BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-------------------------

VŨ XUÂN CHIẾN

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ
THÀNH PHẦN HẠT ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG
LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT
ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

VŨ XUÂN CHIẾN

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ
THÀNH PHẦN HẠT ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG
LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT
ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
MS: 60.52.14


Vũ Xuân Chiến


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
Chƣơng 1 ........................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 3
1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới ................ 3
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc ............. 13
Chƣơng 2 ......................................................................................................... 18
MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 18
2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 18
2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 18
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 18
2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 19
2.4.1. Thí nghiệm thăm dò....................................................................... 20
2.4.2. Thực nghiệm đơn yếu tố ................................................................ 22
2.4.3. Thực nghiệm đa yếu tố .................................................................. 26
Chƣơng 3 ......................................................................................................... 34
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................... 34
3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy đầm rung .............................. 34
3.2. Năng suất của máy đầm rung khi làm việc .......................................... 36


DANH MỤC HÌNH
TT
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5

Tên hình
Máy đầm bánh hơi PS-300B
Máy đầm rung CS-323c
Máy đầm rung BW75S-2
Máy đầm bánh thép Sakai SV100
Máy đầm của hãng Liugong
Máy đầm LG300 của hãng Dynapac
Máy đầm của hãng Sakai
Máy đầm hãng Tacom
Sơ đồ cấu tạo của máy đầm cóc
Máy đo công suất Fluke 41B và biến tần VF-S9
Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi phí

4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19

Tên bảng
Bảng mã hóa với ba thông số đầu vào
Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành với
hai yếu tố ảnh hƣởng
Thành phần hạt của đất làm thí nghiệm
Thành phần hạt của đất tại 5 lô thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn của
đất
Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm

49
51
52
53
54
56
57
58
59
60
61
62
63


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Để thực hiện đƣợc cơ giới hoá - hiện đại hoá trong sản xuất lâm nghiệp,
cũng nhƣ để đảm bảo duy trì và thúc đẩy các hoạt động sản xuất lân nghiệp
thì xây dựng các công trình Lâm nghiệp, trong đó có hệ thống mạng lƣới
đƣờng là công việc cần phải làm trƣớc. Đặc biệt trong thực tế hiện nay, sản
xuất lâm nghiệp luôn gắn liền với việc phát triển nông thôn miền núi thì các
công trình lâm nghiệp không chỉ có ý nghĩa trong sản xuất lâm nghiệp mà còn
có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển kinh tế xã hội của địa phƣơng.
Trong xây dựng nói chung và đƣờng lâm nghiệp nói riêng, công tác
làm đất là khâu công việc đƣợc đặc biệt lƣu ý, bất kể công trình đƣờng nào,
dù là lớn hay nhỏ đều sử dụng đất nhƣ một loại vật liệu xây dựng với các
công dụng nhƣ: làm nền, làm lớp móng và đôi khi làm lớp mặt của kết cấu áo
đƣờng.
Đối với bất cứ công trình xây dựng nào thì nền móng là phần kết cấu

công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung nhƣ CS323C, CS433E,
CS44…(hình 1.2) có công suất 70-153HP; Hãng Komatsu (Nhật) chế tạo các
loại máy đầm rung mang nhãn hiệu JV06H, PV08H, JV16-1, JV25-3, JV32W,… các loại máy đầm rung này có công suất từ 5-14,5HP, lực rung lớn nhất
từ 10-25kN;

Hình 1.1. Máy đầm bánh hơi PS300B


4

Hình 1.2. Máy đầm rung CS-433E
Hãng Nippon bomag (Nhật Bản) chế tạo các loại đầm rung nhƣ
BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.3) có lực rung lớn nhất từ 2063kN, công suất từ 5-69,4HP;

Hình 1.3. Máy đầm rung BW65S
Hãng SAKAI HEAVY IND chế tạo các loại máy đầm bánh thép
VM7706, VM7708, SW800, SH1508,WN140, K7606, KD200, R2,…(hình


5
1.4) có áp lực từ 27-58kG/cm2, công suất động cơ từ 58-73HP. Các loại máy
đầm bánh hơi TS30, TS30H, TS360…, các loại máy đầm rung nhƣ SV6, SV
10, TV40, SV100… có công suất từ 50-103HP, lực rung lớn nhất 12-31KN…

Hình 1.4. Máy đầm bánh thép Sakai SW800
Hãng Ligong (Trung Quốc) sản xuất các loại xe lu rung CLG614,
CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu
bánh lốp CLG626R, xe lu chân cừu CLG614 có công suất 120-175HP, lực
rung 135-360kN (hình 1.5).
Việc lựa chọn loại máy đầm để sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố

sau:
- Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao;
- Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đƣờng kính và tải trọng
nhƣ nhau thì diện tích tiếp xúc của bánh lốp nhỏ hơn và ứng suất phân bố đều
hơn lên mặt đất, ứng suất lớn nhất có thể đạt 0,197-1,05 Mpa;
- Đầm bánh lốp có thể thay ứng suất tiếp xúc lớn nhất bằng cách thay
đổi tải trọng và áp suất không khí trong lốp cho phù hợp với nhiều loại đất
khác nhau;
- Chiều dày lớp đất đầm phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc. Diện tích tiếp
xúc càng lớn thì chiều sâu đầm càng nhỏ. Do đó, chiều sâu đầm của lu bánh
hơi lớn hơn nhiều so với chiều sâu đầm của lu bánh cứng và có thể đạt tới 3545cm.
Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để
kéo bánh lu chân cừu. Lu chân cừu thƣờng áp dụng ở những nơi mặt bằng thi
công rộng, thƣờng dùng ở các công trình thuỷ lợi nhƣ đê, kè, đập đảm bảo độ
chặt và độ ổn định của nền đắp tƣơng đối cao. Lu chân cừu có những ƣu điểm
chính nhƣ:
- Chiều sâu ảnh hƣởng đầm lớn do áp suất đầm trên các đầu chân cừu
tƣơng đối cao;
- Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và giá thành đầm nén nhỏ;
- Tạo đƣợc mối liên kết tốt giữa các lớp đất đầm.
Bên cạnh đó, lu chân cừu còn bộc lộ một số nhƣợc là:
- Tính cơ động kém, vận chuyển gặp nhiều khó khăn;
- Khi đầm nén đất dính, dẻo phải đảm bảo độ ẩm qui định chặt chẽ;
- Bề mặt của lớp đất đầm có độ chặt nhỏ do vấu chân cừu sau khi đầm
lại xới lên.


8
Ở một số nƣớc còn sử dụng máy đầm xung kích để đầm lèn nền công
trình xây dựng. Đây là loại máy đầm dùng tải trọng xung kích để làm chặt đất.

luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu.
Trong những năm gần đây xu hƣớng nghiên cứu chế tạo ra các loại máy
đầm nén có năng suất cao và khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện thi
công khác nhau. Năng suất của máy đầm nén đƣợc nâng cao nhờ tăng vận tốc
và tăng khối lƣợng bộ phận công tác. Theo hƣớng này, chi nhánh của Viện
nghiên cứu giao thông St.Peterburg (Nga) đã chế tạo máy đầm bánh hơi có
khối lƣợng 36,6 tấn cho phép đầm nén các loại nền đất dính với chiều dày lớp
đất 40-45cm, năng suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lƣợng
28 tấn, cho phép đầm các loại đất khác nhau với chiều sâu 50cm và năng suất
1200-1400m3/ca.
Nâng cao hiệu quả đầm nén của các máy đầm bánh hơi bằng cách lắp
các bánh đặc biệt có áp suất cao đến 0,8Mpa, điều này cho phép tăng chiều
dày đất đầm lên 1,3-1,5 lần so với bình thƣờng, tăng năng suất ca tới 20-30%.
Trong công trình [13] các tác giả Jens Borg và Anders Engström khi
nghiên cứu động lực học của máy đầm cóc LT70 của hãng Svedala Thuỵ
Điển đã xây dựng đƣợc mô hình động lực học của máy đầm cóc và thiết lập
đƣợc phƣơng trình chuyển động hệ ba bậc tự do. Nhờ phần mềm Matlab đã
giải đƣợc phƣơng trình chuyển động đã xây dựng, xác định đƣợc giá trị của
các phần tử trong phƣơng trình nhƣ độ cứng của các phần tử đàn hồi, vận tốc,
gia tốc làm cơ sơ xác định đƣợc các thông số hợp lý của máy đầm rung làm
việc hiệu quả nhất với độ ẩm đất nằm trong giới hạn từ 10-15Hz cho biên độ
dao động lớn nhất A=73mm.
Trong công trình [18] tác giả Balasov. V.P và Petrovich. P.P (Nga) đã
xác định chế độ làm việc hiệu quả của máy đầm rung khi đầm lèn nền công
trình với hỗn hợp xi măng và các loại đất nền khác nhau. Kết quả nghiên cứu


10
cho thấy rằng thông số kỹ thuật của máy đầm rung khi đầm lèn nền đất cát với
chiều dày lớp đất xấp xỉ 0,3m với chế độ làm việc tự hành, thời gian đầm 7s

chặt của nền đƣờng sẽ đạt hiệu quả kinh tế cao.
Để thực hiện đƣợc yêu cầu đề ra cần phải sử dụng các loại máy đầm
hạng nặng có khối lƣợng đến 100 tấn và phải tạo ra ứng suất trên mặt tiếp xúc
giữa bộ phận công tác và nền lớn hơn 2-8Mpa.
Trong công trình [36] các tác giả I.J.Huxainov và I.E.Evgenhev đã
nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các phƣơng pháp đầm nén đến độ bền của nền
đất dính. Để xác định đƣợc sự ảnh hƣởng của phƣơng pháp đầm nén đến độ
chặt của nền đất ở trong phòng thí nghiệm các tác giả làm các mẫu thí nghiệm
từ đất có thành phần á sét với các thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới
hạn dẻo Wp=13,23%. Độ ẩm tối ƣu Wop=12,88%, khối lƣợng thể tích lớn nhất
γ=1,94g/cm3. Mẫu thí nghiệm đƣợc đầm chặt bằng 2 phƣơng pháp đầm tĩnh
và đầm bằng lực động bằng quả nặng 2,5kg ở chiều cao 30cm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới tác dụng lực động ứng suất ở
trong nền đất cao hơn khi đầm bằng lực tĩnh, dẫn đến liên kết giữa các hạt đất
bền vững hơn.
Ngoài những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm để làm chặt đất nền
công trình mà còn có những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm làm chặt áo
đƣờng.
Trong công trình [35] giáo sƣ I.R.Kharkhuta cho rằng sự đầm lèn một
loại vật liệu bất kì bào đó chỉ hiệu quả khi trạng thái ứng suất đƣợc sinh ra
dƣới tác dụng của bộ phận công tác của máy đầm gần với ứng suất giới hạn
bền của vật liệu. Trong qúa trình đầm lèn bê tông asphan, khi dung trọng (độ
chặt) tăng lên đạt đƣợc hệ số dung trọng 0,85-0,96, đồng thời modul biến
dạng của vật liệu tăng 5 lần, còn giới hạn bền sẽ tăng lên 3 lần. Khi giảm


12
nhiệt độ từ 1100C xuống 600C, modun biến dạng tăng lên 8,5 lần và giới hạn
bền tăng 2,5 lần. Khuyến cáo sử dụng máy đầm rung để đầm lèn áo đƣờng bê
tông atphan nhƣ sau: Giai đoạn đầu cho máy chạy với chế độ tắt rung, giai

công tác của các máy đầm tĩnh đến chất lƣợng đầm lèn áo đƣờng cho thấy
rằng nếu chọn các kích thƣớc của trục lăn hợp lý thì khi đầm lèn áo đƣờng bê
tông át phan cho phép giảm chiều cao lƣợn sóng của mặt đƣờng phía trƣớc
trục lăn và tạo ra đƣợc độ phẳng mặt đƣờng cao nhất.
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc
Hiện nay, theo tổng công ty cơ khí xây dựng, ở nƣớc ta có tới 150.000
nhà thầu xây dựng, trong đó có khoảng 2.000 nhà thầu lớn và vừa đang hoạt
động với hàng nghìn công trình xây dựng trên mọi miền đất nƣớc đƣợc thi
công do đó nhu cầu về máy xây dựng là rất lớn. Tuy nhiên, do ngành cơ khí
xây dựng là nhóm ngành sản xuất ra các loại máy móc hạng nặng, có cấu tạo
phức tạp, kích thƣớc lớn, khối lƣợng thép lớn, chi phí vận chuyển và thành
máy cao, bên cạnh đó chƣa đƣợc quan tâm đúng mức của nhiều bộ ngành nên
cho đến nay hầu hết các loại máy xây dựng chúng ta phải nhập khẩu từ nƣớc
ngoài. Có thể dễ dàng nhận thấy ở một số tỉnh, thành phố có hoạt động công
nghiệp phát triển nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đồng Nai,
Bình Dƣơng hàng trăm các bãi bán máy xây dựng sôi động nhiều năm nay.
Đối với các loại máy đầm nén đất, do đặc điểm tự nhiên và đất đá ở
từng vùng khác nhau, qui mô sản xuất ở các công trình khác nhau cho nên có
nhiều loại máy đầm đƣợc sử dụng, nhƣng phổ biến là các loại máy đầm rung
do tính ƣu việt và hiệu quả nổi bật của chúng [8].
Một số loại đầm rung sử dụng rộng rãi đƣợc nhập từ Caterpillar,
Komatsu (Nhật). Loại đầm trống chân cừu có các mác máy CS-323C,
CS431C, CS-433C, JV06H, JV08H, JV16-1, JV25-3,… Ƣu việt của các loại


14
máy này là có tính đa năng vừa có thể thực hiện công việc san lấp, vừa đầm
lèn, tốc độ hoạt động cao, có trang bị truyền động biến mô, tất cả các bánh
đều là chủ động, khung có khớp quay, khoảng cách tâm bánh trƣớc và bánh
sau lớn hơn nên khá ổn định.

các loại đất khác nhau và có tính cơ động cao.


16

Hình 1.7. Máy đầm của hãng Sakai

Hình 1.8. Máy đầm hãng Tacom
Hiện nay, do chƣa đƣợc quan tâm đầy đủ cho nên việc nghiên cứu về
máy xây dựng và máy đầm nén đất ở nƣớc ta rất ít và chƣa có hệ thống. Một
số công trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực rung động, cơ sở nguyên lý
làm việc của các thiết bị đầm rung đƣợc công bố nhƣ:
Nguyễn Trọng Luân: nghiên cứu ứng dụng rung động để làm chặt đất
nền đƣờng năm 1995.


17
Trần Văn Tuấn: khảo sát động lực học máy đầm xung kích tự di chuyển
năm 2002.
Trong các tài liệu về cơ sở lý thuyết kỹ thuật rung trong xây dựng, các
tác giả Nguyễn Đình Chiểu, Nguyễn Trọng, Nguyễn Anh Tuấn đã trình bày
một số vấn đề cơ bản của lý thuyết dao động cơ học liên quan trực tiếp đến áp
dụng kỹ thuật rung nói chung và một vài bài toán cơ bản cũng nhƣ các kết quả
nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nƣớc vào những năm gần đây, trong
đó đặc biệt chú ý đến các mô hình bài toán ứng dụng kỹ thuật rung trong xây
dựng.
Kết luận: Các loại máy xây dựng nói chung và máy đầm nén đất nói
riêng đã đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc công nghiệp và cũng nhƣ ở nƣớc
ta. Tuỳ theo điều kiện sử dụng nhƣ loại đất, đá qui mô công trình xây dựng
mà mỗi nơi có các loại máy thích hợp đƣợc chọn để đầm nén nền công trình.

- Do hạn chế về qui mô đề tài và thời gian làm luận văn tốt nghiệp, đề
tài chỉ tập trung nghiên cứu thành phần hạt, chiều dày lớp đất đầm và ảnh
hƣởng của chúng tới chi phí năng lƣợng riêng và năng suất của máy đầm
trong quá trình đầm nén đất nền đƣờng.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã sử dụng một số phƣơng
pháp nghiên cứu nhƣ sau:
+ Phƣơng pháp thực nghiệm khoa học: phƣơng pháp này đƣợc sử dụng
trong phân tích mẫu đất thí nghiệm để xác định một số tính chất cơ bản của
đất nhƣ độ ẩm, thành phần hạt.
+ Phƣơng pháp kế thừa tƣ liệu: Sử dụng các kết quả nghiên cứu các
nghiên cứu trên thế giới và trong nƣớc để có cái nhìn tổng quan về vấn đề
nghiên cứu và định hƣớng cho vấn đề nghiên cứu cho đề tài ở phần cơ sở lý
luận.