NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO SẢN XUẤT ỐNG BÊ TÔNG CÓ LỖ THẤM XUNG QUANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUAY LY TÂM THAY THẾ VẬT LIỆU NHẬP NGOẠI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO & SẢN XUẤTỐNG BÊ TÔNG CÓ LỖ THẤM XUNG QUANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUAY LY TÂM THAY THẾ VẬT LIỆU NHẬP NGOẠI THE RESEARCH ON DESIGN, BUILDING AND PRODUCTION OF CONC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO & SẢN XUẤT

ỐNG BÊ TÔNG CÓ LỖ THẤM XUNG QUANH

BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUAY LY TÂM

THAY THẾ VẬT LIỆU NHẬP NGOẠI

THE RESEARCH ON DESIGN, BUILDING AND PRODUCTION OF

CONCRETE PIPE WITH ABSORBING HOLES BY CENTRIFUGAL FORCE

TO REPLACES IMPORTED MATERIALS

NGÔ VĂN DŨNG

Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT

Bài báo này trình bày một giải pháp nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng vào sản xuất loại ống

bê tông có lỗ thấm xung quanh và có cường độ cao Nó có tác dụng làm tăng khả năng tiêu thoát nước thấm, thay thế khắc phục những nhược điểm của phương pháp tải nước bằng cốt liệu hoặc thay thế các loại ống nhập ngoại,vật liệu dẫn nước khác và có một ý nghĩa rất lớn trong công tác thiết kế, thi công và sử dụng các công trình chịu ảnh hưởng của nước ngầm vận động.

ABSTRACT

This paper presents a research on manufacturing and production of concrete rebar pipe with absorbing having holes around and high intensity It increases capacity water drainage, to eliminate the disadvantages of water by aggregate or to replace imported pipes and other materials It is a significant contribution in designing and using the constructions affected by moving underground water.

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Quá trình thực hiện các công trình xây dựng cơ bản như đập đất, đường hầm thuỷ công, cầu giao thông, đường hầm tháo lũ, sân vận động, các công trình thuỷ nông, tường chắn đất, khu vực dân cư, công trình thể thao v.v Người ta thường thiết kế hệ thống thoát nước ngầm để hạ thấp đường bão hoà nhằm giảm bớt sự mất ổn định của công trình do mực nước ngầm dâng cao

Có nhiều giải pháp thu và tháo nước thấm trong công trình trong đó giải pháp hạ thấp mực nước ngầm kiểu kín có thể mô tả bằng một số giải pháp tiêu biểu như các mô hình sau:

è ng bª t«ng cã læ thu n í c thÊm

V ï n g x ©y d ù n g c Ç n ® î c l µ m k h «

V Ët liÖu läc

C« n g t r × n h t h u n í c

M ÆT B» N G K HU D¢ N C¦

§ êng b· o hoµ

Hình 1 Hạ thấp mực nước ngầm bảo vệ khu dân cư hoặc khu vực khai thác mỏ

Hình 2.Hạ thấp mực nước ngầm ở sân vận động và bảo vệ Tuy nen ngầm dưới đất

Để hạ thấp mực nước ngầm người ta thường thiết kế hệ thống lọc và dẫn nước

Các giải pháp sử dụng vật liệu đá thiên nhiên, khi sử dụng để dẫn nước thấm thường xảy ra các trường hợp sau:

- Khả năng thoát nước chậm, tổ chức thi công chậm

- Hệ thống lọc dễ bị tắc hoặc bịt trít sau một thời gian sử dụng

Đối với giải pháp sử dụng các loại ống dẫn bằng thép tráng kẽm hoặc ống PVC để dẫn nước thấm thường là vật liệu có giá thành cao hoặc phải mua của nước ngoài bằng ngoại tệ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế Giải pháp thoát nước thấm bằng vật liệu tự sản xuất trong nước, giá thành rẻ thay thế được hàng nhập ngoại hoặcvật liệu đắt tiền bằng các loại vật liệu có sẵn trong thiên nhiên với công nghệ chế tạo, sản xuất giản đơn nhưng vẫn bảo đảm đựơc các yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật công trình, là vấn đề hết sức cần thiết.

2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN & GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ

2.1 CƠ SỞ TÍNH TOÁN

Cơ sở tính toán là dựa vào chế độ địa chất thuỷ văn dòng chảy ngầm trong môi trường

lỗ hổng và đặc tính vật liệu nơi nước ngầm tải qua

Phương trình vận động của dòng thấm không gian mô tả như sau:

t

H 0 S ) z

H z (k z

) y

H y (k y

) x

H x (k

∂

=

∂

∂

∂

∂ +

∂

∂

∂

∂ +

∂

∂

∂

∂

Đối với bài toán phẳng dòng thấm hai chiều ngang phương trình được biểu diễn:

t

H μ w ) y

H (T.

y

) x

H (T.

∂

= +

∂

∂

∂

∂ +

∂

∂

∂

∂

Đối với bài toán phẳng dòng thấm một chiều phương trình được biểu diễn:

t

h a

1 T

W 2

x H 2

∂

∂

= +

∂

∂

Khi thiết kế hệ thống tiêu thoát hạ thấp mực nước ngầm, chúng ta phải tính toán xác định được các đặc trưng dòng thấm như lưu tốc thấm, cột nước thấm, lưu lượng nước tải qua,

độ cao đường bão hoà, áp lực thấm v.v Việc tính toán các thông số đặc trưng dòng thấm người ta sử dung các bài toán có điển hoặc sử dung phương pháp số kết hợp với máy tính điện

tử để tính toán

Để thu và dẫn tải nước thấm, tác giả đề xuất giải pháp công nghệ sản xuất loại ống bê tông cốt thép đặc biệt có lỗ thấm xung quanh, thay thế được các loại ống đắt tiền hoặc vật liệu nhập ngoại

2.2 GIẢI PHÁP CễNG NGHỆ

Để nghiờn cứu sản xuất loại ống bờ tụng, chỳng ta phải tiến hành thiết kế dõy chuyền cụng nghệ sản xuất ống từ khõu chuẩn bị đến khi hoàn thành theo nguyờn lý sau:

2.2.1 Nguyờn lý hoạt động của thiết bị

850

Hệ thống khuôn đúc

Trục truyền

Các Puli truyền đông

Đ ộng cơ điện

ổ đỡ lăn

MặT BằNG Tổ Má Y QUAY LY TÂM

Hệ THố NG DẫN Đ ộNG Má Y QUAY

2.560

800

850 650

Puli + trục truyền

Bệ đỡ và con lăn Khuôn và bánh đà MặT BÊN CủA Tổ Má Y

O mg

B

R2

T

P lt

s ự c h u y ển độ n g c ủ a ph ầ n t ử bê t ô n g

phần tử bờ tụng

Nguyờn lý: Ống khuụn được đặt năm ngang trờn bệ mỏy, khi khuụn quay trũn, nhờ lực quỏn

tớnh ly tõm tạo ra sẽ ộp chặt hỗn hợp bờ tụng vào thành khuụn Quỏ trỡnh đỳc ống được thực hiện sau một thời gian quay, lốn chặn và hoàn thiện cho đến khi dừng hẳn

Xuất phỏt từ nguyờn lý làm việc và tớnh toỏn cỏc thụng số kỹ thuật, chỳng tụi tiến hành nghiờn cứu chế tạo dõy chuyền sản xuất ống hoàn chỉnh từ khõu chuẩn bị đến khi xuất xưởng

Từ hỡnh 6 Xột một phần tử A bờ tụng cú hợp lực tỏc dung lờn phần tử bờ tụng là:

LT P g m.

T = +

R 30

πn ω.R

gR

2 mv lt

r

2 m.v lt

dP =

Với m là khối lượng phần tử bờ tụng và vận tốc v tại điểm đang xột:

2.π.π.l.r.

nờn: dr 2.π2.π.l 2 r

r

2 r 2 ω r l 2.π ρ lt

Tớch phõn hai vế phương trỡnh vi phõn lực quỏn tớnh ta cú tổng giỏ trị lực quỏn tớnh khi

∫

=

R 1

2 r 2 2.π.π.ρ.l

P

0 ltdP

(2)

Lực quán tính phân bố quanh chu vi dọc ống là

2 3R

)

3 1 R

3 2

(R ρρ 2 ω 2

lt P F

lt

P 0

=

=

=

π.l.R

Từ biểu thức (1) và (2) ta có để bảo đảm tốc độ quay phần tử bê tông được lèn chặt bắt buộc tốc độ góc của khuôn quay thoả mãn biểu thức sau:

2 1 R 2 R 1 R

2 2 R

3.g ω

+ +

Từ đó xác định được số vòng quay bảo đảm lèn chặt bê tông là:

2 1 R 2 R 1 R

2 2 R

g 16,54

π

30.ω n

+ +

=

2.2.2 Tính toán công xuất động cơ để quay ống đúc

Công suất động cơ khi quay để lèn chặt hổn hợp bê tông náp trong quá trình quay khuôn được xác định bằng biểu thức

1000η

Mk) (Mms

c

ω tt

2.2.3 Các giai đoạn thực hiện trong công nghệ đúc ống

Trong thực tế sản xuất để bảo đảm an toàn lao động và thuận lợi cho quá trình nạp vật liêu, lèn ép vật liệu Người ta thường sử dụng động cơ có nhiều tốc độ nhờ hộp số hoặc hộp biến tốc điện tử để thay đổi tốc độ kinh nghiệm thường chọn như sau:

* Giai đoan nạp vật liệu và tạo hình:

Tốc độ quay của khuôn v = 150 -200v/phút hoặc sử dụng công thức:

1 R

g 1,50 r

* Giai đoạn lèn chặt

Tốc độ quay của khuôn n = 300 - 400 v/phút hoặc có thẻ tính bằng công thức:

)

3 1 R

3 2 ρ.(R

R 0

3P ch

ω

−

* Thời gian đúc hoàn thành 01 sản phẩm: Tquay = 12 - 25 phút

Để thực hiện tốt dây chuyền thi công chúng ta phải hoàn thành tốt các các việc từ khâu chuẩn bị cho tới khâu đúc ống, bảo dưỡng, kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm, lưu giữ tại kho bãi và xuất chuyển đi công trường

* Đối với khâu lắp ráp khuôn:

- Khuôn để sản xuất ống theo phương pháp li tâm có 4 mảnh và một số chi tiết phụ

- Với ống bê tông ly tâm sản xuất tạo lỗ xung quanh, cần một số chi tiết như sau:

+ Khuôn tạo hình gồm 4 chi tiết bắt lại với nhau nhờ nhờ hệ thống bu lông

+ Cỏc chốt để tạo lỗ trong quỏ trỡnh đỳc tạo ống

2.2.4 Tớnh toỏn tiết diện lỗ thu nước vào ống

Số lượng lỗ phải bảo đảm thỏo đựợc lưu lượng thấm để hạ thấp đường bóo hoà Trong

đú lưu lượng thấm được xỏc định bằng phương phỏp số hoặc cỏc phương phỏp cổ điển hoặc kinh nghiờm Tồng diện tớch lổ xỏc định bằng biểu thức:

v

Q

F= , (m2)

0 f

F

n =

2.π h

- Q lưulượng thấm; R bỏn kớnh bỡnh quõn của ống bờ tụng

Để sản xuất được ống như trờn chỳng ta thực hiện giải phỏp sau:

Ngoài khuụn cần cú chi tiết chốt, nẹp, hệ thống đối trọng, neo giữ như sau:

2-3mm

Khuô n t hép dày d

Mặt bíc h bắt vớ i đà l ă n

8mm

δBT

δK

Bê t ô ng CT ố ng

Bu l ô n g n eo g iữ nẹp và c hố t Nẹp gỗ

Chố t t hép

Hệ THốNG Tạ O Lỗ XUNG QUANH ốNG BÊ TÔ NG

φ φ φ φ φ φ φ φ

l 0

Lc

CấU Tạ O CHốT

Hỡnh 5.

Cấu tạo chung: Khuụn làm bằng thộp 2 mảnh, xung quanh cú khoan cỏc lỗ để lắp đặt cỏc chốt để tạo lỗ, hai đầu cú 2 mặt bớch để liờn kết với bỏnh đà dẫn

CấU Tạ O CủA KHUÔ N Và Bá NH Đ à LĂ N

2.560

k hu ô n t ạ o ố ng

Φ 400

Vành lăn ngoài

Φ 520

Bá NH Đ à

Vành lăn ngoài

0.140 2.500

2.295 400

500

2.500

0.115

a

g hép nố i ố NG

q ui c á c h l ỗ ố NG

c ắt ng ang ố NG

2.295 0.140

2.500 0.115

Chốt làm bằng thộp cú dạng hỡnh mũ, thõn chốt hỡnh trụ trũn cấu tạo nhỏ dần ở mũi để

dễ thao rỳt chốt sau khi đỳc xong bờ tụng Chiều dài chốt xỏc định như sau:

Nẹp gỗ dày khoảng 30mm để cố đình và giữ các đầu của chốt khi đúc.

3 ÁP DỤNG THỰC TIỄN

Sau một thời gian nghiên cứu, sản xuất thử nghiệm, sản phẩm ống bê tông ly tâm có lỗ

đã được đưa vào sản xuất áp dụng để lắp đặt cho công trình hầm đường bộ qua đèo Hải Vân

các Công ty Tư vấn nước ngoài như Nippon Koei Co., Ltd Japan and Louis Berger International Inc USA in association with TEDI, Vietnam, nhà thầu Hazama, Ban Quản lý Dự

án đường hầm Hải Vân, Sông Đà 10 chấp nhận để đưa vào lắp đặt toàn bộ hệ thống thoát nước thấm đường hầm chính, phụ, đường hầm thông gió của đường hầm Hải Vân

phẩm và giá trị tổng sản phẩm hệ thống thu thoát nước ngầm tuy nen Hải Vân như sau:

TT Loại ống Đơn vị Khối lượng Giá ống PVC giá ống BTLT Chênh lệch GT chênh lệch

1 φ 300mm m 8,300 350,000 160,000 190,000 1,577,000,000

2 φ 400mm m 6,400 625,000 210,000 415,000 2,656,000,000

Sản phẩm cho thấy tiết kiệm được 5,81 tỷ đồng, một hiệu quả kinh tế không nhỏ

4 KẾT LUẬN

Qua nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ đúc ống bê tông có lỗ thấm xung quanh bằng phương pháp ly tâm, có thể rút ra kết luận sau:

1 Giải pháp công nghệ có thể đúc sản xuất được các loại ống bê tông ly tâm có đường kính, chiều dày, chiều dài bất kỳ theo ý muốn và là sản phẩm đầu tiên được sản xuất thành công ở Việt Nam

2 Sản phẩm của ống bê tông có lỗ thấm xung quanh áp dụng có hiệu quả hạ thấp đường bão hoà góp phần nâng cao hiệu quả công trình sử dụng và kinh phí xây dựng

3 Sản phẩm có thể áp dụng để thoát nước thân đập, thoát nước bảo vệ tường chắn đất đặc biệt là tường kè ven sông, ven biển, công trình âu tàu, những nơi vị trí công trình thường xuyên chịu tác dụng của nước ngầm vận động

4 Với giải pháp kỹ thuật như trên, sản phẩm đã được ứng dụng vào sản xuất để thoát nước thấm toàn bộ hệ thống tuy nen qua đèo Hải Vân, thay thế hàng nhập ngoại và được thị trường chấp nhận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

42 - 48, American Geophysical, 1989

trang 247-252, NXB Xây dựng, 2000

Trung học chuyên nghiệp, 1981

[4] Hồ sơ thiết kế kỹ thuật Dự án đường hầm bộ qua đèo Hải Vân 2000 và Bổ sung thiết

kế 2003.