ĐẶT VẤN ĐỀ Để thực hiện đƣợc cơ giới hoá - hiện đại hoá trong sản xuất lâm nghiệp, cũng nhƣ để đảm bảo duy trì và thúc đẩy các hoạt động sản xuất lân nghiệp thì xây dựng các công trình Lâm nghiệp, trong đó có hệ thống mạng lƣới đƣờng là công việc cần phải làm trƣớc. Đặc biệt trong thực tế hiện nay, sản xuất lâm nghiệp luôn gắn liền với việc phát triển nông thôn miền núi thì các công trình lâm nghiệp không chỉ có ý nghĩa trong sản xuất lâm nghiệp mà còn có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển kinh tế xã hội của địa phƣơng. Trong xây dựng nói chung và đƣờng lâm nghiệp nói riêng, công tác làm đất là khâu công việc đƣợc đặc biệt lƣu ý, bất kể công trình đƣờng nào, dù là lớn hay nhỏ đều sử dụng đất nhƣ một loại vật liệu xây dựng với các công dụng nhƣ: làm nền, làm lớp móng và đôi khi làm lớp mặt của kết cấu áo đƣờng. Đối với bất cứ công trình xây dựng nào thì nền móng là phần kết cấu quan trọng, quyết định lớn đến độ bền công trình.
Để tạo khả năng chịu tải trọng của nền đất ngƣời ta sử dụng các thiết bị đầm nén khác nhau. Do ngành cơ khí xây dựng ở nƣớc ta chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng trong nƣớc nên hàng năm nƣớc ta phải chi 3-4 tỷ USD để nhập khẩu các loại máy xây dựng trong đó có các loại máy đầm khác nhau. Do các loại máy và thiết bị nhập khẩu đƣợc sản xuất ở nƣớc ngoài phù hợp với điều kiện làm việc ở các nƣớc sở tại, cho nên việc nghiên cứu nhằm xác định các thông số kỹ thuật hợp lý cho các thiết bị nhập khẩu khi làm việc ở điều kiện tự nhiên ở Việt Nam nhằm tăng năng suất lao động giảm chi phí là thực sự cần thiết. Chính vì vậy, đƣợc sự đồng ý của Ban Chủ nhiệm khoa sau đại học trƣờng Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và thành phần hạt đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 đất nền công trình xây dựng” nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng các thiết bị đầm nén đất nhập ngoại trong điều kiện ở nƣớc ta.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới Trong công tác làm đất, đầm nén là một khâu rất quan trọng, có ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng công trình, nó cũng là nguyên công cuối cùng trong công tác đất nền móng ở nhiều nƣớc trên thế giới Ở nhiều nƣớc trên thế giới, đã nghiên cứu, chế tạo nhiều loại máy đầm khác nhau để phục vụ cho các công trình xây dựng nhƣ Caterpillar (Mỹ) sản xuất các loại máy đầm bánh hơi PS150B, PS200B, PS300B…(hình 1.1) có công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung nhƣ CS323C, CS433E, CS44…(hình 1.2) có công suất 70-153HP; Hãng Komatsu (Nhật) chế tạo các loại máy đầm rung mang nhãn hiệu JV06H, PV08H, JV16-1, JV25-3, JV32- W,… các loại máy đầm rung này có công suất từ 5-14,5HP, lực rung lớn nhất từ 10-25kN; Hình 1. Máy đầm bánh hơi PS300B LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Máy đầm rung CS-433E Hãng Nippon bomag (Nhật Bản) chế tạo các loại đầm rung nhƣ BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.3) có lực rung lớn nhất từ 20- 63kN, công suất từ 5-69,4HP; Hình 1.
Máy đầm rung BW65S Hãng SAKAI HEAVY IND chế tạo các loại máy đầm bánh thép VM7706, VM7708, SW800, SH1508,WN140, K7606, KD200, R2,…(hình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.4) có áp lực từ 27-58kG/cm2, công suất động cơ từ 58-73HP. Các loại máy đầm bánh hơi TS30, TS30H, TS360…, các loại máy đầm rung nhƣ SV6, SV 10, TV40, SV100… có công suất từ 50-103HP, lực rung lớn nhất 12-31KN… Hình 1. Máy đầm bánh thép Sakai SW800 Hãng Ligong (Trung Quốc) sản xuất các loại xe lu rung CLG614, CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu bánh lốp CLG626R, xe lu chân cừu CLG614 có công suất 120-175HP, lực rung 135-360kN (hình 1. Việc lựa chọn loại máy đầm để sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ loại đất và tính chất cơ học của đất làm nền công trình, điều kiện mặt bằng thi công và tính năng kỹ thuật của thiết bị.
Kinh nghiệm sử dụng máy đầm lèn đất ở nhiều nƣớc công nghiệp tiên tiến cho thấy [21]: máy đầm tĩnh là loại máy đƣợc sử dụng rộng rãi nhất vì nó có cấu tạo đơn giản, năng suất cao, giá thành tính trên 1m3 đất đƣợc đầm thấp hơn so với loại đầm khác 80- 85% khối lƣợng đầm lèn tại các công trình là do máy đầm tĩnh thực hiện và 20-25% khối lƣợng đầm lèn còn lại là do máy đầm rung, đầm lực động thực hiện. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Máy đầm chân cừu của hãng Liugong Trong máy đầm tĩnh thì máy lu bánh thép đƣợc dùng phổ biến và thích hợp để đầm lèn mặt đƣờng đá dăm, đƣờng bê tông nhựa, cán mặt bằng các công trình nhà cửa, đầm các loại đất ít dính, đất lẫn đá nhỏ… Máy lu trơn còn có nhƣợc điểm khi đầm, phía trƣớc bánh bị chèn bờ lƣợn sóng do đó tiêu hao nhiều công suất. Ứng suất tiếp xúc nhỏ 0,1-0,46MPa và giảm theo chiều sâu đầm, nên độ chặt của lớp đất phía dƣới khó đạt đƣợc yêu cầu.
Chiều sâu đầm nhỏ h≤20cm đối với các máy có trọng lƣợng G=3-4 tấn. Hiện nay, để tăng hiệu quả đầm lèn, khắc phục nhƣợc điểm trên và tăng năng suất ngƣời ta lắp thêm một bánh phụ rung động vào giữa máy, phƣơng pháp này góp phần làm tăng hiệu quả đầm nén đất [1]. Lu bánh hơi đƣợc sử dụng để đầm nhiều loại đất có đặc điểm khác nhau nhƣ đất khô cứng, đất có độ ẩm tƣơng đối lớn, đất dính, đất đá dăm… Lu bánh hơi làm việc hiệu quả khi chiều dài mặt bằng làm việc lớn hơn 100- 150m. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 So với các loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh hơi có các ƣu điểm sau: - Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao; - Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đƣờng kính và tải trọng nhƣ nhau thì diện tích tiếp xúc của bánh lốp nhỏ hơn và ứng suất phân bố đều hơn lên mặt đất, ứng suất lớn nhất có thể đạt 0,197-1,05 Mpa; - Đầm bánh lốp có thể thay ứng suất tiếp xúc lớn nhất bằng cách thay đổi tải trọng và áp suất không khí trong lốp cho phù hợp với nhiều loại đất khác nhau; - Chiều dày lớp đất đầm phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc.
Diện tích tiếp xúc càng lớn thì chiều sâu đầm càng nhỏ. Do đó, chiều sâu đầm của lu bánh hơi lớn hơn nhiều so với chiều sâu đầm của lu bánh cứng và có thể đạt tới 35- 45cm. Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để kéo bánh lu chân cừu. Lu chân cừu thƣờng áp dụng ở những nơi mặt bằng thi công rộng, thƣờng dùng ở các công trình thuỷ lợi nhƣ đê, kè, đập đảm bảo độ chặt và độ ổn định của nền đắp tƣơng đối cao.
Lu chân cừu có những ƣu điểm chính nhƣ: - Chiều sâu ảnh hƣởng đầm lớn do áp suất đầm trên các đầu chân cừu tƣơng đối cao; - Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và giá thành đầm nén nhỏ; - Tạo đƣợc mối liên kết tốt giữa các lớp đất đầm. Bên cạnh đó, lu chân cừu còn bộc lộ một số nhƣợc là: - Tính cơ động kém, vận chuyển gặp nhiều khó khăn; - Khi đầm nén đất dính, dẻo phải đảm bảo độ ẩm qui định chặt chẽ; - Bề mặt của lớp đất đầm có độ chặt nhỏ do vấu chân cừu sau khi đầm lại xới lên. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Ở một số nƣớc còn sử dụng máy đầm xung kích để đầm lèn nền công trình xây dựng. Đây là loại máy đầm dùng tải trọng xung kích để làm chặt đất.
Máy đầm xung kích có hai kiểu chính là máy đầm xung kích kiểu búa và máy đầm xung kích kiểu quả lăn. Máy đầm rơi đƣợc dùng để đầm đất dính và không dính, đất khô quá hay ƣớt quá theo từng lớp và độ sâu tới 1,3m. Tuy nhiên máy đầm này có nhƣợc điểm cấu tạo phức tạp, giá thành một đơn vị cao, khoảng gấp 2 lần giá thành đầm 1m3 đất bằng các loại máy đầm tĩnh [21]. Do đó nó đƣợc dùng ở những công trình có yêu cầu đặc biệt nhƣ nhà máy thuỷ điện, khu công nghiệp lớn hoặc các công trình quân sự.
Máy đầm rung đƣợc dùng để đầm đất hạt rời có kích thƣớc khác nhau, lực liên kết không lớn lắm nhƣng phải có độ ẩm cao nhƣ đất cát, đá lẫn cát, sỏi, đá vụn. Theo đặc tính làm việc của bộ phận công tác máy đầm rung có các kiểu nhƣ đầm bàn rung, lu rung, đầm cóc. Đầm bàn rung là một trong những loại đầm đƣợc dùng nhiều nhất, loại này cũng có 2 kiểu loại đầm bàn dùng tay kéo và loại tự hành. Loại dung tay kéo có kích thƣớc và khối lƣợng nhỏ, diện tích tiếp xúc giữa bàn đầm với đất không quá 0,5m2, độ sâu đầm chỉ đạt 20cm.
Máy đầm bàn rung tự hành có khối lƣợng tối đa 10 tấn, diện tích tiếp xúc với mặt đất tới 4m2, loại này có ƣu điểm lực đầm lớn, chiều sâu ảnh hƣởng tới 1m, có khả năng tự hành, có thể điều chỉnh để phù hợp với độ ẩm, đầm đƣợc nhiều loại đất. Nhƣng có nhƣợc điểm là khối lƣợng lớn, đòi hỏi công suất của động cơ lớn và chỉ hiệu quả khi diện tích bề mặt nền đất rộng. Máy lu rung (còn gọi là đầm chấn động quả lăn), loại này có ƣu điểm là hiệu quả đầm cao do trọng lƣợng bánh lăn nhỏ dẫn đến tiêu hao công suất ít. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau đƣợc sử dụng trong các công trình xây dựng ở các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣng việc nghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, công nghệ đầm luôn luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu.
Trong những năm gần đây xu hƣớng nghiên cứu chế tạo ra các loại máy đầm nén có năng suất cao và khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện thi công khác nhau. Năng suất của máy đầm nén đƣợc nâng cao nhờ tăng vận tốc và tăng khối lƣợng bộ phận công tác. Theo hƣớng này, chi nhánh của Viện nghiên cứu giao thông St.