Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày đầm nén và độ ẩm đất đến năng suất, chi phí

Luận văn phân tích ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và độ ẩm đất đến năng suất, chi phí năng lượng, giúp xác định các thông số thi công tối ưu.

• Tác giả: Trần Minh Long
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tấn Quỳnh
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Máy Và Thiết Bị Cơ Giới Hóa Nông Lâm Nghiệp
• 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
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Đầm Nén Đất Tổng Quan Vai Trò Trong Xây Dựng Nền Móng

Đầm nén đất là một trong những công đoạn nền tảng và quan trọng nhất trong kỹ thuật xây dựng, đặc biệt là thi công nền đường và móng công trình. Quy trình này không chỉ là việc làm phẳng bề mặt mà là một quá trình kỹ thuật phức tạp nhằm cải thiện các đặc tính cơ học của đất. Mục tiêu chính là tăng cường độ chặt của đất, từ đó nâng cao khả năng chịu tải, giảm thiểu độ lún và ngăn ngừa các sự cố biến dạng trong tương lai. Việc hiểu rõ bản chất và tầm quan trọng của đầm nén giúp đảm bảo sự ổn định, bền vững và tuổi thọ cho toàn bộ kết cấu xây dựng phía trên. Một nền đất được đầm nén đúng kỹ thuật sẽ là tiền đề vững chắc cho chất lượng tổng thể của dự án.

1.1. Khái niệm và mục tiêu chính của kỹ thuật đầm nén đất

Kỹ thuật đầm nén đất là quá trình sử dụng các tác động cơ học như lực tĩnh, rung động, hoặc va đập để làm giảm thể tích các lỗ rỗng chứa không khí giữa các hạt đất. Quá trình này không làm thay đổi thể tích của bản thân hạt đất hay lượng nước trong đó, mà chỉ sắp xếp lại các hạt đất vào một trạng thái đặc chắc hơn. Mục tiêu chính của việc đầm nén bao gồm: Tăng dung trọng khô lớn nhất của đất, qua đó cải thiện sức chịu tải của nền móng; Tăng cường độ bền và độ ổn định, giúp nền đất chống lại các lực trượt; Giảm tính thấm nước, hạn chế sự xâm nhập và phá hoại của nước; Giảm khả năng co ngót và trương nở của đất khi độ ẩm thay đổi; và quan trọng nhất là giảm độ lún của công trình trong quá trình khai thác sử dụng. Đây là bước không thể thiếu trong các công tác san lấp mặt bằng và chuẩn bị nền móng.

1.2. Tầm quan trọng của độ chặt của đất đối với công trình

Độ chặt của đất là một chỉ tiêu cốt lõi để đánh giá chất lượng công tác đầm nén. Nó được biểu thị qua hệ số đầm nén K, là tỷ số giữa dung trọng khô của đất tại hiện trường và dung trọng khô lớn nhất xác định trong phòng thí nghiệm. Một nền đất không đạt độ chặt yêu cầu (ví dụ độ chặt K95, K98) sẽ là nguyên nhân chính gây ra các hư hỏng nghiêm trọng. Cụ thể, nền đất yếu sẽ bị lún, sụt không đều dưới tác dụng của tải trọng, dẫn đến nứt vỡ kết cấu móng, tường, và mặt đường. Sự biến dạng của nền đường là nguyên nhân chủ yếu gây hư hỏng mặt đường nhựa. Như trong nghiên cứu của Trần Minh Long (2011), việc đầm nén không đúng kỹ thuật, không đảm bảo độ chặt cần thiết sẽ làm cho nền đường không ổn định. Do đó, việc kiểm soát và đảm bảo độ chặt của đất theo đúng tiêu chuẩn thiết kế là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chất lượng và an toàn cho mọi công trình xây dựng.

II. Thách Thức Khi Đầm Nén Đất Chi Phí Năng Lượng Chất Lượng

Mặc dù vai trò của đầm nén là không thể bàn cãi, việc thực hiện hiệu quả lại đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là cân bằng giữa chất lượng và chi phí. Chất lượng đầm nén phụ thuộc vào nhiều yếu tố phức tạp như loại đất, độ ẩm, chiều dày lớp rải và thiết bị thi công. Đồng thời, mỗi quyết định kỹ thuật đều ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí năng lượng riêng và năng suất tổng thể của dự án. Việc tối ưu hóa quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát chúng, nhằm đạt được hệ số đầm nén K mong muốn với chi phí thấp nhất.

2.1. Yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi đầm

Chi phí năng lượng riêng là năng lượng cần thiết để đầm nén một đơn vị khối lượng đất, là chỉ tiêu quan trọng đánh giá hiệu quả kinh tế của quá trình thi công. Theo cơ sở lý luận của đề tài nghiên cứu, chi phí này bị ảnh hưởng bởi hai nhóm yếu tố chính. Nhóm yếu tố thuộc về máy móc bao gồm công suất động cơ, trọng lượng máy, kích thước bàn đầm và tốc độ di chuyển. Các loại máy như máy đầm cóc, máy đầm bàn hay xe lu rung có đặc tính tiêu thụ năng lượng khác nhau. Nhóm yếu tố thuộc về đất bao gồm loại đất (đất dính, đất rời), thành phần hạt và đặc biệt là độ ẩm. Độ ẩm không tối ưu sẽ làm tăng lực cản ma sát giữa các hạt đất, buộc máy phải hoạt động với công suất lớn hơn và số lượt đầm nhiều hơn để đạt độ chặt yêu cầu, từ đó làm tăng vọt chi phí năng lượng. Chiều dày lớp đất đầm quá lớn cũng làm tăng đáng kể năng lượng tiêu thụ.

2.2. Làm thế nào để đạt hệ số đầm nén K mong muốn

Đạt được hệ số đầm nén K yêu cầu (thường là K ≥ 0,95 hoặc K ≥ 0,98) là mục tiêu cuối cùng của công tác đầm nén. Để làm được điều này, cần phải kiểm soát đồng bộ nhiều yếu tố. Đầu tiên là phải xác định chính xác đặc tính của vật liệu đắp nền, bao gồm đường cong đầm nén tiêu chuẩn để tìm ra độ ẩm tốt nhất. Thứ hai, độ ẩm của đất tại hiện trường phải được điều chỉnh để gần với giá trị tối ưu này. Thứ ba, chiều dày mỗi lớp đất đắp phải được lựa chọn phù hợp với năng lực của thiết bị đầm. Ví dụ, một xe lu rung hạng nặng có thể đầm hiệu quả lớp dày hơn so với máy đầm cóc. Cuối cùng, số lượt đầm trên một điểm phải đủ để các hạt đất được sắp xếp lại một cách tối ưu. Việc thiếu kiểm soát một trong các yếu tố này sẽ dẫn đến kết quả đầm nén không đạt yêu cầu, đòi hỏi phải làm lại, gây lãng phí thời gian và chi phí.

III. Bí Quyết Tối Ưu Độ Ẩm Tốt Nhất Để Đầm Nén Đất Hiệu Quả

Độ ẩm là một trong những yếu tố có ảnh hưởng quyết định nhất đến kết quả đầm nén. Nước trong đất đóng vai trò như một chất bôi trơn, giúp các hạt đất trượt lên nhau và sắp xếp lại vào các vị trí đặc chắc hơn dưới tác dụng của lực đầm. Tuy nhiên, lượng nước này phải ở một mức độ tối ưu. Việc xác định và kiểm soát chính xác độ ẩm tốt nhất là chìa khóa để đạt được dung trọng khô lớn nhất, tối đa hóa hiệu quả đầm nén và giảm thiểu chi phí. Các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn và kinh nghiệm thi công đóng vai trò quan trọng trong việc làm chủ yếu tố này.

3.1. Xác định độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất

Độ ẩm tốt nhất (Optimum Moisture Content - OMC) là hàm lượng nước mà tại đó, với một công đầm nén nhất định, đất có thể đạt được dung trọng khô lớn nhất (Maximum Dry Density - MDD). Khi độ ẩm thấp hơn OMC, ma sát giữa các hạt đất lớn, cản trở sự dịch chuyển và sắp xếp lại của chúng. Khi độ ẩm cao hơn OMC, nước bắt đầu chiếm chỗ trong các lỗ rỗng, cản trở các hạt đất tiến lại gần nhau, làm giảm dung trọng khô. Mối quan hệ giữa độ ẩm và dung trọng khô được xác định thông qua đường cong đầm nén trong phòng thí nghiệm. Việc xác định chính xác hai thông số này cho phép các kỹ sư đặt ra mục tiêu và tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng rõ ràng cho công tác thi công tại hiện trường.

3.2. Vai trò của thí nghiệm Proctor trong quy trình thi công

Thí nghiệm Proctor là phương pháp tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng trong phòng thí nghiệm để xác định mối quan hệ giữa độ ẩm và dung trọng khô của đất. Có hai dạng chính là Proctor tiêu chuẩn và Proctor cải tiến (năng lượng đầm nén cao hơn). Kết quả từ thí nghiệm này cung cấp các giá trị tham chiếu quan trọng: độ ẩm tốt nhất (Wopt) và dung trọng khô lớn nhất (γdmax). Trong quy trình thi công nền đường, các giá trị này được dùng làm cơ sở để: (1) Lựa chọn vật liệu đắp nền phù hợp; (2) Kiểm soát độ ẩm của đất trước và trong khi đầm nén; (3) Đánh giá chất lượng đầm nén tại hiện trường thông qua việc tính toán hệ số đầm nén K. Thiếu kết quả từ thí nghiệm Proctor, việc giám sát chất lượng sẽ trở nên mò mẫm và thiếu cơ sở khoa học.

3.3. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu quả làm việc của máy đầm cóc

Nghiên cứu của Trần Minh Long (2011) đã chỉ ra ảnh hưởng rõ rệt của độ ẩm đến năng suất và chi phí năng lượng của máy đầm cóc. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi độ ẩm của đất tăng dần về giá trị tối ưu (ví dụ từ 12% lên 18%), năng suất đầm nén tăng lên và chi phí năng lượng riêng giảm xuống. Điều này là do đất trở nên dẻo hơn, dễ nén chặt hơn. Tuy nhiên, khi độ ẩm vượt qua ngưỡng tối ưu, đất trở nên nhão, hiệu quả của lực đầm giảm sút, năng suất giảm và máy tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Do đó, để máy đầm cóc hoạt động hiệu quả nhất, việc duy trì độ ẩm của lớp đất thi công trong một khoảng hẹp xung quanh độ ẩm tốt nhất là yêu cầu kỹ thuật tiên quyết, giúp đạt độ chặt K95 nhanh chóng và tiết kiệm.

IV. Phương Pháp Xác Định Chiều Dày Lớp Đất Tối Ưu Nâng Cao Năng Suất

Bên cạnh độ ẩm, chiều dày của mỗi lớp đất đầm là một tham số điều khiển quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến cả chất lượng và năng suất thi công. Lựa chọn một chiều dày tối ưu giúp đảm bảo năng lượng đầm nén được truyền đều xuống toàn bộ chiều sâu của lớp đất, đồng thời tối đa hóa khối lượng công việc hoàn thành trong một đơn vị thời gian. Một lớp đất quá dày sẽ không đạt độ chặt ở phía dưới, trong khi một lớp quá mỏng lại làm giảm năng suất đáng kể. Việc xác định chiều dày phù hợp đòi hỏi phải cân nhắc đến loại đất và loại thiết bị sử dụng.

4.1. Mối quan hệ giữa chiều dày và độ chặt K95 K98

Năng lượng đầm nén giảm dần theo chiều sâu. Nếu một lớp đất quá dày, năng lượng tác động lên bề mặt có thể đủ lớn, nhưng năng lượng truyền xuống các lớp đất phía dưới sẽ không đủ để đạt được độ chặt K95, K98. Điều này tạo ra một lớp nền không đồng nhất, với phần trên chặt nhưng phần dưới lại lỏng lẻo, tiềm ẩn nguy cơ lún sụt trong tương lai. Ngược lại, việc rải các lớp quá mỏng, mặc dù dễ dàng đạt độ chặt yêu cầu, lại làm tăng số lượng lớp cần thi công, kéo dài thời gian và tăng chi phí. Do đó, cần tiến hành đầm thử nghiệm tại hiện trường để xác định chiều dày tối đa mà thiết bị hiện có (ví dụ xe lu rung) có thể đầm nén hiệu quả để đạt được độ chặt của đất theo yêu cầu trên toàn bộ chiều dày lớp.

4.2. Lựa chọn chiều dày đầm nén cho đất dính và đất rời

Loại đất là yếu tố quan trọng khi quyết định chiều dày lớp đầm. Đất rời, như cát hay cấp phối đá dăm, có các hạt ít liên kết với nhau và truyền năng lượng rung động tốt hơn. Do đó, chúng có thể được đầm nén với chiều dày lớp lớn hơn. Ngược lại, đất dính, như sét hoặc á sét, có lực liên kết giữa các hạt cao và tính thấm thấp, cản trở sự thoát khí và nước trong quá trình đầm. Năng lượng đầm nén khó truyền sâu trong loại đất này. Vì vậy, đất dính thường yêu cầu chiều dày lớp đầm mỏng hơn và cần sử dụng các thiết bị có áp lực tiếp xúc lớn như lu chân cừu hoặc máy đầm cóc. Việc lựa chọn sai chiều dày cho từng loại đất sẽ dẫn đến chất lượng đầm nén kém và không hiệu quả.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Thực Tiễn Về Đầm Nén Đất Nền Đường

Lý thuyết cần được kiểm chứng bằng thực nghiệm để đưa ra các thông số tối ưu ứng dụng vào thực tế. Nghiên cứu của Trần Minh Long (2011) về đầm nén đất nền đường ô tô miền núi đã cung cấp những kết quả định lượng cụ thể về sự ảnh hưởng của độ ẩm và chiều dày lớp đất đến năng suất và chi phí năng lượng. Những phát hiện này không chỉ xác nhận các nguyên tắc lý thuyết mà còn đưa ra những con số cụ thể, giúp xây dựng một mô hình tối ưu hóa cho quy trình thi công nền đường trong các điều kiện tương tự, từ đó nâng cao hiệu quả và chất lượng công trình.

5.1. Phân tích ảnh hưởng của độ ẩm đến năng suất đầm nén

Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố trong nghiên cứu cho thấy mối quan hệ phi tuyến giữa độ ẩm và năng suất đầm nén. Khi độ ẩm của đất tăng từ mức khô (12%) lên gần độ ẩm tốt nhất (18%), năng suất của máy đầm cóc tăng đáng kể. Cụ thể, năng suất tăng từ 8,5 m³/h lên đến 12,2 m³/h. Tuy nhiên, khi độ ẩm tiếp tục tăng lên mức bão hòa (21-24%), năng suất lại có xu hướng giảm mạnh. Điều này khẳng định rằng việc kiểm soát độ ẩm của vật liệu đắp nền trong khoảng tối ưu là yếu tố then chốt để tối đa hóa năng suất. Thi công với đất quá khô hoặc quá ướt đều làm giảm hiệu quả làm việc của thiết bị và kéo dài thời gian thi công một cách không cần thiết.

5.2. Đánh giá tác động của chiều dày đến chi phí năng lượng

Tương tự, chiều dày lớp đất đầm cũng có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sử dụng năng lượng. Nghiên cứu chỉ ra rằng, khi tăng chiều dày lớp đầm từ 10 cm lên 20 cm, chi phí năng lượng riêng không thay đổi nhiều và vẫn ở mức chấp nhận được. Tuy nhiên, khi chiều dày lớp đầm tăng lên 25 cm và 30 cm, chi phí năng lượng riêng tăng vọt. Lý do là vì máy đầm phải hoạt động lâu hơn và tốn nhiều công sức hơn để cố gắng làm chặt lớp đất dày, nhưng hiệu quả truyền lực xuống lớp dưới lại rất thấp. Điều này dẫn đến sự lãng phí năng lượng nghiêm trọng mà không đảm bảo được độ chặt của đất. Kết quả khuyến nghị rằng với loại máy đầm cóc được sử dụng trong thí nghiệm, chiều dày lớp đầm tối ưu nên nằm trong khoảng 15-20 cm để cân bằng giữa năng suất và chi phí.

VI. Hướng Dẫn Giám Sát Chất Lượng Đầm Nén Đất Nền Hiệu Quả

Công tác đầm nén chỉ được xem là hoàn thành khi chất lượng được kiểm tra và xác nhận đạt yêu cầu. Giám sát chất lượng đầm nén là một bước không thể thiếu trong mọi dự án xây dựng, nhằm đảm bảo nền đất sau khi thi công đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về độ chặt. Việc này đòi hỏi phải áp dụng các phương pháp thí nghiệm hiện trường chính xác và tuân thủ một quy trình giám sát chặt chẽ. Kết quả kiểm tra là bằng chứng khách quan nhất để nghiệm thu hạng mục, đảm bảo sự ổn định lâu dài cho công trình.

6.1. Các phương pháp rót cát và dao vòng kiểm tra độ chặt

Để kiểm tra độ chặt của đất tại hiện trường, hai phương pháp phổ biến và được tiêu chuẩn hóa là phương pháp rót cát và phương pháp dao vòng. Phương pháp rót cát (Sand Cone Method) được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại đất, đặc biệt là đất hạt thô. Quy trình bao gồm việc đào một hố nhỏ tại vị trí kiểm tra, xác định thể tích hố bằng cách lấp đầy nó bằng cát tiêu chuẩn có khối lượng thể tích đã biết, từ đó tính được dung trọng ẩm và dung trọng khô của đất tại hiện trường. Phương pháp dao vòng (Core Cutter Method) thường được dùng cho các loại đất dính, mềm. Một ống thép có thể tích xác định được đóng xuống nền đất để lấy một mẫu nguyên dạng, sau đó xác định khối lượng và độ ẩm để tính ra dung trọng khô. Cả hai phương pháp đều cung cấp dữ liệu tin cậy để tính toán hệ số đầm nén K.

6.2. Quy trình giám sát chất lượng đầm nén tại hiện trường

Một quy trình giám sát chất lượng đầm nén hiệu quả bao gồm các bước sau: (1) Trước khi đầm, kiểm tra và chấp thuận vật liệu đắp nền, đảm bảo tuân thủ yêu cầu thiết kế. (2) Trong quá trình đầm, giám sát việc kiểm soát độ ẩm, chiều dày lớp rải và số lượt đầm theo đúng biện pháp thi công đã được duyệt. (3) Sau khi đầm nén xong, tiến hành thí nghiệm kiểm tra độ chặt tại các vị trí ngẫu nhiên theo một tần suất quy định (ví dụ: 1 vị trí cho mỗi 500-1000 m²). (4) Xử lý số liệu: so sánh dung trọng khô hiện trường với dung trọng khô lớn nhất từ thí nghiệm Proctor để tính hệ số đầm nén K. (5) Lập biên bản nghiệm thu nếu kết quả đạt yêu cầu (độ chặt K95 hoặc K98), hoặc yêu cầu đầm lại nếu không đạt. Quy trình này đảm bảo tính minh bạch và chất lượng cho công tác nền móng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới Một trong những khâu quan trọng quyết định chất lượng của công trình đó là nguyên công đầm nén đất nền móng. Mặc dù tỷ trọng củakhối lượng của công việc đầm nén đất không lớn lắm so với tổng chi phí xây dựng công trình nhưng chất lượng của công trình lại phụ thuộc nhiều vào chất lượng đầm lèn. Chính vì vây, để cơ giới hoá khâu công 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 mô lớn, đất ít dính thường dùng các loại xe lu bánh thép tác dụng tĩnh như DU11, DU211B, D399A, …có công 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 công 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 công suất là 6HP. Hiện nay, một số loại máy lu rung cũng đang được sử dụng rộng rãi để đầm lèn các công trình đường, công 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, DU-63, DU-64, DU-65, DU-98, DU-99, DU-100, DU-101, DU-73, DU- 74, DU-84, DU-85, DU-96, DU-97 (hình 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%. Máy đầm rung của Nga DU-64 Ở Mỹ, xu hướng sử dụng các máy đầm rung chiếm ưu thế trong các công 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 công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung như CS323C, CS433E, CS44…(hình 1.3) có công suất 70-153HP.

Máy đầm bánh hơi PS-300B Hình 1. 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 27- 58kG/cm2, công 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, công suất từ 5-69,4HP được sử dụng rộng rãi để đầm nén các công trình nền đường là đất rời rạc, ít dính.

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 12- 31KN, công suất từ 50-103HP… 6 Hình 1. 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 công 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. Máy đầm của hãng Liugong 7 Hình 1.

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 công 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 công 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 khô 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 không 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 công rộng, ở các công 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: - 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 lỏng. 9 Ở một số nước 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 được dùng để đầm đất dính và không dính, đất khô quá hay ướt quá 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 công trình có yêu cầu đặc biệt như nhà máy thuỷ điện, khu công nghiệp lớn hoặc các công trình quân 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 công 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 (còn 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 công suất ít. 10 Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau được sử dụng trong các công 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 hoàn thiện công nghệ đầm nén được thể hiện ở các công trình [18],[21],[23],[36]. Các kết quả nghiên cứu của các Tiến sĩ Balasov.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. 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 không 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.