XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ part 5 ppt

Phương trình cơ bản của quá trình đầm đất có thể tìm được từ định luật cân bằng động lượng và xung lượng xuất hiện khi đầm va chạm tới mặt đất: VVM V1, V2- tốc độ của đầm lúc bắt đầu và

- 83 -

Năng suất và giá thành lu lèn chủ yếu phụ thuộc vào việc sử dụng lu theo thời gian

có hiệu quả hay không Năng suất lu N, (m3/ca) xác định theo công thức:

N=

)tV

L(n)tV

L(n)tV

L(n

H)pB(LK.T

3 3 3 2 2 2 1 1 1

t

++

++

Kt - Hệ số sử dụng thời gian (=0,9-0,95)

L - Đoạn thi công mà máy lu đi lại để lu lèn (m)

B - Bề rộng dải đất được lu (m)

p - Chiều rộng của vệt bánh lu sau đè lên vệt lu trước (m)

H - Chiều dày cho phép của lớp đất đầm nén trong trạng thái chặt (m) tính theo

công thức 5-10

n1, n2, n3 – Số lượt lu ứng với các tốc độ V1, V2, V3 (km/h)

t1, t2, t3 – Thời gian quay vòng lu ở cuối đoạn thi công hoặc thời gian sang số của

tự hành (h)

Nếu tăng chiều dài đoạn lu lèn thì năng suất của lu cũng tăng lên tuy nhiên nếu

đoạn lu lên quá dài đất dễ bị khô, phải tăng số lần lu hoặc tưới nước cho đất sinh ra tốn

kém Vì vậy chiều dài hợp lý của doạn lu lèn phải được quyết định sau khi đã tính toán so

sánh về kinh tế kỹ thuật

Tốc độ lu ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, năng suất và giá thành công tác lu lèn

Khi tăng tốc độ thì năng suất lu sẽ tăng và giá thành lu trên 1m3 đất sẽ giảm Tuy nhiên

tăng tốc độ lu thì thời gian tác dụng của lu trên đất sẽ ngắn lại và hiệu quả của công tác lu

lèn bị giảm Trong những lần lu cuối cùng khi mà sức cản nhớt của đất tăng lên, ảnh

hưởng của tốc độ lu đặc biệt rõ Vì vậy, theo kiến nghị của V.M.Xiđencô, những lần lu

cuối cùng nên chạy với tốc độ thấp

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các loại lu của nước ngoài dùng để tham khảo

cho ở bảng 5-7 Các chỉ tiêu này tính toán để đầm nén loại đất dính đến K=(0,95-0,98)

Max

δ với chiều dài đoạn lu lèn là 500-600m và chiều dày lớp đầm lèn tốt nhất

Bảng 5-7a Các loại lu của Liên Xô trước đây

Loại lu

Trọng lượng

lu (T)

Chiều dày của lớp

đất đầm nén (m)

Năng suất (m3/ca)

Giá thành lèn 10m3

đất (rúp)

Tiêu hao năng lượng để đầm 1m3 đất (ngựa)

Lu bánh lốp kéo theo

Có nước

Có cát

ướt

Khôn

g chất tải

Có nướ

c

Có cát

ướt Ghi chú

sau150lb mỗi inch dài

ở bánh trước

Trang bị vối lốp cao

su để đổi thành xe mốc hậu

di chuyển

đến công trường Khoảng cách 2 cầu xe:

128inch Tốc độ: số chậm 1,4m/phút

Số trung bình

2,9m/phút

Số nhanh 5,0 m/phút Trọng lượng toàn

bộ 14000lb Chiều rộng lu 84inch

Tốc độ sử dụng 15m/phút

129( 3)

331(3)

117( 3)

Chất đầy 50T

5.4.2 Đầm đất bằng đầm rơi tự do

Đầm là một phương pháp nén chặt đất có hiệu quả Khi đầm tiếp xúc với mặt đất

thì bắt đầu hiện tượng va chạm và trong đất sẽ xuất hiện trạng thái ứng suất biến dạng

Sau khi va chạm, động lượng của đầm sẽ mất đi trong khoảnh khắc còn ứng suất ở mặt

tiếp xúc giữa đầm và đất sẽ phát triển nhanh và lan truyền trong khối đất làm cho đất chặt

- 87 -

lại Tốc độ lan truyền của sang ứng suất biến dạng trong đất đạt đến 200 - 350m/sec và tác

dụng trên chiều sâu 10-12m (với loại đầm trọng lượng 0,5- 1T) Như vậy quá trình đầm

đất là một quá trình động học, xẩy ra nhanh chóng, được đặc trưng bằng thời gian tác

dụng ứng suất rất ngắn và chiều sâu lan truyên trạng thái ứng suất biến dạng thì lại rất

sâu

Phương trình cơ bản của quá trình đầm đất có thể tìm được từ định luật cân bằng

động lượng và xung lượng xuất hiện khi đầm va chạm tới mặt đất:

)VV(M

V1, V2- tốc độ của đầm lúc bắt đầu và lúc kết thúc hiện tượng va chạm (cm/sec)

τ -Thời gian va chạm (sec), có thể tra bảng 5-8

Chia hai vế của phương trình trên cho diện tích đầm F và xem tốc độ V2 lúc kết thúc va

chạm bằng 0, ta có:

gF

gH2QF

MViF

Pdt

d 1

Xung lượng đơn vị là đặc tính cơ bản của quá trình đầm Qua nghiên cứu thực

nghiệm người ta thấy sự nén chặt của đất khi đầm tỉ lệ thuận với trị số xung lượng đơn vị

Để đảm bảo độ chặt yêu cầu thì trị số xung lượng đơn vị phải lớn hơn trị số xung

lượng đơn vị giới hạn igh một giá trị nào đó tuỳ theo loại đất;

Trị số xung lượng đơn vị giới hạn của đất có độ ẩm tốt nhất như sau:

Cát và á cát bột 0,05-0,07 kgsec/cm2

sét 0,20-0,27

Đã biết trị số xung lượng đơn vị giới hạn và các thông số của đầm thì có thể xác

định được chiều cao rơi đầm từ công thức tính xung lượng đơn vị i đã nêu ở trên

áp suất cực đại σMax tác dụng trên mặt đất khi đầm va chạm với đất có thể xác

định theo công thức thực nghiệm sau đây của N.YA Khacrkhuta:

τ

=τ

=σ

gF

gH2Q7,1

i7,

0 Min

W

WB1,1

Khi đầm nén đất không dính thì có thể tăng chiều dày tốt nhất tìm được theo công

thức trên lên 1,2-1,5 lần Nếu chiều dày lớp đất đầm nén dưới 1m thì tăng 1,5 lần, chiều

Khio

gh (5-18)

Với : n – Số lần đầm cần thiết

h - Chiều dày thực tế của lớp đất đầm nén(cm)

Ho – Chiều dày tốt nhất của lớp đất đâm nén, (cm) tính theo công thức

(5-17b)

k-hệ số phụ thuộc vào độ chặt yêu cầu và loại đất,trị số của nó cho ở bảng (5-9)

Ví dụ: Hãy xác định chế độ làm việc hợp lý của máy đầm khối lượng 1800kg, kích

thước 100x100cm, chiều cao đầm 1m để đầm đất á sét nặng ở độ ẩm tốt nhất với igh = 0,15

sec/cm2.

Tính xung lượng đơn vị:

10000.981

100.981.21800gF

gh2QF

0e1W

Khi cần đầm nén đến độ chặt yêu cầu (0,98-1) δ max: thì chiều dày tốt nhất của lớp

đất đầm nén phải lấy bằng 45cm

Số lần đầm để đạt được các độ chặt khác nhau là:

a)Với độ chặt 0,95 δ max:

08,0.90

15,0.90.4i

H

i

h.K0

15,0.45

Dùng máy đầm thì có thể đầm nền đường đắp bằng các loại đất khác nhau, kể cả

đất cục và có thể đầm được các lớp có chiều dày lớn Phương pháp đầm đất sử dụng thích

hợp ở những nơi chật hẹp khó sử dụng các phương tiện đầm nén khác, nhưng năng suất

thấp giá thành thì lại cao hơn so với phương pháp lu lèn

Bản đầm lắp trên máy đào là loại đầm phổ biến nhất Quá trình thao tác của bản

đầm này như sau: máy đào có mắc bản đầm di chuyển dọc theo tim đường (hình 5-14) và

đầm chặt với số lần đầm tính toán tại một chỗ đứng của máy Những lần đầm đầu tiên

thường chỉ nâng bản đầm lên độ cao bằng nủa độ cao tính toán vì đất còn xốp rời nên

cường độ còn thấp Tại một chỗ đứng của máy cho cần máy đào có mắc đầm tuần tự quay

và đầm chặt một dải đất bằng chiều rộng của bản đầm

Để đảm bảo đầm nén được đều, nên lấy góc hợp thành giữa hai vị trí ngoài cùng

của cần máy đào không nhỏ hơn 90o và tiến hành quá trình đầm bằng cách cho cần máy

đào quay dần từ mép vào tim đường, bảo đảm cho vệt đầm sau đè lên vệt đầm trước một

chiều rộng quy định

Hình 5-14: Sơ đồ đầm nén đất bằng bản đầm (2T)

Lắp trên máy đào kiểu E-505

Năng suất của bản đầm, m3/ca, tính theo công thức:

τ

=

n

H K F K T 3600

(5-19)

Trong đó:

T – Thời gian trong một ca (h)

Kt – Hệ số sử dụng thời gian trong

loại máy đầm tự hành và máy đầm hơi nhỏ

đẩy tay để đầm đất Loại máy đầm tự hành

kiểu D-471 dùng để đầm đất với khối lượng lớn và di chuyển theo sơ đồ ở hình (5-15)

Năng suất của máy đầm này cũng tính theo công thức (5-19) Khi dùng máy đầm yêu cầu

các vật đầm sau phải đè lên các vật đầm trước khoảng 0,1-,15 m và lần đi đầu tiên phải

các vai đường 0,6 m để đảm bảo sự ổn định của máy Loại máy đầm hơi nhỏ đẩy tay (đầm

cóc) dùng để đầm đất ở những nơi hẹp và khối lượng ít

1 1 3

3 2 1

Hình 5-15: Sơ đồ đầm đất bằng máy đầm

tự hành 1-3 trình tự nén đất

- 91 -

5.4.3 Đầm nén đất bằng chấn động

Chấn động là phương pháp thích hợp để đầm nén đất rời Khi chấn động các hạt và

các cục đất bị dao động, phân ly, lực ma sát và lực dính giữa các hạt và các cục đất giảm

xuống Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và trọng lượng của bộ chấn động, các hạt

đất sẽ di chuyển theo hướng thẳng đứng và sắp xếp lại chặt chẽ hơn Chấn động thích hợp

để đầm nén đất rời, vì tác dụng tương hỗ giữa các hạt của đất rời chủ yếu là do lực ma sát

Khi chấn động các hạt đất được tách rời làm cho lực ma sát động xuất hiện khi các hạt đất

chuyển vị sẽ nhỏ hơn nhiều so với lực ma sát tĩnh Với đất dính thì lực dính do các màng

nước giữa các hạt sinh ra trong khi chấn động giảm rất ít, vì vậy sức kháng của đất khi

chấn động giảm xuống không đáng kể, do đó hiệu quả đầm nén bằng chấn động rất thấp

Hiệu quả của việc đầm nén bằng chấn động phụ thuộc vào các thông số sau đây:

tần số và biên độ dao động, gia tốc, tải trọng tác dụng lên đất

Theo lý thuyết của viện sĩ P.A.Rebin-đi thì mỗi cỡ hạt tương ứng với một tấn số

dao động nhất định, chấn động với tần số này thì hiệu quả đầm nén sẽ cao nhất Hạt càng

nhỏ thì tần số đó càng lớn Vì trong đất có các hạt và các cục kích cỡ khác nhau cho nên

chấn động với các tần số khác nhau thì hiệu quả đầm nén sẽ cao nhất

Khi chấn động một phần năng lượng của máy chấn động hao phí vào việc di

chuyển các hạt và các cục đất, một phần khác thì phân tán đi và cuối cùng sẽ biến thành

nhiệt Tăng trị số gia tốc khi chấn động thì sẽ giảm bớt sự phân tán năng lượng và làm cho

việc đầm nén có hiệu quả Theo N.Y.A.Khackhuta, biên độ dao động chỉ ảnh hưởng đến

quá trình đầm nén trong một mức độ nào đó so với ảnh hưởng của việc gia tốc Vì vậy

trong quá trình chấn động cần phải thay đổi gia tốc

Khi đầm nén đất bằng máy chấn động, bộ phận chấn động sinh ra một áp suất

tương đối nhỏ: bằng 0,5-0,8 KG/cm2, nhưng áp lực đó lại có một hiệu quả đầm nén cao do

lực kích thích xuất hiện khi dao động

Hiệu quả của việc đầm nén được xác định bằng tỷ số của lực kích thích Pk trên

trọng lượng của bộ chấn động Q Trị số của lực kích thích tỷ lệ với biên độ dao động còn

trọng lượng của bộ chấn động phải đủ để cho áp lực tĩnh đơn vị, (bằng tỷ số Q/F, với F là

diện tích đáy của bộ chấn động) không nhỏ hơn các trị số sau:

Quan hệ giữa độ chặt của đất và tỷ số Pk/Q vẽ ở hình 5-16

Nhìn hình vẽ ta thấy trong phần đầu

do biên độ dao động tăng nên lực kích thích

-Pk và tỷ số Pk/Q đều tăng: hiệu quả đầm nén

tăng lên, độ chặt đạt trị số cực đại ở điểm A

Sau đó nếu tăng biên độ lên nữa, dao động sẽ

từ trạng thái điều hoà chuyển sang trạng thái

p k

Q

C A

hỗn loạn và hiệu quả đầm nén sẽ giảm xuống (đoạn AB) Nếu tiếp tục tăng biên độ lên

nữa, bộ chấn động sẽ rời khỏi mặt đất và khi đó quá trình chấn động thực tế sẽ trở thành

quá trình chấn động - đầm và hiệu quả đầm nén sẽ tăng lên (đoạn BC) Thời gian mà bộ

chấn động có thể rời khỏi mặt đất bị giới hạn bởi tấn số dao động, vì vậy việc tăng biên độ

dao động chỉ có thể làm tăng chiều cao đầm đến một giới hạn nào đó (điểm C) và khi đó

hiệu quả đầm nén sẽ ổn định

Các máy chấn động được tính toán với tỷ số Pk/Q tương ứng với điểm A, còn các

máy chấn động đầm thì tương ứng với điểm C Tỷ số Pk/Q tốt nhất có những giá trị số

khác nhau phụ thuộc vào tần số dao động (xem bảng 5-10)

do đó hiệu suất đầm nén sẽ giảm Nếu tỉ số

Q

Pk lớn thì máy chấn động sẽ trở thành máy

chấn động - đầm và trong giai đoạn đầu (ứng với giai đoạn AB trên hình 5-16) hiệu suất

đầm nén cũng giảm

Khi tần số dao động của máy chấn động trùng hoặc gần trùng với tần số dao động

riêng của hệ thống máy chấn động - đất sẽ xuất hiện cộng hưởng và đạt được hiệu xuất

đầm nén tốt nhất Hiện nay chưa có phương pháp tính toán tần số giao động riêng của hệ

thống máy chấn động - đất nào đáng tin cậy nên việc chọn tần số dao động của máy chấn

động chỉ có thể dựa trên cơ sở thực nghiệm Theo kết quả thí nghiệm, tần số tần số dao

động tốt nhất của máy chấn động phụ thuộc vào áp lực tĩnh đơn vị, áp lực càng nhỏ thì tần

số dao động cần phải cao (bảng 5-11)

Trong đó:

C – Số lần đặt tải trọng cần thiết khi trấn động để được độ chặt quy định

m – tần số giao động của máy (lần/phút)

Với đất rời trị số thay đổi từ 1,5 x 103 đến 5 x 103. Giới hạn dưới ứng với máy chấn

động có thông số tốt nhất, giới hạn trên tương ứng với máy chấn động có trọng lượng nhỏ

- 93 -

có thông số tốt nhất, giới hạn trên tương ứng với máy chấn động có trọng lượng nhỏ hoặc

với đất có độ ẩm nhỏ

Độ ẩm của đất khi chấn động phải lớn hơn độ ẩm tốt nhất từ 10-20%

Chiều dày của lớp đất đầm nén bằng chấn động H xác định theo công thức:

425p

25,5p85,

n -Thành phần của nhóm hạt sét trong đất,(%)

Bmin - Cạnh ngắn của bàn chấn động, (cm)

Năng suất của bàn chấn động có thể xác định theo công thức

N=

n

K.H.v)2,0B

Trong đó:

(B-0,2) - Chiều rộng của bản chấn động kể đến vệt đầm trùng lên nhau, (m)

v - Tốc độ di chuyển của máy, (m/h)

H - Chiều dày của lớp đất đầm bằng chấn động xác định theo công thức (5-21)

n - Số lần đầm cần đi qua một chỗ, thường n=2

Kt – Hệ số sử dụng thời gian, thường bằng 0,7-0,8

ở nước ngoài khi xây dựng nền đường người ta thường dùng loại lu chấn động và

máy chấn động tự hành để đầm nén đất

Lu chấn động thích hợp để đầm các lớp đất chiều dày dưới 1,5m và chiều dài đoạn

lu lèn là 200-300m, còn loại máy chấn động tự hành thì để đầm các lớp đất có chiều dày

dưới 0,8m trên các đoạn thẳng chiều dài 50-100m Độ dốc dọc của đoạn lu lèn không

được quá 10%, độ dốc ngang không quá 5%

Các loại lu chấn động kiểu kéo theo thường làm việc theo sơ đồ lu khép kín,các lu

tự hành thì làm việc theo sơ đồ con thoi Năng suất của lu chấn động và của máy chấn

động tự hành có thể xác định theo công thức xác định năng suất của lu

5.5 Các phương pháp kiểm tra độ chặt và độ ẩm của đất ở hiện

trường

Công tác kiểm tra chất lượng đàm nén đất ở hiện trường gồm có hai nội dung

chính: xác định độ ẩm thực tế của đất (nhằm đảm bảo đầm nén đất ở độ ẩm gần độ ẩm tốt

nhất) và xác định độ chặt thực tế của đất (nhằm kiểm tra xem đất đã đầm nén đến độ chặt

yêu cầu như thiết kế quy định hay chưa) Yêu cầu với công tác kiểm tra là phải xác định

chính xác và kịp thời hai chỉ tiêu trên để đảm bảo tiến độ thi công và có những biện pháp

xử lý thích đáng trong trường hợp cần thiết

Sau đây là một số phương pháp thường dùng:

5.5.1 Phương pháp dao đai, đốt cồn:

Dung trọng khô của đất (là chỉ tiêu để

đánh giá độ chặt) được xác định bằng cách lấy

mẫu đất không phá hoại kết cấu trong một dao

đai có miệng vạt nhọn, đã biết trước thể tích

(hình 5-17)

Kỹ thuật lấy mẫu nguyên dạng như sau:

đặt dao đai trên mặt đất nơi định lấy mẫu kiểm

tra để cho đầu vạt nhọn xuống, úp mũi dao lên

đầu kia rồi dùng búa đóng qua mũ dao để dao

đai lún sâu vào đất cho đến khi mặt dao đai thấp hơn mặt đất Sau đó đào đất xung quanh

dao đai, bứng dao đai và đất trong dao lên khỏi mặt đất rồi gọt phần đất thừa cho ngang

bằng với mặt dao đai Đem cân cả dao đai lẫn đất trong đó, chính xác đến 1g Dung trọng

của đất ẩm tìm được theo công thức:

V

PP

V – Thể tích đất trong dao đai (cm3)

Sau khi cân xong thì chọn một mẫu đất có độ ẩm trung bình, đổ ra đĩa trộn cẩn thận và lấy

chừng 50-80g bỏ vào ống nhôm có nắp đậy để sấy khô (hoặc đổ cồn đốt khô) cho đến khi

trọng lượng không đổi để tìm độ ẩm

Sau khi xác định được độ ẩm thì tìm được dung trong khô thực tế theo công thức:

W1

W+

γ

=δTrong đó:

w - độ ẩm theo trọng lượng của đất, tính đến hai số lẻ (%)

Đem so sánh δ đã tính với độ chặt tiêu chuẩn tìm được bằng thí nghiệm đầm nén tiêu

chuẩn để xem đã đầm nén đến độ chặt yêu cầu hay chưa

5.5.2 Phương pháp xác định nhanh độ chặt và độ ẩm của đất ở hiện trường bằng phao

Côvalep (hình 5-18)

Việc xác định độ ẩm bằng cách sấy khô hoặc đốt cồn có một nhược điểm rất lớn là

mất nhiều thời gian hoặc tốn kém Vì vậy hiện nay người ta thường dùng phao Côvalep để

xác định nhanh độ chặt và độ ẩm của đất ở hiện trường

Nguyên tắc làm việc của phao Côvalep là dựa vào sức đẩy của nước để xác định

trọng lượng Dùng dao đai lấy mẫu nguyên dạng như ở trên đã nêu sau đó đổ đất vào phao

rồi thả phao vào thùng nước Căn cứ vào ngấn nước mà phao chìm xuống ta đọc được

dung trong ẩm của mẫu đất γωở thang B λ

Hình 5-17: Dao đai cắt đất