Bài giảng Các vấn đề chung về xây dựng nền đường

Trang 1 Ch−¬NG 1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG 1.1. KHÁI NIỆM, YÊU CẦU ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG VÀ CÔNG TÁC THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG. 1.1.1. Khái niệm Nền đường là bộ phận chủ yếu của công trình đường, có tác dụng khắc phục địa hình thiên nhiên, nhằm tạo nên một tuyến đường có các tiêu chuấn kỹ thuật phù hợp với một cấp hạng đường nhất định, nhiệm vụ của nó là đảm bảo cường độ và độ ổn định của áo đường. Nó là nền tảng của áo đường; cường độ, tuổi thọ và chất lượng sử dụng của áo đường phụ thuộc rất lớn vào cường độ và độ ổn định của nền đường. 1.1.2. Yêu cầu đối với nền đường. + Đảm bảo ổn định toàn khối, + Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ nhất định, + Đảm bảo ổn định cường độ trong suốt thời kỳ khai thác. Yêu tố chủ yếu ảnh hưởng tới cường độ và độ ổn định của nền đường bao gồm: + Tính chất của đất nền đường. (vật liệu xây dựng nền đường). + Phương pháp thi công đặc biệt là chất lượng đầm lèn. + Biện pháp thoát nước và biện pháp bảo vệ nền đường. Trong từng điều kiện cụ thể, có thể xảy ra các hiện tượng hư hỏng sau đối với nền đường : + Nền đường bị lún: + Nền đường bị trượt: do nền đường đắp trên sườn dốc mà không rẫy cỏ, đánh bậc cấp... + Nền đường bị nứt + Sụt lở mái ta luy: a)Lún b) Trượt trên sườn dốc c) Sụt ta luy 1.1.3. Yêu cầu với công tác thi công nền đường. Trong xây dựng đường, công tác làm nền đường chiếm tỷ lệ khối lượng rất lớn, nhất là đường vùng núi, đòi hỏi nhiều sức lao động máy móc, xe vận chuyển, cho nên nó còn là một trong những khâu mấu chốt ảnh hưởng tới thời hạn hoàn thành công trình. Mặt khác chất lượng của nền đường cũng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng chung của công trình nền đường. Trang 2 Vì vậy trong công tác tổ chức thi công nền đường phải bảo đảm: 1. Chọn phương pháp thi công thích hợp, 2. Chọn máy móc thiết bị thi công hợp lý, 3. Có kế hoạch sử dụng tốt nguồn nhân lực, máy móc, vật liệu và tận dụng triệt để công tác điều phối đất, 4. Các khâu công tác thi công phải được tiến hành theo kế hoạch thi công đã định, 5. Tuân thủ chặt chặt chẽ quy trình, quy phạm kỹ thuật và quy tắc an toàn trong thi công. 1.2. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH NỀN ĐƯỜNG VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT NỀN ĐƯỜNG. 1.2.1. Phân loại công trình nền đường: Đối với công tác thi công nền đường, thường căn cứ vào khối lượng thi công của công trình, chia làm hai loại: + Công trình có tính chất tuyến: khối lượng đào đắp không lớn và phân bố tương đối đều dọc theo tuyến. + Công trình tập trung: là công trình có khối lượng thi công tăng lớn đột biến trên một đoạn đường có chiều dài nhỏ, ví dụ: như tại các vị trí đào sâu, đắp cao. Việc phân loại này giúp ta xác định được tính chất của công trình, từ đó đề ra giải pháp thi công thích hợp. 1.2.2. Phân loại đất xây dựng nền đường: Có nhiều cách phân loại đất nền đường: 1.2.2.1. Phân loại theo mức độ khó dễ khi thi công: - Đất: được phân thành 4 cấp: CI , CII , CIII , CIV (cường độ của đất tăng dần theo cấp đất). Đất cấp I, II thường không được dùng để đắp nền đường mà chỉ dùng đất cấp III và cấp IV. - Đá: được phân thành 4 cấp: CI , CII , CIII , CIV (cường độ của đá giảm dần theo cấp đá). Đá CI : Đá cứng, có cường độ chịu nén >1000 daN/cm2. Đá CII : Đá tương đối cứng, có cường độ chịu nén từ 800-1000 daN/cm2. Đá CIII : Đá trung bình, có cường độ chịu nén từ 600 - 800 daN/cm2. Đá CIV : Đá tương đối mềm, giòn, dễ dập, có cường độ chịu nén < 600 daN/cm2. Trong đó đá CI, CII chỉ có thể thi công bằng phương pháp nổ phá, còn đá CIII và CIV có thể thi công bằng máy. Cách phân loại này dùng làm căn cứ để chọn phương pháp thi công hợp lý từ đó đưa ra được định mức lao động tương ứng và tính toán được giá thành, chi phí xây dựng công trình. (Ví dụ: đất đá khác nhau thì độ dốc ta luy khác nhau → khối lượng khác nhau, đồng thời phương pháp thi công cũng khác nhau → giá thành xây dựng khác nhau). 1.2.2.2. Phân loại theo tính chất xây dựng: Trang 3 Cách phân loại này cho người thiết kế, thi công biết được tính chất, đặc điểm và điều kiện áp dụng của mỗi loại đất. Theo tính chất xây dựng người ta phân thành: - Đá: các loại đá phún xuất, trầm tích, biến chất ở trạng thái liền khối hoặc rạn nứt. Đá dùng để đắp nền đường rất tốt đặc biệt là tính ổn định nước. Tuy nhiên do có giá thành cao nên nó ít được dùng để xây dựng nền đường mà chủ yếu dùng trong xây dựng mặt đường. - Đất: là vật liệu chính để xây dựng nền đường; đất có thể chia làm hai loại chính: + Đất rời: ở trạng thái khô thì rời rạc, chứa không quá 50% các hạt >2mm, chỉ số dẻo Ip < 1; gồm các loại như: cát sỏi, cát hạt lớn, cát hạt vừa, cát hạt nhỏ và cát bột. + Đất dính: nhỏ hạt ở trạng thái khô thì dính kết, chỉ số dẻo Ip > 1, gồm các loại như: đất á cát, á sét, sét. Có rất nhiều loại đất khác nhau, tuy nhiên trong xây dựng nền đường thì vấn đề quan trọng nhất là phải chọn được loại đất phù hợp với từng công trình nền đường, đặc biệt là phù hợp với chế độ thuỷ nhiệt của nền đường. * Đất cát: Là loại vật liệu rất kém dính (c=0), trong đó không hoặc chứa rất ít hàm lượng đất sét. Do vậy đất cát là loại vật liệu có thể dùng cho mọi loại nền đường đặc biệt các đoạn chịu ảnh hưởng nhiều của nước. * Đất sét: Trong đất chứa nhiều thành phần hạt sét, có lực dính C lớn. Khi đầm chặt cho cường độ khá cao. Tuy nhiên do có nhiều hạt sét nên đất sét là vật liệu kém ổn định với nước, khi bị ngâm nước hoặc bị ẩm, cường độ của nó giảm đi rất nhiều. Do đó, đất sét thường chỉ dùng ở những nơi không hoặc ít chịu ảnh hưởng của nước. * Đất cấp phối, sỏi đồi: Là loại cấp phối tự nhiên, có nhiều ở vùng trung du, đồi núi thấp. Trong thành phần hạt, sỏi sạn chiếm tỷ lệ tương đối lớn, khi đầm chặt cho cường độ rất cao (E0 ≈ 1800daN/cm2). Tuy nhiên trong thành phần của nó cũng chứa một hàm lượng sét nhất định nên nó cũng là loại vật liệu kém ổn định với nước. Do vậy, vật liệu này chỉ sử dụng ở những nơi ít chịu ảnh hưởng của nước, hoặc để làm lớp trên cùng của nền đường. * Đất á sét, á cát: Là loại đất có tính chất ở mức độ trung bình giữa đất cát và đất sét, do vậy nó cũng được dùng phổ biến trong xây dựng nền đường. a) Đất sét b) Đất cát c) Đất á cát, á sét τ τ σ σ τ τ σ φ σ τ σ φτ Trang 4 * Các loại đất sau không dùng để đắp nền đường: Đất chứa nhiều chất hữu cơ, đất than bùn, đất chứa nhiều lượng muối hoà tan, đất có độ ẩm lớn. 1.3. TRÌNH TỰ VÀ NỘI DUNG THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG. Khi tổ chức thi công nền đường phải căn cứ vào điều kiện thiên nhiên, tình hình máy móc, thiết bị, nhân lực để phối hợp thực hiện theo một trình tự thích hợp. 1.3.1. Công tác chuẩn bị trước khi thi công. 1.31.1. Công tác chuẩn bị về mặt kỹ thuật: - Nghiên cứu hồ sơ, - Khôi phục và cắm lại tuyến đường trên thực địa, - Lên ga, phóng dạng nền đường, - Xác định phạm vi thi công, - Làm các công trình thoát nước, - Làm đường tạm đưa các máy móc vào công trường. 1.3.1.2. Công tác chuẩn bị về mặt tổ chức: - Tổ chức bộ phận quản lý chỉ đạo thi công, - Chuyển quân, xây dựng lán trại, - Điều tra phong tục tập quán địa phương, điều tra tình hình khí hậu thủy văn tại tuyến đường v.v... 1.3.2. Công tác chính. + Xới đất + Đào vận chuyển đất. + Đắp đất, đầm chặt đất. + Công tác hoàn thiện: san phầng bề mặt, tu sửa mái dốc ta luy, trồng cỏ. 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG. Khi chọn các phương pháp thi công nên đường phải căn cứ vào loại tính chất công trình, thời hạn thi công, điều kiện nhân vật lực, thiết bị hiện có. Sau đây là các phương pháp thi công nền đường chủ yếu. 1.4.1. Thi công bằng thủ công. - Dùng dụng cụ thô sơ và các công cụ cải tiến, dựa vào sức người là chính để tiến hành thi công. - Có chất lượng và năng suất thấp. - Phương pháp thi công này thích hợp với công trình có khối lượng công tác nhỏ, cự ly vận chuyển ngắn trong điều kiện không sử dụng được máy móc (diện thi công quá hẹp, không đủ diện tích cho máy hoạt động). 1.4.2. Thi công bằng máy. Trang 5 - Sử dụng các loại máy làm đất bao gồm: máy xới, máy ủi, máy đào, máy xúc chuyển, máy lu v.v... để tiến hành thi công. - Phương pháp này cho năng suất cao, chất lượng tốt, là cơ sở để hạ giá thành xây dựng. - Phương pháp thi công này thích hợp với công trình có khối lượng đào đắp lớn, yêu cầu thi công nhanh, đòi hỏi chất lượng cao. 1.4.3. Thi công bằng nổ phá. - Sử dụng năng lượng lớn sinh ra từ phản ứng nổ của thuốc nổ để đào đắp đất đá xây dựng nền đường, bên cạnh đó dùng các thiết bị phụ trợ cần thiết: như thiết bị khoan lỗ mìn, đào buồng mìn, kíp nổ, mồi nổ... - Thi công bằng thuốc nổ có thể đảm bảo nhanh chóng, không đòi hỏi nhiều nhân lực, máy móc nhưng yêu cầu phải tuyệt đối an toàn. - Phương pháp này thường dùng ở những nơi đào nền đường qua vùng đá cứng hoặc các trường hợp phức tạp mà các phương pháp khác không thi công được. 1.4.4. Thi công bằng sức nước - Thi công bằng sức nước là lợi dụng sức nước xói vào đất làm cho đất tở ra, hòa vào với nước, đất lơ lửng ở trong nước rồi được dẫn tới nơi đắp. - Như vậy, các khâu công tác đào và vận chuyển đất đều nhờ sức nước. Nhận xét: Các phương pháp thi công chủ yếu trên có thể được áp dụng đồng thời trên các đoạn khác nhau, hay phối hợp áp dụng trên cùng một đoạn tuỳ theo điều kiện địa hình địa chất, thủy văn, điều kiện máy móc, thiết bị, nhân lực, điều kiện vật liệu mà áp dụng các phương pháp trên với mức độ cơ giới hoá khác nhau. Hiện nay ở nước ta chủ yếu kết hợp giữa thi công bằng máy và thủ công, trong những trường hợp gặp đất đá cứng thì kết hợp với phương pháp thi công bằng thuốc nổ. Trang 6 CH−¬ng 2. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG 2.1. CÔNG TÁC KHÔI PHỤC CỌC. Nhận xét: Giữa thiết kế và thi công thường cách nhau một khoảng thời gian nhất định có thể dài hay ngắn; trong quá trình đó các cọc định vị trí tuyến đường khi khảo sát có thể bị hỏng hoặc mất do nhiều nguyên nhân. Do đó cần phải bổ sung và chi tiết hoá các cọc để làm cho việc thi công được dễ dàng, định được phạm vi thi công và xác định khối lượng thi công được chính xác. Nội dung công tác khôi phục cọc và định phạm vi thi công gồm: - Khôi phục cọc đỉnh: Cọc đỉnh được cố định bằng cọc bê tông đúc sẵn hoặc đổ tại chỗ. Khi khôi phục cọc đỉnh xong phải tiến hành giấu cọc đỉnh ra khỏi phạm vi thi công. Để giấu cọc có thể dùng các biện pháp sau: + Giao hội góc. + Giao hội cạnh. + Giao hội góc cạnh. + Cạnh song song (thường dùng những nơi tuyến đi song song với vách đá cao). - Khôi phục tại thực địa những cọc chủ yếu xác định vị trí tuyến đường thiết kế: + Điểm đầu, điểm cuối. + Cọc lý trình (cọc H, cọc kilomét). + Cọc chủ yếu xác định đường cong (NĐ, NC, TĐ, TC, P). + Cọc xác định vị trí các công trình (Cầu, cống, kè, tường chắn…) - Khôi phục cọc chi tiết và đóng thêm cọc phụ: + Trên đường thẳng: khôi phục như thiết kế. + Trên đường cong: khoảng cách giữa các điểm chi tiết tuỳ thuộc vào bán kính đường cong: R < 100m : khoảng cách cọc 5m R = 100 - 500m : khoảng cách cọc 10m R > 500m : khoảng cách cọc 20m + Có thể đóng thêm cọc phụ ở những đoạn cá biệt để tính khối lượng được chính xác hơn (Thiết kế kỹ thuật: 20-30m/cọc, khi cần chi tiết có thể 5-10m/cọc): * Các đoạn có thiết kế công trình tường chắn, kè... * Các đoạn có nghi ngờ về khối lượng. * Các đoạn bị thay đổi địa hình. - Kiểm tra cao độ mốc và có thể thêm các mốc cao độ mới để thuận tiện trong quá trình thi công (các mốc gần công trình cầu cống để tiện kiểm tra cao độ khi thi công). Thông thường khoảng cách giữa các mốc đo cao như sau: + 3km : vùng đồng bằng, Trang 7 + 2km : vùng đồi, + 1km : vùng núi. + Ngoài ra còn phải đặt mốc đo cao ở các vị trí công trình: cầu, cống, kè, ở các chỗ đường giao nhau khác mức v.v... Tuỳ thuộc tầm quan trọng của công trình mà cao độ có thể được xác định theo mốc cao độ quốc gia hay mốc cao độ giả định. - Kiểm tra độ cao thiên nhiên ở tất cả các cọc chi tiết trên tuyến. 2.2. CÔNG TÁC LÊN KHUÔN ĐƯỜNG (LÊN GA) VÀ ĐỊNH PHẠM VI THI CÔNG - Mục đích: Công tác lên khuôn đường (còn gọi là công tác lên ga) nhằm cố định những vị trí chủ yếu của mặt cắt ngang nền đường trên thực địa để đảm bảo thi công nền đường đúng với thiết kế. - Tài liệu dùng để lên khuôn đường là: bản vẽ mặt cắt dọc, bình đồ và mặt cắt ngang nền đường. - Đối với nền đắp, công tác lên khuôn đường bao gồm việc xác định độ cao đắp đất tại trục đường và mép đường, xác định chân ta luy. - Đối với nền đào các cọc lên khuôn đường phải rời ra khỏi phạm vi thi công, trên các cọc này phải ghi lý trình và chiều sâu đào đất: sau đó phải định đươc mép ta luy nền đào. - Khi thi công cơ giới, các cọc lên khuôn đường có thể bị mất đi trong quá trình thi công
cần phải dời ra khỏi phạm vi thi công. - Xác định phạm vi thi công, phạm vi giải phóng mặt bằng để tiến hành giả phóng mặt bằng. Nhận xét: Công tác GPMB thường rất phức tạp, tốn kém, ảnh hưởng nhiều đến tiến độ thi công công trình. Do đó, ngay từ khâu thiết kế cần lưu ý tới vấn đề này: có các phương án chỉnh tuyến cho hợp lý và trong quá trình thực hiện thì phải kết hợp nhiều cơ quan tổ chức. 2.3. CÔNG TÁC DỌN DẸP TRƯỚC KHI THI CÔNG Để đảm bảo nền đường ổn định và có đủ cường độ cần thiết thì trước khi thi công nền đường đặc biệt là các đoạn nền đường đắp phải làm công tác dọn dẹp. Công tác này bao gồm: - Bóc đất hữu cơ. - Nạo vét bùn. - Phải chặt các cành cây vươn xoè vào phạm vi thi công tới độ cao 6m, phải đánh gốc cây khi chiều cao nền dắp nhỏ hơn 1,5m hoặc khi chiều cao gốc cây cao hơn mặt đất tự nhiên 15-20cm. Các trường hợp khác phải chặt cây (chỉ để gốc còn lại cao hơn mặt đất 15cm). - Các hòn đá to cản trở việc thi công nền đào hoắc nằm ở các đoạn nền đắp có chiều cao nhỏ hơn 1,5m, đều phải dọn đi. Thường những hòn đá có thể tích trên 1,5m3 thì phải Trang 8 dùng mìn để phá nổ, còn những hòn đá nhỏ hơn có thể dùng máy để đưa ra khỏi phạm vi thi công. - Các hòn đá tảng nằm trong phạm vi hoạt động của nền đường cần phá bỏ để đảm bảo nền đồng nhất, tránh lún không đều. H ( 1. 5m ) Vïng ho¹t ®éng cña nÒn ®−êng CÇn xö lý Kh«ng cÇn xö lý - Trong phạm vi thi công nếu có các đống rác, đầm lầy, đất yếu, đất muối, hay hốc giếng, ao hồ... đều cần phải xử lý thoả đáng trước khi thi công. Tất cả mọi chướng ngại vật trong phạm vi thi công phải phá dỡ và dọn sạch. + Trong phần nền đắp, các hố đào bỏ cây cối hoặc các chướng ngại vật đều phải được lấp và đầm chặt bằng các vật liệu thích hợp như vật liệu đắp nền đường thông thường. + Việc đổ bỏ, huỷ bỏ các chất thải do dọn dẹp mặt bằng phải tuân thủ pháp luật và các quy định của địa phương. Nếu đốt (cây, cỏ) phải được phép và phải có người trông coi để không ảnh hưởng đến dân cư và công trình lân cận. + Chất thải có thể được chôn lấp với lớp phủ dầy ít nhất 30cm và phải bảo đảm mỹ quan. + Vị trí đổ chất thải nếu nằm ngoài phạm vi chỉ giới giải phóng mặt bằng thì phải có sự cho phép của địa phương (qua thương lượng). + Vật liệu tận dụng lại phải được chất đống với mái dốc 1:2 và phải bố trí ở những nơi không ảnh hưởng đến việc thoát nước; phải che phủ bề mặt đống vật liệu. 2.4. BẢO ĐẢM THOÁT NƯỚC TRONG THI CÔNG Trong suốt quá trình thi công phải chú ý và đảm bảo thoát nước để tránh các hậu quả xấu có thể xẩy ra phải ngừng thi công một thời gian, phải làm thêm một số công tác do mưa gây ra hoặc có khi phải phá công trình để làm lại v.v... Để đảm bảo thoát nước trong thi công, cần chú ý tổ chức thi công đầu tiên các công trình thoát nước có trong thiết kế, đồng thời có thể phải làm thêm một số công trình phụ như mương rãnh tạm chỉ dùng trong thời gian thi công, các công trình phụ này cần được thiết kế trong khi lập thiết kế tổ chức thi công đường. Ngoài ra trong mỗi công trình cụ thể cũng cần phải có những biện pháp kỹ thuật và tổ chức để bảo đảm thoát nước: - Khi thi công nền đắp, phải đảm bảo cho bề mặt của nó có độ dốc ngang. Để đảm bảo an toàn cho máy làm đường và ô tô chạy, trị số độ dốc ngang không quá 10%. Trang 9 - Khi thi công nền đường đào hoặc rãnh thoát nước phải thi công từ thấp lên cao. 2.5. CHUẨN BỊ XE MÁY THI CÔNG. - Trong quá trình chuẩn bị, nhà thầu phải chuẩn bị và vận chuyển đến công trường các máy móc thiết bị đáp ứng được các yêu cầu thi công theo đúng các quy định trong hợp đồng thầu, phải đào tạo công nhân sử dụng các máy móc thiết bị đó và tổ chức bảo dưỡng sửa chữa chúng trong quá trình thi công. - Trong quá trình chuẩn bị, nhà thầu phải bố trí một xưởng sửa chữa cơ khí để tiến hành công tác sửa chữa và bảo dưỡng máy trong khi thi công. - Phải thực hiện tốt phương châm “phân công cố định người sử dụng máy, định rõ trách nhiệm, vị trí công tác”. Trang 10 Ch−¬ng 3. CÁC PHƯƠNG ÁN THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐÀO VÀ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP Khi thi công nền đường đào và nền đường đắp, có thể có nhiều phương án thi công khác nhau. Chọn phương án thi công nào, phải xuất phát từ tình hình cụ thể và phải thỏa mãn được yêu cầu sau: Máy móc và nhân lực phải được sử dụng thuận lợi nhất, phát huy được tối đa công suất của máy, phải có đủ diện thi công, đảm bảo máy móc và nhân lực làm việc được bình thường và an toàn. 3.1. CÁC PHƯƠNG ÁN THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐÀO 3.1.1. Phương án đào toàn bộ theo chiều ngang. - Trên toàn bộ chiều dài đoạn nền đường đào, tiến hành chia thành nhiều đoạn nhỏ, trên mỗi đoạn nhỏ tiến hành đào trên toàn bộ mặt cắt ngang nền đường (chiều rộng và chiều sâu) hạ xuống cao độ thiết kế, có thể đào từ một đầu hoặc từ cả hai đầu đoạn nền đào, tiến dần vào dọc theo tim đường. (hình 3-l). a) Đào trên toàn mặt cắt b) Đào theo bậc Hình 3.1. Đào toàn bộ theo chiều ngang. - Có thể dùng các giải pháp thi công sau: + Sử dụng máy xúc (máy đào), là loại máy thích hợp nhất để thi công. Tuy nhiên, để nâng cao năng suất của máy thì chiều cao mỗi bậc phải đảm bảo máy xúc đầy gầu (3- 4m, tuỳ theo loại đất và dung tích gầu). + Thi công bằng thủ công: Biện pháp này chỉ dùng khi nền đào có khối lượng nhỏ hoặc không thể thi công bằng máy. Chiều cao đào của mỗi bậc độ l,5 đến 2,0m để đảm bảo an toàn lao động và thi công thuận lợi NÒn ®¾p H−íng ®µo NÒn ®µo A A NÒn ®¾p B H−íng ®µo NÒn ®µo B A - A 1: m 1: m B - B BËc thø 1 BËc thø 2 §−êng vËn chuyÓn ®Êt a) b) BËc thø 1 BËc thø 2 Phần đào sau cùng Trang 11 - Nếu nền đường sâu, có thể chia làm nhiều bậc để đồng thời tiến hành thi công, để tăng diện thi công nhưng phải đảm bảo mỗi bậc có đường vận chuyển đất và hệ thống thoát nước riêng tránh tình trạng nước ở bậc trên chảy xuống bậc dưới, ảnh hưởng tới công tác thi công ở bậc dưới. - Phương án này thích hợp với những đoạn nền đào sâu và ngắn. 3.1.2. Phương án đào từng lớp theo chiều dọc. - Tức là đào từng lớp theo chiều dọc trên toàn bộ chiều rộng của mặt cắt ngang nền đường (hình 3-2) và đào sâu dần xuống dưới. NÒn ®¾p NÒn ®¾p NÒn ®µo 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3.2. Đào từng lớp theo chiều dọc - Có thể dùng các loại máy sau để thi công: + Nếu cự ly vận chuyển ngắn (<100m) thì có thể dùng máy ủi. + Nếu cự ly vận chuyển dài (100<L<1000m) thì có thể dùng máy xúc chuyển. + Nếu cự ly vận chuyển L>1000m thì có thể dùng máy xúc kết hợp ô tô vận chuyển hoặc máy ủi để đào kết hợp máy xúc và ô tô vận chuyển. - Để đảm bảo thoát nước tốt, bề mặt đào phải luôn luôn dốc ra phía ngoài. - Phương án này thích hợp khi địa chất của nền đào gồm nhiều tầng lớp vật liệu khác nhau mà có thể tận dụng vật liệu đào để đắp nền tuy nhiên, phương án này không thích hợp với nơi địa hình dốc và bề mặt gồ ghề không thuận tiện cho máy làm việc. 3.1.3. Phương án đào hào dọc. - Khi dùng phương án này, thì đào một hào dọc hẹp trước rồi lợi dụng hào dọc đó mở rộng sang hai bên hình (3-3), như vậy có thể tăng diện thi công, có thể lợi dụng hào dọc đó để làm đường vận chuyển và thoát nước ra ngoài. - Để đào hào dọc có thể dùng một trong hai phương trên. - Sau khi đào hào dọc xong, có thể dùng máy xúc hay nhân lực để thi công nền đường theo phương án này. 1 4 5 623 7 10 1189 Hình 3.3. Đào hào dọc - Có thể lắp đường ray, dùng xe goòng để vận chuyển đất. - Phương án này thích hợp với các đoạn nền đào vừa dài vừa sâu. 3.1.4. Phương án đào hỗn hợp. Trang 12 Có thể phối hợp phương án l và 3, tức là đào một hào dọc trước rồi đào thêm các hào ngang để tăng diện tích thi công (hình 3-4). Mỗi một mặt đào có thể bố trí một tổ hay một máy làm việc. Hµo ®µo ngang Hµo ®µo däc Hình 3.4 Đào hỗn hợp Nhận xét: Khi chọn phương án thi công, ngoài việc xét tính chất của công trình, loại máy móc và công cụ thi công ra, còn phải xét tới mặt cắt địa chất của nền đào. Nếu đất của nền đào dùng để đắp mà có nhiều loại khác nhau, phân bố theo nhiều lớp nằm ngang thì dùng phương pháp đào từng lớp theo chiều dọc là hợp lý hơn (vì nó thoả mãn các yêu cầu đối với việc đắp nền đắp. Khi đổ đống đất bỏ của nền đào về phía trên sườn dốc thi cần đổ liên tục thành đê ngăn nước, dẫn nước ra ngoài không để chảy vào nền đường. Nếu đổ phía dưới sườn dốc, thì phải đổ gián đoạn để đảm bảo nước có thể thoát ra ngoài một cách thuận lợi . Khi đổ đất ở ven sông suối, không được chắn ngang hay làm hẹp lòng sông suối. Đường đào hoàn thành đến đâu phải làm ngay hê thống cống rãnh thoát nước đến đó, đảm bảo mặt đường luôn luôn khô ráo. 3.2. PHƯƠNG ÁN THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP 3.2.1. Xử lý nền đất thiên nhiên trước khi đắp. Trước khi đắp đất làm nền đường, để bảo đảm nền đường ổn định, chắc chắn không bị lún, trụt, trượt, thì ngoài việc đảm bảo yêu cầu về đắp đất ra, phải xử lý tốt nền đất thiên nhiên. a. Nền thông thường: căn cứ vào độ dốc sườn tự nhiên - Nếu độ dốc sườn tự nhiên is < 20% chỉ cần tiến hành rẫy cỏ, bóc đất hữu cơ ở phạm vi đáy nền tiếp xúc với sườn dốc. Nếu không rẫy hết cỏ thì mùa mưa, nước chảy trên sườn sẽ thấm theo lớp cỏ mục rũa đó, lâu dần làm xói đáy nền, làm giảm sức bám của nền với mặt đất tự nhiên và sẽ làm cho nền bị trượt. - Nếu độ dốc sườn tự nhiên is = 20 - 50% : cần đánh bậc cấp theo quy định sau: + Nếu thi công bằng thủ công thì bề rộng bậc cấp b = 1.0m Trang 13 + Nếu thi công bằng máy thì chiều rộng bậc cấp phải đảm bảo đủ diện thi công cho máy làm việc, thường b = 2 - 4.0m. + Mỗi cấp cần dốc vào phía trong từ 2% đến 3%. - Nếu độ dốc sườn tự nhiên is > 50% : cần có biện pháp thi công riêng, làm các công trình chống đỡ như : tường chắn, kè chân, kè vai đường... 1:m 1:m b 20%<is<50% 2 - 3% Hình 3.5. Cấu tạo bậc cấp b. Nền có đất yếu: Có thể dùng một số biện pháp sau: - Xây dựng nền đắp theo giai đoạn, - Tăng chiều rộng của nền đường, làm bệ phản áp, - Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ đất yếu, - Giảm trọng lượng nền đắp, - Phương pháp gia tải tạm thời, - Thay đất hoặc làm tầng đệm cát, - Đắp đất trên bè, - Sử dụng đường thấm thẳng đứng (cọc cát, giếng cát, bấc thấm), - Cột ba lát, cọc bê tông cốt thép… c. Các trường hợp địa chất đặc biệt khác như: Karst, hang động ngầm phải có giải pháp xử lý phù hợp. 3.2.2. Chọn vật liệu đắp. Vật liệu đắp: Để đảm bảo nền đường ổn định, không phát sinh hiện tương lún, biến dạng, trượt v.v... thì cần chọn loại đất đắp thích hợp vì vậy, phải xét tính chất cơ lý của đất. Dùng đất thoát nước tốt để đắp nền đường là tốt nhất, do ma sát trong lớn, tính co rút nhỏ, ít chịu ảnh hưởng của nước. Đất dính thoát nước khó, kém ổn định đối với nước nhưng khi đảm bảo đầm chặt, thì cũng đạt được độ ổn định tốt, do đó nó thường được dùng ở những nơi nền đường khô ráo, không bị ngập, chân đường thoát nước nhanh, hoặc dùng đắp bao nền cát… Những loại đất sau đây không thể dùng để đắp nền đường: đất dính có độ ẩm lớn, đất có lẫn nhiều chất hữu cơ, đất có chứa muối hòa tan và thạch cao (tỷ lệ muối và thạch cao trên 5%), đất cát bột, đất bùn. 3.2.3. Nguyên tắc đắp nền đường bằng đất. a. Nguyên tắc đắp đất nền đường mới: Trang 14 - Đất khác nhau phải đắp thành từng lớp nằm ngang khác nhau, không đắp lẫn lộn (Tránh hiện tượng lún không đều làm hư hỏng mặt đường). - Nếu đất thoát nước tốt (đất cát, á cát) đắp trên đất thoát nước khó (sét, á sét) thì bề mặt lớp thoát nước khó phải dốc nghiêng sang hai bên với độ dốc không nhỏ hơn 4% để đảm bảo nước trong lớp đất trên thoát ra ngoài dễ dàng. 4%4% §Êt tho¸t n−íc tèt §Êt khã tho¸t n−íc §Êt tho¸t n−íc tèt §Êt khã tho¸t n−íc - Nếu đất thoát nước tốt đắp dưới lớp thoát nước khó, thì bề mặt lớp dưới có thể bằng phẳng. §Êt khã tho¸t n−íc §Êt tho¸t n−íc tèt §Êt khã tho¸t n−íc §Êt tho¸t n−íc tèt §¾p ®óng §¾p sai - Không nên dùng đất thoát nước khó (đất sét) bao quanh, bít kín loại đất thoát nước tốt (đất cát, á cát). - Khi dùng đất khác nhau đắp trên những đoạn khác nhau, thì những chỗ nối phải đắp thành mặt nghiêng (dạng hình nêm) để chuyển tiếp dần từ lớp này sang lớp kia và dễ đầm chặt, tránh hiện tượng lún không đều . §Êt tho¸t n−íc tèt §Êt khã tho¸t n−íc b. Nguyên tắc đắp đất nền đường nâng cấp mở rộng: + Đất dùng để mở rộng tốt nhất là cùng loại với đất nền đường cũ. Trường hợp không có, thì dùng đất thoát nước tốt. + Trước khi mở rộng thì phải rẫy cỏ và đánh cấp. + Khi đắp đất, cần đắp từng lớp và đầm đạt độ chặt cần thiết. + Trong trường hợp thi công bằng máy mà chiều rộng mở thêm không đủ cho máy làm việc thì chuyển sang thi công bằng thủ công hoặc mở rộng thêm nền đường đủ diện cho máy hoạt động , sau đó thì bạt đi. + Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà có thể mở rộng 1 bên hoặc 2 bên (mở rộng 2 bên thì mặt đường mới nằm trọn trên nền đường cũ
tăng độ ổn định, bù vênh ít. Nếu phần mở rộng quá hẹp, không đủ diện thi công cho máy thì tiến hành mở rộng 1 bên). Trang 15 3.2.4. Các phương pháp đắp nền đường bằng đất. Căn cứ các điều kiện địa hình, điều kiện vận chuyển và chiều cao đắp nền đường mà có thể dùng phương án sau: 3.2.4.1. Phương pháp đắp từng lớp ngang. - Đất được đắp thành từng lớp, rồi tiến hành đầm chặt. - Chiều dày mỗi lớp phụ thuộc vào: + Loại đất đắp: tuỳ theo loại đất đắp mà chiều dày của lớp vật liệu có thể khác nhau. Ví dụ: cát thì chiều dày có thể lớn, còn đất sét thì chiều dày mỏng. + Loại lu (áp lực lu, chiều sâu, thời gian tác dụng của lu...) + Độ ẩm của đất: Ví dụ độ ẩm lớn thì chiều dày lớp đất lớn và ngược lại 1 2 3 2 1 3 A A A-A Thường chiều dày mỗi lớp từ 0.1m đến 0.3m. Trước khi đắp lớp bên trên phải được tư vấn giám sát nghiệm thu độ chặt. Đây là phương pháp đắp nền đường tốt nhất, phù hợp với những nguyên tắc đắp đã trình bày ở trên, tạo điều kiện đảm bảo chất lượng thi công. 3.2.4.2. Phương án đắp từng lớp xiên (đắp lấn): - Áp dụng khi đắp nền nền đắp qua khu vực ao hồ, vực sâu, hay địa hình dốc. - Đất được đắp thành từng lớp xiên và kéo dài dần ra ngoài. - Do chiều dày mỗi lớp là lớn nên để đảm bảo độ chặt thì : + Dùng lu có áp lực và chiều sâu tác dụng lớn. 2 A 1 A-AA 3 + Dùng đất cát hoặc á cát. 3.2.4.3. Phương án đắp hỗn hợp: 2 A 1 A - AA 5 4 3 5 4 - Nếu nền đường tương đối cao và địa hình cho phép thì có thể đắp lớp dưới theo phương án 3.2.4.2 còn lớp trên đắp theo phương án 3.2.4.1. 3.2.5. Phương án đắp đất ở cống: Trang 16 - Yêu cầu : đắp đất để cống không bị dịch chuyển
phải đồng thời đắp đối xứng từng lớp mỏng (15 - 20cm) ở hai bên cống và đồng thời đầm chặt. - Đất đắp phía trên cống phải đầm chặt đảm bảo lún đều, tốt nhất là dùng đất cát có hàm lượng sét là 10%. - Nếu đắp bằng đá: Để đảm bảo cống chịu lực tác dụng đều thì dùng đá có d<15cm trong phạm vi sau: + Từ đỉnh cống lên phía trên là 1m. 1 1 2 3 4 5 2 3 4 6 >=2d + Từ trục cống ra hai bên một đoạn ít nhất bằng hai lần đường kính cống. 3.2.6. Phương án đắp đất ở đầu cầu: - Đắp từng lớp mỏng, 15 - 20cm và đầm chặt đạt độ chặt yêu cầu để tránh lún và giảm chấn động gây ra khi chạy xe vào cầu. - Để đảm bảo nền đường ổn định, việc đắp đất ở sau lưng mố cầu được tiến hành theo sơ đồ sau: Cần đầm chặt và bảo đảm thoát nước tốt: 2 1 3 4 7 6 8 5 H+2m H 2m hi Sơ đồ đắp đất ở đầu cầu - Việc đắp đất ở góc tư nón, phải tiến hành đồng thời với đắp đất sau mố, cách đắp giống trên, đảm bảo không có hiện tượng trượt ở mái dốc. - Đất dùng để đắp tốt nhất là đất á cát hay đất thoát nước tốt. Trang 17 Ch−¬NG 4. THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG BẰNG MÁY 4.1. NGUYÊN TẮC CHỌN VÀ SỬ DỤNG MÁY THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG. Khi thi công nền đường thì phải tiến hành công tác: xới, đào, vận chuyển, san, đầm nén và hoàn thiện nền đường phù hợp với thiết kế, cho nên thường phải dùng nhiều loại máy khác nhau phối hợp với nhau. + Với các công tác chính như: đào, đắp, vận chuyển, đầm lèn… thì cần dùng các loại máy chính. + Với các công tác phụ có khối lượng nhỏ như: máy xới, san, hoàn thiện… thì dùng máy phụ. Từ đó đưa ra các nguyên tắc chọn và sử dụng máy như sau: 1). Khi chọn máy phải chọn máy chính trước, máy phụ sau, trên nguyên tắc máy phụ phải đảm bảo phát huy tối đa năng suất của máy chính. Ví dụ: Thi công nền đào chữ L - Công tác chính: đào đất. → Máy chính: máy xúc, ủi. - Công tác phụ: xới đất, vận chuyển đất, lu lèn → máy phụ: xới, san, lu. 2). Khi chọn máy, phải xét một cách tổng hợp: tính chất công trình, điều kiện thi công khả năng cung cấp máy móc đồng thời phải tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật. Tính chất công trình bao gồm: - Loại nền đường (đào hay đắp), - Chiều cao đào đắp, - Cự ly vận chuyển: L < 100m: máy ủi; L < 500m: xúc chuyển có công suất nhỏ (3-6m3) hoặc L1000m: dùng máy xúc + ôtô vận chuyển, - Khối lương công việc và thời hạn thi công. Điều kiện thi công bao gồm: - Loại đất (mềm hay cứng, lẫn đá hay không...), - Điều kiện địa chất thủy văn, - Điều kiện thoát nước mặt, - Điều kiện vận chuyển (độ dốc mặt đất trạng thái mặt đường, địa hình địa vật...) - Điều kiện khí hậu (mưa, nắng, gió, nhiệt độ, sương mù v.v...), - Điều kiện cung cấp vật liệu cho máy làm việc. Điều kiện thi công có ảnh hưởng rất lớn tới việc chọn máy, nhất là đối với máy chính. Đối với đất sét lẫn đá hay đất tương đối cứng có thế dùng máy đào. Máy xúc chuyển chỉ có thể thi công đất ứng với năng suất cao sau khi đã được xới tơi. Đối với công tác đào đất ngập nước, dùng máy đào gầu dây thì thích hợp hơn các loại máy khác. Trang 18 Trong cùng một điều kiện thi công và tính chất công trình như nhau, có thể có nhiều phương án chọn máy khác nhau thì phải tiến hành so sánh kinh tế để chọn từng phương án thích hợp nhất. 3). Khi chọn máy, nên giảm số loại máy khác nhau trong cùng một đội máy và nên dùng loại máy làm được nhiều công việc khác nhau. 4). Khi sử dụng máy thì phải tìm mọi biện pháp để máy làm việc với năng suất cao nhất. Năng suất của máy trong một ca có thể xác định theo công thức tổng quát sau: t QTK N 1= T - Thời gian làm việc trong một ca (8 giờ). Kt - Hệ số sử dụng thời gian: xét đến thời gian dừng máy và thời gian máy không được sử dụng hoàn toàn gồm thời gian đi đến địa điểm làm việc, thời gian quay về nơi để máy, thời gian nghỉ của công nhân lái máy, thời gian điều máy trong quá trình làm việc, thời gian cho dầu, nước vào máy. Q - Khối lượng công việc hoàn thành được trong một chu kỳ làm việc (m; m2 hay m3). t - Thời gian của một chu kỳ làm việc để hoàn thành khối lượng công việc Q. ۞ Muốn tăng năng suất có thể có các biện pháp sau: - Tăng số ca làm việc trong một ngày để tăng năng suất làm việc trong một ngày (2 hoặc 3 ca). - Tăng hệ số sử dụng thời gian Kt; thông thường người ta nên tận dụng tối đa thời gian làm việc của máy thi công để tăng hiệu suất làm việc của máy trong một ca và có thể có các giải pháp sau: + Phải bảo dưỡng sửa chữa và cung cấp vật tư, kỹ thuật tốt, bảo đảm máy móc làm việc ở trạng thái bình thường, tận dụng thời gian làm việc của máy. + Bố trí mặt bằng tập kết máy móc hợp lý, gần công trường thi công nhằm làm giảm thời gian đi và về của máy. - Tăng khối lượng công việc hoàn thành được trong một chu kỳ làm việc Q: giá trị này càng lớn thì năng suất máy càng lớn, vì vậy cần căn cứ vào khối lượng thi công thực tế để lực chọn máy có năng suất phù hợp đồng thời với mỗi loại máy, có thể lắp thêm các thiết bị phụ trợ để làm giảm rơi vãi trong quá trình làm việc... - Rút ngắn thời gian của một chu kỳ làm việc để hoàn thành khối lượng công việc Q. Muốn tăng năng suất thì phải cố gắng làm giảm thời gian làm việc của một chu kỳ bằng cách: + Công nhân lái máy cần được huấn luyện thành thạo, có kỹ thuật cao, + Nâng cao tinh thần trách nhiệm của người lái máy, + Xác định phương pháp thi công hợp lý, + Chọn sơ đồ làm việc của máy hợp lý, Trang 19 4.2. SỬ DỤNG MÁY XỚI TRONG CÔNG TÁC XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG. - Năng suất của các loại máy làm đất như máy ủi, máy xúc chuyển, máy san phụ thuộc rất nhiều vào loại đất, trạng thái và tính chất của nó. Đối với đất cứng, đất lẫn sỏi, lẫn rễ cây, máy làm đất đào khó khăn, có khi không đào được, năng suất rất thấp, cho nên để nâng cao năng suất của máy, cần phải xới tơi đất trước khi máy bắt đầu làm việc, Tùy từng loại máy mà có yêu cầu mức độ xới khác nhau. Đối với máy san yêu cầu xới lên toàn bộ, đối với máy ủi thì yêu cầu thấp hơn, có khi không cần xới cũng được. Hình 4-1. Máy ủi có bộ phận răng xới - Chiều sâu xới thường từ 0,15m - 0,50m; có thể xác định bằng phương pháp thí nghiệm, cũng có thể tính theo công thức sau: (m) bK g.fF h − = h - Chiều sâu xới đất, (m), F - Sức kéo của, máy kéo, (kG); f - Hệ số ma sát của sắt đối với đất, (kG/t); g - Trọng lượng máy xới, (t); b - Chiều rộng xới đất, (m); K - hệ số lực cản của đất (kG/m2), đối với đất sét cứng K = 8.000 kG/m2. - Máy xới thường được đùng đối với các loại đất cấp III và IV trở lên. - Khi tiến hành xới đất, tùy theo yêu cầu và phạm vi xới đất mà có những phương án thi công khác nhau. Năng suất của máy xới có thể tính theo công thức sau: /ca)(m n.t v1000 1 K.L.B.H.TN 3t       + β = T - Số giờ làm việc trong một ca; L - Chiều dài đoạn xới (m); H - Chiều sâu xới đất (m); Trang 20 B - Chiều rộng xới của một lần chạy (m); Kt - Hệ số sử dụng thời gian; β - Hệ số giảm của năng suất đo phải cạo đất bánh ở răng máy xới; v - Tốc độ chạy của máy (km/h); t - Thời gian của một lần quay đầu; n - Số lần xới cần thiết. 4.3. THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG BẰNG MÁY ỦI. Máy ủi hay còn gọi là máy gạt, máy húc, là loại máy có năng suất cao, thi công được trong địa hình khó khăn, phức tạp do đó được dùng phổ biến trong các công trường làm đường. Máy ủi thuộc loại máy chủ đạo trong công tác đào và vận chuyển đất. 4.3.1 Phân loại máy ủi. Máy ủi thực chất là máy kéo được lắp lưỡi ủi ở phía trước. Phân loại máy ủi thường dựa vào cấu tạo của máy. - Dựa vào kích thước của lưỡi ủi, chia làm 3 loại: + Máy ủi loại nhỏ (nhẹ) có chiều dài lưỡi ủi 1,7m - 2,0m; công suất động cơ 35 - 75ml; lực kéo từ 2,5 - 13,5 tấn. + Máy ủi loại vừa có chiều dài lưỡi ủi 2,0 - 3,2m; công suất 75 - 150ml; lực kéo từ 13,5 - 20 tấn. + Máy ủi loại lớn (nặng) có chiều dài lưỡi ủi 3,2 - 4,5m; công suất > 300ml; lực kéo 30 tấn. - Dựa vào phương thức cố định của lưỡi ủi trên máy kéo, chia làm hai loại: + Máy ủi thường: lưỡi ủi chỉ có thể di chuyển theo phương vuông góc với trục dọc của máy. + Máy ủi vạn năng: lưỡi ủi có thể đặt chéo hay nghiêng, do đó máy có thể vừa ủi, vừa chuyển đất sang một bên, thường được đùng nhiều trong thi công nền đường đào hình chữ L, đào rãnh... - Dựa vào cấu tạo của bộ phận di động, chia thành: + Máy ủi bánh xích: có khả năng làm việc trên các địa hình khó khăn do có sức bám tốt nhưng tính cơ động không cao. + Máy ủi bánh lốp: có ưu điểm là cơ động, tiêu hao ít năng lượng hơn. - Dựa vào hệ thống điều khiển nâng hạ lưỡi ủi, chia làm hai loại: loại điều khiển bằng dây cáp và loại điều khiển bằng thủy lực. Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể mà chọn loại máy ủi cho phù hợp, nhưng nên ưu tiên chọn máy điều khiển bằng thuỷ lực. Trang 21 Máy ủi bánh xích điều khiển bằng thuỷ lực 4.3.2 Phạm vi sử dụng của máy ủi Máy ủi có thể làm được các công tác sau: - Đào và vận chuyển đất trong cự ly 100m, tốt nhất là cự ly 10-70m với các nhóm đất từ cấp I – IV. + Lấy đất từ thùng đấu đắp nền đường cao không quá l,5m, tối đa không quá 3m, với cự ly vận chuyển nhỏ hơn 50m + Đào đất ở nền đào đem đắp ở nền đắp với cự ly vận chuyển không quá l00m. + Đào nền đường hình chữ L trên sườn dốc lớn. - San lấp mặt bằng, hố móng công trình. - Ủi hoặc san rải vật liệu như đá dăm, cát, sỏi... - Làm công tác chuyển bị mặt bằng thi công: mở đường tạm, bóc đất hữu cơ, rãy cỏ, đánh cấp, nhổ rễ cây, đào khuôn áo đường, tăng sức kéo cho máy khác, thu dọn vật liệu... 4.3.3. Các thao tác cơ bản của máy ủi Khi làm việc, máy ủi thường tiến hành bốn thao tác: xén đất, vận chuyển đất, rải và san đất. 4.3.3.1. Xén (đào) đất: Có thể tiến hành theo 3 sơ đồ làm việc sau: - Đào đất theo lớp mỏng: (Khi dùng máy ủi D - 271 , thể tích đào 2m3) L = 6-8m 8- 10 c m Trang 22 + Thao tác: Điều khiển cho lưỡi ủi cắm sâu vào đất 8 ~ 10cm sau đó cho máy tiến về phía trước khoảng 6-8 m cho đến khi đất đầy trước lưỡi ủi. + Tận dụng được 50% công suất máy. + Áp dụng trong trường hợp đào đất cứng, đặc biệt là trên đoạn dốc để tận dụng thế xuống dốc. + Thời gian đào khoảng 20s. - Đào đất theo hình thang lệch (nêm): - L=3-4m 20 - 3 0c m + Thao tác: đầu tiên lưỡi ủi cắm sâu vào đất với độ sâu khoảng 20 ~ 30cm, rồi nâng dần lên đồng thời tiến dần về phía trước khoảng 3 ~ 4m cho đến khi đất đầy trước lưỡi ủi. + Tận dụng được tới 100% công suất máy. + Áp dụng trong trường hợp đào đất xốp, mềm. + Thời gian đào khoảng 5s. - Đào đất theo hình răng cưa. L = 5-7m 12 - 1 6c m 10 -1 4c m 8- 10 c m + Thao tác: Cắm lưỡi ủi xuống 12 ~ 16 cm, cho máy tiến về phía trước một đoạn, tiếp tục cắm lưỡi ủi xuống 10 ~ 14 cm, máy tiếp tục tiến về phía trước sau đó lại cắm lưỡi ủi xuống 8 ~ 10cm và tiến về phía trước cho đến khi đất đầy trước lưỡi ủi. Chiều dài đào theo hình răng cưa khoảng 5 ~ 7m. + Tận dụng được 95-100% công suất máy. + Áp dụng trong điều kiện địa hình ở mức trung gian. + Thời gian đào khoảng 15s. - Thể tích đất trước lưỡi ủi khi xén và vận chuyền đất là: )(m tg.K.2 KH.LQ 3 r t 2 ϕ = Q - Thể tích đất ở trạng thái đất chặt trước lưỡi ủi (m3). L - Chiều đài lưỡi ủi (m) H - Chiều cao lưỡi ủi (m) ϕ - Góc ma sát của đất, phụ thuộc vào trạng thái của đất. Trang 23 Kr - hệ số rời rạc của đất. Kt - Hệ số tốn thất đất khi vận chuyển, phụ thuộc vào cự ly vận chuyển vào khoảng 0,7 ÷ 0,95. Khi xuống dốc xén đất, năng suất tăng lên rất nhiều, nên khi chọn phương án xén đất cần đặc biệt chú trọng điểm này. Theo thí nghiệm khi xuống dốc 20% xén đất, thì năng suất đạt 172%. Độ dốc càng lớn, năng suất xén càng cao, nhưng theo kinh nghiệm nếu độ dốc lớn hơn 15o thì máy lùi lại khó khăn, thời gian làm việc trong một chu kỳ tăng, do đó mà năng suất lại giảm. 4.3.3.2. Vận chuyền đất: - Khi vận chuyển đất thường rơi vãi sang hai bên hay lọt xuống dưới, cự ly càng xa, lượng đất rơi vãi càng nhiều, năng suất sẽ càng thấp. Do vậy cự ly vận chuyển của máy ủi thường quy định không quá l00m. - Để nâng cao năng suất, có thể dùng những biện pháp sau: + Đặt lưỡi ủi sâu dưới mặt đất 0,5 - 2cm để tránh đất lọt xuống dưới, + Lắp tấm chắn ở hai bên lưỡi ủi để giảm đất rơi vãi sang hai bên, + Sử dụng hai hay ba máy ủi song song chuyển đất (2 lưỡi ủi cách nhau: 0,2-0,5m). Khi dùng hai máy ủi chuyển đất, khối lượng vận chuyển tăng được 15- 30%, khi sử dụng ba máy ủi, thì khối lượng vận chuyển tăng được 30 - 50% + Khi đào, tạo thành các bờ để giữ đất. Chiều rộng bờ thường 0,5 - l,0m, chiều cao bờ thường không lớn l/2 chiều cao lưỡi ủi để đảm bảo sao cho thể tích của một bờ đất bằng thể tích một lần đào. Theo cách này khối lượng vận chuyển tăng được l0% - 30%. 4.3.3.3. Rải đất và san đất: Khi rải đất và san đất có thế tiến hành theo hai cách: - Máy ủi tiến lên phía trước đồng thời nâng lưỡi ủi lúc đó đất được rải theo từng lớp. - Khi chuyển đất tới nơi đổ đất, máy dừng lại rồi nâng cao lưỡi ủi, sau đó cho máy tiến về phía trước l,0m ÷ l,5m rồi hạ lưỡi ủi xuống và lùi lại, đất được san đều. Theo cách rải này đất được ép chặt một phần do lưỡi ủi đê lên và giảm được khối lượng công tác lèn chặt sau này. 4.3.4. Các phương pháp đào đắp nền đường bằng máy ủi 4.3.4.1. Lấy đất từ thùng đấu nền đường. - Máy ủi thường đắp nền đường cao l,0 - l,5m. + Nếu chiều cao nền đường nhỏ hơn 0,75m: bố trí thùng đấu cả hai bên có chiều rộng 5-7m (bằng chiều dài đào đất của của máy ủi) và chiều sâu độ 0,7m. + Nếu nền đường cao hơn 0,75m, để đảm bảo thoát nước tốt, không nên đào quá sâu, cần phải mở rộng thùng đấu, khi chiều rộng thùng đấu vượt quá 15m, thì nên tiến hành phương pháp phân đoạn đào đất đào phần giáp nền đường trước rồi tiến dần ra phía ngoài để tạo độ dốc nghiêng thuận lợi cho việc đào những lần sau. Trang 24 - Khi lấy đất từ thùng đấu đắp nền đường có thể tiến hành theo hai cách: + Đắp đất theo từng lớp: - Trước hết máy ủi chạy dọc vạch rõ phạm vi đắp nên đường để làm mốc. Sau đó máy chạy sang phía thùng đất đào theo sơ đồ. - Mỗi lớp rải dày 0,2m - 0,3m khống chế bằng khe giữa lưỡi ủi và mặt đất, rải xong máy ủi tiến lền phía trước l,5m - 2,0m để lợi dụng bánh xích lèn ép lớp đất vừa rải xong. - Đắp xong được một lớp, máy ủi chạy sang đoạn khác, máy lu đến đầm lèn ở đoạn này. - Nếu dùng bản thân máy ủi đế đầm thì sau khi rải được một lớp trên một đoạn dài tối thiều là 20m sẽ cho máy ủi chạy dọc 3-5 lượt để đầm sau đó lại tiếp tục đắp phần trên. - Đắp nền đường xong, đất còn lại ở thềm đường có thể dùng máy ủi chạy dọc ở thềm đường san bằng, bảo đảm tốc độ dọc và dốc ngang để thoát nước ở thềm, sau đó dùng máy ủi tu sửa thùng đấu theo yêu cầu cần thiết để đảm bảo thoát nước tốt.. + Đắp theo từng đống: Theo phương pháp này có thể đố thành từng đống ép chặt với nhau rồi tiến hành san bằng và lèn ép. Chiều dày mỗi lớp quyết định ở lượng đất của mỗi lần đổ và độ ép chặt của mỗi đống, thường bằng 0,7m – 1,0m. Vì mỗi lớp đầm tương đối dày, nên chỉ thích hợp với đất đắp thuộc loại cát vì máy đầm có khả năng đầm được chiều dày lớn. So với phương pháp trên, phương pháp này tiết kiệm được thời gian san đất, và giữ được độ ẩm đất tốt hơn, nhưng nếu dùng đất sét đắp, thì chất lượng đầm lèn kém, không nên dùng. Chú ý: Khi đánh bậc cấp thì máy ủi thường tiến hành từ dưới lên trên, có thể tiến hành theo hai cách: - Máy ủi đào xong một bậc, thì đắp đất ngay, cao tới bậc đó. Sau khi đánh cấp xong, thì về cơ bản nền đường cũng được đắp xong. - Máy ủi đào xong bậc một, chuyển lên đào bậc hai và cứ như vậy tới bậc cuối cùng sau đó mới tiến hành đắp nền đường. 4.3.4.2. Đào nền đường. 4.3.4.2.1. Đào và vận chuyển ngang. - Đối với nền đường đào hình chữ U, nếu chiều cao không lớn, thì có thể dùng máy ủi đào và vận chuyển ngang, đất đổ lên đống đất bỏ tại vị trí quy định, cách thi công gần giống như phương pháp đào đất từ thùng đấu đắp nền đường. - Nếu độ dốc nghiêng của mặt đất không lớn, thì nên đổ đất sang cả hai bên để giảm cự ly vận chuyển. Nếu độ dốc nghiêng của mặt đất tương đối lớn, thì nên đổ Trang 25 đất về phía thấp để tránh máy phải ủi đất lên dốc, năng suất thấp. Để đổ đất dễ dàng cứ 50-60m lại đào một lối ra để đẩy đất ra ngoài. Làm lối ra như vậy tuy có tăng khối lượng đất đào, nhưng máy không phải ủi đất lên dốc, đồng thời có lợi cho việc thoát nước trong thi công cũng như trong khai thác đường sau này. 4.3.4.2.2. Đào và vận chuyển dọc: - Dùng máy ủi đào đát ở nền đường vận chuyển dọc đổ đất ra ngoài ở hai đầu nền đào hoặc lợi dụng để đắp nền đường. - Do vận chuyển dọc lợi dụng được độ dốc lúc ủi đất xuống, nên năng suất tương đối cao. Nếu chiều dài nền đào trong phạm vi l00m thì thường dùng máy ủi thi công theo phương pháp này. 4.3.4.3. Thi công nền đường trên sườn dốc. - Mặt cắt ngang thiết kế nền đường trên sườn dốc thường là mặt cắt ngang đào hình chữ L hay nửa đào nửa đắp do đó, máy ủi thi công nền đào trên sườn dốc thuận tiện hơn các máy khác nên nó thường đóng vai trò máy chủ đạo. - Để thi công trên sườn dốc có thể sử dụng máy ủi thường hay máy ủi vạn năng. Máy ủi vạn năng có ưu điểm hơn vì có thể vừa đào vừa chuyến đất sang ngang. - Khi thi công nền đào trên sườn dốc, thì thường đặt chéo lưỡi ủi để máy chạy dọc và chuyển đất ngang về phía cuối dốc.Trước hết phải làm đường cho máy leo tới đỉnh của nền đào rồi tiến hành đào từng bậc trên toàn chiều dài của đoạn thi công. Chiều rộng của đoạn phải đảm bảo máy làm việc an toàn và trong trạng thái bình thường. 3.5 Tính năng suất máy ủi – Biện pháp nâng cao năng suất. - Năng suất của máy ủi khi xén và chuyển đất là: /ca)(m .Q.K K.t K.T.60N 3d r t = T - Thời gian làm việc trong một ca (8 giờ) Kt - Hệ số sử dụng thời gian (0,72 - 0,75) Q - Khối lượng đất trước lưỡi ủi khi đào và chuyển đất ở trạng thái chặt. Kd - Hệ số ảnh hưởng của độ dốc Kr - Hệ số rời rạc của đất. t - thời gian làm việc của một chu kỳ (phút) t2t2t v L v L v L t dhq t t c c x x +++++= Lx - Chiều dài đào đất (m), vx - Tốc độ đào đất (m/ph), Lc - Chiều dài chuyển đất (m), vc - Tốc độ chuyển đất (m/ph), Lt - Chiều dài lùi lại (m), Lt= Lx + Lt Trang 26 vt - Tốc độ lùi lại (m/ph), tq - Thời gian chuyển hướng (ph), th - Thời gian nâng hạ lưỡi ủi (ph), td - Thời gian đổi số (ph). - Năng suất san đất có thể tính theo công thức sau: /ca)(m .F t K.T.60N 2t= F - Diện tích san được trong một chu kỳ (m2), T, Kt, t - ý nghĩa giống như trên. - Để nâng cao năng suất làm việc của máy cần chú ý mấy điểm sau: + Tăng khối lượng trước lưỡi ủi Q: giảm lượng rơi vãi đất dọc đường khi chuyển đất; tăng chiều cao lưỡi ủi; lợi dụng xuống dốc đẩy đất. + Nâng cao hệ số sử dụng thời gian kt + Giảm thời gian chu kỳ làm việc của máy: có thể lắp thêm các răng xới, khi máy lùi lại thì có thể làm tơi xốp đất. 4.4. THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG BẰNG MÁY XÚC CHUYỂN Máy xúc chuyển hay còn gọi là máy cạp chuyển, là một loại máy đào và vận chuyển đất có năng suất tương đối cao, có thể đào được các loại đất, trừ đất lẫn đá to. Máy này được sử dụng khá phổ biến trong công tác xây dựng nền đường. Máy xúc chuyển có ưu điểm sau: - Tự đào và vận chuyển đất với cự ly tương đối lớn nên thuận lợi cho việc tố chức thi công, - Rất linh hoạt, cơ động, di chuyển dễ dàng, - Sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa đơn giản, - Năng suất cao, giá thành thi công hạ. Tuy nhiên máy xúc chuyển có nhược điểm sau: - Cần một hệ thống đường công vụ, đường tạm khá tốt. - Không thích hợp với địa hình đồi núi, thường thích hợp với những địa hình bằng phẳng, khối lượng đào đắp lớn. Trang 27 4.4.1. Phân loại máy xúc chuyển. - Theo khả năng di chuyển có thể chia làm hai loại: + Máy xúc chuyển kéo theo: thường do máy kéo bánh xích kéo, có thể chạy trên địa hình phức tạp, thường không cần phải máy khác giúp sức khi đào đất, nhưng tốc độ vận chuyển tương đôi thấp nên cự ly vận chuyển không lớn. + Máy xúc chuyển tự hành: thường không đủ sức kéo khi đào đất nên cần nhờ máy ủi tăng sức đẩy, nhưng nó có tốc độ vận chuyển rất lớn, tới 50km/h, do vậy có thể vận chuyển với cự ly lớn. - Theo cấu tạo: + Theo dung tích thùng chia thành 3 loại; loại nhỏ (V < 6m3); loại vừa (V = 6 ÷ 18m3) và loại lớn (V > 18m3). + Theo hệ thống điều chỉnh chia làm loại điều khiển bằng thủy lực và loại điều khiển bằng hệ thống dây cáp. + Theo số trục của bánh xe mà chia loại một trục và loại hai trục. + Dựa vào phương thức đổ đất có thể chia làm loại đổ tự do, loại đổ cưỡng bức dùng sức máy đẩy đất ra và loại nửa cưỡng bức. Trong công tác làm đường dùng nhiều loại máy xúc chuyển tự hành loại vừa, đổ cưỡng bức hoặc nửa cưỡng bức. 4.4.2. Phạm vi sử dụng của máy xúc chuyển. Máy xúc chuyển có thể làm được công tác sau: - Lấy đất từ thùng đấu đắp nền đường, cao hơn l.5m (không dùng máy ủi, vì năng suất máy ủi trong trường hợp này rất thấp, thi công khó khăn). - Dùng làm máy chủ đạo để đắp nền đường, san lấp mặt bằng với khối lượng lớn tập trung cần phải vận chuyển đất tương đối xa, từ nền đào hay từ bãi lấy đất. Trang 28 - Máy làm việc thích hợp với đất thuộc nhóm I và II, với chiều dày phoi cắt 0.15m – 0.3m. Khi làm việc với đất cứng hơn thì cần phải xới trước, chiều dày phoi cắt có thể đạt 0.45m - 0.5m. 4.4.3. Các thao tác của máy xúc chuyển. Khi thi công, máy xúc chuyên tiến hành theo 4 thao tác sau: - Đào đất và đưa đất vào thùng - Vận chuyển đất - Đố đất - Quay lại. 4.4.3.1. Đào và đưa đất vào thùng cạp. 4.4.3.1.1. Khi đào đất, máy xúc chuyển có thể đào theo ba phương thức sau: Đào đất theo lớp mỏng: Đào đất theo lớp mỏng không tận dụng hết sức máy, vào cuối quá trình đào này chỉ đạt 80% ÷100% sức máy, nhưng có thể đào được đất cứng mà không cần xới trước. Đào đất theo hình nêm: Phù hợp với đất á sét, á cát. Chiều dày đào giảm dần theo mức độ dầy của thùng máy, chiều dài đào ngắn nhất, độ chứa đầy thùng cao. Đào đất theo hình răng cưa: Phương thức đào này áp dụng tốt đối với cát khô và đất sét. Khi đào thì lưỡi dao cắm xuống đất rồi lái nâng lên, độ 3, 4 lần, những lần dao cắm xuống đất sau nông hơn lần trước. Như vặy để giảm nhẹ điều kiện làm việc của máy, vì về sau thùng máy chứa nhiều đất hơn, trọng lượng máy lớn hơn. Cách đào Thể tích đào được (m3) Thời gian đào (s) Năng suất đào (m3/s) Sử dung sức kéo (%) Lớp móng 4,2 45 0,09 Lúc đầu: 50 Lúc cuối 80 ÷ 100 Hình răng cưa 4,5 40 0,11 Lúc đầu: 80 Lúc cuối:100 Hình nêm 4,75 24 0,20 Lúc đầu: 100 Lúc cuối:100 4.4.3.1.2. Về trình tự đào đất thì máy xúc chuyển có thể đào theo ba sơ đồ sau: Đào theo đường thẳng: + Đào xong dải này thì tiếp tục đào dải bên cạnh, + Đào theo cách này sức cản của đất đối với dao trong qúa trình đào như nhau, + Mức độ xúc đầy thùng thấp. Đào cài răng lược: Trang 29 + Giữa các dải đào chừa các bờ đất rộng l,0m ÷ l,3m để đào sau. Đối với những lượt đào sau thì sức cản của đất đối với dao nhỏ, mức độ chứa đầy thùng lớn hơn cách đào trên. Đào theo hình bàn cờ: mức độ đầy thùng cao, tăng được năng suất đào. 1 27 6 38 4 5 1 2 3 54 6 4 21 5 3 6 21 3 §µo kiÓu bµn cê §µo kiÓu r¨ng l−îc SO SÁNH HIỆU QỦA CÁC SƠ ĐỒ ĐÀO ĐẤT Sơ đồ đào đất Hệ số chứa đầy Chiều dài đào Tốc độ máy Thời gian đào(s) Năng suất tương ứng Theo đường thẳng Cài lăng lược Hình bàn cờ 0,79 0,95 1,09 34 19 22 0,47 0,42 0,42 77 45 52 1,0 1,8 1,8 Hai phương pháp đào sau cho năng suất cao hơn và đào được cả đất tương đối cứng mà không cần phải xới trước. Để nâng cao năng suất đào, cần lợi dụng thế xuống dốc đào đất. Nếu dốc xuống 3o ÷ 9o thì hiệu suất đào nâng cao được 25%. Nhưng độ dốc không nên quá 15o vì dốc quá lớn, khi quay về khó khăn. 4.4.3.2. Vận chuyển đất. - Sau khi chứa đầy đất, thùng cạp được nâng lên và máy xúc chuyển bước vào giai đoạn vận chuyển. Khi vận chuyển cần nâng cao tốc độ nhằm rút ngắn thời gian trong một chu kỳ công tác: + Đối với máy kéo bánh xích có thể đạt tới 8km/h - l0km/h + Đối với bánh lốp tốc độ có thể đạt tới 30km/h - 50km/h. - Để đảm bảo tốc độ cao, cần phải chuẩn bị tốt đường vận chuyển + Độ dốc đường vận chuyển của máy xúc chuyển thường không nên quá l0% + Bán kính đường cong Rmin = 4m - 5m 4.4.3.3. Đổ đất. Khi đổ đất có thể tiến hành theo hai cách: - Đổ thành đống: dùng để đắp đầu cầu, cống hay đắp nền đường qua vùng lầy. Đất đổ thành đống, rồi dùng máy ủi san ra. - Đổ thành từng lớp: khi đổ thành từng lớp cũng có thể tiến hành đổ dọc hay đổ ngang đối với trục đường. + Đổ ngang thường áp dụng đối với nền đường rộng hơn chiều dài đổ đất và đất đắp lấy từ thùng đấu ở hai bên, cũng có khi áp dụng để đắp đầu cầu, cống vì bị hạn chế bởi địa hình. Trang 30 + Đổ dọc thường áp dụng khi lấy đất theo hướng dọc từ nền đào hay thùng đấu. Khi đổ dọc phải đổ đất từ hai bên mép vào giữa đồng thời chú ý đến đường chạy của máy để tận dụng lèn ép. 4.4.3.4. Quay lại. Khi quay lại máy nên chạy nhanh để rút ngắn thời gian của một chu kỳ. 4.4.4. Phương pháp đào đắp nền đường bằng máy xúc chuyển. 4.4.4.1. Phương pháp đắp nền: - Khi đắp nền đường bằng máy xúc chuyển thường chia nền đường thành từng đoạn và tiến hành đắp lần lượt hết đoạn này sang đoạn kia, phần nối giữa các đoạn tiến hành đắp sau, - Trường hợp nền đường cao thì chia thành nhiều lớp để đắp. I I II II - Khi đắp, cố thể tiến hành theo hai cách: + Đắp từng đoạn nhất định: Đất được đắp từng lớp lên cao dần ở hai đầu đoạn có đường ngang để máy lên xuống. Cách đắp này đảm bảo công tác đầm nén tốt, nhưng không lợi dụng được máy xuống đổ đất, thường dùng để đắp nền đường cao dưới 2m và đắp nơi có diện tích lớn + Đắp kéo dài dần dần * Theo cách này đất được đắp kéo dài theo trục và nền đường được nâng lên dần. Dùng cách đắp này có thể lợi dụng xuống dốc đổ đất. * Phương pháp đắp này thường được áp dụng ở nơi địa hình dốc về một phía, có thể từ phía cao đắp dần sang phía thấp. - Khi đắp nền đường, máy xúc chuyển có thể chạy theo nhiều kiểu tuỳ thuộc vào địa hình, tính năng máy, cự ly vận chuyển để đảm bảo năng suất làm việc cao nhất. + Chạy theo đường elíp: §¾p §µo Dạng đường chạy này thích hợp với chiều cao nền đắp dưới l,0 ÷ 1,5 m, chiều dài đoạn thi công 50m ÷ l00m. Số lần quay đầu nhiều nên tốn thời gian. + Chạy theo hình số 8. §µo §¾p §µo Số lần quay đầu ít nên rút ngắn được thời gian. + Chạy theo kiểu hình chữ chi Trang 31 §µo §¾p §µo §¾p §µo §µo Áp dụng được với điều kiện địa hình bằng phẳng, đoạn thi công dài. + Chạy theo hình xoắn ốc § µo § ¾p § µo § ¾p 4.4.4.2. Thi công nền đào và đắp kết hợp bằng máy xúc chuyển. - Máy xúc chuyển được dùng nhiều để thi công trên những đoạn đường mà nền đào, đắp xen kẽ nhau. Khi đào nền đường không sâu (dưới 3m) và vận chuyển dọc đắp nền đường hay đổ vào đống đất bỏ với cự ly không quá 100m-150m, thì dùng máy xúc chuyển làm máy thi công chính. - Trong điều kiện công tác đó máy xúc chuyển có nhiều ưu điểm hơn so với máy đào ở chỗ nó có thể độc lập làm được hoàn toàn cả một chu kỳ công tác: + Xúc chuyển đất, + Đổ đất, + Đầm lèn sơ bộ đất. - Ngoài ra máy xúc chuyển rất cơ động, di chuyển nhanh từ nơi này sang nơi khác, bước vào thi công nhanh chóng, tận dụng được thời gian, không cần phải chờ đợi xe vận chuyển. - Trước khi đào, cần phải rẫy cỏ trên mặt đất bằng máy xúc chuyển. Những lớp cỏ này có thể dùng để gia cố ta luy sau này. - Sau đó, chuẩn bị đường vận chuyển cho máy xúc chuyển làm việc theo yêu cầu như trước đã trình bày (thường do máy ủi làm). - Đào đất và vận chuyển sang đắp ở phần nền đường đắp. Khi lấy đất từ nền đào đắp nền đường, máy phải tiến hành đào, đắp và chạy theo hướng dọc và có thể tiến hành theo nhiều phương án: + Từ một đoạn đào đắp một đoạn đắp. + Từ hai đoạn đào đắp một đoạn đắp ở giữa + Từ một đoạn đào đắp hai đoạn đắp ở hai đầu đoạn đào §¾p §µo Trang 32 4.4.5. Tính năng suất máy xúc chuyển và biện pháp nâng cao năng suất. - Năng suất của máy xúc chuyển có thể tính theo công thức sau: /ca)(m K .Q tK K.T.60N 3d r t = T - Thời gian làm việc trong một ca (8 giờ), Kt - Hệ số sử dụng thời gian (Kt = 0,8 ~ 0,9), Q - Dung tích thùng (m3), Kd - Hệ số chứa đầy thùng (Kc = 0,8 ~ l,0) Kr - Hệ số rời rạc của đất, t - Thời gian của một chu kỳ làm việc của máy (phút). t t2 v L v L v L v L t dq 1 1 c c d d x x +++++= (phút) Lx - Chiều dài đào đất (m), Ld - Chiều dài đổ đất (m), Lc - Chiều dài chuyển đất (m), Ll - Chiều dài quay lại (m), vx - Tốc độ đào đất (m/ph), vc - Tốc độ chuyển đất (m/ph), vl - Tốc độ quay lại (m/ph), tđ - Thời gian đổi số (ph), tđ = 0,4 ÷ 0,5 phút, tq - Thời gian quay đầu (ph), tq = 0,3 phút; - Biện pháp để nâng cao năng suất làm việc của máy xúc chuyển: + Giảm thời gian làm việc của máy bằng các biện pháp sau: xới đất trước; chọn phương án đào hợp lý; chuẩn bị tốt đường vận chuyển; đảm bảo máy làm việc trong điều kiện tốt nhất. + Tăng hệ số chứa đầy thùng cạp: có thể xới đất trước; chọn phương án chọn đào đất hợp lý; thường xuyên làm sạch thùng cạp. + Nâng cao hệ số sử dụng thời gian: đảm bảo chế độ bảo dưỡng máy tốt; cung cấp nhiên liệu kịp thời; làm tốt công tác chuẩn bị, tránh hiện tượng các công việc dẫm đạp lẫn nhau. 4.5. THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG BẰNG MÁY XÚC (MÁY ĐÀO) 4.5.1. Phân loại máy xúc: - Theo số gầu có thể chia máy xúc một gầu và nhiều gầu. + Máy xúc một gầu làm việc có tính chu kỳ bao gồm các thao tác: hạ gầu đào đất, nâng gầu, quay gầu đến chỗ đổ đất và đổ đất. Máy xúc này có thể làm việc độc lập, cự ly vận chuyển không lớn, thường dùng nhiều trong công tác làm đường. Trang 33 + Máy xúc nhiều gầu làm việc có tính chất liên tục, đất được đào và đồ vào nơi quy định. Do vậy năng suất rất lớn. Máy xúc này phải thích hợp vối đất mềm, không thích với đất lẫn nhiều đá cứng, đất có độ dính cao; chủ yếu được dùng trong các công trình đặc biệt: đào hào, kênh mương, khai thác mỏ... - Phân loại theo dung tích gầu gồm các loại có dung tích gầu 0,25; 0,5; l,0; l,5; 2,0; 3,0… m 3; có loại dung tích gầu tới 6m3. Trong công tác làm đường thường dùng các loại 0,50; l,0m3. - Phân loại theo cấu tạo: chia máy xúc thành đào gầu thuận, gầu ngược, gầu dây, gầu ngoạm, máy bào đất. + Máy xúc gầu thuận thường dùng đào đất, đá ở mức cao hơn nơi máy đứng (taluy dương). + Máy xúc gầu ngược thường dùng đào đất, đá ở mức thấp hơn nơi máy đứng (đào rãnh, hố móng...). + Máy xúc gầu ngoạm thường dùng để bốc xúc vật liệu lên phương tiện hoặc nạo vét bùn. + Máy xúc gầu dây thường dùng nạo vét bùn ở kênh mương. - Phân loại theo bộ phận di động: máy xúc bánh xích, bánh lốp hoặc đi trên ray. + Bánh xích: có khả năng làm việc trên các địa hình khó khăn nhưng tính cơ động không cao. + Bánh lốp: tính cơ động cao, nhưng cần bộ phận giữ ổn định trong quá trình đào (chân vịt). + Loại đi trên ray: cho năng suất lớn, thường chỉ áp dụng trong hầm mỏ. - Phân loại theo cơ cấu truyền động: truyền động bằng thuỷ lực hoặc truyền động cáp. Máy xúc gầu nghịch điều khiển bằng thuỷ lực 4.5.2. Phạm vi sử dụng của máy xúc. Máy xúc là một trong những loại máy chủ yếu trong xây dựng nền đường. - Đào nền đường và kết hợp với ô tô chuyển đến đắp ở nền đắp hoặc đổ đi. - Thi công nền đường nửa đào nửa đắp, đào hoặc lấp hố móng - Bốc xúc vật liệu đất đá lên phương tiện. - Đào bùn (đặc biệt là máy xúc gầu dây). Trang 34 - Làm công tác dọn dẹp: đào gốc cây, đào đá mồ côi. - Thi công cống: đào móng cống, lắp cống. - Làm công tác hoàn thiện nền đường. 4.5.3. Thi công bằng máy xúc gầu thuận. - Máy xúc gầu thuận được sử dung rộng rãi trong công tác làm đường, có thể đào được các loại đất. - Khi chọn máy xúc gầu thuận, phải xét đến chiều sâu đào đảm bảo xúc một lần là đầy gầu, nhưng không quá lớn để đảm bảo an toàn. - Để nâng cao năng suất của máy khi đào đất, cần phải quyết định phương thức đào và bố trí hướng đào cho hợp lý. 4.5.4. Năng suất của máy xúc và biện pháp nâng cao năng suất. - Năng suất của máy xúc: r c h K K nq60N = )h/m( 3 q - dung tích gầu (m3), n - Số lần đào trong một phút t 60 n = t - là thời gian làm việc trong một chu kỳ đào của máy (s), Kc - Hệ số chứa đầu gầu, Kr - Hệ số rời rạc của đất. Năng suất làm việc của máy trong một ca là: N = 8Nh. Kt (m3/ca) Kt - Hệ số sử dụng thời gian của máy. - Biện pháp tăng năng suất: + Rút ngắn thời gian đào bằng cách tăng chiều dày đào đất + Giảm góc quay của máy tới mức có thể. + Tận dụng thời gian làm việc của máy, tăng Kt: thưỡng xuyên bảo dưỡng, cung cấp vật tư nhiên liệu kịp thời và đầy đủ. + Công nhân lái máy phải có trình độ cao. + Phối hợp tốt công tác đào với công tác vận chuyển đất. 4.6. THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG BẰNG MÁY SAN 4.6.1. Phạm vi sử dụng của máy san. Máy san là một loại máy được dùng khá nhiều trong công tác làm đường, máy san có thể làm được công tác sau: Trang 35 Máy san - San bằng bãi đất rộng, san rải vật liệu, - Tu sửa bề mặt nền đường, làm mui luyện theo yêu cầu thiết kế, - San taluy nền đường và thùng đấu, - Đắp nền đường cao dưới 0,75m, đào nền đường sâu 0,50m - 0,60m, thi công nền đường nửa đào nửa đắp, - Đào rãnh thoát nước, - Đánh cấp bậc trên sườn dốc. Trang 36 - Ngoài ra còn có thể dùng máy san để xới đất, rẫy cỏ, bóc hữu cơ, trộn vật liệu, duy tu đường đất. Máy san thi công được với đất xốp, còn đất cứng thì phải xới trước. Do máy san có khả năng làm tốt công tác hoàn thiện, nên hầu hết các đội thi công cơ giới đều có loại máy này. Máy san thường có hai loại: máy san tự hành và máy san kéo theo. Hiện nay chủ yếu dùng loại máy san tự hành với động cơ có công suất lớn. 4.6.2. Thao tác và vị trí lưỡi san. Khi thi công, máy san thường tiến hành ba thao tác chủ yếu: đào, vận chuyển và rải san đất. Để làm tốt công tác này, thì cần bố trí hợp lý vị trí của lưỡi san. Vị trí của lưỡi san quyết định ở các góc đẩy α và góc cắt (xén) γ và góc nghiêng ϕ của lưỡi san: α γ ϕ + Góc đẩy α: là góc hợp bởi lưỡi san và hướng tiến của máy; góc α có thể thay đổi từ 300 – 900, thay đổi góc α có thể thay đổi được cự ly vận chuyển ngang của đất và thay đổi chiều rộng hoạt động của máy. + Góc cắt γ: là góc hợp bởi mặt nằm ngang với mặt nghiêng của lưỡi dao góc này có thể thay đổi từ 35o - 70o. + Góc nghiêng ϕ là góc hợp bởi trục giữa lưỡi san và mặt đất nằm ngang. Góc ϕ thay đổi từ 0o đến 65o. Dựa vào chiều rộng, chiều, sâu đào đất và độ khum nền đường mà điều chỉnh góc ϕ cho thích hợp. 4.6.3. Đào đắp nền đường bằng máy san. Dùng máy san để đắp nền đường cao dưới 0,75m, tiến hành bằng cách đào đất ở thùng đấu, vừa đào, vừa chuyển ngang. 4.6.4. Đào rãnh thoát nước bằng máy san. Máy san có thể đào rãnh thoát nước hình chữ V và hình thang. Khi đào theo hình thang thì phải lắp thêm thiết bị phụ. 4.6.5. Đào khuôn áo đường bằng máy san. Máy san có thể đào khuôn áo đường. Khi đào khuôn áo đường thì máy phải tiến hành đào đất bắt đầu từ trục đường và chuyển đất gần ra lề đường. Sau cùng san phẳng lòng đường và lề đường, tạo mui luyện. 4.6.6. Năng suất máy san và biện pháp nâng cao lượng suất. Trang 37 - Năng suất của máy san khi đào và vận chuyển đất, có thể tính theo công thức: t K.L.F.T60 N t= (m3/ca) T - Thời gian làm việc trong một ca (8 giờ); Kt - Hệ số sử dụng thời gian; F - Tiết diện công trình thi công m2 (ví dụ tiết diện nền đường hay khuôn áo đường); L - Chiều dài đoạn thi công (m); t - Thời gian làm việc của một chu kỳ để hoàn thành một đoạn thi công L(ph). - Biện pháp tăng năng suất: + Nâng cao hệ số sử dụng thời gian, + Tăng tốc độ máy chạy, giảm số lần xén và chuyển đất: tăng diện tích một lần xén và tăng cự ly vận chuyển ngang, giảm các hệ số trùng phục khi xén và chuyển đất. + Giảm thời gian quay đầu. Trang 38 CH¦¥NG 5. ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG 5.1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐẦM NÉN 5.1.1. Mục đích của công tác đầm nén. - Cải thiện kết cấu của đất, đảm bảo nền đường đạt độ chặt cần thiết, làm cho nền đường ổn định dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, của tải trọng xe chạy và của các nhân tố khí hậu thời tiết. - Nâng cao cường độ của nền đường, tạo điều kiện giảm được chiều dày của kết cấu mặt đường. - Tăng cường sức kháng cắt của đất, nâng cao độ ổn định của taluy nền đường, tránh làm cho nền đường bị phá hoại như: sụt, trượt. - Giảm nhỏ tính thấm nước của đất, nâng cao độ ổn định của đất đối với nước, giảm nhỏ chiều cao mao dẫn, giảm nhỏ độ co rút của đất khi bị khô hanh. 5.1.2. Hiệu quả đầm nén. Hiệu quả đầm nén phụ thuộc vào: Trang 39 - Loại đất (chủ yếu là thành phần hạt đất). - Trạng thái của đất (độ ẩm của đất). - Phương tiện đầm nén (loại phương tiện đầm nén, tải trọng đầm nén). 5.1.3. Bản chất vật lý của việc đầm nén đất. Đất là hỗn hợp gồm 3 pha, pha rắn (hạt đất), pha lỏng (độ ẩm hay lượng nước chứa trong đất) và pha khí. Dưới tác dụng của tải trọng đầm nén, trong lớp vật liệu sẽ phát sinh sóng ứng suất – biến dạng. Dưới tác dụng của áp lực lan truyền đó, trước hết các hạt đất và màng chất lỏng bao bọc nó sẽ bị nén đàn hồi. Khi ứng suất tăng lên và tải trọng đầm nén tác dụng trùng phục nhiều lần, cấu trúc của các màng mỏng sẽ dần dần bị phá hoại, cường độ của các màng mỏng sẽ giảm đi. Nhờ vậy các hạt đất có thể di chuyển tới sát gần nhau, sắp xếp lại để đi đến các vị trí ổn định (biến dạng không hồi phục tích luỹ dần), đồng thời không khí bị đẩy thoát ra ngoài, lỗ rỗng giảm đi, mức độ bão hoà các liên kết và mật độ hạt đất trong một đơn vị thể tích tăng lên và giữa các hạt đất sẽ phát sinh các tiếp xúc và liên kết mới. Kết quả là làm cho đất chặt lại, cường độ của đất tăng lên, biến dạng của đất giảm. Để đầm nén đất có hiệu quả thì tải trọng đầm nén phải lớn hơn tổng sức cản đầm nén của đất. Sức cản đầm nén của đất bao gồm: + Sức cản cấu trúc: sức cản này là do liên kết cấu trúc giữa các pha và thành phần có trong hỗn hợp vật liệu gây ra. Liên kết cấu trúc giữa các thành phần càng được tăng cường và biến cứng thì sức cản cấu trúc càng lớn và nó tỷ lệ thuận với trị số biến dạng của vật liệu. Cụ thể là, trong quá trình đầm nén độ chặt của vật liệu càng tăng thì sức cản cấu trúc càng lớn. + Sức cản nhớt: sức cản này là do tính nhớt của các màng pha lỏng bao bọc quanh các hạt đất hoặc do sự bám móc nhau giữa các hạt đất khi trượt gây ra. Sức cản nhớt tỉ lệ thuận với tốc độ biến dạng tương đối của vật liệu khi đầm nén và sẽ càng tăng khi cường độ đầm nén tăng và độ nhớt của các màng lỏng tăng. + Sức cản quán tính: sức cản này tỷ lệ thuận với khối lượng vật liệu và gia tốc khi đầm nén. Đất Tổng sức cản đầm nén Cường độ giới hạn của đất (daN/cm2) Khi lu bằng lu Khi đầm Bánh cứng Bánh lốp Á cát,á sét,đất bụi Á sét Á sét nặng Sét 3 - 6 6 - 10 10 -15 15 -18 3 - 4 4 - 6 6 - 8 8 -10 3 - 7 7 - 12 12 - 20 20 -23 Trang 40 Ban đầu đất còn ở trạng thái rời rạc, chỉ cần đầm nén với tải trọng nhỏ (lu nhẹ) sao cho áp lực đầm nén thắng được tổng sức cản ban đầu của đất nhằm tạo ra biến dạng không hồi phục trong lớp vật liệu. Trong quá trình lu lèn, sức cản đầm nén sẽ tăng dần do vậy, tải trọng lu cũng phải được tăng lên tương ứng để thắng được sức cản đầm nén mới của lớp đất. Tuy nhiên, không được dùng lu nặng ngay từ đầu để tránh hiện tượng trượt trồi, lượn sóng bề mặt do áp lực lu quá lớn so với cường độ giới hạn của đất. Chính vì vậy, trong quá trình đầm nén cần dùng nhiều loại lu khác nhau trên nguyên tắc tăng dần áp lực lu. Với các loại đất rời, khi tải trọng đầm nén tác dụng thì các hạt đất sẽ chuyển vị và độ chặt của đất sẽ tăng lên. Độ chặt của đất sẽ tiếp tục tăng lên nếu ứng suất xuất hiện trong khu vực tiếp xúc giữa các hạt đất lớn hơn trị số giới hạn của lực ma sát và lực dính. Với các loại đất dính, các hạt đất được ngăn cách bởi các màng nước. Nếu như đất đã có một độ chặt ban đầu nhất định và lượng không khí còn lại trong đất rất ít thì quá trình đầm nén chặt đất xảy ra chủ yếu do sự ép các màng nước và do sự ép không khí trong đất. Khi đó, sự tiếp xúc giữa các hạt đất không tăng lên bao nhiêu nhưng lực dính và lực ma sát giữa các hạt đất tăng lên rất nhanh do chiều dày của màng mỏng giảm đi. Các màng nước có tính nhớt, vì vậy việc ép mỏng chúng đòi hỏi phải có thời gian nhất định. Thời gian tác dụng của các công cụ đầm lèn thường rất ngắn (thường không quá 0.05- 0.07s trong một lần tác dụng), vì vậy muốn tăng độ chặt của đất thì cần phải tác dụng tải trọng lặp trên đất nhiều lần. Khối lượng thể tích khô (độ chặt của đất) tăng lên theo số lần tác dụng N của phương tiện đầm nén theo công thức: δ = δ1 + αlg(N+1) Trong đó: δ1 : độ chặt ban đầu của đất. α : Hệ số đặc trưng cho khả năng nén chặt của đất. Khi số lần tác dụng của tải trọng N lớn thì dùng qua hệ sau δ = δmax(δmax - δ1)e-αN Trong đó δmax : độ chặt cực đại của đất o k max W1 )V1( ∆+ −∆ =δ với Vk =0 Từ các công thức trên ta thấy, giữa độ chặt và công tiêu hao để đạt được độ chặt đó có mối quan hệ logarit, nghĩa là khi vượt quá một độ chặt nhất định nào đó thì dù có tăng số lần đầm nén độ chặt của đất hầu như cũng sẽ không tăng lên nữa. Trong trường hợp này, cần phải tăng trọng lượng của phương tiện đầm nén. Một lần nữa ta thấy rằng, trong quá trình đầm nén cần dùng nhiều loại lu khác nhau trên nguyên tắc tăng dần áp lực lu. Trang 41 5.2. THÍ NGHIỆM PROCTOR 5.2.1. Mục đích và quy định chung về thí nghiệm. Mục đích: Xác định độ ẩm đầm nén tốt nhất (Wo) và khối lượng thể tích khô lớn nhất (δo) của một loại đất ứng với một công đầm nén cho trước. Quy định chung: Tuỳ thuộc vào công đầm nén (loại chày đầm), việc đầm nén được thực hiện theo hai phương pháp sau: - Đầm nén tiêu chuẩn (thí nghiệm Proctor tiêu chuẩn –Phương pháp I): sử dụng chày đầm 2.50kg với chiều cao rơi là 305mm. - Đầm nén cải tiến (thí nghiệm Proctor cải tiến – Phương pháp II): sử dụng chày đầm 4.54kg với chiều cao rơi là 457mm. Tuỳ thuộc vào cỡ hạt lớn nhất khi thí nghiệm và loại cối sử dụng khi đầm mẫu mà mỗi phương pháp đầm nén lại được chia thành hai kiểu đầm nén, nếu dùng cối nhỏ thì ký hiệu là A và cối lớn thì ký hiệu là D. Tổng cộng có 4 phương pháp thí nghiệm ký hiệu là I-A, I-D, II-A, II-D. - Phương pháp I-A và II-A áp dụng cho các loại vật liệu có không quá 40% lượng hạt nằm trên sàng 4.75mm. Trong phương pháp này, các hạt nằm trên sàng 4.75mm gọi là hạt quá cỡ và hạt lọt sàng 4.75mm gọi là hạt tiêu chuẩn. - Phương pháp I-D và II-D áp dụng cho các loại vật liệu có không quá 30% lượng hạt nằm trên sàng 19mm. Trong phương pháp này, các hạt nằm trên sàng 19mm gọi là hạt quá cỡ và hạt lọt sàng 19mm gọi là hạt tiêu chuẩn. Việc lựa chọn phương pháp thí nghiệm nào trong bốn phương pháp trên có thể tham khảo bảng sau: TT Phương pháp thí nghiệm Phạm vi áp dụng 1 Phương pháp I-A Đất hạt mịn, đất cát (cát đen), đất sét, đất hạt thô...(cỡ hạt Dmax 4.75mm chiếm không quá 50%) Trong trường hợp lấy số liệu đầm nén để đầm tạo mẫu CBR thì dùng phương pháp I-D. 2 Phương pháp I-D Đất sỏi sạn (kích cỡ hạt Dmax <50mm, lượng hạt có đường kính >19mm chiếm không quá 50%). 3 Phương pháp II-A Đất hạt mịn, đất cát (cát đen), đất sét, đất hạt thô... (cỡ hạt Dmax4.75mm chiếm không quá 50%) Trong trường hợp lấy số liệu đầm nén để đầm tạo mẫu CBR thì dùng phương pháp II-D. Trang 42 4 Phương pháp II-D Cấp phối tự nhiên, đất sỏi sạn, cấp phối đá dăm... (kích cỡ hạt Dmax 19mm chiếm không quá 50%). Trên thực tế, vật liệu tại hiện trường có chứa một lượng hạt quá cỡ nhất định, nếu lượng hạt này không quá 5% thì không phải hiệu chỉnh còn nếu lượng hạt quá cỡ này lớn hơn 5% thì phải hiệu chỉnh khối lượng thể tích khô lớn nhất và độ ẩm tốt nhất. 5.2.2. Thiết bị thí nghiệm. - Cối đầm nén: Có hai loại cối: + Cối Proctor (cối nhỏ) : D = 101.6mm; H = 116.43mm. + Cối CBR (cối lớn) : D = 152.4mm; H = 116.43mm. - Cối gồm ba bộ phận chính: + Thân cối: được chế tạo bằng kim loại, hình trụ rỗng. + Nắp cối (đai cối): bằng kim loại hình trụ rỗng, cao khoảng 60mm, có đường kính trong bằng đường kính trong của thân cối để cho việc đầm nén được dễ dàng hơn. + Đế cối: chế tạo bằng kim loại và có bề mặt phẳng. - Thân cối cùng với đai cối có thể lắp chặt khít vào đế cối. - Chày đầm nén: gồm có chày đầm thủ công (đầm tay) và chày đầm cơ khí (đầm máy). + Chày đầm tay: có hai loại: * Chày đầm tiêu chuẩn: khối lượng quả đầm 2.5kg và chiều cao rơi là 305mm. * Chày đầm cải tiến: khối lượng quả đầm 4.54kg và chiều cao rơi là 407mm. Chày đầm được chế tạo bằng kim loại, mặt dưới chày phẳng, hình tròn có đường kính 50.8mm. Chày được luồn trong một ống kim loại để dẫn hướng và khống chế chiều cao rơi. Ở hai đầu ống dẫn hướng có lỗ Φ10mm để thông khí. + Chày đầm máy: * Chày đầm máy cũng có hai loại là chày đầm tiêu chuẩn và chày đầm cải tiến và có các thông số như chày đầm tay. * Chày đầm máy có khả năng tự động đầm mẫu, xoay chày sau mỗi lần đầm đảm bảo đầm đều mặt mẫu đồng thời có bộ phận đếm số lần đầm, tự động dừng khi đầm đến số lần đầm quy định.
Tổ hợp của 2 loại cối đầm nén, 2 loại công đầm nén ta sẽ có được các phương pháp đầm nén khác nhau. Trang 43 TT Thông số kỹ thuật Phương pháp đầm nén Đầm nén tiêu chuẩn (Phương pháp I) - Chày đầm: 2.5kg - Chiều cao rơi: 305mm Đầm nén cải tiến (Phương pháp II) - Chày đầm: 4.54kg - Chiều cao rơi: 407mm Cối nhỏ Cối lớn Cối nhỏ Cối lớn 1 Ký hiệu phương pháp I-A I-D II-A II-D 2 Đường kính cối đầm (mm) 101.6 152.4 101.6 152.4 3 Chiều cao cối đầm (mm) 116.43 116.43 116.43 116.43 4 Cỡ hạt lớn nhất khi đầm (mm) 4.75 19 4.75 19 5 Số lớp đầm 3 3 5 5 6 Số chày đầm một lớp 25 56 25 56 7 Khối lượng mẫu lấy để xác định độ ẩm (g) 100 500 100 500 - Cân: một chiếc cân có thể cân được đến 15kg có độ chính xác đến 1g (để xác định khối lượng thể tích ướt của mẫu), một chiếc có thể cân được đến 800g với độ chính xác tới 0.01g (để xác định độ ẩm của mẫu). - Thiết bị xác định độ ẩm: Tủ sấy khống chế được nhiệt độ đến 110±5oC, hộp lấy mẫu. - Dụng cụ làm tơi mẫu: Cối sứ, chày cao su, vồ gỗ. - Sàng: 2 sàng lỗ vuông loại 19mm và 4.75mm. - Thanh thép gạt cạnh thẳng, dài khoảng 250mm, một cạnh vát để hoàn thiện bề mặt mẫu. - Dụng cụ trộn mẫu: bay, khay đựng đất, bình phun nước... Trang 44 Cấu tạo cối đầm 1- Chày đầm 2- Ống dẫn hướng 3- Lỗ thoát khí 4- Cán đầm 5-Tay cầm Cấu tạo chày đầm 5.2.3. Trình tự thí nghiệm. - Chuẩn bị mẫu đất: Mẫu đất phải tương đối khô, nếu ẩm quá thì phải đem phơi ngoài không khí hoặc cho vào trong tủ sấy ở nhiệt độ không quá 60oC cho đến khi có thể làm tơi vật liệu. Dùng vồ gỗ đập nhẹ để là tơi vật liệu, dùng chày cao su nghiền các hạt nhỏ để tránh làm thay đổi thành phần hạt của cấp phối tự nhiên của mẫu. - Sàng mẫu: mẫu thí nghiệm phải được sàng để loại bỏ hạt quá cỡ. Tuỳ theo phương pháp đầm nén mà dùng sàng thích hợp: 1 3 4 5 1 2 4 5 3 1-Nắp cối (đai cối) 2-Thân cối. 3-Đế cối 4-Bu lông để cố định thân cối, đế cối và nắp cối 5-Tai để cố định thân cối, nắp cối Trang 45 + Với phương pháp I-A và II-A: vật liệu được sàng qua sàng 4.75mm + Với phương pháp I-D và II-Đ: vật liệu được sàng qua sàng 19.0mm - Khối lượng mẫu: chuẩn bị 5 mẫu với khối lượng mỗi mẫu như sau: + Với phương pháp I-A và II-A: 3kg. + Với phương pháp I-D và II-D: 7kg. - Tạo ẩm cho mẫu: Mỗi mẫu được trộn đều với một lượng nước thích hợp để được một loạt mẫu có độ ẩm cách nhau một khoảng nhất định, sao cho giá trị độ ẩm tốt nhất nằm trong khoảng giữa của 5 giá trị độ ẩm tạo mẫu. Đánh số mẫu vật liệu từ 1 đến 5 theo thứ tự độ ẩm mẫu tăng dần. Cho các mẫu đã trộn ẩm vào thùng mẫu để ủ, thời gian ủ mẫu khoảng 12 giờ. Với đất cát hoặc cấp phối đá dăm thì thời gian ủ mẫu khoảng 4 giờ. Có thể tham khảo độ ẩm của mẫu đầu tiên như sau: + Với đất loại cát: bắt đầu từ độ ẩm 5%, các mẫu có độ ẩm chênh nhau 1-2%. + Với đất loại sét: bắt đầu từ độ ẩm 8%, các mẫu có độ ẩm chênh nhau 2% đối với á sét, 4-5% với đất sét. + Với cấp phối đá dăm: bắt đầu từ độ ẩm 1.5%, các mẫu có độ ẩm chênh nhau 1- 1.5%. - Với mỗi mẫu đất tiến hành theo trình tự sau: + Chuẩn bị cối: lắp cối vào đế cối, cân được khối lượng P2i sau đó lắp nắp cối trên và cố định chắc chắn. + Cho lớp đất thứ nhất vào cối, dàn đều mẫu dùng chày đầm hoặc các dụng cụ tương tự đầm rất nhẹ đều khắp mặt mẫu cho đến khi vật liệu không còn rời rạc và mặt mẫu phẳng. + Đầm nén lớp đất theo quy định (chày và số lượt đầm tuỳ theo thí nghiệm). Khi đầm thì đầm dần từ xung quanh vào giữa, đảm bảo lớp đất được đầm đồng đều trên khắp bề mặt. + Các lớp tiếp theo tiến hành tương tự. Trang 46 + Khi đầm xong lớp cuối cùng, thì bề mặt lớp đất chỉ được nhô cao hơn mép thân cối 1cm. Tháo nắp cối ra, dùng thanh gạt gạt bằng bề mặt mẫu và cân được khối lượng P1i. + Tháo mẫu, lấy 2 mẫu đất nhỏ ở mặt bên và mặt đáy để thí nghiệm xác định độ ẩm W. - Lặp lại trình tự thí nghiệm trên với các mẫu còn lại. 5.2.4. Kết quả thí nghiệm. - Với mỗi mẫu đất sau khi đầm nén ta xác định được khối lượng thể tích ẩm γω theo công thức: V PP i2i1 i − =γϖ Với: P1 - Khối lượng toàn bộ mẫu đất, thân cối dưới và đế cối xác định ở trên. P2 - Khối lượng của thân cối dưới và đế cối. V - Thể tích của thân cối dưới. - Từ khối lượng thể tích ẩm và độ ẩm đã tìm được, xác định khối lượng thể tích khô của từng mẫu theo công thức: i wi ki W01.01+ γ =γ - Với các tập giá trị (Wi, γki) ta vẽ được đường cong quan hệ giữa khối lượng thể tích khô và độ ẩm. Trên đồ thị ta xác định điểm cao nhất của đường cong và dóng xuống các trục toạ độ ta thu được Wo và γo của mẫu đất đó. Biểu đồ quan hệ giữa khối lượng thể tích khô và độ ẩm - Wo: độ ẩm tốt nhất của mẫu đất. Đó là lượng nước cần thiết chứa trong đất làm cho ma sát giữa các hạt đất giảm, khi đầm nén đất ở độ ẩm này ta tốn ít công nhất mà vẫn cho ta độ chặt tốt nhất. - γo: Độ chặt lớn nhất (hay khối lượng thể tích khô lớn nhất) của mẫu đất tương ứng với một công đầm tiêu chuẩn khi đầm nén ở độ ẩm tốt nhất. K hố i l ượ n g th ể tíc h kh ô (g/ cm 3 ) M2 M3 M4 M5 M0 γ0 W0 Độ ẩm (%) Trang 47 - Độ chặt yêu cầu: là độ chặt cần thiết của đất đảm bảo cho nền đường ổn định γyc. Nếu có điều kiện thì nên đầm nén cho độ chặt yêu cầu bằng hoặc xấp xỉ với độ chặt lớn nhất. Tuy nhiên để đầm nén đất đến độ chặt lớn nhất phải tốn rất nhiều công, vì vậy thông thường chỉ cần đằm nén nền đường đến độ chặt yêu cầu γyc nhỏ hơn độ chặt tốt nhất γo một ít. Như vậy cường độ và độ ổn định cường độ của đất sẽ giảm xuống một ít. Trị số δyc tính theo công thức: γyc = K δo - K được gọi là hệ số đầm nén. Trị số K được quy định trên cơ sở khảo sát độ chặt của đất trong những nền đường cũ đã sử dụng lâu năm mà vẫn ổn định, trong các điều kiện khác nhau về địa hình, loại đất, loại mặt đường và khu vực khí hậu. Tuỳ thuộc vào tính chất, tầm quan trọng của mỗi công trình cũng như vị trí của mỗi tầng lớp trong nề đường mà lựa chọn trị số K khác nhau. - Tuỳ thuộc vào tính chất, tầm quan trọng của mỗi công trình cũng như vị trí của mỗi tầng lớp mà lựa chọn trị số K khác nhau. Hệ số đầm nén có thể tham khảo bảng sau: (theo TCVN4054-05). Loại nền đường Độ sâu tính từ đáy kết cấu áo đường xuống Độ chặt (theo Proctor tiêu chuẩn) Đường ô tô có V ≥ 40km/h Đường ô tô có V < 40km/h Đắp Khi kết cấu áo đường dày trên 60cm 30cm ≥ 0.98 ≥ 0.95 Khi kết cấu áo đường dày dưới 60cm 50cm ≥ 0.98 ≥ 0.95 Bên dưới chiều sâu kể trên ≥ 0.95 ≥ 0.90 Nền đào và không đào không đắp 30cm ≥ 0.98 ≥ 0.95 5.3. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG TÁC ĐẦM NÉN ĐẤT NỀN ĐƯỜNG 5.3.1. Độ ẩm của đất. - Độ ẩm hay lượng nước chứa trong đất là một trong những nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả của công tác đầm nén đất đắp nền đường. + Khi độ ẩm trong đất nhỏ, sức cản đầm nén lớn do ma sát giữa các hạt đất còn lớn ngăn cản sự di chuyển tới vị trí ổn định của các hạt đất. + Khi tăng độ ẩm trong đất: lượng nước bao quanh các hạt đất tăng lên làm giảm ma sát giữa các hạt đất do vậy sức cản đầm nén giảm, các hạt đất dễ dàng được sắp xếp chặt lại. + Nếu cứ tiếp tục tăng độ ẩm thì nước có thể chiếm dần các lỗ rỗng trong đất, khi đó áp lực của công cụ đầm nén sẽ không trực tiếp truyền lên các hạt đất mà lại được nước tiếp nhận làm cho các hạt đất khó sắp xếp lại gần nhau. Trang 48 Vì vậy, khi lu lèn cần phải chú ý độ ẩm của đất. Độ ẩm của đất đắp càng gần độ ẩm tốt nhất càng tốt (từ 90% đến 110% của độ ẩm tối ưu Wo). Nếu đất quá ẩm hoặc quá khô thì nhà thầu phải có các biện pháp xử lý như phơi khô hoặc tưới thêm nước. Đối với từng loại đất, khi chưa có số liệu thí nghiệm chính xác, muốn biết độ ẩm khống chế và khối lượng thể tích tương ứng có thể đạt được tham khảo bảng dưới đây: Độ ẩm khống chế và khối lượng thể tích lớn nhất của một số loại đất Loại đất Độ ẩm khống chế (%) Khối lượng thể tích lớn nhất của đất khi đầm nén (T/m3) Cát Đất pha cát Bụi Đất pha sét nhẹ Đất pha sét nặng Đất pha sét bụi Sét 8 - 12 9 - 15 14 - 23 12 - 18 15 - 22 17 - 23 18 -25 1,75 - 1,95 1,85 - 1,95 1,60 - 1,82 1,65 - 1,85 1,60 - 1,80 1,58 - 1,78 1,55 -1,75 5.3.2. Công đầm nén, phương tiện đầm nén, tốc độ đầm nén. - Công đầm nén: + Khi thay đổi công đầm nén thì trị số ẩm tốt nhất và độ chặt lớn nhất của cùng một loại đất cũng thay đổi. Nếu tăng công đầm nén: độ ẩm tốt giảm xuống, độ chặt lớn nhất tăng lên. Ở độ ẩm tốt nhất: nước trong đất ở dạng nước liên kết, khi đầm nén ở Wo thì đất khó thấm nước, nền đường ổn định hơn dưới tác dụng của nước. Khi màng nước bao bọc các hạt đất càng mỏng (ứng với độ ẩm nhỏ) thì cường độ của nó càng cao (do lực hút phân tử), khi màng nước càng dày thì cường độ của nó càng nhỏ và khả năng biến dạng của nó càng lớn. Điều đó giải thích vì sao khi tăng công đầm nén lên thì độ ẩm giảm đi và độ chặt tăng lên, cũng như vì sao khi độ ẩm của đất tăng lên thì cường độ kháng cắt, và môđun biến dạng của đất sẽ giảm xuống. + Thay đổi công đầm nén bằng cách: thay đổi số lần đầm nén hoặc thay đổi tải trọng đầm nén. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể tăng số lần đầm nén để tăng công đầm nén vì giữa độ chặt và công đầm nén có quan hệ Logarit: nếu đất đã đạt được độ chặt nào đó thì dù có tăng số lần đầm nén lên nhiều độ chặt của đất cũng tăng không đáng kể. Trong trường hợp này cần tăng tải trọng lu. Ví dụ những con đường đất, người đi bộ qua lại nhiều năm, tạo ra một công đầm nén lớn làm cho một lớp mỏng ở trên rắn chắc lại, song nếu ô tô đi vào thì đường sẽ lún. - Thời gian tác dụng của phương tiện đầm nén: Cùng một loại đất, cùng một độ ẩm, cùng một công đầm nén song tốc độ lu nhanh hay chậm thì hiệu quả đầm nén cũng sẽ khác nhau. Tốc độ lu càng chậm thì thời gian tác dụng Trang 49 của tải trọng đầm nén càng lâu, sẽ khắc phục được sức cản đầm nén tốt hơn (nhất là với loại đất có tính nhớt cao như đất sét hay á sét), đồng thời tạo điều kiện thuận lợi để hình thành cấu trúc mới trong nội bộ vật liệu có cường độ cao hơn. Nhưng như vậy năng suất công tác của lu sẽ giảm. Ngược lại, tốc độ lu nhanh quá có thể gây nên hiện tượng lượn sóng trên bề mặt vật liệu (nhất là vật liệu dẻo khi chưa hình thành cường độ). Do vậy tốc độ lu phải phù hợp với từng giai đoạn đầm nén: Trong giai đoạn đầu, vật liệu mới rải, nên dùng lu nhẹ với tốc độ chậm, sau đó tăng đàn lên khi vật liệu đã chặt hơn. Cuối cùng lại giảm tốc độ lu ở một số hành trình cuối cùng nhằm tạo điều kiện củng cố, hình thành cường độ cho lớp vật liệu đầm nén. - Phương tiện đầm nén: Mỗi loại phương tiện đầm nén khác nhau có những đặc trưng nhất định và phù hợp với những loại đất nhất định. Nếu sử dụng đúng thì hiệu quả của công tác đầm nén sẽ cao. Ví dụ: lu bánh lốp có diện tích tiếp xúc lớn hơn lu bánh cứng nên tốc độ lu có thể cao hơn mà vẫn đảm bảo thời gian tác dụng tải trọng tương đương. Đây là một ưu điểm của lu lốp. 5.3.3. Thành phần hạt của đất - Ngoài độ ẩm ra, thành phần hạt của đất cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình đầm nén đất đắp. - Theo sự lớn nhỏ của hạt đất, người ta phân các hạt đất thành: + Cát : đường kính hạt từ 2 - 0,05mm + Bụi : 0,05 - 0,002mm + Sét : < 0,002mm Trong ba loại hạt trên, các hạt sét có ảnh hưởng lớn nhất đến tính chất của đất cũng như đến công tác đầm nén. Các hạt sét có màng keo nước, nên ở trạng thái tự nhiên, nó có khả năng dính kết các hạt đất riêng rẽ lại với nhau hợp thành nhóm hạt gọi là liên kết nguyên sinh. Khi đầm nén, phải thắng được lực liên kết nguyên sinh đó, để các hạt sét dịch chuyển lại gần nhau hơn nữa và hình thành một khối liên kết mới bền vững hơn, lúc này biến dạng của đất sẽ nhỏ đi nhiều, nền đường sẽ bị lún rất ít. Điều đó cũng giải thích vì sao muốn cho đất có hàm lượng sét cao được ổn định thì phải tốn công lu lèn và phải đầm nén đến độ chặt yêu cầu cao. - Thành phần cấp phối của các hạt đất cũng ảnh hưởng đến tính ổn định của đất: + Nếu các hạt đất có kích thước gần bằng nhau, tỷ lệ khe hở trong đất sẽ lớn và khó lèn chặt (giả thiết khi đất chỉ gồm những hạt có đường kính bằng nhau thì khi nén chặt nhất, độ rỗng của nó là 26%). + Đất có thành phần cấp phối tốt (chặt, liên tục): sau khi đầm nén các hạt nhỏ sẽ chèn vào khe hở của các hạt lớn hình thành một cấu trúc chặt, ổn định. Trang 50 + Thực tế đất gồm các hạt đường kính rất khác nhau nên sau khi đầm nén và dưới tác dụng của nhiều lần khô ẩm tuần hoàn, đất có khả năng đạt được độ chặt cao và ổn định. 5.3.4. Bề dày lèn ép và cường độ của lớp vật liệu bên dưới. - Bề dầy lèn ép không quá lớn để đảm bảo ứng suất do áp lực lu truyền xuống đủ để khắc phục sức cản đầm nén ở mọi vị trí của lớp vật liệu. Nhằm tránh hiện tượng khi lu lèn ở trên chặt nhưng ở dưới không chặt, bảo đảm hiệu quả đầm nén tương đối đồng đều từ trên xuống dưới. Bề dày lèn ép lớn nhất phụ thuộc vào loại phương tiện đầm nén, theo tính chất của đất. Việc lựa chọn được bề dày lèn ép hợp lý không những để đảm bảo chất lượng đầm nén mà còn làm tốn ít công đầm nén nhất. - Bề dầy lèn ép không nhỏ quá để đảm bảo ứng suất do áp lực đầm nén truyền xuống đáy không lớn hơn khả năng chịu tải của tầng móng phía dưới. σh ≤ [σ]cp - Cường độ của lớp đất bên dưới cũng ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả của công tác đầm nén. Nếu cường độ của lớp vật liệu bên dưới yếu, thì không tạo ra được “hiệu ứng đe” để làm chặt lớp đất bên trên. 5.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẦM NÉN ĐẤT VÀ KỸ THUẬT ĐẦM NÉN. 5.4.1 Lu lèn đất bằng lu tĩnh. - Nguyên tắc: dùng tải trọng tĩnh của bản thân lu để lèn ép làm cho đất chặt lại. - Đây là phương pháp đầm nén phổ biến hiện nay và được thực hiện bằng các loại lu bánh cứng, lu bánh lốp và lu chân cừu. 5.4.1.1. Lu bánh cứng - Ưu điểm: + Áp lực bề mặt lớn. + Bề mặt lớp đất sau khi lu rất bằng phẳng, nhẵn, mịn. + Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ. - Nhược điểm: + Chiều sâu tác dụng không lớn do áp lực lu tắt nhanh theo chiều sâu (<25cm). + Tốc độ nhỏ, tính cơ động kém, năng suất thấp. + Bề mặt lớp đất sau khi lu rất bằng phẳng, nhẵn, mịn nên lớp đất đắp sau dính bám với lớp đất đắp dưới không tốt. + Diện tiếp xúc giữa bánh lu và lớp đất được lu lèn ngày càng giảm đi khi đất đã chặt lại nên thời gian tác dụng của lu lên lớp đất ngày càng ít đi. - Phân loại: + Theo tải trọng: * Lu nhẹ 3-5T. * Lu vừa 6-9T. Trang 51 * Lu nặng > 10T. + Theo số trục, số bánh: * Lu hai bánh, hai trục. * Lu ba bánh, hai trục. * Lu ba bánh, ba trục. - Phạm vi áp dụng: Có thể dùng cho các loại đất khác nhau như á cát, á sét, các loại đất rời. - Hiệu quả đầm nén của lu được xác định thông qua: + Áp lực của lu tác dụng lên lớp vật liệu. + Chiều sâu tác dụng của lu. - Trị số của áp lực cực đại dưới bánh lu có thể xác định theo công thức: R E.q o max =σ Trong đó: q - Áp lực trên đơn vị chiều dài của bánh lu (daN/cm); b Q q = - với Q tải trọng tác dụng lên bánh lu, (daN); b - Chiều dài của bánh lu, (cm); R - Bán kính của bánh lu, (cm); Eo - Môđun biến dạng của đất, daN/cm2. - Chiều sâu tác dụng của lu bánh cứng có thể xác định theo công thức sau: (cm) qR W W30,0h o = : với đất dính (cm) qR W W35,0h o = : với đất rời W : độ ẩm của đất khi đầm nén. Wo : độ ẩm tốt nhất của loại đất đó. Lu bánh thép hai bánh hai trục Trang 52 Lu bánh thép ba bánh hai trục 5.4.1.2. Lu bánh lốp - Ưu điểm: + Tốc độ cao (3-5km/h: lu kéo theo ; với loại lu tự hành có thể đạt được 20- 25km/h). + Năng suất làm việc cao. + Chiều sâu tác dụng của lu lớn (có thể tới 45cm). + Có thể điều chỉnh được áp lực lu (thay đổi áp lực hơi và tải trọng). + Sự dính bám giữa lớp trên và lớp dưới khá tốt. + Diện tiếp xúc giữa bánh lu và lớp đất lớn và không thay đổi trong suốt quá trình lu nên thời gian tác dụng của tải trọng lu lên lớp đất lớn hơn lu bánh thép do vậy khắc phục được sức cản đầm nén tốt hơn nhất là các loại đất có tính nhớt. - Nhược điểm: + Bề mặt sau khi lu không bằng phẳng. + Áp lực bề mặt lu không lớn. - Phạm vi áp dụng: có thể sử dụng cho mọi loại đất và có hiệu quả nhất đối với đất dính ẩm ướt. Trang 53 Lu bánh lốp - Áp suất lu lèn trung bình tác dụng trên diện tích tiếp xúc của bánh lốp với bề mặt lớp vật liệu: D cQK B 2 tb pi=σ Trong đó: B - Bán trục nhỏ của diện tiếp xúc hình Elíp. Q - Tải trọng tác dụng lên một bánh lu, (kG). D - Đường kính của bánh lu (cm) ; Kc - Hệ số cứng của lốp. - Chiều sâu tác dụng của lu bánh lốp được xác định theo công thức sau: ttP P o W WQH ϕ= Trong đó ϕ - Hệ số xét đến khả năng nén chặt của đất Với đất dính ϕ = 0,45 -0,50 Với đất rời ϕ = 0,40 - 0,45 W,Wo - Độ ẩm thực tế và độ ẩm tốt nhất của đất (%) P, Ptt - áp lực thực tế và áp lực tính toán của không khi trong bánh lu, (daN/cm2); 5.4.1.3. Lu chân cừu. - Làm việc như lu bánh sắt nhưng bề mặt được cấu tạo thêm các vấu sắt nên áp lực tác dụng lên lớp vật liệu lớn, có thể vượt quá cường độ giới hạn của đất nhiều lần, làm cho đất nằm trực tiếp dưới chân cừu bị biến dạng lớn và chặt lại. - Ưu điểm: + Áp lực bề mặt rất lớn và chiều sâu ảnh hưởng lớn do áp suất nén tập trung ở các vấu chân cừu. Do vậy độ chặt của đất khi dùng lu chân cừu cũng lớn hơn độ chặt của đất khi dùng lu bánh thép (khoảng 1.5 lần), độ chặt của lớp đất cũng đồng đều từ trên xuống dưới, liên kết giữa các lớp đất cũng chặt chẽ. + Cấu tạo đơn giản, năng suất đầm tương đối cao do có thể móc lu thành nhiều sơ đồ khác nhau (nếu là lu không tự hành). - Nhược điểm: + Khi đầm nén xong thì có một lớp đất mỏng ở trên mặt bị xới tơi ra (khoảng 4-6 cm) do ảnh hưởng của vấu chân cừu. Vì vậy, phải dùng lu bánh thép để lu lại lớp đất này nhất là khi trời mưa hoặc trước khi ngừng thi công. Trang 54 - Phạm vi áp dụng: Lu chân cừu rất thích hợp với đầm nén đất dính, không thích hợp khi đầm nén đất ít dính nhất là đất rời. Lu chân cừu - Phân loại: Lu nhẹ 4 - 20 kG/cm2 Lu vừa 20 - 40 kG/cm2 Lu nặng 40 – 100 kG/cm2 5.4.2 Đầm đất bằng đầm rơi tự do - Nguyên tắc: Biến thế năng của bản đầm thành động năng truyền cho đất làm cho đất chặt lại. - Ưu điểm: + Có chiều sâu ảnh hưởng lớn. + Có thể dùng cho tất cả các loại đất mà không đòi hỏi chặt chẽ lắm: khô quá hoặc ướt quá đều có thể đầm được. - Nhược điểm: + Năng suất thấp. + Giá thành cao. - Phạm vi áp dụng: + Dùng cho các công trình đòi hỏi chất lượng cao. + Những nơi chật hẹp, không đủ diện thi công cho máy lu làm việc. + Những nơi có nền yếu mà phải đắp lớp đất có chiều dày lớn. - Thao tác đầm: + Dùng máy xúc có lắp bản đầm di chuyển dọc theo tim đường. + Tại mỗi vị trí đứng của máy thì quay cần để đầm. + Với những lượt đầm đầu tiên thì nâng bản đầm lên chiều cao thấp sau đó nâng cao dần lên. - Ngoài bản đầm thì còn có các loại máy đầm tự hành, đầm hơi nhỏ, đầm cóc. 5.4.3 Đầm đất bằng lu rung. Trang 55 - Nguyên tắc: Dưới tác dụng của lực rung do bộ phận gây rung gây ra, các hạt đất bị dao động làm cho lực ma sát, lực dính giữa các hạt đất giảm, đồng thời dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, trọng lượng lu các hạt đất di chuyển theo hướng thẳng đứng và sắp xếp lại chặt chẽ hơn. Bộ phận rung là các đĩa lệch tâm hoặc trục lệch tâm được gắn vào tang trống của lu bánh thép hoặc chân cừu. - Hiệu quả đầm nén phụ thuộc vào: + Tần số dao động. + Biên độ dao động. + Tải trọng tác dụng lên đất. - Ưu điểm: + Đặc biệt thích hợp với đất rời. + Chiều sâu tác dụng khá lớn (có thể đạt 1,5m). + Khi cần có thể biến lu rung thành lu tĩnh bằng cách tắt các bộ phận gây chấn động đi. - Nhược điểm: + Không thích hợp với đất dính. + Dễ ảnh hưởng đến các công trình lân cận. Lu rung 5.4.4 Kỹ thuật lu lèn đất - Để tránh làm xô dồn vật liệu (nhất là vật liệu rời rạc): lu được bắt đầu từ thấp tới cao, từ hai bên mép đường vào giữa hoặc từ phía bụng đường cong lên lưng đường cong trong trường hợp đường cong có siêu cao. Trang 56 - Tuỳ thuộc vào mỗi loại lu mà chọn sơ đồ di chuyển cho phù hợp để nâng cao năng suất lu: + Nếu dùng lu kéo theo thì chạy theo sơ đồ khép kín. + Nếu dùng lu tự hành thì chạy theo sơ đồ con thoi. a 1 2 3 4 a 5 6 7 8 b a 1 3 5 7 a 2 4 6 8 b a) Lu theo sơ đồ khép kín b) Lu theo sơ đồ con thoi Sơ đồ lu lèn - Để đảm bảo chất lượng đồng đều thì các vệt lu sau phải đè lên vệt lu trước một chiều rộng quy định. - Khi mới bắt đầu lu, vật liệu còn ở trạng thái rời rạc thì dùng lu có áp lực nhỏ, sau đó chuyển sang dùng lu nặng để tăng dần áp lực lu cho phù hợp với quá trình đất chặt dần lại (sức cản đầm nén tăng). - Để đảm bảo năng suất lu và sự ổn định cho lớp vật liệu thì cần điều chỉnh tốc độ lu cho hợp lý: ban đầu lu với tốc độ chậm, sau đó tăng dần tốc độ và giảm tốc độ trong những hành trình cuối. - Năng suất của lu được tính theo công thức sau: )ca/km( N V L01,0L LK.TN t β+ = + T: Thời gian làm việc trong 1 ca. + Kt: hệ số sử dụng thời gian. + L: chiều dài đoạn thi công, km + V: vận tốc lu khi làm việc, km/h + N: tổng số hành trình lu cần thiết N = Nck. Nht + Nck: số chu kỳ cần thực hiện. + Nht: số hành trình lu thực hiện trong mỗi chu kỳ. Nck = n N yc + Ny.c: số lượt lu/điểm cần thiết để làm chặt lớp vật liệu theo yêu cầu. Trang 57 + n: số lượt lu/điểm thực hiện được sau một chu kỳ lu. + β: hệ số xét đến việc lu chạy không chính xác theo sơ đồ. (β=1.25) 5.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐỘ CHẶT VÀ ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT Ở HIỆN TRƯỜNG Trong quá trình đầm nén đất ta cần kiểm tra 2 chỉ tiêu sau: + Độ ẩm thực tế của đất: nhằm đảm bảo cho công tác đầm nén có hiệu quả khi đầm nén ở độ ẩm tốt nhất + Độ chặt thực tế của đất: để đơn vị thi công kiểm tra chất lượng đầm nén của đơn vị mình và không thể thiếu khi tư vấn giám sát kiểm tra nghiệm thu. Đây là một công việc nhiều khi ảnh hưởng rất lớn đến tiến độ thi công và gây thiệt hại kinh tế cho nhà thầu. Ví dụ là khi đắp xong một lớp đất dày 20cm, nhà thầu cần phải được tư vấn giám sát nghiệm thu độ chặt mới được thi công lớp tiếp theo. Vì vậy phải xác định chính xác, nhanh chóng để đảm bảo tiến độ thi công và có biện pháp xử lý kịp thời. 5.5.1 Các phương pháp xác định độ ẩm của đất. 5.5.1.1 Phương pháp sấy (TCVN 4196-95) a. Thiết bị thí nghiệm - Cân kỹ thuật, độ chính xác 0,1 - 0,01 g. Hiện nay có thể dùng các loại cân điện tử với độ chính xác cao. - Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt ( max = 3000C) - Hộp đựng mẫu - Bình giữ khô... b. Trình tự thí nghiệm Lấy một khối lượng đất ~ 15g cho vào hộp đựng mẫu (đã được đánh số và biết trước khối lượng) - Đậy nắp và cân - Mở nắp hộp rồi đem sấy khô trong tủ sấy 105-1100C, đất hữu cơ có thể sấy ở 70- 800C - Mỗi mẫu đất phải được sấy ít nhất 2 lần theo thời gian quy định: + 5 h : sét pha, sét + 3 h : cát, cát pha + 8h : đất chứa thạch cao hoặc hàm lượng hữu cơ > 5% Sấy lại: + 2 h : sét, sét pha, đất chứa thạch cao, tạp chất hữu cơ + 1 h : cát, cát pha Nếu đất có hữu cơ ≤ 5% có thể sấy liên tục 105±20C trong 8h với đất loại sét và 5h với đất loại cát. Nếu > 5% sấy ở 80±20C liên tục trong 12h với sét và 8h với cát. Trang 58 - Lấy mẫu ra khỏi tủ sấy, đậy nắp lại, cho vào bình hút ẩm 45’- 1h để làm nguội mẫu rồi đem cân c. Xử lý kết quả thí nghiệm 100 mm mmW 0 01 − − = Trong đó: m: khối lượng hộp mẫu có nắp, (g) m0: khối lượng đất đã được sấy khô + hộp mẫu có nắp, (g) m1: khối lượng đất ướt + hộp mẫu có nắp, (g) Kết quả của 2 lần xác định song song chênh lệch nhau > 10% Wtb thì phải tăng số lần xác định. 5.5.1.2. Phương pháp đốt cồn Phương pháp này dùng cồn để đốt làm bay hơi nước thường dùng ngoài hiện trường. Dùng cồn đốt vì nhiệt độ khi đốt không quá cao, không làm cháy, phân huỷ các liên kết của khoáng vật. a. Thiết bị thí nghiệm: Thiết bị thí nghiệm giống như phương pháp dùng tủ sấy nhưng thay tủ sấy bằng cồn công nghiệp 950 b. Trình tự thí nghiệm: + Cho mẫu đất vào hộp kim loại và đem cân + Đổ cồn vào mẫu đất với khối lượng vừa đủ làm ướt bề mặt mẫu (đổ nhiều sẽ tốn cồn). + Châm lửa cho cháy cồn, có thể dùng que kim loại khoắng để nước bay hơi nhanh. Khi lửa tắt, đổ thêm cồn và đốt tiếp. Đốt đến khi khối lượng mẫu không đổi (thường là 3-4 lần) + Đậy nắp kín, để nguội, cân xác định khối lượng c. Xử lý kết quả thí nghiệm: Giống phương pháp sấy. 5.5.1.3 Phương pháp thể tích - Phương pháp này không phải sấy khô mẫu đất mà chỉ cần xác định thể tích phần rắn và lỏng trong đất. Phương pháp này thích hợp với đất rời (cát, sạn). a. Thiết bị thí nghiệm: - Ống đong hoặc bình đựng có thể xác định được thể tích (500-1000cm3). - Cân kỹ thuật có độ chính xác 0.1-0.01g b. Trình tự thí nghiệm: - Xác định thể tích bình (hoặc ống đong) Trang 59 - Cân bình không được khối lượng P1 - Đổ nước cất đến vạch chuẩn, cân lại được khối lượng P2 - Lấy lượng đất cần thí nghiệm PW. Cho lượng đất này vào bình (không có nước), cân bình và đất được khối lượng P3 - Cho nước vào bình, dùng que khuấy để phân tán các hạt, đuổi hết bọt khí. Đổ thêm nước đến vạch chuẩn. Cân được khối lượng P4 c. Xử lý kết quả thí nghiệm: Độ ẩm của đất W được xác định theo công thức sau: %100 VP PV W 1 n w r W 1 − γ γ − = Trong đó: Pw: khối lượng đất ẩm ór: khối lượng riêng của đất (~ 2,65 - 2,7 g/cm3) ón: khối lượng riêng của nước (có thể lấy 1g/cm3), thay đổi theo nhiệt độ V1:thể tích mẫu đất (gồm phần rắn và lỏng) cm, PP)PP(V n 34 n 12 1 γ − − γ − = P1: khối lượng bình không, g P2: khối lượng bình + nước P3: khối lượng bình + đất P4: khối lượng bình + đất + nước 5.5.1.4 Phương pháp cân trong nước - Cần xác định khối lượng bằng phương pháp cân trong không khí và sau đó cân trong nước - Sử dụng cân thuỷ tĩnh - Dùng cho loại đất dễ tan rã, phân tán trong nước - Trình tự thí nghiệm: + Cân mẫu đất ẩm trong không khí Pw + Cân mẫu đất ẩm trong nước P2 1 P PW r nr 2 W −      γ γ−γ ×= Pw : khối lượng đất cân trong không khí (g) P2 : khối lượng mẫu cân trong nước (g) ór : khối lượng riêng của đất, g/cm3 ón : khối lượng riêng của nước, g/cm3 Trang 60 5.5.2 Các phương pháp xác định độ chặt của đất 5.5.2.1 Phương pháp dao đai đốt cồn. a. Dụng cụ thí nghiệm. - Dao đai có miệng vát (chiều cao H, đường kính D) để lấy được mẫ đất nguyên dạng. - Búa đóng, - Dao gọt đất. - Dụng cụ xác định độ ẩm: cồn, cân kỹ thuật. b. Cách tiến hành thí nghiệm. - Cân dao vòng được khối lượng P2. - Xác định vị trí cần tiến hành thí nghiệm: + Xác định vị trí theo mặt bằng. + Xác định vị trí theo chiều sâu. - Làm phẳng bề mặt nơi cần lấy mẫu thí nghiệm. - Đặt dao vòng lên mặt đất nơi cần lấy mẫu, úp mũ dao lên và dùng búa đóng để dao ngập hết vào trong đất. - Đào đất xung quanh dao vòng rồi lấy mẫu lên, gạt phẳng bề mặt đất. - Cân cả dao và đất được khối lượng P1. - Lấy một lượng đất nhỏ trong dao vòng để làm thí nghiệm xác định độ ẩm bằng phương pháp đốt cồn. c. Tính toán kết quả - Dung trọng ẩm của đất: )3cm/g( V PP 21 w − =γ Trong đó: P1 – Khối lượng của dao đai