Bài giảng thi công công trình thuỷ lợi Công tác đất

Công trình đất được ứng dụng rộng rãi vì đất có các ưu điểm sau: Tiết kiệm được các loại vật liệu quý (như xi măng, cốt thép), giảm giá thành công trình; Kỹ thuật thi công đơn giản, chúng ta có nhiều kinh nghiệm; Dùng vật liệu tại chỗ, chủ động trong việc giải quyết sức người, sức của và máy móc thiết bị; Tốc độ thi công nhanh

CHƯƠNG 6 ĐÀO ĐẤT 6.1 Tổng quan

6.1.1 Vị trí của công tác đất trong xây dựng thủy lợi

6.1.1.1 Công trình đất được ứng dụng rộng rãi vì đất có các ưu điểm sau:

- Tiết kiệm được các loại vật liệu quý (như xi măng, cốt thép), giảm giá thành công trình;

- Kỹ thuật thi công đơn giản, chúng ta có nhiều kinh nghiệm;

- Dùng vật liệu tại chỗ, chủ động trong việc giải quyết sức người, sức của

và máy móc thiết bị;

- Tốc độ thi công nhanh;

6.1.1.2 Bên cạnh đó đất cũng có các nhược điểm sau:

- Khối lượng thi công lớn đòi hỏi cường độ thi công cao;

- Diện thi công bị hạn chế ảnh hưởng đến việc đào và vận chuyển đất;

- Mức độ cơ giới hóa thi công phải cao vì khối lượng lớn, thời gian thi công ngắn (đắp đập vượt lũ);

- Tính phức tạp của điều kiện địa chất nền, địa chất thủy văn phía đưới móng công trình;

- Bị chi phối bởi điều kiện thời tiết khắc nghiệt, chỉ thi công được theo mùa, cần chú ý đảm bảo chất lượng trong quá trình thi công;

- Cần tính toán cân đối giữa khối đào và khối đắp nhằm giảm nhẹ khối lượng công tác đất

6.2 Phân loại và phân cấp đất

6.2.1 Mục đích

- Chọn được các thiết bị thích hợp đối với từng loại, từng cấp đất;

- Để xây dựng và sử dụng định mức, đơn giá thống nhất và phù hợp;

- Để lập dự toán, tiến độ, thanh toán trong thiết kế và trong thi công

6.2.2 Phân cấp

Dựa vào phương pháp đào và mức độ đào:

- Đào bằng thủ công phân ra đất từ cấp I÷VI, cấp càng cao thì càng cứng;

- Đào bằng cơ giới thường phân ra đất từ cấp I÷IV;

6.3 Các phương pháp thi công đất cơ bản

- Thi công thủ công;

- Thi công nửa cơ giới;

- Hoàn toàn toàn cơ giới;

cụ hoặc thiết bị đào xúc phù hợp với từng loại đất;

Lực cản của đất chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản là tính chất của đất, cấu tạo hạt đất và cấu tạo, sử dụng dao cắt đất

6.4.1 Tính chất của đất và cấu tạo hạt đất

6.4.1.1 Lượng ngậm nước

k

k w

Thực nghiệm cho thấy góc γ,

εo, độ dày lưỡi dao h, góc α càng lớn

thì lực cản càng lớn;

γ – Góc cắt đất;

εo – Độ vát của lưỡi dao;

α – Góc của lưỡi dao so với

hướng di chuyển trên mặt bằng;

Ngoài ra lực cản còn phụ thuộc vào chu vi dao cắt, độ sâu cắm vào đất, độ cong của lưỡi dao.

6.5 Máy đào một gầu

Máy đào một gầu làm việc theo chu kỳ gồm: Đào xúc, quay gầu và giữ gầu

ở vị trí đổ đất, đổ đất và quay gầu về vị trí ban đầu;

Máy đào một gầu được ứng dụng đào đổ lên ôtô, đào móng, đào kênh mương… Ngoài ra có thể thay đổi bộ phận công tác để máy đào 1 gầu trở thành một số loại máy khác như cần cẩu, máy đóng cọc, máy xới đất, …

Các máy đào 1 gầu dùng trong xây dựng thường có dung tích gầu 0,1÷6m3 Các máy đào chuyên dùng phục vụ khai thác mỏ thường có dung tích gầu từ

4÷10m3

6.5.1 Cấu tạo và tính năng của máy đào một gầu

Máy đào 1 gầu gồm ba bộ phận chính: bộ phận công tác, động lực và di chuyển;

Dựa vào bộ phận công tác chia máy đào một gầu thành 4 loại: gầu ngửa, gầu sấp, gầu dây và gầu ngoạm;

Dựa vào bộ phận động lực chia ra làm 3 loại: động cơ đốt trong, điện và điezen - điện;

Dựa vào bộ phận di chuyển chia ra làm 3 loại: bánh xích, bánh hơi và kiểu bước;

Dựa vào bộ phận truyền động thì chủ yếu có hai loại là truyền động cơ khí

và truyền động thủy lực Máy đào truyền động thủy lực có ưu điểm:

− Điều chỉnh vô cấp được tốc độ đào do đó thích hợp với biến đổi phức tạp của lực cản trong quá trình đào;

− Máy làm việc êm, độ tin cậy cao, an toàn khi quá tải;

− Kích thước gọn, kiểu dáng đẹp;

− Quĩ đạo đào đa dạng, linh hoạt;

− Có thể trang bị được nhiều kiểu bộ phận công tác;

− Chăm sóc kỹ thuật đơn giản

6.5.1.2 Cấu tạo và tính năng của máy đào gầu sấp

Tương tự như máy

đào gầu ngửa máy đào gầu

sấp gồm: Gầu, tay gầu, cần

So với máy đào gầu

ngửa thì lực đào yếu hơn;

Dung tích gầu thường

năng của máy đào gầu dây

Hình 6.2 Máy đào gầu ngửa Lieberr

Hình 6.3 Máy đào gầu sấp Kato

Máy đào gầu dây không có tay gầu mà dùng dây cáp để kéo và nâng gầu.Máy đào này thích hợp cho đào đất yếu, nạo vét kênh mương, có thể đào trong nước, thích hợp đổ đất ra xung quanh Khi phối hợp với ô tô thì năng suất thấp.

6.5.1.4 Cấu tạo và tính

năng của máy xúc lật

Tương tự như máy

đào gầu ngửa;

Máy thường xúc đất ở

cao hơn mặt bằng máy

đứng, lực đào khoẻ, hoạt

động nhanh, linh hoạt có

thể đào, san, ủi, gạt, chất

tải, lấp hố móng, thích hợp

với mọi điều kiện đất nền;

Dung tích gầu thường từ 2÷27m3

6.5.1.5 Cấu tạo và tính năng của máy đào gầu ngoạm

Nếu thay thế gầu của

máy đào gầu dây bằng gầu

ngoạm thì ta có máy đào

gầu ngoạm Gầu ngoạm có

cấu tạo thường là do hai

hàm hợp thành;

Máy đào gầu ngoạm

thích hợp cho đào đất rời,

đất mềm Có thể đào các

hố sâu, hào sâu, đào trong

nước;

Năng suất của máy

đào gầu ngoạm thấp hơn máy đào gầu dây 25÷35%

6.5.2 Khoang đào của máy đào một gầu

Khoang đào là phạm vi máy đào được sau một lần máy đi qua

6.5.2.1 Khoang đào của máy đào gầu ngửa

Hình 6.7 Máy xúc lật

Hình 6.8 Máy đào gầu ngoạm

Khoang đào của máy đào gầu ngửa có hai loại:

− Khoang đào cùng hướng;

− Khoang đào bên kiểu bằng và khoang đào bên kiểu bậc thang;

a Các thông số làm việc của máy đào gầu ngửa

Giá trị các thông số được ghi trong catalog máy hoặc sổ tay máy xây dựng (thi công) Kích thước máy, chiều cao đào và bán kính đào, bán kính đổ đất, chiều cao đổ đất, động cơ, dung tích gầu, dung tích xi lanh, công suất, lượng tiêu hao nhiên liệu,

b Chiều cao khoang đào

Độ cao tiêu chuẩn của khoang đào là chiều cao cần thiết để máy đào một lần đã đầy gầu

6.5.2.2 Khoang đào của máy đào gầu sấp

Khoang đào của máy đào gầu sấp cũng có 2 loại:

− Khoang đào cùng hướng;

− Khoang đào bên

6.5.2.3 Khoang đào của máy đào gầu dây, ngoạm và xúc lật

6.5.3 Năng suất của máy đào một gầu

6.5.3.1 Năng suất lý thuyết: là năng suất máy làm việc trong điều kiện chiều cao

đào tiêu chuẩn và sự phối hợp tối ưu nhất, không có cản trở:

n q

N lt = 60⋅ ⋅ (m3/h)

ck

t

n = 60 là số chu kỳ trong 1 phút, q − dung tích gầu

Thời gian làm việc theo lý thuyết của một chu kỳ đào là:

t ck = t đào + t quay + t đổ + t trở về

Trong đó:

t đào – Thời gian đào xúc đầy gầu;

t quay – Thời gian quay đến đổ vào phương tiện (hoặc đổ vun đống);

t đổ – Thời gian đổ đất ra khỏi gầu;

t trở về – Thời gian quay gầu trở về vị trí ban đầu;

t ck- Thời gian làm việc của một chu kỳ đào phụ thuộc vào công suất máy, tính chất của đất Có thể tham khảo các trị số sau:

+ Góc quay đổ đất 900 thì t ck = 13÷31sec;

+ Góc quay đổ đất 1800 thì t ck = 21÷41sec

6.5.3.2 Năng suất kỹ thuật: là năng suất máy làm việc không có cản trở, có kể

đến mức độ đầy gầu và tơi xốp của đất:

P ck

H kt

K t

K q N

Trong đó: K B − Hệ số lợi dụng thời gian, kể đến cả di chuyển của máy đào trong khoang đào, phối hợp giữa máy đào và phương tiện vận chuyển

07 , 1

1

=

B

K = 0,87 với máy đào gầu dây phối hợp với ô tô

6.5.4 Các biện pháp nâng cao năng suất máy đào một gầu

− Người sử dụng phải nắm vững tính năng của máy, sử dụng thành thạo, giảm thời gian của chu kỳ làm việc bằng cách kết hợp thao tác vừa nâng, hạ gầu vừa quay gầu;

− Chọn phương tiện phối hợp vận chuyển phù hợp 4÷7 gầu đầy ô tô;

− Cố gắng để góc quay đổ vào ô tô là nhỏ nhất khi thiết kế khoang đào;

− Ưu tiên máy chủ đạo: không để máy xúc chờ ô tô;

− Chuẩn bị chỗ máy đứng thuận lợi;

− Tuỳ theo loại đất đá để sử dụng loại răng gầu và dung tích gầu phù hợp;

− Tận dụng lượng máy đào làm việc đào và đổ trực tiếp;

− Tăng mức độ đầy gầu;

− Ngoài ra còn phải bảo dưỡng máy tốt, đường xá tốt, tăng khả năng đào đầy gầu…

6.6 Máy đào nhiều gầu (Giáo trình Thi công tập 1)

6.7 Máy cạp

Máy cạp là loại máy có thể đào, vận chuyển và rải san đất Máy cạp đào đất theo từng lớp, thích hợp với đất cấp I, II Đối với đất cấp III, IV thường phải kết hợp xới tơi trước khi cạp Chiều dày cạp đất 0,12÷0,3m, với đất đã xới trước có thể đạt 0,45m;

Máy cạp dùng rộng rãi trong thuỷ lợi để đắp đập, bóc bãi vật liệu, đào kênh mương Cự ly vận chuyển không xa tối đa 4km Với cạp tự hành tốc độ di chuyển là 40÷50km/h, với cạp không tự hành (nhờ máy kéo khác) là

10÷13km/h

6.7.1 Phân loại và tính năng công tác của máy cạp

- Phõn loại theo phương phỏp đổ đất cú 2 loại: đổ tự do, đổ cưỡng bức Đổ

tự do cú thể đổ về phớa trước hay ra

phớa sau nhờ cơ cấu lật nghiờng

thựng, thường dựng cho mỏy nhỏ Đổ

cưỡng bức nhờ lưỡi gạt, thường dựng

cho mỏy vừa và lớn

- Phõn loại theo dung tớch thựng

cú 4 loại chớnh: Loại nhỏ V< 6m3,

loại vừa V = 6ữ18m3, loại lớn V >

18m3 và loại V = 50m3;

6.7.2 Năng suất của mỏy cạp

Năng suất thực tế của mỏy cạp:

P ck

H B

K K q N

l V

l V

l V

l

0

0 3

3 2

2 1

l 1 , l 2 , l 3 , l 0 − Quóng đường đào, vận chuyển, rải đất, đi trở về (m);

Hỡnh 6.31 Mỏy cạp đất Hình 6.30 Sơ đồ đào đất của máy cạp

V 0 , V1, V 2 , V 3 − Tốc độ ứng với các quãng đường trên, V0=(0,75÷0,85)Vmax;

V1=(0,65÷0,8)0,75Vmax; V2=(0,55÷0,75) Vmax; V3=V1;

t− Thời gian quay máy (t=30÷40s);

P

r H K C B

K qK l

⋅

⋅

⋅

=7,01

B − Chiều dài lưỡi cắt đất;

C − Chiều dày trung bình lớp đất đào;

Kr− Hệ số rơi vãi Kr = 1,2÷1,5;

0,7 − Hệ số kể đến chiều dày đào không đều:

P

H h B

K q l

⋅

⋅

=3

hP− Chiều dầy lớp đất rải (xốp)

6.7.3 Biện pháp nâng cao năng suất

- Muốn nâng cao năng suất máy cạp cần làm sao tăng được KH và giảm được tck làm việc;

+ Để tăng KH có thể xới đất trước hoặc chọn phương án đào thích hợp;

+ Để giảm tck có thể chọn phương án hợp lý, rút ngắn cự ly, chất lượng đường tốt và thường xuyên cạo sạch thùng rút ngắn thời gian rải đất;

+ Tổ chức tốt để tăng được KB như bảo dưỡng máy tốt, không thi công chồng chéo cản trở lẫn nhau…;

- Khi quãng đường vận chuyển xa nên chọn dung tích thùng cạp lớn;

- Khi cạp đất nên đi xuống dốc 100÷150, lấy đất vào thùng ở một vài vị trí hoặc thay đổi độ cắm sâu của lưỡi cạp;

- Bố trí các răng cắt đất, dao cong, băng gạt để cắt đất vào thùng dễ dàng hơn

6.7.4 Một số sơ đồ bố trí đào kênh mương và đắp nền đường của máy cạp

1 Đào dọc đắp ngang;

2 Đào dọc theo hình Elip;

3 Đào dọc theo đường song song;

4 Đào dọc theo hỡnh số 8;

5 Đào dọc theo hỡnh zớc−zắc (chữ chi);

6 Đào dọc đắp dọc theo đường thẳng: ỏp dụng khi đào đường xuyờn đồi

Hình 10.40 Một số sơ đồ đào đắp bằng máy cạp a) Đào dọc đắp ngang; b) Đào dọc kiểu elíp; c) Đào dọc kiểu song song; d) Đào dọc kiểu số 8; e) Đào dọc kiểu chữ chi.

− Đào đắp cao tới 2m;

− Rải san vật liệu đắp

đập, đắp nền đường;

6.8.1 Cấu tạo và phõn loại

6.8.1.1 Mỏy ủi cú cấu tạo

gồm 4 bộ phận chớnh:

- Lưỡi ủi;

- Bộ phận động lực;

- Bộ phận điều khiển: thủy lực hoặc cỏp;

- Bộ phận di chuyển: bỏnh lốp hoặc xớch;

6.8.1.2 Mỏy ủi thường được phõn loại theo cỏc tiờu chớ sau:

- Theo cụng suất động cơ và lực kộo chia ra: Loại rất nặng N>300CV, lực kộo T>30tấn (1CV=0.75KW); loại nặng N=150ữ300CV, T = 20ữ30tấn; loại trung bỡnh N=75ữ150CV, T=13,5ữ20 tấn; loại nhẹ N=35ữ75CV, T=2,5ữ13,5 tấn; loại rất nhẹ N<35CV, T<2,5 tấn

- Theo kiểu nõng hạ lưỡi ủi: dõy cỏp, thuỷ lực;

- Theo kiểu di chuyển: bỏnh xớch, bỏnh hơi;

- Theo cấu tạo của bộ cụng tỏc (lưỡi ủi): lưỡi ủi thường và lưỡi ủi vạn năng Lưỡi ủi vạn năng cú thể thay đổi gúc nghiờng theo hướng đứng (5ữ80) và trờn mặt bằng 65ữ900

Hiện nay phổ biến sử dụng mỏy ủi kiểu điều khiển thuỷ lực, nú cú ưu điểm:

− Trọng lượng bộ phận cụng tỏc nhỏ (do lưỡi ủi được ấn xuống bằng thuỷ lực thay vỡ nhờ trọng lượng bản thõn khi điều khiển bằng cỏp).

− Điều khiển chớnh xỏc, nhẹ, dễ dàng;

− Tuổi thọ cao, chăm súc kỹ thuật đơn giản, kớch thước gọn nhẹ;

Mỏy ủi cũn sử dụng bộ răng xới đất ở phớa sau mỏy để tăng hiệu quả đào đất cứng

6.8.2 Cỏc sơ đồ thi cụng đất bằng mỏy ủi

- Đào và đắp ngang tuyến với chiều cao tới 1m;

Hình 10.5 Sơ đồ đào đắp ngang tuyến bằng máy ủi

đào

Hình 10.6 Sơ đồ đào đắp dọc tuyến bằng máy ủi

- Đào đất làm đường trờn sườn dốc;

Đặt chộo lưỡi ủi, mỏy di

chuyển dọc tuyến, đất được đẩy

ngang sang bờn Thường dựng

ck

tg K

t

h B

B − Chiều rộng lưỡi ủi;

h − Chiều cao lưỡi ủi;

ϕ− Gúc xoải tự nhiờn của đất phớa trước lưỡi ủi;

Thể tớch đất trước lưỡi ủi

3 2

2 1

V

l V

l V

l 1 , l 2 , l 3− Chiều dài đào, vận chuyển, quay trở về;

V 1 , V 2 , V 3− Vận tốc ủi tương ứng;

t o− Thời gian để sang số tốc độ, nâng hạ lưỡi ủi, quay… (30sec)

6.8.4 Biện pháp nâng cao năng suất

Để nâng cao năng suất cần tăng được khối lượng đất trước lưỡi ủi và rút ngắn thời gian của chu kỳ tck Thường sử dụng các biện pháp sau:

- Ủi xuống dốc;

- Khi trở về cự ly ngắn thường cho máy lùi;

- Làm thêm tấm chắn 2 bên lưỡi ủi khi ủi đất nhẹ;

- Đào theo rãnh;

- Nhiều máy ủi dàn hàng ngang hoặc lệch nhau cùng làm việc;

- Khi máy ủi đất chặt, có thể đào dồn dần cho đầy lưỡi ủi;

- Chuẩn bị sẵn đất như tưới cho mềm đất khô, xới đất…

CHƯƠNG 7 VẬN CHUYỂN ĐẤT 7.1 Các hình thức vận chuyển

1 − Vận chuyển thủ công;

2 − Vận chuyển bằng ô tô;

3 − Vận chuyển bằng máy kéo, máy cạp;

4 − Vận chuyển bằng đường ray;

- Đường thay đổi phù hợp với vị trí đào đắp;

- Thường sử dụng ô tô tự đổ có trọng tải 6÷40 tấn;

- Hiện nay trên các công trường vận chuyển bằng ôtô là chủ yếu

7.2.1 Phân loại đường − nền đường − mặt cắt ngang tiêu chuẩn đường ôtô

Đường có thể đào hoặc đắp tùy theo địa hình:

thi công được thiết kế theo các tiêu chuẩn:

- 14 TCN 43-1985: Đường thi công công trình thuỷ lợi, qui phạm thiết kế;

- 22 TCN 273-2001: Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô;

- TCVN 4054-1998: Đường ô tô, yêu cầu thiết kế;

- 22 TCN 211-1993: Qui trình thiết kế áo đường mềm;

Các mặt cắt ngang của đường thường dốc sang 2 bên để thoát nước

Chiều rộng phần cho xe qua 6÷10m, lề đường 1,5÷2,5m, độ dốc ngang mặt đường 1,5÷4%, được xác định tuỳ theo loại ô tô, loại đường và cấp đường;

Chú ý: Thông số trên tương ứng với chiều rộng ô tô 2,5÷4m;

7.2.1 Mặt cắt dọc và tuyến đường ô tô

Tuyến dọc phải bảo đảm nhỏ hơn độ dốc và bán kính phải lớn hơn bán kính cong cho phép theo các tiêu chuẩn, qui phạm trên

- Vận chuyển bằng băng chuyền: vận chuyển liên tục, năng suất cao;

- Vận chuyển bằng cáp treo: điều kiện địa hình phức tạp, rút ngắn quãng đường vận chuyển, năng suất cao;

CHƯƠNG 8 THI CÔNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN

Việc thi công đập đất đầm nén hiện nay cần tuân thủ theo tiêu chuẩn 14TCN 20−2004.

8.1 Nguyên lý cơ bản của đầm nén đất

Khi đầm làm các hạt nhỏ dịch chuyển vào khe rỗng các hạt lớn làm cho độ rỗng của đất giảm, đất được nén chặt nên dung trọng khô tăng γk và tính thấm nước giảm;

Quá trình đầm nén chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như lượng ngậm nước, loại đất, sự tổ thành của hạt đất, tải trọng đầm, số lần đầm, chiều dày lớp đầm,…

8.1.1 Ảnh hưởng của lượng ngậm nước (độ ẩm W%)

Nếu đất quá khô thì hiệu quả đầm rất kém vì ma sát giữa các hạt đất lớn, đất quá ướt thì nước thừa chứa trong kẽ rỗng làm giảm lực đầm có ích cũng không hiệu quả Như vậy, lượng ngậm nước ở mức độ nhất định làm cho đầm hiệu quả được coi là độ ẩm tối ưu;

Độ ẩm tối ưu thay đổi phụ thuộc vào loại đất và công năng của đầm Công năng càng lớn thì độ ẩm tốt nhất càng nhỏ;

Trước khi thi công cần thí nghiệm hiện trường để xác định được chiều dày rải đất tương ứng có công đầm nén ít nhất mà đạt được γk yêu cầu, từ đó xác định lượng ngậm nước tốt nhất

8.1.2 Ảnh hưởng của loại đất

Đất dính, lực keo kết lớn, lực ma sát nhỏ nên khi đầm nén dễ bị co ép hoặc dãn nở nhưng tính thoát nước kém nên khó đầm chặt;

Đất không dính, lực keo kết nhỏ, ma sát lớn, dễ thoát nước nên dễ đầm chặt

8.1.3 Ảnh hưởng của sự tổ thành của đất

Đất bao gồm nhiều loại hạt cấu thành Nếu nhiều hạt đều và nhỏ thì độ rỗng lớn Nếu cấp phối hạt tốt thì độ rỗng nhỏ, đầm dễ đạt dung trọng lớn

8.2 Các loại máy đầm chặt đất

Máy đầm đất theo từng lớp được chia ra làm 3 nhóm:

- Đầm lèn do lực tĩnh (Đầm tĩnh);