[Kỹ thuật thi công]Chương 2-Công tác đất

ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất thi công vàhiệu quả kinh tế của công trình.phân cấp đất dùng cho công tác đào vận chuyển,đắp đất bằng thủ công” tr 9-ĐMĐTXD  Theo phương pháp thi công

2.1 ĐẤT VÀ CÔNG TÁC ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

2.1.1 KHÁI LƯỢC VỀ CÔNG TÁC ĐẤT:

 Công tác đất đá: là một trong những dạng công

tác cơ bản trong thi công xây dựng, đôi khi là

công tác chủ yếu như các công tác thi công khác.

- Đào đất 5,75 triệu m3; nổ phá đá 22,9 triệu

m3;

- Đắp đất 25,5 triệu m3; đào đá đường hầm 1,6

triệu m3.

 Công tác đất có đặc điểm, yêu cầu chủ yếu sau:

 Yêu cầu phải áp dụng cơ giới hóa với tính

đồng bộ cao (96,7 – 98%)

 Chỉ thi công thủ công khi khối lượng ít, chật

hẹp, có tính bí mật quân sự

 Chịu ảnh hưởng trực tiếp của các yếu tố tự

nhiên, khí hậu → Đòi hỏi công tác chuẩn bị chu đáo, tổ chức thi công nhanh; công tác dự báo phải kịp thời

 Chia theo thời gian sử dụng:

mương

 Dạng tạm thời: hố móng, đê quai

 Chia theo hình dạng công trình:

mương

 Dạng tập trung: mặt bằng san lấp xây dựng và

hố móng công trình

 Đào: Hạ cao trình mặt đất tự nhiên xuống đến

 Bóc: lấy một lớp đất (không sử dụng) trên mặt

đất tự nhiên: đất mùn, đất ôi nhiễm…đi nơikhác

 Lấp: làm cho chỗ đất trũng cao bằng khu vực

xung quanh

nhằm đẩy ép không khí và nước ra nhằm tăng

độ chặt của đất

2.1.3 PHÂN CẤP ĐẤT:

 Cấp đất là mức phân loại dựa trên mức độ khó

hay dễ khi thi công (hay là mức độ hao phí công lao động “thủ công hay cơ giới” nhiều hay ít)

 Cấp đất càng cao càng khó thi công hay hao phí

công lao động càng nhiều

 Mục đích phân loại-phân cấp đất:

 phục vụ thi công (chọn biện pháp, phương

tiện thi công hợp lý)

 Để xác định mức kỹ thuật-vật tư, lập đơn giá,

lập dự toán…lập kế hoạch tiến độ thi công

ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất thi công vàhiệu quả kinh tế của công trình.

phân cấp đất dùng cho công tác đào vận chuyển,đắp đất bằng thủ công” tr 9-ĐMĐTXD

 Theo phương pháp thi công cơ giới: “bảng phân

cấp đất dùng cho công tác đào, vận chuyển vàđắp đất bằng máy” tr 11 - ĐMDTXD)

 Ngoài ra còn có bảng phân cấp đất cho công tác

đóng cọc, bảng phân cấp đất đá cho công táckhoan cọc nhồi

2.1.4 TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN THI

CÔNG ĐẤT:

Khái niệm:

 Đất là vật thể rất phức tạp về nhiều phương

diện, có rất nhiều tính chất (cơ, lý, hóa,…) đã

được nói đến trong Cơ học đất

 

b Độ ẩm của đất

* Định nghĩa:

Là tỷ lệ phần trăm (%) của trọng lượng nước

chứa trong đất trờn trọng lượng hạt của đất (W)

* Cụng thức xỏc định:

Gnước: trọng lượng nước

GW: trọng lượng tự nhiờn của đất

Gkhụ: trọng lượng khụ của đất

100

nước khô

* Tính chất:

 Ảnh hưởng đến công lao động làm đất rất lớn

Đất ướt quá hay khô quá đều làm cho thi công khó khăn

 Đối với mỗi loại đất, có một độ ẩm thích hợp cho

c Độ dốc tự nhiên của mái đất

* Định nghĩa:

Là góc lớn nhất của mái đất khi đào hay khi đắp

mà không gây sụt lở đất (i)

* Công thức xác định:

: góc của mặt trượtH: chiều sâu hố đàoB: chiều rộng chân mái dốcĐại lượng nghịch đảo của độ dốc là hệ số mái dốc:

+ Độ dốc tự nhiên của đất phụ thuộc vào:

V V

* Tính chất:

+ Có hai hệ số tơi xốp:

- Độ tơi xốp ban đầu o: là độ tơi xốp của đất

mà khi đào lên chưa đầm nén

- Độ tơi xốp cuối cùng e: là độ tơi xốp của đất

mà khi đào lên đất đã được đầm nén chặt

ng.thÓ

V

2.2 TÍNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐẤT

* Nguyên tắc chung tính khối lượng công trình đất:

+ Dựa vào các công thức hình học khi công trình

có dạng khối đơn giản rõ ràng

+ Phân chia công trình có hình dạng phức tạpthành những khối hình học đơn giản và áp dụngcác công thức hình học đã có

+ Khi công trình có hình dạng quá phức tạpkhông thể phân chia thành các khối hình học đơngiản thì tiến hành phân chia công trình thànhnhững khối hình học gần đúng để tính toán

toán khối lượng đất đúng bằng kích thức công trình

• Đối với những công trình phục vụ thi công như (hố

móng, rãnh đặt đường ống…) khối lượng công tác đất phụ thuộc vào biện pháp thi công, tính chất của đất

và chiều sâu hố đào quyết đinh hệ số mái dốc của hố đào

• Nếu biện pháp thi công là thủ công thì kích thước của

hố đào phải lấy lớn hơn kích thước thật của công trình tối thiểu btc=0,3-0,5m

• Nếu thi công bằng cơ giới thì kích thước của hố đào

phải lấy lớn hơn kích thước thật của công trình từ 2 5m, tuỳ theo loại máy thi công.

bmb

d

a c

* Công thức:

Hố móng là hình vuông a, A

* Trong đó:

a, b – chiều dài và chiều rộng mặt đáy

c, d – chiều dài và chiều rộng mặt trên

H – Chiều sâu của hố

2.2.2 TÍNH KHỐI LƯỢNG NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐẤT

2.2.3 CÁC CÔNG THỨC TÍNH TIẾT DIỆN NGANG CỦA

CÔNG TRÌNH ĐẤT CHẠY DÀI:

2.2.3 CÁC CÔNG THỨC TÍNH TIẾT DIỆN NGANG CỦA

CÔNG TRÌNH ĐẤT CHẠY DÀI:

3 Trường hợp mặt đất dốc lại không phẳng bằng:

Có hai trường hợp thiết kế san bằng mặt đất:

- San bằng theo cao trình cho trước

- San bằng với điều kiện cân bằng khối lượng

đào đắp

1 Xác định khối lượng san bằng mặt đất theo một

cao trình H0 cho trước (Bài toán 1):

2.2.4 TÍNH KHỐI LƯỢNG SAN LẤP MẶT BẰNG:

Bước 2: Ghi cao trình đen, cao trình đỏ và độ cao thi

công vào đỉnh lưới ô

- thoát nước mặt i=0,02-0,05%

- nhà máy hoá chất i=0,03-3%

1 Bài toán 1:

Bước 3: xác định đường ranh giới đào đắp (htc=0)

* Đường bình độ số “0” (đường có htc=0): là đường

đi qua các cạnh có htc đổi dấu của ô đất

* Xác định vị trí điểm có htc=0 trên các cạnh lưới có

cao độ đổi dấu được xác định theo nội suy (như bước 1)

Bước 4: tính khối lượng đào đắp các ô, kể cả các ô

đặc biệt, tổng hợp kết quả đào đắp

a Ô vuông cùng dấu: (cạnh a)

Trong đó: F – diện tích của ô

htb – độ cao thi công trung bình của các góc ô

1 Bài toán 1:

Bước 4: tính khối lượng đào đắp các ô, kể cả các ô

đặc biệt, tổng hợp kết quả đào đắp

b Ô vuông khác dấu:

* Khối lượng đắp: Vđắp=V1

Trong đó: F1 – diện tích của ô 1

htb1 – độ cao thi côngtrung bình của các

Bước 4:

b Ô vuông khác dấu:

* Khối lượng đào:

Vđào=V2+V3=F2htb2+F3htb3

hoặc xác định diện tích đào như sau

Thì khối lượng đào sẽ là:

1 Bài toán 1:

Bước 4:

c Ô tam giác cùng dấu:

d Ô tam giác khác dấu:

1 Bài toán 1:

Bước 4:

d Ô tam giác khác dấu:

Khối lượng đào: V2=VABC-V1

m hV

) (

1

4

1

2 )

4

đăp đ

md đăp

đ đăp

đ

n

i đăp

2 Xác định khối lượng san bằng mặt đất với điều

kiện cân đối khối lượng đào đắp: (bài toán 2)

a Đặc điểm, yêu cầu:

+ Đây là bài toán tối ưu hóa khối lượng đào đắp trong phạm vi san nền

+ Đối với bài toán này cần chú ý các đặc điểm sau:

- Y/c tính toán sao cho KL đất đào bằng KL đất đắp hay cho phép sai lệch 5%

- Đây là bài toán tính lặp đối với cao trình san nền H0

- Trình tự tính toán giống với bài toán 1, chỉ bổ sung thêm “bước tính cao trình san bằng H0 theo

nguyên tắc cân bằng khối lượng đào đắp”.

b Nguyên tắc chung để giải quyết bài toán:

+ Xác định H0 với điều kiện KL đào = KL đắp

+ CT tính thể tích: V=Diện tích x Chiều cao

trung bình

+ Phương pháp tính toán H0 là phương pháp tỷ trọng cao trình đại diện

c Công thức xác định cao trình san bằng H0 cho khu

đất:

* Phương pháp chia ô tam giác:

ΣH1– tổng các cao trình đen của các đỉnh hình

vuông, ở đó chỉ có một góc của hình tam giác

ΣH2– ……… , ở đó chỉ có hai góc của hình tam giác

ΣH3– ……… , ở đó chỉ có ba góc của hình tam giác

n – số ô vuông trên khu đất

0

(H ) 2 (H ) 3 (H ) 4 (H )+5 (H ) 6 (H ) 7 (H ) 8 (H )H

6n

2 Bài toán 2:

c Công thức xác định cao trình san bằng H0 cho khu

đất:

* Khi khu đất có hình dạng phức tạp: (dùng phương

pháp chi ô hỗn hợp) “ô vuông, ô hcn, ô tam

giác, hình thang…”

- Tính cao trình trung bình của từng ô rồi tính

cao trình trung bình chung cho toàn khu thể khu đất:

- Cao trình san bằng của cả khu đất là:

Ha, Hb– … là các cao trình trung bình của các ô riêng biệt

Fa, Fb– … là diện tích của từng ô

ΣF … là diện tích của toàn thể khu đất cần san bằng

a a b b c c n n 0

1 Phân bố khối lượng khi san bằng khu đất theo

phương pháp họa đồ của Kutinốp:

“Bài toán tối ưu hóa công tác vận chuyển đào

đắp đất trong khu vực cần san bằng” Để giải

bài toán này cần giải quyết 2 nội dung sau:

+ Tính khối lượng đào đắp của toàn bộ khu đất (V≈Vđào≈Vđắp), khối lượng đào đắp ở từng ô đất trong đó cũng như độ cao thi công tại các vị trí (đã nghiên cứu ở bài toán trước)

+ Xác định khu vực tự cần bằng đào đắp, trọng tâm phần đào & trọng tâm của phần đắp (tức

khoảng cách vận chuyển trung bình từ đào sang đắp)

* Mục đích của bài toán: trên cơ sở biết độ cao thi công tại các đỉnh ô lưới, biết được khoảng

cách vận chuyển từ phần đào sang phần đắp (Lvctrung bình) từ đó có thể đưa ra phương án thi công bằng máy hợp lý (chọn được loại máy thi công “ủi, cạp”, tính được số lượng & năng suất yêu cầu, phương án di chuyển để vận chuyển

đất cho tối ưu…)

* Xác định trọng tâm đào đắp & Lvc theo phương pháp họa đồ của Kutinốp

(SV đọc tài liệu)

2.3 KỸ THUẬT THI CÔNG ĐÀO ĐẤT

Công tác thi công đào đất hiện nay có các phương pháp chủ yếu như sau

+ Thi công thủ công

+ Thi công cơ giới

+ Thi công cơ giới thủy lực

+ Thi công bằng nổ mìn

a Ba nguyên tắc cơ bản để thi công đất có hiệu quả:

 Lựa chọn dụng cụ phù hợp

 Tìm biện pháp giảm khó khăn cho thi công

 Tổ chức thi công hợp lý

2.3.1 THI CÔNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ

b Biện pháp, tổ chức đào đất:

 Nếu đào đất ở nơi có mực nước ngầm cao

hoặc thi công vào mùa mưa: (Đào rãnh thu nước trước sau mới tiến hành đào đất)

2.3.2 THI CÔNG ĐẤT BẰNG MÁY

 Các phương pháp thi công cơ giới phổ biến hiện

nay:

 Sử dụng các loại máy đào

 Sử dụng thuốc nổ để đào phá đất đá

 Sử dụng nước để làm sói lở đất để đào đất.

 Các loại máy thường sử dụng:

 Máy đào một gầu: Gầu thuận (ngửa); Gầu nghịch

(sấp); Gầu dây , gầu ngoạm.

 Khi cần đào, VC, đổ đất ở cự ly ngắn: dùng máy ủi

 Khi cần đào, VC, đổ đất ở cự ly xa: dùng máy cạp

1 Đào đất bằng máy đào gầu thuận (ngửa):

1 Đào đất bằng máy đào gầu thuận (ngửa)

a Đặc điểm:

+ Tay gầu ngắn và thuận, đào được đất từ cấp I-IV,dung tích gầu lớn 0,35-6m3

+ Phải làm đường lên xuống cho máy và xe tải

+ Không thi công được ở nơi có mực nước ngầm cao

* Bán kính đào hiệu quả:

*Máy đào đổ đất lên xe tải ở trên hố đào:

+ Chiều sâu của đường đào: H=Hđổ-(Hxe+0,8)

+ K/c từ trục máy đến mép dưới rãnh đào:

d=Rđổ-(m.H+1+c/2)

may max

R (0,7 0,8)R  

 Đào dọc:

 Máy đào và xe tải chạy dọc theo khoang đào

 Thường dùng đào hố móng lớn, kênh mương,

hay lòng đường

 Các sơ đồ: đào dọc đổ bên, đào dọc đổ sau,

đào dích dắc:

Đào dọc đổ bên

 Áp dụng khi khoang đào đủ rộng: B=(1,5-1,9)Rmax

 Máy đào chỉ phải quay ¼ vòng để đổ, nên năng suất

đào sẽ tăng

 Xe tải đứng ngang máy đào chạy song song với

hướng di chuyển máy đào

B

 Áp dụng khi khoang đào: B≤1,5Rmax

 Máy đào phải quay ½ vòng để đổ, nên năng suất

đào sẽ giảm

 Xe tải đứng sau máy đào, hướng di chuyển “ra tiến

vào lùi”

 Hướng di chuyển máy đào vuông góc với

hướng di chuyển của xe tải

 Khi khoang đào đủ rộng mới thiết kế đào

ngang

 Lưu ý: Khi Hhố>>>Hđàomax thì phân thành nhiều tầng để

đào

+ Đào được đất ở nơi có nước, không phải làm

đường lên xuống cho máy đào

* Bán kính đào hiệu quả:

II I

m a x

R  ( 0 , 7  0 , 8 ) R

c Các kiểu đào của máy đào gầu nghịch:

 Đào dọc:

+ Máy đứng trên bờ hố đào, dịch chuyển lùi theo

trục của hố đào

+ Mỗi lượt đi của máy có thể

đào được chiều rộng từ 3-5m

+ Máy đứng trên bờ hố đào, dịch chuyển song song với trục của hố đào.

+ Chiều rộng của hố hẹp hơn so với sơ đồ đào dọc, máy đứng kém ổ định hơn

 Trường hợp hố đào rộng:

+ Máy đào làm việc chạy chữ chi hoặc chạy theo đường rãnh song song Và cũng có thể phân chia thành khu vực đào

+ R1 bán kính quăng gầu lớn nhất

+ H1 chiều sâu đào lớn nhất ứng với một vị trí đứng+ R2 bán kính đổ đất

+ H2 chiều cao đổ đất lớn nhất

c Các kiểu đào của máy đào gầu dây:

 Đào ngang đổ đất lên bờ:

Kiểu đào này thường áp dụng khi đào đất đắp lên bờ

Kiểu đào này thường áp dụng khi đào đất đổ lên ôtô

 Đào dọc đổ đất lên xe tải đứng dưới hố móng:

Kiểu đào này thường áp dụng khi đào đất đổ lên ôtô, với điều kiện hố móng khô

+ Thường dùng khi đào hố thẳng đứng: giếng, hố sâu có thành ván, tường chắn

+ Thích hợp với đất yếu hoặc rời, máy đứng cao đào sâu

5 Thi công đất bằng máy ủi

 Ben ủi có thể thay đổi góc nghiêng so với mặt

phắng san ủi (60-900), hoặc thay đổi góc

nghiêng so với trục dọc của máy (5-60)

b Các sơ đồ thi công:

Máy đào đất đi thẳng

Máy đi lùi không đào đất

Sơ đồ đi thẳng về lùi

+ Máy ủi chạy thẳng để đào đất và vận chuyển đất đến nơi đổ, sau đó quay đầu lại ủi tiếp về hướng ban đầu.

+ Áp dụng khi tiến hành san ủi mặt bằng, khi k/c đào và vận chuyển lớn, ứng dụng để đào và vận chuyển đất về hai phía

Sơ đồ đi thẳng về quay

 Đào thẳng đổ bên:

+ Máy ủi chạy dọc đến nơi đổ đất rồi quay sang bên để đổ đất, sau chạy giật lùi hoặc quay đầu trở về

+ Áp dụng khi san đồi, làm đường, lấp các vũng sâu, san lấp mặt bằng khi mặt bằng hẹp

Lượt đi đào đất

+ Máy ủi đào, vận chuyển đất đến nơi đổ (hay đắp) theo lộ trình số tám (máy ủi chỉ tiến không lùi).

+ Áp dụng đường vận chuyển lớn hơn 50m và nơi đổ (hay đắp) giữa hai nơi đào hay ngược lại

Sơ đồ số tám

c Các biện pháp tăng năng suất của máy ủi:

 Hạn chế sự rơi vãi của đất ra ngoài ben:

 Biện pháp đào kiểu rãnh

 Biện pháp gép máy

 Ủi dồn đống

 Lắp thêm hai cánh vào ben ủi

 Biện pháp ghép máy

k/c hai máy 0,3-0,5m Hai máy so le

Hai máy song song

a Đặc điểm:

 Là máy đào và vận chuyển đất kết hợp

 Máy cạp đào được đất cấp I,II; khi cần đào đất

cấp III, IV thì phải tiến hành cày tơi trước

 Máy cạp không leo được dốc cao nên chỉ đào

được hố nông

 Dung tích của máy cạp từ (1,5-15)m3 “đặc biệt

25m3”, cự ly vận chuyển đất từ (200-1000)m

trí đào.

 Năng suất máy phụ thuộc rất lớn vào cự ly vận

chuyển và sơ đồ di chuyển đi – về

Đào đất

Vận chuyển

Rải đất

* Sơ đồ hình số tám: Gồm hai lần xúc đất, hai lần

đổ đất

+ Sau khi xúc đầy gầu, máy quay 450 về phía

đổ đất và lên xuống theo chiều xiên của mái

taluy (giảm 15-20% thời gian so với sơ đồ elíp)

Sơ đồ hình số tám

Tại chỗ đào đất và chỗ đổ đất, máy cạp vẫn

chạy thành vòng kín, nhưng nối lại bằng những đường thẳng dài

+ Áp dụng sơ đồ này khi phải vận chuyển đất đi

xa 200-500m

Sơ đồ hình số tám dẹt

* Sơ đồ dích dắc:

+ Áp dụng có hiệu quả khi công trình chạy dài Các máy cạp nối đuôi nhau chạy dọc công trình, vừa đào, vừa đổ đất

Sơ đồ dích dắc

+ Áp dụng: Đào đất ở giữa đổ đất sang hai bên, hoặc ngược lại (đào đất hai bên đổ vào giữa).

Sơ đồ số tám dích dắc

c Các biện pháp sử dụng hợp lý máy cạp:

+ Muốn nâng cao năng suất máy cạp thì cho máy vừa đào vừa chạy theo đường dốc xuống.+ Cách xúc hình con nêm: rút ngắn được đoạn đường đào, cho năng suất cao Chiều dày lớp đất đào theo cách này thường không quá 30cm

 Khi đất dùng để đắp không đồng nhất thì ta phải

đắp riêng theo từng lớp và phải đảm bảo thoát được nước trong khối đắp

 Chiều dày từng lớp đất đắp và số lượt đầm nén

phải phù hợp với loại máy đầm sử dụng

1 Thí nghiệm chọn chiều dày lớp đất đắp.

 Đầm chày(nện):

 Đầm lăn chân cừu:

+ Thích hợp với đất dính, có khả năng làm việc vớilớp rải không phẳng, đất cục và chắc

+ Độ dày lớp đầm 30-35cm

+ Số lượt đầm 6-10 lượt

 Đầm lăn bánh lốp:

+ Thích hợp với cả đất rời

và đất dính

+ Độ dày lớp đầm 25-50cm+ Số lượt đầm:

4-6 lượt đối với đất rời

5-8 lượt đối với đất dính

 Dùng động cơ lệch tâm để tạo ra lực chấn

động

 Dưới tác dụng của chấn động liên tục với tần

số cao và biên độ nhỏ các thành phần hạt được sắp xếp chặt chẽ và ổn định

c Kỹ thuật đầm:

+ Khi đầm cho máy chạy dồn từ ngoài vào trong

khu đất đắp, mỗi lần đi dải lu xếp đè lên nhau 15-25cm

+ Để đầm có hiệu quả nên Cho máy chạy chậm Có

thể áp dụng hai sơ đồ di chuyển máy sau: