Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền núi​

BỘ

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

TRẦN MINH LONG

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ
ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG
RIÊNG KHI ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ MIỀN NÚI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2011


BỘ

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

TRẦN MINH LONG

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ
ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG
RIÊNG KHI ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ MIỀN NÚI

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ TẤN QUỲNH

HÀ NỘI, 2011


i

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua tôi
đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cá nhân.
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 Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp, Trường Cao
đẳng nghề cơ điện xây dựng Tam Điệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tơi
trong q trình thực hiện đề tài.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ q báu đó.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Những
kết quả trong luận văn này được tính tốn chính xác, trung thực và chưa có
tác giả nào cơng 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

Trần Minh Long


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................i
MỤC LỤC........................................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH.........................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG.........................................................................................v
ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................................1
Chương 1...........................................................................................................2
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU......................................................... 2
1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới.................2
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nước.............13
Chương 2.........................................................................................................18
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU................................................................................................18
2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................ 18
2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu........................................................... 18
2.3. Phương pháp nghiên cứu......................................................................18
2.4. Nội dung nghiên cứu............................................................................19
2.4.1. Thí nghiệm thăm dị.......................................................................20
2.4.2. Thực nghiệm đơn yếu tố................................................................22
2.4.3. Thực nghiệm đa yếu tố..................................................................26
Chương 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 lượng của máy đầm rung khi làm việc........................... 37
Chương 4.........................................................................................................42
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI...................................................... 42


iii
4.1. Mục tiêu thực nghiệm và lựa chọn tham số điều khiển.......................42
4.2. Tiến hành thí nghiệm............................................................................42
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..........................44
4.2.3. Xác định độ chặt của đất...............................................................45
4.2.4. Tiến hành thí nghiệm.....................................................................47
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..............................................................51
4.4.2. Năng suất...................................................................................... 56
4.5. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố............................................................... 61
4.5.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số
đầu vào....................................................................................................61
4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm.......................................................61
4.5.3. Xác định các thông số hợp lý........................................................ 62
4.5.4. Vận hành máy với các thông số tối ưu:.........................................66
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ................................................................. 67
Kết luận.......................................................................................................67
Khuyến nghị................................................................................................68
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
1.9
1.10
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6

Máy đầm rung của N
Máy đầm bánh hơi P
Máy đầm rung CS-3
Máy đầm rung BW7
Máy đầm bánh thép
Máy đầm của hãng L
Máy lu bánh thép YZ

Máy đầm LG300 củ
Máy đầm của hãng S
Máy đầm hãng Taco
Sơ đồ cấu tạo của m
Thành phần hạt của
Máy đo công suất Fl
Đồ thị ảnh hưởng củ
năng lượng riêng
Đồ thị ảnh hưởng củ
riêng
Đồ thị ảnh hưởng củ
năng suất
Đồ thị ảnh hưởng củ


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
4.20

M
M
vớ
Th
K
K
ẩm
K
đấ
Tổ
trị
Cá
Tổ
Cá
K
Tổ
lư
K

Tổ
lư
K
Tổ
kh
K
Tổ
kh
M
K
Tổ
th
Tổ
trậ


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Sau hơn hai mươi lăm năm đổi mới, kinh tế nước ta đã có những bước
phát triển to lớn. Đất nước ta đã thốt ra khỏi tình trạng kém phát triển, đời
sống nhân dân trên địa bàn nông thơn miền núi nói riêng và nhân dân cả nước
nói chung đã được cải thiện rõ rệt, ngày càng phát triển. Nhu cầu xây dựng
các cơng trình hạ tầng ngày càng cấp thiết. Nhiều cơng trình xây dựng nhà
cửa đường xá đang được triển khai làm cho bộ mặt nông thơn miền núi thay
đổi từng ngày.
Trong cơng trình đường giao thơng thì nền đường là bộ phận quan
trọng, quyết định độ bền vững, làm việc ổn định trong suốt thời gian sử dụng.
Sự biến dạng của nền đường là nguyên nhân chủ yếu gây biến dạng nứt áo
đường làm cho mặt đường không giữ được trạng thái ổnđịnh vàbằng phẳng
ban đầu.

Một trong những nguyên nhân gây biến dạng của nền đường là do q
trình đầm nén khơng đúng kỹ thuật không đảm bảo độ chặt cần thiết.
Để tạo khả năng chịu tải trọng của nền đất người ta sử dụng các thiết bị
đầm nén khác nhau. Do ngành cơ khí xây dựng ở nước ta chưa được quan tâm
và phát triển nên hàng năm nước 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 được sản xuất ở nước ngoài phù
hợp với điều kiện làm việc ở các nước 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

rất cần thiết. Chính vì vậy, được sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa sau
đại học trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp:
“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến
năng suất và chi phí năng lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền
núi”.


2

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên th ế gi ới
Một trong những khâu quan trọng quyết định chất lượng của cơng trình
đó là ngun cơng đầm nén đất nền móng. Mặc dù tỷ trọng củakhối lượng của
cơng việc đầm nén đất không lớn lắm so với tổng chi phí xây dựng cơng trình
nhưng chất lượng của cơng trình lại phụ thuộc nhiều vào chất lượng đầm lèn.
Chính vì vây, để cơ giới hố khâu cơng việc này nhằm tăng năng suất lao

động và nâng cao chất lượng công việc ở các nước công nghiệp phát triển đã
sử dụng nhiều loại máy đầm nén khác nhau.
Ở Nga, để đầm lèn đất nền đường, có qui mơ lớn, đất ít dính thường
dùng các loại xe lu bánh thép tác dụng tĩnh như DU11, DU211B, D399A, …
có cơng suất từ 40-50HP và các loại máy đầm chân cừu DU26, DU38, DU32,
RF06, RF09,… với công suất của đầu kéo là 75-108HP. Ở những cơng trình
xây dựng có mặt bằng chật hẹp, người ta sử dụng máy đầm bàn rung như
BU1500 công suất 5HP, OY80, OY90, DY90 có cơng suất là 6HP. Hiện nay,
một số loại máy lu rung cũng đang được sử dụng rộng rãi để đầm lèn các cơng
trình đường, cơng trình nhà ở, với các loại đất rời, ít dính như DU-54, DU-95,
DU-47, DU-48, DU-49, DU-50, DU-72, DU-52, DU-55, DU-58, DU-62, DU63, DU-64, DU-65, DU-98, DU-99, DU-100, DU-101, DU-73, DU-74, DU84, DU-85, DU-96, DU-97 (hình 1.1).
Trong 10-15 năm gần đây xu hướng chủ yếu làsử dụng các loại máy
đầm nén có năng suất cao và có khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện
thi công khác nhau. Năng suất của máy đầm nén được nâng cao nhờ tăng vận
tốc và tăng khối lượng bộ phận công tác. Theo hướng này, chi nhánh của Viện


3
nghiên cứu giao thông Leningrat (Nga) đã chế tạo máy đầm bánh hơi có khối
lượng 36,6 tấn cho phép đầm nén cac loại nền đất dính với chiều dày lớp đất
40-45cm, năng suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lượng 28
tấn, cho phép đầm các loại đất khác nhau với chiều dày 50cm và năng suất
1200-1400m3/ca.
Nâng cao hiệu quả đầm nén của các máy đầm bánh hơi được thực
hiệnbằng cách lắp các bánh xe 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 thường, tăng năng
suất ca tới 20-30%.

Hình 1.1. Máy đầm rung của Nga DU-64
Ở

Mỹ, xu hướng sử dụng các máy đầm rung chiếm ưu thế trong các

cơng trình xây dựng vì thế sản phẩm của hãng Caterpillar được sử dụng rộng
rãi trong sản xuất với các loại đầm như máy đầm bánh hơi PS 150B, PS200B,
PS300B (hình 1.2) có cơng suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung như
CS323C, CS433E, CS44…(hình 1.3) có công suất 70-153HP.


4

Hình 1.2. Máy đầm bánh hơi PS-300B

Hình 1.3. Máy đầm rung CS-323c
Ở

Nhật, sản phẩm của một số hãng nổi tiếng như Komatsu, Nippon,

Sakai, Nissan kizai, Misubishi… được sử dụng rộng rãi ở trong nước và xuất


5
khẩu ra nhiều nước trên thế giới. Các loại máy lu bánh thép VM7706,
VM7708, SW800, SH1508, WN140, K7606, KD200, R2,… có áp lực từ 2758kG/cm2, cơng suất động cơ từ 58-73HP được sử dụng để đầm lèn mặt
đường đá dăm mặt, đường bê tông nhựa.
Các loại máy đầm rung như JV06H, PV08H, JV16-1, JV25-3, JV32-W,
… có lực rung lớn nhất từ 10-25kN công suất từ 5-14,5HP và BW65H,
BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.4) có lực rung lớn nhất đạt tới 20-63kN,
cơng suất từ 5-69,4HP được sử dụng rộng rãi để đầm nén các cơng trình nền
đường là đất rời rạc, ít dính.

Hình 1.4. Máy đầm rung BW75S-2
Các loại máy đầm bánh hơi TS30, TS30H, TS360, các loại máy đầm
rung như SV6, SV 10, TV40, SV100……(hình 1.5) có lực rung lớn nhất 1231KN, công suất từ 50-103HP…


6

Hình 1.5. Máy đầm bánh thép Sakai SV100
Ở

Trung Quốc, các loại xe lu rung của hãng Ligong CLG614, CLG616,

CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu bánh lốp
CLG626R (hình 1.6), xe lu chân cừu CLG614 có cơng suất 120-175HP, lực
rung 135-360kN. Các loại lu bánh thép tác dụng tĩnh của hãng Jinling như
YZ12, YZ18, YZ21…(hình 1.7) được sử dụng rộng rãi.

Hình 1.6. Máy đầm của hãng Liugong


7

Hình 1.7. Máy lu bánh thép YZ18 của hãng Jinling
Thực tiễn sử dụng máy đầm lèn đất ở các nước công nghiệp tiên tiến
cho thấy rằng [21]: Máy đầm tĩnh trong một thời gian dài là loại máy được sử
dụng rộng rãi nhất vì nó có cấu tạo đơn giản, năng suất cao, giá thành tính
trên 1m3 đất được đầm thấp hơn so với loại đầm khác, 80-85% khối lượng
đầm lèn tại các cơng trình là do máy đầm tĩnh thực hiện và 20-25% khối
lượng đầm lèn còn lại là do máy đầm rung, đầm lực động thực hiện.

Tuy nhiên các máy đầm tĩnh (lu bánh thép) chỉ phù hợp khi đầm lèn
mặt đường đá dăm, đường nhựa, cán mặt bằng các cơng trình nhà cửa, đầm
các loại đất ít dính, đất lẫn đá… nhưng khi đầm với chiều dày lớp đất đầm lớn
thì độ chặt của lớp đất phía dưới không đạt được mức cần thiết.
Để khắc phục nhược điểm này, nhiều hãng lắp thêm bánh phụ rung
động vào giữa máy. Sáng kiến này góp phần làm máy nhẹ bớt mà vẫn đảm
bảo chất lượng đầm.
Lu bánh hơi được sử dụng để đầm mọi loại đất có thể là đất khơ cứng,
đất có độ ẩm tương đối lớn, đất dính, đất đá dăm… Lu bánh hơi làm việc hiệu
quả khi chiều dài mặt bằng làm việc lớn hơn 100-150m.


8
So với các loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh hơi có các ưu điểm
sau:
-

Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đường kính và chịu tải như

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 khơng khí trong lốp nên có thể đầm các loại đất khác
nhau.
-

Chiều sâu 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 chiều sâu đầm của lu bánh cứng có thể đạt tới 35-45cm.
-

Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao.

Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để
kéo thiết bị đầm có các vấu đầm hình chân cừu. Lu chân cừu thường áp dụng
ở

những nơi mặt bằng thi cơng rộng, ở các cơng trình thuỷ lợi như đê, đập…

đảm bảo độ chặt và độ ổn định của nền đắp tương đối cao. Lu chân cừu có
những ưu điểm chính như:
-

Chiều sâu ảnh hưởng đầm lớn do áp suất đầm tương đối lớn;

-

Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và năng suất đầm tương đối cao;

-

Nền đắp gồm nhiều lớp đầm riêng biệt chồng lên nhau nhưng vẫn

đảm bảo tốt thể thống nhất, liên kết giữa các lớp đất đầm tốt.
Tuy nhiên lu chân cừu còn bộc lộ một số nhược điểm chính:

lỏng.

-

Vận chuyển khó khăn;

-

Đối với đất dính, dẻo cầncó độ ẩm qui định chặt chẽ;

-

Ở lớp đất được đầm cùng một lượt thì phía dưới chắc, phía trên mặt


9

Ở

một số nước cịn sử dụng máy đầm xung kích để đầm lèn nền cơng

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 được dùng để đầm đất dính và khơng dính, đất khơ q
hay ướt q theo từng lớp và độ sâu tới 1,3m. Tuy nhiên máy đầm này có
nhược điểm cấu tạo phức tạp, giá thành đầm nén, gấpkhoảng 2 lần giá thành
đầm bằng các loại máy đầm tĩnh [21]. Do đó nó được dùng ở những cơng
trình có u cầu đặc biệt như nhà máy thuỷ điện, khu cơng nghiệp lớn hoặc
các cơng trình qn sự.

Máy đầm rung dùng để đầm đất rời có kích thước hạt khác nhau, lực
liên kết không lớn lắm nhưng phải có độ ẩm cao như đất cát, đá lẫn cát, sỏi,
đá vụn.
Theo đặc tính làm việc của bộ phận cơng tác máy đầm rung có các kiểu
như đầm bàn rung, lu rung, đầm cóc.
Đầm bàn rung là một trong những loại đầm được dùng nhiều nhất, loại
này cũng có 2 kiểu là loại đầm bàn dùng tay kéo và loại tự hành. Loại rung
tay kéo có kích thước và khối lượng 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 lượng tối đa 10 tấn, diện tích tiếp
xúc với mặt đất tới 4m2, loại này có ưu điểm lực đầm lớn, chiều sâu ảnh
hưởng tới 1m, có khả năng tự hành, có thể điều chỉnh được độ ẩm, đầm được
nhiều loại đất. Nhưng có nhược điểm là khối lượng lớn nặng nề, đòi hỏi công
suất của động cơ lớn và chỉ hiệu quả khi diện tích bề mặt nền đất lớn.
Máy lu rung (cịn gọi là đầm chấn động quả lăn), có ưu điểm là hiệu
quả đầm cao, do trọng lượng bánh lăn nhỏ dẫn đến tiêu hao cơng suất ít.


10
Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau được sử dụng
trong các cơng trình xây dựng ở các nước công nghiệp phát triển nhưng
việcnghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, đổi mới công nghệ
đầm luôn luôn được quan tâm nghiên cứu.
Hướng nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ đầm nén được thể hiện ở các
cơng trình [18],[21],[23],[36].
Các kết quả nghiên cứu của các Tiến sĩ Balasov. V.P và Petrovich. P.P
(Nga) 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 vớithời gian
đầm 7s thìđộ chặt đạt được 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 hoặc hỗn hợp cát và xi măng với hàm
lượng nhỏ hơn 15% và chiều dày 0,25m; đất pha sét với chiều dày nhỏ hơn
0,12m có thể thực hiện bằng một lượng đầm. Độ chặt đất nền đạt được khơng
thấp hơn 0,98.γct có thể thực hiện được 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 lượng
máy đầm rung nằm trong khoảng 4-6. Tần số rung hợp lý là40-60Hz.
Các kết quả nghiên cứu của các tác giả I.N.Glukhovxev và
V.G.Xvetkov cho thấy rằng dưới 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 trương) cho phép làm
chặt nền xi măng ở độ ẩm tối ưu đến độ chặt 1,75g/cm 3 (0,98.δmax) sau 90s;
việctăng thời gian rung không ảnh hưởng đến độ chặt.
Khi làm chặt nền xi măng với tải trọng P=5Mpa với số lượt đầm 6, 8,
18, 24, cho thấy rằng tăng số lượt đầm làm tăng độ chặt của nền, sau 24 lượt
độ chặt đạt 0,99.δmax.


11
Theo tác giả U.M.Vaxiliev,thì yêu cầu về độ chặt của nền đường trong
những năm gần đây có xu hướng ngày càng nâng cao vì địi hỏi chất lượng
đường ngày càng cao. Nền đường được đầm nén đến hệ số K y=1,05-1,10 và
modun tính tốn của đất nền nâng lên 1,5-2 lần so với tiêu chuẩn hiện tại.
Tương ứng với yêu cầu này thì chiều dày áo đường có thể giảm đi 30-40% mà
chi phí để làm áo đường chiếm khoảng 50-70% giá thành của con đường, cịn
chi phí cho việc đầm nén nền đường chỉ chiếm 1,5-2,5% giá thành đường từ
đây cho thấy rằng đầm nén với Ky cao tức là tăng độ chặt của nền đường về
mặt kinh tế là có lợi.
Để thực hiện được yêu cầu đề ra cần phải sử dụng các loại máy đầm
hạng nặng có khối lượng đến 100 tấn và phải tạo ra ứng suất trên mặt tiếp xúc

giữa bộ phận công tác và nền lớn hơn 2-8Mpa.
Kết quả nghiên cứu của các tác giả I.J.Huxainov và I.E.Evgenhev cho
thấy rằng khi xác định sự ảnh hưởng của phương pháp đầm nén đến độ chặt
bền của nền đất ở trong phịng thí nghiệm,với các mẫu thí nghiệm từ đất có
thành phần á sét gồm các thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới hạn dẻo
Wp=13,23%, độ ẩm tối ưu Wop=12,88%, khối lượng thể tích lớn nhất
γ=1,94g/cm3. Mẫu thí nghiệm được đầm chặt bằng 2 phương pháp đầm tĩnh
và đầm bằng lực động bằng quả nặng 2,5kg ở chiều cao 30cm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dưới 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 cịn nghiên cứu trong sử dụng máy đầm làm chặt áo đường.
Hướng nghiên cứu để hồn thiện các thơng số kỹ thuật của máy và kỹ
thuật đầm nén được thể hiện ở các cơng trình [13],[35],[25].


12
Theo 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
được mơ hình động lực học của máy đầm cóc và thiết lập được phương trình
chuyển động hệ ba bậc tự do. Nhờ phần mềm Matlab đã giải được phương
trình chuyển động đã xây dựng, xác định được giá trị của các phần tử trong
phương trình như độ cứng của các phần tử đàn hồi, vận tốc, gia tốc làm cơ sơ
xác định được các thông số hợp lý của máy đầm rung. Loại đầm này làm việc
hiệu quả nhất với tần số rung nằm trong giới hạn từ 10-15Hz vàcho biên độ
dao động lớn nhất A=73mm.
Theo giáo sư I.R.Kharkhuta cho rằng sự đầm lèn một loại vật liệu bất kì
nào đó chỉ hiệu quả khi trạng thái ứng suất được sinh ra dưới tác dụng của bộ
phận công tác của máy đầm gần với ứng suất giới hạn bền của vật liệu. Trong

quá trình đầm lèn, khi dung trọng (độ chặt) tăng lên đạt được hệ số độ chặt
0,85-0,96, thì modul biến dạng của vật liệu tăng 5 lần, còn giới hạn bền tăng
lên 3 lần. Đối với bê tông asphan khi giảm nhiệt độ từ 110 0C 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 đường bê tông atphan như 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 tiến rất lớn trong thi cơng cơng trình
giao thơng ở Nga.
Theo các tác giả M.P.Koctelov và L.M.Poxatski cho rằng đầm lèn áo
đường bê tông át phan nóng là khâu cơng việc phức tạp nhất trong công tác
thi công đường. Sự phức tạp của khâu công việc này thể hiện ở chỗ chất
lượng đầm lèn bê tơng át phan nóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kinh
nghiệm và trình độ của cơng nhân, loại bê tơng át phan, thiết bị sử dụng, tình
trạng kỹ thuật của nền đường… ngồi ra cịn có u cầu kỹ thuật đối với áo


13
đường là không nhữngvừa phải đảm bảo độ bền, độ chặt cao mà còn phải đạt
độ nhẵn, phẳng của mặt đường.
Chất lượng của quá trình đầm lèn áo đường bê tông át phan chỉ đạt
được yêu cầu khi tuân thủ khoảng nhiệt độ áo đường thích hợp cho từng loại
đầm: Máy đầm loại nhẹ bắt đầu làm việc hiệu quả ở 125-110 0C, máy đầm loại
trung làm việc hiệu quả ở nhiệt độ 85-105 0C, máy đầm loại lớn làm việc ở
nhiệt độ 70-850C.
Kết quả khảo sát cho thấycác loại máy đầm được chế tạo ở các nhà máy
thuộc Bộ giao thơng Nga thì máy đầm 3 trục lăn là chủ yếu, trong khi đó ở
nước khác chủ yếu sản xuất loại máy đầm 2 trục lăn. Máy đầm 2 trục lăn
nhưng có nhược điểm là vết lăn của trục lăn trước và trục lăn sau không trùng
nhau làm cho số lần đầm lèn cần thiết phải tăng lên gấp 2 lần. Ngồi ra, do

đường kính trục lăn trước nhỏ, chiều rộng bánh lăn sau nhiều khi không đáp
ứng được yêu cầu của đầm nén áo đường (độ chặt, bằng phẳng…)
Tác giả khuyến cáo rằng đường kính của trục lăn là một thông số kỹ
thuật quan trọng của máy đầm, cần phải quan tâm trong q trình tính tốn,
thiết kế máy đầm.
Trong các cơng trình [25] [27] nghiên cứu sự ảnh hưởng của bộ phận
công tác của các máy đầm tĩnh đến chất lượng đầm lèn áo đường cho thấy
rằng nếu chọn các kích thước của trục lăn hợp lý khi đầm lèn áo đường bê
tông asphan sẽcho phép giảm chiều cao lượn sóng của mặt đường phía trước
trục lăn và tạo ra được độ phẳng mặt đường cao nhất.
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nước
Hiện nay, theo số liệu của Tổng cục thống kê, cả nước ta có khoảng
37.447 máy thi cơng và xếp dỡ với tỷ lệ như sau: Máy làm đất chiếm 19,8%,
máy nghiền sàng đá chiếm 4,2%; Máy xây dựng nói chung chiếm 23,49%;
Máy vận chuyển cao chiếm 5,7%; các loại máy khác chiếm 18%.


14
Máy xúc là một loại chủ đạo trong công tác làm đất. Theo thống kê ở
nhiều cơng trình xây dựng khối lượng đào do máy xúc đảm nhiệm chiếm tới
50% tổng khối lượng đào đắp. Máy xúc ở nước ta chủ yếu được nhập từ các
nước Nhật Bản với các hãng Komatsu, Kawasaki, Mitsubishi; Hàn Quốc.
Đối với các loại máy đầm nén đất, do đặc điểm là vật liệu xây dựng ở
từng vùng và qui mô sản xuất ở các cơng trình khác nhau cho nên có nhiều
loại máy đầm khác nhau được sử dụng, nhưng phổ biến là các loại máy đầm
rung do tính ưu việt và hiệu quả nổi bật của chúng [8].
Một số loại đầm rung sử dụng rộng rãi được nhập từ Caterpillar,
Komatsu (Nhật). Các loại đầm trống chân cừu có các mác máy CS-323C,
CS431C, CS-433C, JV06H, JV08H, JV16-1, JV25-3,… Ưu việt của các loại
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 mơ, tất cả các bánh
đều là chủ động, khung có khớp quay, khoảng cách tâm bánh trước và bánh
sau lớn hơn nên ổn định.
Loại đầm rung trống đơn có mã hiệu CS-323C, CS431C, CS-433C, CS573D,… có ưu điểm nổi bật là có van phân chia lưu lượng hoặc hệ thống bơm
kép để tạo lực kéo chủ động cho cả trống trước và bánh sau nên có thể làm
việc được trong những điều kiện đất nền khác nhau, cơ cấu hành tinh tạo lực
kéo bám cao và hạn chế trượt của các bánh sau; Có thanh làm sạch kiểu hàm
có thể điều chỉnh được để làm sạch vấu đầm cả khi tiến và lùi.
Loại đầm rung 2 trống có các mác máy JV06H, JV08H, JV16-1, JV253,…Chúng có ưu điểm nổi bật: tự động ngừng rung trước khi dừng máy để có
được mặt đầm phẳng; độ hở bên nhỏ cho phép các máy đầm hoạt động sát lề
đường, tường đứng và các chướng ngại vật khác, có kết cấu bảo vệ khi bị lật.
Loại đầm bánh hơi:


15

-

Các bánh đều dao động được nên cho phép các bánh trước và sau

nhận được tải trọng đều nhau bất kể độ phẳng của đất nền như thế nao.
-

Mô tơ dẫn động và phanh đặt trên khung chính cách xa bùn đất;

-

Khoang tải trọng thuận tiện cho việc chất tải và được bố trí đảm bảo tỉ

lệ bánh hơi/trọng lượng cân bằng.

-

Các thiết bị tuỳ chọn vừa di chuyển vừa bơm;

Hình 1.8. Máy đầm LG300 của hãng Dynapac
-

Ở các cơng trình xây dựng nhỏ, mặt bằng thi cơng khơng lớn như

cơng trình xây dựng nhà cơng nghiệp, nhà dân dụng, đầu cầu, cống… thường
sử dụng các loại đầm rung mini như LG160, LG300 của hãng Dynapac (hình
1.8) các loại máy đầm bàn này có kích thước nhỏ, có lượng khí thải và tiếng
ồn thấp, có độ rung ở tay cầm nhỏ, đảm bảo cho người 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
1.9, 1.10) được sử dụng rộng rãi trong các cơng trình xây dựng nhà dân dụng,


16
nhà cơng nghiệp và chúng có ưu điểm đơn giản, dễ sử dụng có thể đầm nén
các loại đất khác nhau và có tính cơ động cao.

Hình 1.9. Máy đầm của hãng Sakai

Hình 1.10. Máy đầm hãng Tacom
Hiện nay, do chưa được quan tâm đầy đủ cho nên việc nghiên cứu về
máy xây dựng và máy đầm nén đất ở nước ta rất ít và chưa có hệ thống. Một
số cơng trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực rung động vàcơ sở nguyên lý
làm việc của các thiết bị đầm rung được công bố như:

Nguyễn Trọng Luân: nghiên cứu ứng dụng rung động để làm chặt đất
nền đường năm 1995.
Trần Văn Tuấn: khảo sát động lực học máy đầm xung kích tự di chuyển
năm 2002.


17
Đặng Văn Thanh: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến mô
đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực Lương Sơn –
Hồ Bình năm 2007.
Trong tài liệu vềcơ 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 như các kết quả
nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước vào những năm gần đây, trong
đó đặc biệt chú ý đến các mơ hình bài tốn 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 được sử dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp cũng như ở nước ta.
Tuỳ theo điều kiện sử dụng như loại đất, đá qui mơ cơng trình xây dựng mà
mỗi nơi có các loại máy đặc thù được chọn để đầm nén nền cơng trình. Ở các
nước phát triển các loại máy công suất lớn được sử dụng rộng rãi còn ở nước
ta các máy đầm rung và các loại máy mini được chọn và sử dụng rộng rãi.
Nghiên cứu về công nghệ đầm nén và máy đầm được tiến hành bài bản
và thành hệ thống ở các nước công nghiệp phát triển, tập trung vào các lĩnh
vực chủ yếu sau: hồn thiện cơng nghệ, kỹ thuật đầm nén; Cải thiện các thông
số kỹ thuật của máy để tăng năng suất hoạt động, tăng chất lượng đầm nén.
Ở nước ta, nghiên cứu về công nghệ cũng như máy đầm nén đất cịn rất
khiêm tốn, vì vậy việc nghiên cứu của đề tài: “ Nghiên cứu sự ảnh hưởng

của chiều dày đầm nén và độ ẩm của đất đến năng suất và chi phí năng
lượng riêng khi đầm nén đất nền đường ô tô miền núi” là rất cần thiết.


18

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được chiều dày đầm nén và độ ẩm hợp lý của đất để đầm nén
bằng đầm cóc đạt hiệu quả cao nhất.
2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy đầm loại TV60N của hãng

Tacom (Nhật Bản) có khối lượng 69kg, chiều cao nhảy 40-60 mm, độ ẩm đất
550-575 (vịng/phút), cơng suất cực đại của động cơ 3HP. Đây là loại đầm
được nhập về trường 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 đường tại khu vực Lương Sơn

– Hồ Bình.
-

Do hạn chế về qui mơ đề tài và thời gian làm luận văn tốt nghiệp, đề

tài chỉ tập trung nghiên cứu độ ẩm và chiều dày lớp đất đầm và ảnh hưởng của
chúng tới chi phí năng lượng riêng và năng suất của máy đầm trong quá trình
đầm nén đất nền đường.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
-

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã sử dụng một số phương

pháp nghiên cứu như sau:
+ Phương pháp thực nghiệm khoa học: phương pháp này được sử dụng
trong phân tích mẫu đất thí nghiệm để xác định một số tính chất cơ bản của
đất như độ ẩm, thành phần hạt.