu đo trực tiếp .....................................................................................83
3.3.2. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm ................................................................84
3.3.3. Bố trí đầu đo và các thiết bị đo ....................................................................84
3.4. Sơ đồ khối tiến hành thực nghiệm ...................................................................86
3.5. Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu ..............................................................87
3.5.1. Xử lý kết quả đo thực nghiệm .....................................................................87
3.5.2. Các trường hợp thực nghiệm .......................................................................88
3.6. Phân tích và so sánh kết quả thực nghiệm .......................................................91


v

3.6.1. Phân tích kết quả thực nghiệm, ta có nhận xét như sau: .............................91
3.6.2. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả lý thuyết .....................................91
CHƯƠNG 4- KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐỘNG
LỰC HỌC CỦA MÁY ÉP CỌC THỦY LỰC DI CHUYỂN BƯỚC ..........................97
4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong
quá trình cung cấp cọc. ..............................................................................................97
4.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình động lực học máy ...............................97
4.1.2. Khảo sát độ ổn định của máy khi thay đổi tải trọng nâng và tầm với .........98
4.1.3. Khảo sát động lực học máy khi thay đổi vận tốc nâng cọc (vn) ..................98
4.1.4. Khảo sát động lực học máy khi thay đổi vận tốc quay mâm quay (nq) .......99
4.1.5. Khảo sát động lực học máy khi thay đổi đường kính cáp (dc) ..................100
4.1.6. Khảo sát các trường hợp làm việc ảnh hưởng đến các thông số động lực
học của máy..........................................................................................................101

4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong
trường hợp ép cọc. ...................................................................................................103
4.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình động lực học máy .............................103
4.2.2. Khảo sát động lực học máy khi thay đổi đường kính xi lanh ép cọc (De) 103
4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố địa chất, nền móng v.v. đến các thông
số động lực học (áp suất, lưu lượng, lực động,v.v.) thuộc hệ thống TĐTL.........104
4.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số động lực học của máy trong
trường hợp di chuyển máy. ......................................................................................109
4.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình động lực học máy .............................109
4.3.2. Khảo sát động lực học máy khi thay đổi đường kính xi lanh di chuyển máy
(Ddc) ...................................................................................................................109
4.4. Xác định một số thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước
(theo quan điểm ĐLH) .............................................................................................110
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................114
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ........................116
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................117


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Diễn giải

Ký hiệu

Đơn vị

1

Mô men quán tính quy dẫn của động cơ thủy lực và các chi

tiết quay trong cơ cấu về trục động cơ thủy lực

kg.m2

m2

Khối lượng quy dẫn cần của cần trục về một điểm nằm trên cần

kg

m3

Khối lượng của đối trọng cần trục

kg

m4

Khối lượng của cọc

kg

5

Mômen quán tính quy dẫn của động cơ thủy lực và các chi
tiết quay trong cơ cấu về trục động cơ

kg.m2

6

Mômen quán tính quy dẫn của mâm quay

kg.m2

a

Bội suất cáp

M(q1 )

Đặc tính cơ của động cơ thủy lực dẫn động tời thủy lực của
cơ cấu nâng hàng thuộc cần trục cấp cọc

N.m

M(q 5 )

Đặc tính cơ của cơ cấu quay thuộc cần trục

N.m

K1

Hệ số dập tắt dao động quy dẫn của cáp thép nâng hạ cọc

Ns/m

S1

Độ cứng quy dẫn của cáp thép nâng hạ cọc

N/m

S2

Độ cứng quy dẫn của cơ cấu quay

Dt

Đường kính của tang cuốn cáp

i1

Tỷ số truyền từ động cơ thủy lực, qua hộp giảm tốc đến tời
nâng

n1

Tốc độ quay của mâm quay

rad/s

q30

Góc lệch ban đầu của cáp thép cùng với cọc tại đỉnh cần
trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần (mặt phẳng X1O1Z1 )

rad



Góc lệch ban đầu xét trong mặt phẳng nằm ngang của đường
tâm cần của cần trục so với trục OX

rad

q; q ; q

Nm/rad
m

Các véc tơ chuyển vị, véc tơ vận tốc và véc tơ gia tốc

fQ

Chiều dài cáp thép nâng hạ cọc

m

Fc

Lực căng cáp

N


vii

l

Biến dạng của cáp nâng hạ cọc

T

Hàm động năng



Hàm hao tán

U

Hàm thế năng

M

Ma trận khối lượng

K*

Ma trận của các lực ly tâm

K2i; K3i; K6i

Ma trận của các lực Côriôlit

K

Ma trận các phần tử dập tắt dao động

S

Ma trận các phần tử độ cứng

m

f(t)

Véc tơ lực kích động

Gm

Trọng lượng của sàn máy (kể cả đối trọng của máy)

N

G2

Trọng lượng cần của cần trục

N

G3

Trọng lượng đối trọng của cần trục

N

GQ

Trọng lượng của cọc

N

Ri

Các lực tác dụng lên chân chống của máy

N

Qb

Lưu lượng lý thuyết của bơm

m3/s

Qrrb

Lưu lượng chất lỏng rò rỉ ở bơm thủy lực

m3/s

Qxl

Lưu lượng tiêu thụ của xi lanh

m3/s

QE

Lưu lượng chất lỏng làm biến dạng hệ thống

m3/s

Q at

Lưu lượng qua van an toàn tổng

m3/s

Vob

Lưu lượng riêng của bơm

m3/vòng

nb

Tốc độ quay của trục bơm

vòng/s

X(t)

Hệ số điều chỉnh lưu lượng của bơm

pa

Áp suất của dầu công tác trong nhánh cao áp

rb

Hệ số tổn thất lưu lượng ở bơm thủy lực

Pa
(m3/s)/Pa


viii

m3/Pa

Ea

Biến dạng đàn hồi trong ống dẫn cao áp

A1

Diện tích tiết diện khoang cao áp của xi lanh

m2

A2

Diện tích tiết diện khoang thấp áp của xi lanh

m2

Fqt

Lực quán tính

N

FR

Phản lực tác dụng vào xi lanh

N

WC

Lực cản tác dụng vào cọc

N

WR

Lực cản đầu cọc

N

Wms

Tổng trở lực bó thân cọc

N

c

Hệ số tổn thất trong xi lanh

b

Hiệu suất thể tích của bơm thủy lực

pl

Hiệu suất puly bộ tời nâng hạ cọc

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
Diễn giải

Ký hiệu

ĐLH

Động lực học

TĐTL

Truyền động thủy lực

PTCĐ

Phương trình chuyển động


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG DÙNG TRONG LUẬN ÁN
TT Bảng

Diễn giải

Trang

Bảng 1.1

Các chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất ở đồng bằng Bắc Bộ

8

Bảng 1.2

Sự thay đổi chuyển vị và ứng suất của cơ cấu kẹp cọc khi thay
đổi môđun đàn hồi của vật liệu, hệ số poisson và lực kẹp cọc
trong quá trình kẹp cọc

18

Bảng 1.3

Sự thay đổi chuyển vị và ứng suất của cơ cấu kẹp cọc khi thay
đổi môđun đàn hồi của vật liệu, hệ số poisson và lực ép cọc
trong quá trình ép cọc

18

Bảng 1.4

Sự thay đổi ứng suất và chuyển vị với trường hợp 2 xi lanh ép
chính

20

Bảng 1.5

Sự thay đổi ứng suất và chuyển vị với trường hợp 4 xi lanh ép

21

Bảng 1.6

Sự thay đổi ứng suất và chuyển vị với trường nhổ cọc

21

Bảng 1.7

Đánh giá hiệu năng của hai phương pháp thiết kế hệ thống ép
cọc

36

Bảng 2.1

Giá trị lực tác dụng vào các xi lanh chân chống theo góc quay
của mâm quay

64

Bảng 3.1

Hệ số động lực căng cáp và áp suất dầu trong các xi lanh thủy lực

94

Bảng 3.2

Sai số tương đối của lực căng trong cáp nâng hạ cọc giữa lý
thuyết và thực nghiệm ứng với các trường hợp làm việc của máy

94

Bảng 4.1

Giá trị thay đổi tầm với của cần trục R

97

Bảng 4.2

Giá trị thay đổi của tốc độ nâng cọc vn

97

Bảng 4.3

Giá trị thay đổi của tốc độ mâm quay nq

97

Bảng 4.4

Giá trị thay đổi của đường kính cáp nâng hạ cọc dc

97

Bảng 4.5

Các trường hợp làm việc điển hình của máy

97

Bảng 4.6

Sự thay đổi lực tác dụng vào các chân chống máy theo tải trọng
và tầm với của máy

98

Bảng 4.7

Sự thay đổi hệ số động của lực căng cáp trường hợp nâng cọc
và quay đồng thời với các vận tốc nâng cọc khác nhau

99

Bảng 4.8

Sự thay đổi hệ số động của lực căng cáp trường hợp phanh hãm
mâm quay ứng với các vận tốc quay mâm quay khác nhau

100

Bảng 4.9

Giá trị thay đổi của đường kính xi lanh ép cọc De

103

Bảng 4.10

Khảo sát các yếu tố địa chất

103

Bảng 4.11

Giá trị thay đổi của đường kính xi lanh di chuyển máy Ddc

109

Bảng 4.12

Giá trị các thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di chuyển
bước ZYJ860B

112


x

DANH MỤC HÌNH VẼ, ẢNH TRONG LUẬN ÁN
TT Hình

Diễn giải

Trang

Hình 1.1

Cột địa tầng tổng quát ở đồng bằng Bắc Bộ

7

Hình 1.2

Các phương pháp gia cố nền móng công trình

9

Hình 1.3

Hình ảnh máy ép cọc thủy lực di chuyển kiểu bước

13

Hình 1.4

Các dạng hộp kẹp cọc của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước

13

Hình 1.5

Máy ép cọc thủy lực di chuyển kiểu bước

14

Hình 1.6

Giai đoạn cung cấp cọc

15

Hình 1.7

Giai đoạn ép cọc

15

Hình 1.8

Một số hình ảnh về các công trình đang thi công tại Việt Nam

17

Hình 1.9

Chuyển vị của cơ cấu kẹp khi kẹp cọc

17

Hình 1.10

Phân bố ứng suất của cơ cấu kẹp khi kẹp cọc

17

Hình 1.11

Chuyển vị của cơ cấu kẹp khi ép cọc

18

Hình 1.12

Phân bố ứng suất của cơ cấu kẹp khi ép cọc

18

Hình 1.13

Cấu tạo cơ cấu kẹp cọc

19

Hình 1.14

Lực tác dụng của cơ cấu kẹp ở tầng trên và tầng dưới

19

Hình 1.15

Mô hình mô phỏng và tạo lưới hộp kẹp cọc với cá xi lanh kẹp đặt
thẳng đứng ở cả trên và dưới (Các thông số mô phỏng E=200 Gpa;
=0,25)

20

Hình 1.16

Sự phân bố ứng suất và chuyển vị trên hộp kẹp cọc trong trường hợp
ép cọc với 2 xi lanh ép chính

20

Hình 1.17
Hình 1.18
Hình 1.19
Hình 1.20
Hình 1.21

Sự phân bố ứng suất và chuyển vị trên hộp kẹp cọc trong trường hợp
dùng cả bốn xi lanh ép
Sự phân bố ứng suất và chuyển vị trên hộp kẹp cọc trong trường hợp

nhổ cọc
Cấu tạo bàn ép
Mô hình, sự phân bố ứng suất và chuyển vị trên khung ép trong
trường hợp ép cọc
Mô hình, sự phân bố ứng suất và chuyển vị trên khung ép trong
trường hợp nhổ cọc

20
21
21
22
22

Hình 1.22

Cấu tạo khung ép

23

Hình 1.23

Sơ đồ tính và mô hình 3D thân máy trên phần mềm Solidwork

23

Hình 1.24

Sự phân bố ứng suất trên phần công son của thân máy trong các
trạng thái làm việc của máy

23

Hình 1.25

Tổng thể máy ép cọc thủy lực di chuyển bước lực ép 800T

24


xi

Hình 1.26

Cấu tạo thân máy

24

Hình 1.27

Mô hình ĐLH nhiều khối lượng của cần trục cột quay

25

Hình 1.28

Mô hình cần trục cột quay làm thực nghiệm

25

Hình 1.29

Góc lắc trong mặt phẳng O

27

Hình 1.30

Góc lắc trong mặt phẳng O

27

Hình 1.31

Mô men uốn tác dụng vào kết cấu máy quanh trục OZ

27

Hình 1.32

Mô men uốn tác dụng vào kết cấu máy quanh trục OY

27

Hình 1.33

Mô men xoắn trong cột tháp

27

Hình 1.34

Góc quay của cần trục j1

27

Hình 1.35

Mô hình hình học của cần trục tháp với tải nâng

28

Hình 1.36

Dao động của cần trục tháp với góc lắc ban đầu của hàng nâng (o = 10o)

28

Hình 1.37

Độ chuyển vị của điểm đỉnh cần treo cáp và tần số dao động của nó

29

Hình 1.38

Mô hình động lực học cần trục ô tô

29

Hình 1.39

Quỹ đạo của tải trọng

30

Hình 1.40

Các giá trị lực và mô men dẫn động ứng với các khâu

30

Hình 1.41

Mô hình khung máy ép cọc di chuyển kiểu bước

31

Hình 1.42

Quá trình thay đổi góc nghiêng và chiều cao của chân máy bằng
cách thay đổi chiều cao từng cặp xi lanh một

31

Hình 1.43

Quá trình thay đổi góc nghiêng và chiều cao của chân máy bằng
cách cho các xi lanh hoạt động đồng thời

32

Hình 1.44

Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống tự động cân bằng thân máy

32

Hình 1.45

Mô hình mô phỏng của hệ thống thủy lực của sự ép cọc khi thêm lực
ép trong AMESim

34

Hình 1.46

Mô hình xi lanh ép cọc

34

Hình 2.1

Mô hình động lực học khi nâng cọc có xét đến độ chùng cáp

41

Hình 2.2

Sơ đồ khối thuật toán trường hợp nâng cọc có độ chùng cáp

45

Hình 2.3

Chuyển vị góc động cơ thủy lực của tời hàng q1

46

Hình 2.4

Vận tốc góc của đông cơ thủy lực q 1

46

Hình 2.5

Chuyển vị của cọc q2

46

Hình 2.6

Vận tốc dài của cọc q 2

46

Hình 2.7

Chuyển vị góc của cọc q3

46

Hình 2.8

Vận tốc góc của cọc q 3

46

Hình 2.9

Lực căng của cáp thép trong trường hợp nâng hàng có độ chùng cáp

46


xii

Hình 2.10

Mô hình động lực học trong trường hợp máy nâng cọc và quay đồng
thời

48

Hình 2.11

Sơ đồ khối các thông số đầu vào và các biến trung gian

58

Hình 2.12

Sơ đồ khối thuật toán để giải PTCĐ trường hợp máy nâng cọc và
quay đồng thời

58

Hình 2.13

Chuyển vị góc của đông cơ thủy lực q1

59

Hình 2.14

Vận tốc góc của đông cơ thủy lực q 1

59

Hình 2.15

Chuyển vị của cọc theo phương thẳng đứng q2

59

Hình 2.16

Vận tốc của cọc theo phương thẳng đứng q 2

59

Hình 2.17

Chuyển vị góc của cọc q3 trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần
(X1O1Z1)

59

Hình 2.18

Vận tốc góc của cọc q 3 trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần
(X1O1Z1)

59

Hình 2.19

Chuyển vị góc của cọc q4 trong mặt phẳng mặt phẳng vuông góc với
mặt phẳng chứa cần (Y1O1Z1)

60

Hình 2.20

Vận tốc góc của cọc q 4 trong mặt phẳng mặt phẳng vuông góc với
mặt phẳng chứa cần (Y1O1Z1)

60

Hình 2.21

Chuyển vị góc của đông cơ thủy lực mâm quay q5

60

Hình 2.22

Vận tốc góc của đông cơ thủy lực mâm quay q 5

60

Hình 2.23

Chuyển vị góc của mâm quay q6

60

Hình 2.24

Vận tốc góc của mâm quay q 6

60

Hình 2.25

Lực căng trong cáp thép trường hợp nâng hàng và quay đồng thời

60

Hình 2.26

Mô hình xác định ổn định máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong
trường hợp máy nâng cọc và quay

62

Hình 2.27

Sơ đồ khối thuật toán xác định lực tác dụng lên các xi lanh chân
chống trường hợp nâng cọc và quay

63

Hình 2.28

Sự thay đổi lực tác dụng lên các xi lanh chân chống Ri (i = 1÷4)
theo góc quay của mâm quay q6

64

Hình 2.29

Sơ đồ mạch thủy lực của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước

65

Hình 2.30

Mô hình nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực xi lanh
kẹp cọc

66

Hình 2.31

Mô hình nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực xi lanh ép
cọc

70

Hình 2.32

Mô hình nghiên cứu động lực học hệ TĐTL xi lanh di chuyển máy

72

Hình 2.33

Sơ đồ khối chương trình mô phỏng quá trình kẹp và nhả cọc

74


xiii

Hình 2.34

Sơ đồ khối chương trình mô phỏng ĐLH xi lanh ép cọc

75

Hình 2.35

Sơ đồ khối chương trình mô phỏng ĐLH xi lanh di chuyển máy

75

Hình 2.36

Biểu đồ làm việc của xi lanh khi kẹp cọc thay đổi theo thời gian

76

Hình 2.37

Áp suất dầu trong khoang xi lanh kẹp cọc

76

Hình 2.38

Lực kẹp của xi lanh kẹp cọc tạo ra

76

Hình 2.39

Vận tốc xi lanh kẹp cọc trong cả quá trình kẹp và nhả cọc (0 - 1,6s)

76

Hình 2.40

Số bơm làm việc, số xi lanh thực hiện ép và lực cản tác dụng vào
một xi lanh

77

Hình 2.41

Lưu lượng dầu cung cấp cho một xi lanh chính ép cọc

78

Hình 2.42

Áp suất dầu trong khoang cao áp của một xi lanh chính ép cọc

78

Hình 2.43

Vận tốc ép cọc khi máy ép cọc từ 0-40s (tương ứng độ sâu 3,4 m
đến 5,1 m)

78

Hình 2.44

Chuyển vị của cọc từ độ sâu 3,4 m đến 5,4 m

78

Hình 2.45

Áp suất dầu trong khoang cao áp của xi lanh di chuyển dọc máy

79

Hình 2.46

Lực đẩy do xi lanh di chuyển dọc máy tạo ra

79

Hình 2.47

Vận tốc di chuyển dọc của máy

79

Hình 3.1

Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước dùng để đo đạc thực nghiệm

82

Hình 3.2

Đầu đo áp suất 520.954S

83

Hình 3.3

Đầu đo lưu lượng R5S7HK75

83

Hình 3.4

Đầu đo dịch chuyển kiểu quay của hãng HengStler

83

Hình 3.5

Đầu đo lực kéo loại DSCK của hãng BONGSHIN

83

Hình 3.6

Thiết bị thu thập tín hiệu NI-6009

84

Hình 3.7

Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ZYJ860B tại hiện trường

84

Hình 3.8

Sơ đồ bố trí thiết bị đo trường hợp máy thực hiện quá trình nâng cọc

85

Hình 3.9

Sơ đồ bố trí thiết bị đo trường hợp máy thực hiện quá trình kẹp cọc
và ép cọc

85

Hình 3.10

Sơ đồ bố trí thiết bị đo trường hợp máy thực hiện quá trình di
chuyển dọc

85

Hình 3.11

Vị trí lắp đặt đầu đo lực và đầu đo áp xuất trong xi lanh chân đỡ
máy

86

Hình 3.12

Vị trí lắp đặt đầu đo lưu lượng, đầu đo áp suất xi lanh kẹp, ép cọc và
đầu đo dịch chuyển của cọc

86

Hình 3.13

Vị trí lắp đặt đầu đo áp suất xi lanh di chuyển máy và đầu đo dịch
chuyển máy

86

Hình 3.14

Sơ đồ quá trình thực nghiệm

87


xiv

Hình 3.15

Sự thay đổi lực động trong cáp thép trường hợp nâng cọc kể đến đến
độ chùng cáp

88

Hình 3.16

Sự thay đổi lực động trong cáp thép khi bắt đầu nâng cọc và quay

89

Hình 3.17

Sự thay đổi lực động trong cáp thép khi phanh hãm cơ cấu quay
trong hợp quay cọc

89

Hình 3.18

Sự thay đổi lực tác dụng lên bốn xi lanh chân chống của máy khi
nâng cọc và quay

89

Hình 3.19

Áp suất động trong khoang cao áp của xi lanh kẹp cọc khi kẹp cọc

89

Hình 3.20

Áp suất động trong khoang cao áp của xi lanh kẹp cọc khi nhả cọc

89

Hình 3.21

Sự thay đổi lưu lượng dầu, áp suất trong một xi lanh ép chính và
dịch chuyển cọc trong quá trình ép cọc

90

Hình 3.22

Dịch chuyển dọc của máy

90

Hình 3.23

Áp suất động trong khoang cao áp của xi lanh di chuyển dọc máy

90

Hình 3.24

Sự thay đổi lực động trong cáp thép trường hợp nâng cọc có độ
chùng cáp

91

Hình 3.25

Sự thay đổi lực động trong cáp thép khi bắt đầu vừa nâng cọc vừa quay

92

Hình 3.26

Sự thay đổi lực động trong cáp thép khi phanh hãm cơ cấu quay
trường hợp quay cọc

92

Hình 3.27

Sự thay đổi lực tác dụng lên bốn xi lanh chân chống của máy trường
hợp nâng có độ chùng cáp

92

Hình 3.28

Áp suất động trong khoang cao áp của xi lanh kẹp

92

Hình 3.29

Lưu lượng dầu vào một xi lanh ép

93

Hình 3.30

Áp suất động trong khoang cao áp của xi lanh ép cọc

93

Hình 3.31

Độ dịch chuyển cọc theo thời gian

93

Hình 3.32

Áp suất động trong khoang cao áp của xi lanh di chuyển dọc của
máy ở giai đoạn khởi động

93

Hình 3.33

Áp suất động trong khoang cao áp của xi lanh di chuyển dọc của
máy ở giai đoạn phanh máy

93

Hình 3.34

Dịch chuyển dọc của máy

93

Hình 4.1

Biểu đồ sức câu tầm với của cần trục lắp trên máy

98

Hình 4.2

Lực căng trong cáp thép trong trường hợp thay đổi vận tốc nâng cọc

99

Hình 4.3

Lực căng trong cáp thép khi khởi động nâng và quay đồng thời ứng
với vận tốc quay khác nhau

99

Hình 4.4

Sự thay đổi lực động trong cáp nâng cọc Fc khi nâng cọc có kể đến độ
chùng cáp

100

Hình 4.5

Sự thay đổi lực động trong cáp nâng cọc Fc khi cần trục vừa nâng
cọc vừa quay

100


xv

Hình 4.6

Vận tốc góc của đông cơ thủy lực q 1

101

Hình 4.7

Vận tốc của cọc theo phương thẳng đứng q 2

101

Hình 4.8

Lực căng trong cáp thép trường hợp nâng cọc khi cáp căng và không
quay cọc

101

Hình 4.9

Chuyển vị góc của cọc q3 trong mặt phẳng thẳng đứng chứa cần

(X1O1Z1)

102

Hình 4.10

Chuyển vị góc của cọc q4 trong mặt phẳng mặt phẳng vuông góc với
mặt phẳng chứa cần (Y1O1Z1)

102

Hình 4.11

Vận tốc góc của đông cơ thủy lực mâm quay q 5

102

Hình 4.12

Vận tốc góc của mâm quay q 6

102

Hình 4.13

Lực căng trong cáp thép trường hợp chỉ quay mâm quay

102

Hình 4.14

Lực tác dụng lên các xi lanh chân chống Ri (i = 1÷4) theo góc quay
của mâm quay q6

102

Hình 4.15

Áp suất động trong xi lanh ép cọc

103

Hình 4.16

Lực động do xi lanh ép cọc tạo ra

103

Hình 4.17

Vận tốc ép cọc

104

Hình 4.18

Chương trình mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố địa chất
Các kết quả mô phỏng thu được khi thực hiện ép cọc tại mặt cắt địa
chất khu công nghiệp Tràng Duệ - Hải Phòng
Sự thay đổi lưu lượng, áp suất của một xi lanh chính và vận tốc ép

cọc khi cọc chuyển từ tầng địa chất này sang tầng khác ở độ sâu
12,83 m

104

Hình 4.19
Hình 4.20

105
105

Hình 4.21

Các kết quả mô phỏng thu được khi thực hiện ép cọc tại mặt cắt địa
chất ở Tôn Đức Thắng – Hà Nội (Dự án xây dựng tuyến đường sắt
Cát Linh – Hà Đông)

106

Hình 4.22

Sự thay đổi lưu lượng, áp suất của một xi lanh chính và vận tốc ép
cọc khi cọc chuyển từ tầng địa chất này sang tầng khác ở độ sâu 5 m

106

Hình 4.23

Sự thay đổi lưu lượng, áp suất của một xi lanh chính và vận tốc ép cọc
khi cọc chuyển từ tầng địa chất này sang tầng khác ở độ sâu 28 m

107

Hình 4.24

Các kết quả mô phỏng thu được khi thực hiện ép cọc tại mặt cắt địa
chất Vùng Đông Anh – Hà Nội

107

Hình 4.25

Sự thay đổi lưu lượng, áp suất của một xi lanh chính và vận tốc ép cọc
khi cọc chuyển từ tầng địa chất này sang tầng khác ở độ sâu 25,74 m

108

Hình 4.26

Sự thay đổi lưu lượng, áp suất của một xi lanh chính và vận tốc ép cọc
khi cọc chuyển từ tầng địa chất này sang tầng khác ở độ sâu 27,24 m

108

Hình 4.27

Lực đẩy của xi lanh di chuyển dọc máy

109

Hình 4.28

Áp suất trong xi lanh di chuyển dọc máy

109


xvi

Hình 4.29

Vận tốc di chuyển dọc của máy

110

Hình 4.30

Dịch chuyển dọc của máy

110

Hình 4.31

Quy trình xác định các thông số hợp lý của máy ép cọc thủy lực di
chuyển bước

111


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam hiện nay, cùng với sự tăng trưởng mạnh của nền kinh tế, nhu cầu về
cơ sở hạ tầng cũng được tăng lên nhanh chóng: những con đường, khu đô thị, khu
công nghiệp hay trung tâm thương mại mới đang được xây dựng ngày càng nhiều hơn.
Theo thống kê của Bộ Xây dựng, số lượng nhà cao tầng, chung cư trên cả nước ngày
càng tăng và chiếm một tỉ lệ đáng kể trong cơ cấu về diện tích nhà ở. Tại Hà Nội, nhà
chung cư chiếm tỉ lệ tới 16,64%, TP.HCM chiếm 6,13%, Hải Phòng và Đà Nẵng xếp
kế tiếp với tỉ lệ lần lượt là 5,8% và 2,1%. Nhiều dự án lớn đã và đang được tiếp tục
triển khai, điển hình là hệ thống các dự án dọc đại lộ Thăng Long, như dự án khu đô
thị mới Tây Mỗ - Đại Mỗ, Spendora, Geleximco, Him Lam Riverside, Sunrise City,
Tân Phước Tower, Lexington, Tropic Garden,v.v. Bên cạnh đó, hàng trăm dự án nhà
cao tầng, chung cư tiếp tục được triển khai tại các quận, huyện khác của các đô thị lớn
trong phạm vi cả nước.
Do đó, công việc xử lý nền móng đang được đặc biệt quan tâm nhằm đảm bảo
chất lượng cho công trình đồng thời tăng tiến độ thi công, đem lại hiệu quả kinh tế. Rất
nhiều loại thiết bị máy móc đang được sử dụng cho công việc thi công nền móng bằng
cách ép các loại cọc bêtông cốt thép đúc sẵn hay các loại cọc thép vào trong nền móng.
Một trong những loại máy đang được sử dụng với số lượng lớn và hiệu quả là máy ép
cọc thủy lực di chuyển bước, do ưu điểm của nó là ép cọc vào nền nhanh, lực ép cọc
lớn mà không gây rung, quá trình ép diễn ra êm và không ồn, không ảnh hưởng đến
các công trình xung quanh.
Tuy nhiên, hầu hết các chủng loại máy ép cọc thủy lực di chuyển bước đang được
sử dụng hiện nay tại Việt Nam đều được nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí khá cao.
Bên cạnh đó, các đơn vị sản xuất trong nước chưa có nhiều cơ sở khoa học để tính
toán, thiết kế và chế tạo loại thiết bị này. Một trong những vấn đề cần quan tâm là việc
nghiên cứu động lực học của máy ứng với các trạng thái làm việc điển hình như quá
trình cẩu cung cấp cọc, quá trình kẹp cọc hay quá trình ép, nhổ cọc,... Việc nghiên cứu
động lực học của quá trình cung cấp cọc cho phép xác định lực động phát sinh trong

cáp, lực động tác dụng vào các chân chống, còn nghiên cứu động lực học quá trình ép
cọc và quá trình di chuyển máy cho phép xác định áp suất động trong các xi lanh thủy
lực sẽ làm cơ sở khoa học cho việc tính toán, thiết kế tối ưu thiết bị dựa trên cơ sở tính


2

toán động, tính toán mỏi, tuổi thọ và ổn định của thiết bị, đồng thời cũng cho phép xác
định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy theo quan điểm động lực học. Do đó, việc
nghiên cứu động lực học của máy trong điều kiện thi công tại Việt Nam giúp cho quá
trình tính toán thiết kế chính xác hơn, khuyến nghị được các thông số kỹ thuật hợp lý
(thông số kết cấu và thống số làm việc), tăng hiệu quả trong thiết kế, chế tạo và sử
dụng thiết bị trong nước. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu động lực học của máy ép cọc
thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam” được
đặt ra là một yêu cầu cấp thiết.
2. Mục tiêu của đề tài
Đề tài nghiên cứu động lực học của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước trong
điều kiện thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam để tìm ra quy luật thay đổi của
các thông số động lực học trong các trường hợp làm việc điển hình của máy. Dựa trên
các kết quả nghiên cứu đã thu được, luận án khuyến nghị một số thông số kỹ thuật hợp
lý của máy theo quan điểm động lực học.
Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có
ích cho việc tính toán, thiết kế, chế tạo cũng như khai thác sử dụng máy ép cọc di
chuyển bước ở Việt Nam.
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu: Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước sử dụng trong thi
công các công trình xây dựng ở Việt Nam.
b) Phạm vi nghiên cứu: Máy ép cọc thủy lực di chuyển bước có lực ép 400 ÷
1000 Tấn sử dụng trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm và khảo sát, cụ thể như sau:
a) Về lý thuyết:
- Khảo sát, đánh giá tổng quan về nền móng công trình và thiết bị liên quan.
- Nghiên cứu động lực học quá trình cung cấp cọc cụ thể là: Xây dựng mô hình
ĐLH của máy, thiết lập các hệ phương trình vi phân, giải các phương trình vi phân để
xác định các thông số động lực học của máy.
- Nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực cụ thể là: Xây dựng các
mạch thủy lực của máy ép cọc, các hệ phương trình vi phân, giải các phương trình vi
phân để xác định các thông số động lực học hệ thống thủy lực của máy.
b) Về thực nghiệm:


3

Tiến hành đo đạc thực nghiệm để khẳng định độ tin cậy, độ chính xác của mô
hình lý thuyết và xác định một số thông số đầu vào cho việc giải mô hình ĐLH.
c) Về khảo sát:
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng ĐLH, làm cơ sở khuyến nghị các
thông số hợp lý (thông số kết cấu và thông số làm việc) của máy ép cọc thủy lực di
chuyển bước theo quan điểm động lực học.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
a. Ý nghĩa khoa học:
- Tác giả đã nghiên cứu xây dựng bài toán động lực học của máy ép cọc thủy lực
di chuyển bước khi hệ thống cần trục cung cấp cọc làm việc và nghiên cứu xây dựng
bài toán động lực học của các phần tử thủy lực thuộc máy ép trong quá trình ép cọc và
di chuyển máy. Nghiên cứu này giúp cho việc xác định các thông số động lực học của
mô hình trong quá trình cung cấp cọc như chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực căng cáp
động, lực động tác dụng vào các chân chống máy và trong quá trình ép cọc, di chuyển
máy như áp suất động, vận tốc, lưu lượng, độ dịch chuyển của cọc và máy. Từ đó, đã
đưa ra các giá trị hệ số động tương ứng với các quá trình làm việc của máy. Các kết

quả nghiên cứu thu được đóng góp một phần có ích cho việc tính toán, thiết kế tối ưu
thiết bị dựa trên cơ sở tính toán động, tính toán mỏi, tuổi thọ và ổn định của thiết bị.
- Quá trình thực nghiệm trên một máy ép cọc thủy lực di chuyển bước đang làm
việc tại công trường với các thiết bị đo đạc hiện đại và qui trình thực nghiệm hợp lý đã
khẳng định được độ tin cậy của mô hình lý thuyết và là cơ sở để xây dựng phương
pháp thực nghiệm trên các loại máy ép cọc thủy lực khác.
- Tác giả đã xây dựng được chương trình mô phỏng của máy ép cọc thủy lực di
chuyển bước trong trường hợp làm việc tổng quát và các trường hợp điển hình. Bằng
các chương trình mô phỏng đó, luận án đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến đặc
trưng động lực học của máy và từ đó khuyến nghị các thông số kỹ thuật hợp lý (thông
số kết cấu và thông số làm việc) của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước theo quan
điểm động lực học.
b. Ý nghĩa thực tiễn:
- Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể giúp cho các đơn vị chế tạo hay khai
thác máy ép cọc thủy lực di chuyển bước tham khảo trong việc cải tiến thiết kế, chế
tạo ra các máy ép cọc thủy lực có chỉ tiêu kính tế - kỹ thuật cao.


4

- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo có ích
phục vụ cho công tác đào tạo thuộc lĩnh vực máy ép cọc thủy lực.
6. Điểm mới của luận án
-

Luận án đã xây dựng được mô hình ĐLH máy ép cọc thủy lực di chuyển bước ở

các trường hợp làm việc điển hình nâng cọc có kể đến độ chùng cáp và vừa nâng cọc
vừa quay bằng mô hình ĐLH trong không gian. Đồng thời, luận án cũng đã xây dựng
được mô hình ĐLH hệ thống TĐTL của cơ cấu kẹp cọc, ép cọc và di chuyển dọc máy.

Ứng dụng thành công phần mềm Matlab-Simulink đề giải phương trình chuyển động
phi tuyến nhiều bậc tự do.
-

Luận án đã xác định được các đặc trưng dao động, lực căng cáp động, lực động

tác dụng vào các chân máy theo góc quay của mâm quay, áp suất động trong các xi
lanh thủy lực, hệ số động ứng với các trường hợp làm việc bất lợi của loại máy ép cọc
nghiên cứu.
-

Tiến hành thực nghiệm máy ép cọc thủy lực di chuyển bước làm việc theo điều

kiện thực tế với các trường hợp làm việc điển hình của máy như nâng cọc có kể đến độ
chùng cáp, vừa nâng cọc vừa quay, kẹp cọc, ép cọc và di chuyển dọc của máy.
-

Luận án đã xây dựng qui trình xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của máy

ép cọc thủy lực di chuyển bước trong thi công các công trình xây dựng ở Việt Nam
theo quan điểm động lực học và áp dụng để xác định được bộ thông số hợp lý (thông
số kết cấu và thông số làm việc) của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước cụ thể là máy
ZYJ86B (Bảng 4.12). Quy trình này cũng có thể áp dụng cho loại máy ép cọc thủy lực
di chuyển bước khác.
7. Bố cục của luận án
Luận án được sắp xếp theo các nội dung sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Tổng quan về công tác thi công nền móng công trình, các công nghệ thi công cọc,
giới thiệu chung về máy ép cọc thủy lực di chuyển bước phục vụ việc thi công cọc, đặc

điểm khai thác sử dụng của thiết bị này, tình hình thiết kế chế tạo loại máy ép cọc này
ở Việt nam. Tổng kết, đánh giá các công trình nghiên cứu đã đạt được trong lĩnh vực
nghiên cứu động lực học của máy và động lực học của hệ thống thủy lực. Thông qua


5

việc phân tích các ưu, khuyết điểm, xu hướng nghiên cứu để nêu lên tính cấp thiết của
đề tài, hình thành các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án.
Chương 2: Nghiên cứu động lực học máy ép cọc thủy lực di chuyển bước.
Nghiên cứu ĐLH của máy trong quá trình cung cấp cọc với các trường hợp làm
việc điển hình, xây dựng mô hình ĐLH của máy, từ đó thiết lập phương trình chuyển
động của hệ và tiến hành giải hệ phương trình chuyển động bằng phần mềm MatlabSimulink. Xây dựng hệ thống mạch thủy lực của các xi lanh thủy lực kẹp cọc, ép cọc
và di chuyển của máy, đưa ra mô hình ĐLH của các xi lanh thủy lực, thiết lập hệ
phương trình vi phân lưu lượng và lực của hệ, tiến hành giải để xác định các thông số
ĐLH của hệ. Xác định lực tác dụng lên các xi lanh chân chống làm cơ sở cho việc tính
toán ổn định động, tính bền, tối ưu, tính toán mỏi,…
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số động lực học của
máy ép cọc thủy lực di chuyển bước.
Trình bày mục đích thực nghiệm, giới thiệu các thiết bị đo, đối tượng thực
nghiệm và cách lắp đặt thiết bị đo.
Trình tự đo và ghi số liệu đo đạc thực nghiệm, xử lý kết quả đo.
Chương 4: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng động lực học của
máy ép cọc thủy lực di chuyển bước.
Trình bày các nghiên cứu về ảnh hưởng của tải trọng động, tốc độ nâng và quay
cọc tới độ ổn định của máy ép cọc thủy lực di chuyển bước. Đồng thời trình bày ảnh
hưởng của các yếu tố địa chất, nền móng,… đến các thông số động lực học (áp suất,
lưu lượng, lực động,v.v.) thuộc hệ thống truyền động thủy lực của máy.
Kết luận và kiến nghị
Trình bày các kết luận chính, các đóng góp mới của luận án và hướng nghiên cứu

tiếp theo.
Tài liệu tham khảo và các công trình đã công bố
Danh mục các tài liệu tham khảo và các công trình khoa học đã công bố liên
quan, các phụ lục về số liệu và kết quả thực nghiệm.
Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Máy xây dựng – Xếp dỡ, Trường Đại học Giao
thông Vận tải.


6

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về công tác thi công nền móng công trình
1.1.1. Tổng quan về tính chất cơ lý của nền đất yếu của Việt Nam
Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, cầu cống, đê điều, đập
chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn
đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện
tích lớn. Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, nhiều thành phố và thị trấn
quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức
phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển như Hà Nội, Hải Phòng, TP.
Hồ Chí Minh đều nằm trên lưu vực đồng bằng sông Hồng và sông Mê Kông. Đây là
các khu vực có tầng đất phù sa khá dày và tập trung đất sét yếu. Thực tế này đã đòi hỏi
phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu
thích hợp cho điều kiện của Việt Nam.
Đặc tính của đất yếu cần phải được cải thiện để phục vụ các yêu cầu thực tế trong
quá trình xây dựng và sử dụng công trình. Đất yếu thường có độ ẩm cao và sức kháng
cắt không thoát nước thấp. Đất thuộc dạng cố kết bình thường và có khả năng thấm
nước thấp. Mực nước ngầm trong nền đất thường nằm gần bề mặt, cách từ 0,5m đến
2,5m. Một số trường hợp đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao và có cả lớp than bùn. Đối
với một vài loại đất, độ lún thứ cấp chiếm từ 10-25% độ lún tổng cộng. Trong một số

khu vực của các thành phố, mặt cắt địa kỹ thuật cho thấy nền đất bao gồm các lớp đất
với độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khác nhau.
Nói chung đất sét yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao. Một vài
chỉ số tiêu biểu của đất yếu được trình bày dưới đây, [29]:
- Độ ẩm:

30% hoặc lớn hơn cho đất cát pha
50% hoặc lớn hơn cho đất sét.
100% hoặc lớn hơn cho đất hữu cơ.
- Chỉ số N của xuyên động tiêu chuẩn 0 - 5
- Sức kháng cắt không thoát nước Su: 20 - 40 kPa
- Nén một trục có nở hông: 50 kPa hoặc nhỏ hơn.
Việc xác định công trình trên đất yếu ngoài các đặc tính của đất nền còn phụ
thuộc vào các loại công trình (nhà, đường, cầu, đập, đê, đường sắtv.v.) và quy mô công
trình.


7

Một số đặc điểm của nền đất yếu, [29]:
Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; Sức chịu tải bé (0,5
– 1 kG/cm2); Đất có tính nén lún lớn (a0 > 0,1 cm2/kG); Hệ số rỗng e lớn (e > 1,0); Độ
sệt lớn (B > 1); Mô đun biến dạng bé (E0 < 50 kG/cm2); Lực dính thấp (C = 0,05 – 0,1
kG/cm2); Góc nội ma sát (j = 5 – 10 độ); Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa
nước G > 0,8, dung trọng bé.
Ở Việt Nam đất yếu phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng và vùng ven biển, các
loại nền đất yếu thường gặp bao gồm:
- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão
hòa nước, có cường độ thấp.
- Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn,

ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực.
- Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả
phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%).
- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha
loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải
trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy
gọi là cát chảy.
- Đất bazan: là loại đất yếu có độ
rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng
thấm nước cao, dễ bị lún sụt.
Đất yếu đồng bằng Bắc Bộ
Đồng bằng Bắc Bộ chiếm diện tích
khoảng 18.000 km2, bề mặt phẳng có cao
độ 1  12 m (trung bình 6  8 m) so với
mực nước biển, hơi nghiêng về phía đông,
địa hình bị phân cắt bởi hệ thống sông suối
kênh mương chằng chịt.
Nhìn chung, địa chất đồng bằng Bắc
Bộ cấu tạo từ hai tầng lớn: Tầng dưới - hạt
thô (cuội, sỏi, sạn lẫn cát thô, cát vừa hay
nhỏ, cát pha sét); Tầng trên – hạt mịn (sét,

Hình 1.1. Cột địa tầng tổng quát ở
đồng bằng Bắc Bộ.


8

sét pha cát, bùn và than bùn).
Các chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất ở đồng bằng Bắc Bộ được thống kê trong

Bảng 1.1 dưới đây:
Bảng 1.1.
Ký hiệu
lớp đất

Các chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất ở đồng bằng Bắc Bộ, [29]

Tên đất và
trạng thái

Cát bụi bão
hoà nước
Bùn sét pha
1b
cát
Cát pha sét
1c
chảy
Sét pha cát
2
dẻo cứng
Sét
dẻo
3
cứng
Bùn sét lẫn
4a1
than bùn
4a2
Bùn sét

Bùn sét pha
4b
cát
Bùn cát pha
4c
sét
5a
Cát nhỏ
Cát pha sét
5b
chảy
Sét pha cát
6a+b
sặc sỡ
Sét
xám
6
sẫm, xám
xanh
7
Sét pha cát
8a
Bùn sét
Bùn sét pha
8b
cát
Bùn cát pha
8c
sét
9

Cát pha sét
Cát từ vừa
10
đến thô
Trong đó:

W
gr

(%) (%) (g/cm3)

1a

e

a12
(cm2/kG)

j

E0
(kG/cm )

(độ)

C
(kG/cm2)

2

30

1,82

0,93

0,03

44

27

0,08

17

44

2,69

1,26

0,04

35

14

0,01

6

28

2,67

0,88

0,02

52

19

0,07

18

29

2,71

0,86

0,03

54

15

0,24

40

33

2,71

0,95

0,02

63

12

0,38

36

76

2,69

2,07

0,16

14

6

0,14

45

59

2,70

1,60

0,12

16

8

1,11

23

42

2,69

1,20

0,07

23

16

0,05

7

36

2,69

1,05

0,03

53

19

0,03

26

2,67

0,83

0,02

73

28

0,04

6

29

2,68

0,87

0,02

65

20

0,08

25

32

2,72

0,93

0,02

44

13

0,19

44

42

2,72

1,00

0,05

32

10

0,22

21
42

28
62

2,70
2,63

0,83
1,71

0,02
0,06

58
29

15
11

0,16
0,16

22

43

2,69

1,21

0,05

33

17

0,09

8

39

2,70

1,04

0,04

40

25

0,05

9

29

2,67

0,86

0,02

66

27

0,10

26

2,67

0,80

0,02

88

33

0,02

 - Hàm lượng hạt  0,005mm (%).
W - Độ ẩm tự nhiên (%).
j - Góc ma sát trong (độ).