Quá trình lèn chặt của đất chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như lượng ngậm nước của đất, loại đất, sự tổ thành hạt của đất, áp suất đầm, số lần đầm, độ dày rải đất, … 1.1.. Nếu lượng
Trang 1BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM
BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
HƯỚNG DẪN ĐẦM NÉN VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT
ĐẦM NÉN CHO CÁC LOẠI ĐẤT KHÁC NHAU
VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG KHÁC NHAU
THUỘC ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM”
Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂY
DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN
Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Nguyễn Quốc Dũng
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam
7579-23
22/12/2009
Hà Nội 2009
Trang 2CHUYÊN ĐỀ 31 HƯỚNG DẪN ĐẦM NÉN VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐẦM NÉN CHO CÁC LOẠI ĐẤT KHÁC NHAU VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG KHÁC NHAU
1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẦM NÉN ĐẤT
Đối với công trình đất thì công tác đầm nén là khâu quan trọng Khi đầm nén, độ rỗng của đất giảm nhỏ, mật độ hạt đất tăng lên làm cho đất chặt lại và tính thấm giảm đi Thực tế thường dùng dung trọng khô, hay hệ số đầm chặt để biểu thị mức độ đầm chặt của khối đất đắp
Quá trình lèn chặt của đất chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như lượng ngậm nước của đất, loại đất, sự tổ thành hạt của đất, áp suất đầm, số lần đầm, độ dày rải đất, …
1.1 Ảnh hưởng của lượng ngậm nước
Thành phần của đất bao gồm: các hạt rắn, nước và không khí Nước có tác dụng làm trơn các hạt đất, làm cho trở lực di động tương đối giữa các hạt đất (lực ma sát, lực keo kết) giảm nhỏ
Nếu lượng ngậm nước trong đất quá nhỏ, trở lực di động tương đối giữa các hạt lớn thì rất tốn công đầm mà hiệu quả nén chặt kém Nếu lượng ngậm nước trong đất lớn, chứa đầy trong lỗ rỗng giữa các hạt đất, làm cho lực đầm nén không thể chuyển toàn bộ đến các hạt đất, vì một phần lực phải truyền cho nước tự do, làm lực nén có ích giảm đi, hiệu quả nén chặt kém
Lượng ngậm nước nhiều quá hoặc ít quá đều làm cho hiệu quả đầm chặt kém Lượng ngậm nước vừa đủ cho hiệu quả nén chặt tốt nhất được gọi là lượng ngậm nước tối ưu
L−îng ngËm n−íc (%)
Hình 1 Quan hệ giữa dung trọng khô và lượng ngậm nước
1.2 Ảnh hưởng của loại đất
Đối với đất dính, lực keo kết lớn, lực ma sát nhỏ, dưới tác dụng của lực đầm nén, đất
dễ bị co ép hoặc dãn nở Do tính thấm nước nhỏ, thoát nước khó khăn, nên quá trình
co ép tương đối chậm làm đất khó đầm chặt
Trang 3Đối với đất rời, lực ma sát lớn, lực keo kết nhỏ, tính co ép và giãn nở tương đối nhỏ, nhưng tính thoát nước lớn, nên khi tác dụng lực đầm nén, nước thoát nước nhanh nên chóng đạt được nén chặt
1.3 Ảnh hưởng của sự tổ thành hạt của đất
Đất có cấu tạo hạt to nhỏ khác nhau, cấp phối hạt phân bố càng không đều thì khi đầm nén những hạt nhỏ dễ dàng chui vào kẽ rỗng giữa các hạt lớn làm cho tỷ lệ rỗng giảm xuống, độ chặt tăng lên Ngược lại, cấp phối hạt phân bố càng đều đặn thì khối lượng riêng khô đạt được càng nhỏ
2 ĐẦM NÉN ĐẤT BẰNG THỦ CÔNG
2.1 Dụng cụ đầm nén
a- Đầm tay bằng gỗ
25-30cm
30-35cm
15cm
a)
b)
c)
Hình 2 Các dụng cụ đầm đất
- Loại dùng cho 2 người (hình 2a): Mỗi đầm có trọng lượng 20-25kg với đường kính mặt đáy từ 25-30cm, thân đầm cao từ 50-60cm gắn dọc theo thân
- Loại dùng cho 4 người (hình 2b): Mỗi đầm có trọng lượng từ 60-70kg, đường kính mặt đáy từ 30-35cm, thân đầm cao từ 60-70cm Cán đầm được gắn vào thân đầm bằng đinh hoặc dây thép
b- Đầm tay bằng gang (hình 2c)
Đầm gang có trọng lượng từ 5-8kg, dùng cho một người Đầm gang được sử dụng ở những chỗ tiếp giáp, các góc, các khe hở nhỏ mà các loại đầm lớn hay đầm máy không thể đầm tới được
c- Đầm tay bằng bê tông
Hình dáng của đầm bê tông tương tự như loại đầm gỗ dùng cho bốn người Các kích thước thường là: Đường kính mặt đáy từ 35-40cm, thân đầm cao từ 40-50cm với trọng lượng từ 80-150kg Đầm có 4 cán gỗ gắn bằng ốc vít Loại đầm này dùng cho 4 đến 8 người sử dụng
Trang 42.2 Chiều dày lớp đất đầm nén
Đổ đất, rải xong lớp đất nào phải tiến hành đầm ngay và đầm chặt theo đúng yêu cầu
để đảm bảo sự ổn định Chiều sâu đầm nén là thông số quan trọng phụ thuộc vào trọng lượng của đầm Bảng 1.1 dưới đây cho quan hệ giữa chiều dày lớp đất được đầm và trọng lượng đầm
Bảng 1 Quan hệ chiều dày lớp đầm và trọng lượng đầm
Thứ tự Trọng lượng đầm (kg) Chiều dày lớp đầm (cm)
2.3 Số lần đầm nén
Số lần đầm nén phụ thuộc vào các chỉ tiêu độ ẩm của đất, thành phần hạt, độ dày đầm nén ứng với dụng cụ đầm nhất định và dung trọng yêu cầu của thiết kế Khi đã biết các chỉ tiêu phụ thuộc này thì số lần đầm nén được xác định thông qua thí nghiệm đầm nén tại hiện trường để xác định quan hệ giữa số lần đầm nén và dung trọng yêu cầu của thiết kế, từ đó xác định được số lần đầm cần thiết Số lần đầm có thể được hiệu chỉnh cho phù hợp thực tế bằng cách điều chỉnh chiều dày lớp đất đầm
Sè lÇn ®Çm nÐn n
Hình 3 Quan hệ giữa dung trọng của đất và số lần đầm nén
2.4 Phương pháp đầm nén
Đầm từng lớp đất, sau khi san, vằm đất xong mỗi lớp đất, đầm sơ một lần khắp diện tích phải đầm cho mặt đất bằng phẳng, sau đó dàn thành hàng, đầm dần từng hàng cho tới khi xong
2.5 Các yêu cầu kỹ thuật khi đầm nén bằng thủ công
2.5.1 Các yêu cầu kỹ thuật chung
- Việc đắp đất thành từng lớp nên bắt đầu từ chỗ thấp trước, chỗ cao đắp sau, khi đã tạo thành mặt bằng đồng đều thì đắp lên đều;
Trang 5- Mặt đất sau khi san phải có độ dốc về một phía hoặc 2 phía từ 2% đến 5% để thoát nước mưa Phải đảm bảo sau khi san không có chỗ lồi, lõm, lượn sóng;
- Trong thân đê không được để đất đắp có hiện tượng bùng nhùng Nếu có thì phải đào hết và tiến hành đắp lại cho đến khi đạt yêu cầu chất lượng thiết kế
- Điều chỉnh độ ẩm của đất đắp để đạt được độ ẩm thiết kế Khi đất khô thì phải tưới thêm nước sau khi san đất (đối với đất có tính cát) hoặc tưới nước ở ngoài phạm vi đắp
đê (đối với đất có tính sét)
Lượng nước cần thiết cho 1m3 đất rời được xác định theo công thức:
2
0 e 1 0
(
δ
δ δ
=
Q
hoặc lượng nước cần thiết cho 1m3 đất chưa phá vỡ kết cấu (ở bãi vật liệu):
2
1 e 1 0
(
δ
δ δ
=
Q
Trong đó:
Q: lượng nước cần bổ sung cho 1m3 đất, (m3);
W0, We: lượng ngậm nước tự nhiên và tốt nhất, (%);
δ0: độ chặt của đất tơi xốp, (T/m3);
δ1: độ chặt của đất ở bãi vật liệu, (T/m3);
δ2: độ chặt của đất sau khi đầm, (T/m3)
- Khi đất quá ẩm phải tiến hành xới đất, phơi đất để đạt độ ẩm thích hợp Đối với mỏ đất có chứa nước ngầm phải có biện pháp tiêu nước cho đến khi đạt độ ẩm thích hợp rồi mới tiến hành khai thác đắp đê;
- Lớp đất được tưới nước thêm trên mặt khối đắp chỉ được đầm sau khi có độ ẩm đồng đều trên toàn bộ lớp đất đã rải Tuyệt đối không được đầm ngay sau khi tưới nước;
- Trong quá trình đầm đất phải liên tục vệ sinh đất như loại bỏ rễ cây và các tạp chất lẫn trong đất góp phần đảm bảo chất lượng công trình sau khi đầm nén;
- Trước khi rải lớp đất tiếp theo, phải đảm bảo điều kiện lớp đất phía dưới được đầm đảm bảo đúng hệ số đầm chặt hay dung trọng khô thiết kế;
- Lúc đổ đất mà gặp trời mưa thì phải ngừng việc thi công lại, khơi rãnh thoát nước đi, tránh đi lại nhiều trên mặt đê sinh ra bùn Khi tạnh mưa phải đợi cho lớp đất trên mặt bốc hơi, đạt độ ẩm khống chế hoặc phải bóc hết lớp đất quá ướt đi rồi đánh sờm để đắp lớp đất mới và đầm lại cả lớp đất đã đầm và chưa đầm đạt độ chặt và dung trọng quy định của thiết kế
- Với thời tiết khô hanh, nếu lượng ngậm nước của lớp đất đã được đầm chặt bốc hơi quá nhiều thì trước khi đắp thêm lớp khác phải tưới thêm nước cho đủ độ ẩm thích
Trang 6hợp Nếu thi công gián đoạn, lớp đất cũ bị nứt nẻ nhiều thì phải bóc hết những chỗ nứt
nẻ rồi mới được tiếp tục đắp lớp đất khác lên
- Bố trí đoạn đầm không được quá dài, vì như vậy đất dễ bị khô phải tăng số lần đầm hay phải tưới nước;
- Khi đầm, các vết đầm của hai sân đầm kề nhau phải chồng lên nhau Nếu theo hướng song song với tim công trình đắp thì chiều rộng vết đầm phải chồng lên nhau từ 25cm đến 50cm Nếu theo hướng thẳng góc với tim công trình đắp thì chiều rộng đó phải từ 50cm đến 100cm
2.5.2 Các yêu cầu kỹ thuật đầm nén bằng thủ công
- Trong một sân đầm, vết đầm sau phải đè lên 1/3 vết đầm trước
- Trong quá trình đầm, đầm được nâng cao khỏi mặt đất từ 30-40cm và thả rơi tự do xuống đất, nhát đầm sau phải đè lên nhát đầm trước 1/3 nhát đầm (đầm kiểu xỉa tiền);
- Đất sau khi san thành lớp, đất phải được vằm nhỏ thành những viên có đường kính 5cm Kích thước lớn nhất cho phép của các viên đất phải qua thí nghiệm đầm nén ở hiện trường Việc tiến hành thí nghiệm như sau: rải một lớp đất có lẫn các viên lớn và tiến hành đầm, sau đó đào lên bửa ra xem các viên đất lớn có bị vỡ ra và tạo thành một khối đồng nhất với đất chung quanh không Thí nghiệm nhiều lần với các đường kính viên đất khác nhau, đến khi với đường kính viên đất lớn nhất mà kết quả đạt được các yêu cầu thiết kế thì chọn đó là đường kính lớn nhất cần phải vằm nhỏ;
- Để lớp đất đầm nén trước và lớp đất đầm nén sau tiếp xúc tốt với nhau, trước khi rải lớp đất đầm nén sau phải đánh xờm lớp đất đầm nén trước Cách đánh xờm là dùng cuốc để cuốc các hốc theo dạng hình hoa mai trên toàn bộ diện tích, hốc nọ cách hốc kia từ 20-25cm sâu 3-5cm;
3 ĐẦM NÉN ĐẤT BẰNG CƠ GIỚI
3.1 Các loại máy làm chặt đất
a Đầm lăn phẳng
Có thể là loại tự hành (xe lu), có thể cấu tạo từ những quả lăn phẳng, trong quả lăn có thể chứa vật liệu rời như cát hay sỏi để tăng hay giảm tải trọng đầm Các quả lăn này được kéo bởi máy kéo Tải trọng của đầm lăn phẳng từ 4 ÷20 tấn Đầm lăn dùng thích hợp để đầm đất rời hoặc đất ít dính (cát pha sét) Mặt trên của lớp đất được đầm bởi đầm lăn phẳng sẽ bị nhẵn và phải xới lên trước khi rải lớp đất tiếp theo
Nhược điểm của đầm này là tạo nên sóng đất, gây ra sự chuyển dịch của đất và sự phá hoại kết cấu của đất
Để giảm sóng đất và đồng thời để rút ngắn số lần đầm của loại đầm lớn thì trước thì trước tiên có thể dùng loại đầm nhẹ đầm qua lớp đất vừa rải
Trang 7Hình 4 Hiện tượng nổi sóng khi đầm bằng đầm lăn
b Đầm chân dê
Đầm chân dê (còn gọi là đầm lăn có vấu hay đầm chân cừu)
Hình 5 Đầm chân dê
- Đầm chân dê tạo ra áp suất lớn lên đất Chỉ nên sử dụng đầm chân dê để đầm những loại đất dính, nhất là đất cục Nếu dùng để đầm những đất rời thì hiệu quả sẽ kém, vì những hạt đất này dễ chuyển dịch ra các phía và bị vấu đầm làm tung lên, do đó cơ cấu đất bị phá hoại
- Khi đầm lăn qua một vị trí, đất đầm được tạo thành 3 lớp a, b, c (hình 6), chỉ có những lớp đất ở dưới chân dê (lớp a) là được đầm tốt, còn lớp đất b bị lèn ép ngang, chưa nhận được tải trọng đầm nén tốt nhất Lớp đất c bị hất tung lên Các lớp đất b và
c sẽ được đầm sau khi đổ lớp đất mới lên trên
Hình 6 Tác dụng đầm dưới đáy chân dê
- Đầm chân dê không chỉ lèn đất ở dưới đáy chân dê, nơi trực tiếp chịu áp lực thẳng đứng, mà còn lèn ép đất ở giữa các vấu đầm về phía bên
- Đầm chân dê không gây ra hiện tượng sóng Chất lượng đất đầm đồng đều Đầm chân dê tạo ra mặt nhám, tạo điều kiện liên kết tốt giữa những lớp đất với nhau
a b c
5
F Sóng đất Hướng di chuyển
Trang 8c Đầm lăn bánh hơi
- Đầm lăn bánh hơi có thể là loại tự hành hoặc là một loại xe rơ moóc có một hoặc hai trục, mỗi trục có từ 4÷6 bánh hơi, mang những tải trọng thay đổi tuỳ theo yêu cầu của công tác đầm
- Đầm lăn bánh hơi có thể dùng để đầm cả đất dính và đầm rời
- Đầm lăn bánh hơi khác các loại đầm lăn khác là khi đầm thì không phải chỉ có đất biến dạng, mà cả bánh hơi cũng biến dạng Trong những lượt đầm đầu tiên, khi đất còn
ở trong trạng thái xốp thì biến dạng của bánh hơi nhỏ so với biến dạng của đất, đến những lượt đầm sau, khi đất đã được lèn chặt tương đối, thì hiện tượng lại xảy ra ngược lại
- Áp lực truyền từ xe đầm lăn lên đất phụ thuộc vào mặt tiếp xúc của bánh xe với đất Càng tăng tải trọng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc cũng tăng, nhưng áp suất trung bình lên đất không thay đổi
- Bề mặt tiếp xúc giữa bánh hơi và đất có hình enlíp Ứng suất tại mặt đất tăng lên rất nhanh đến trị số cực đại, và giữ trị số đó trên phần bánh lốp bị nén bẹp, như vậy thời gian tác dụng của bánh hơi lên đất dài hơn so với quả lăn cứng Điều này làm tăng hiệu quả đầm đất theo chiểu sâu
- Càng tăng tốc độ di chuyển của xe đầm lăn, thời gian tác dụng của bánh hơi lên đất càng ngắn, thì độ sâu được đầm càng giảm Vậy đầm lăn bánh hơi cũng như đầm lăn mặt nhẵn cần có một tốc độ đầm thích hợp
a) b)
Hình 7 Sự phân bố ứng suất trong đất khi đầm
a) Dưới quả lăn cứng; b) Dưới bánh hơi
Trang 9d Đầm búa
- Đầm búa hay còn gọi là đầm chày Cấu tạo gồm một quả nặng từ 1,4 ÷ 4 tấn, bằng
thép hay bằng bê tông, bê tông cốt thép được gắn vào cần của máy cơ sở
- Khi đầm quả nặng được nâng lên khỏi mặt đất từ 1÷5 m, rồi cho rơi xuống đất để
đầm đất;
- Chiều dày lớp đất đầm từ 0,4÷2 m, thích hợp để đầm các loại đất rời, đất dính, thích
hợp để thi công đầm đất khi mặt bằng thi công rộng rãi;
Bảng 2 Một số tính năng kỹ thuật của đầm búa
Loại búa
Kích thước mặt búa m 0,8x0,8 1x1 1,2x1,2 1,3x1,2
Khoảng cách vươn xa của cần chống m 4,6 5 5 5
Độ dày lớp đất đầm nện Cm 40÷60 50÷70 60÷70 70÷80 Ngoài đầm chày tác dụng lực kiểu xung kích, còn có loại đầm loại nhỏ như đầm cóc
kiểu đốt trong cũng được dùng khi đầm trong diện tích hẹp
e Đầm rung
- Dùng động cơ để tạo ra lực chấn động Dưới tác dụng của chấn động liên tục với tần
số cao và biên độ nhỏ do đầm chấn động gây ra, những hạt đất di chuyển tới vị trí ổn
định và đất được đầm chặt;
Hình 8 Đầm chày
Trang 10- Đầm rung đạt được hiệu quả cao đối với câc loại đất rời;
- Độ dăy đầm chặt tuỳ theo loại mây
3.2 Chọn thông số đầm nĩn của mây đầm
Câc thông số đầm nĩn tốt nhất lă được xâc định theo thí nghiệm Đối với một số mây đầm chủ yếu, cần tham khảo câc số liệu thực tế rồi phđn tích, tính toân cụ thể để lựa chọn câc thông số đầm nĩn, sau đó tiến hănh thí nghiệm thực tế hiện trường để hiệu chỉnh lại cho phù hợp
a Câc thông số của đầm lăn phẳng
- Ứng suất lớn nhất trong đất:
R
qE
Trong đó:
E: lă mô đun biến dạng của đất;
R: bân kính trống đầm;
q: âp suất tuyến tính dọc theo chiều dăi quả lăn
Khi đầm phải đảm bảo ứng suất lớn nhất trong đất nhỏ hơn ứng suất cực hạn của đất
- Chiều dăy rải đất:
Chiều dăy rải đất khi dùng loại đầm lăn năy không quâ 20÷25cm Chiều dăy đầm đất hiệu quả thường được tính toân theo công thức:
W
W 28 , 0
h
o
dính
W
W 35 , 0
h
o
rời
Trong đó:
W: độ ẩm tự nhiín của đất;
W0: độ ẩm tối ưu của đất;
b Câc thông số của đầm chđn dí
- Khối lượng tổng cộng vă âp lực đơn vị ở đây chđn dí:
Q=P.F.N (4) Trong đó:
Q: trọng lượng của mây đầm;
P: âp lực đơn vị ở đây chđn dí, phụ thuộc văo loại đất Âp lực năy không được quâ lớn để đất không bị phâ hoại kết cấu;
F: diện tích đây của một chđn dí;
Trang 11N: số núm chân dê trong một hàng
- Chiều dày lớp đất đầm nén:
Theo nghiên cứu thì chiều dày lớp đất đầm nén tốt nhất bằng 1,5 lần chiều dài L của chân dê Vì vậy chiều dày lớp đầm nên lấy bằng 1,5L
- Số lần đầm:
K m f
F n
.
Trong đó:
F: diện tích xung quanh quả đầm;
f: diện tích bề mặt đáy chân dê;
m: tổng số núm chân dê;
K- hệ số kể đến sự không đồng đều khi đầm, k = 1,3
c Các thông số của đầm bánh hơi
- Ứng suất cực đại trong đất được xác định:
e 1
P
−
Trong đó:
P: Áp suất khí nén bên trong bánh hơi, kg/cm2;
e: Độ cứng của bánh hơi
Ứng suất phát sinh trong đất không phụ thuộc vào tải trọng khi đầm mà chỉ phụ thuộc vào áp suất khí nén bên trong bánh hơi và độ cứng e của bánh hơi đó Thường lấy ứng suất nén cực đại trong đất bằng 0,8÷0,9 lần cường độ chịu nén cực hạn của đất
- Chiều dày lớp đất rải hiệu quả:
e 1
QP W
W 2 , 0 h
o
Tải trọng đầm quyết đinh đến chiều dày lớp đất rải mà không quyết định đến độ lớn của ứng suất trong đất
d Các thông số của đầm búa
- Xung lực:
ms
N gH F
m
Trong đó:
I: xung lực
m: trọng lượng búa, (N)
