Tài liệu Nghiên cứu công nghệ và thiết bị hệ thống phun trộn tạo cọc xi măng đất, xác định kết cấu và các thông số cơ bản của bộ công tác phù hợp điều kiện việt nam tt

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm về nền đất yếu Trình bày khái quát về nền đất yếu, các đặc điểm về phân bố nền đất yếu trên các vùng của Việt Nam 1.2 Các phương pháp và công nghệ gia cố nền đất yếu bằng cọc XMĐ Tóm tắt các phương pháp cải tạo nền đất yếu nói chung và ưu thế của cải tạo nền yếu bằng trộn đất tại chỗ với chất kết dính, 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng khi gia cố nền yếu bằng cọc xi măng đất Bao gồm: Đặc điểm của chất kết dính; Đặc điểm và điều kiện đất; Điều kiện trộn; Điều kiện bảo dưỡng; Máy và hệ thống thiết bị thi công Kết luận chương 1 Việt Nam có nhiều vùng kinh tế trên các vùng nền yếu Có nhiều biện pháp gia cố nền yếu, trong đó có biện pháp dùng cọc XMĐ, đã được sử dụng ở Việt Nam Đã có nhiều nghiên cứu về bản thân cọc XMĐ, nhưng còn ít nghiên cứu về máy và bộ công tác tạo cọc. Việc nghiên cứu về công nghệ và máy thi công cọc XMĐ là cần thiết CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU KẾT CẤU, TSCB CỦA BỘ CÔNG TÁC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ MÔ HÌNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY THI CÔNG CỌC XMĐ TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 2.1 Nghiên cứu 2 giai đoạn chịu lực của mũi khoan trộn tạo cọc XMĐ 2.1.1 Lý do cần nghiên cứu Lực tác dụng vào đất và công suất của máy phát ra là hai thông số cơ bản quan trọng của máy khoan trộn tạo cọc. Lý thuyết về tính toán lực tác dụng trên mũi khoan trộn tạo cọc XMĐ hiện chưa hoàn thiện và chưa có sự thống nhất. Khi thi công tạo lỗ cọc XMĐ, các giai đoạn làm việc của mũi khoan có thể gặp những trở lực khác nhau. Tác giả đề xuất cách tính toán riêng cho từng giai đoạn này 1 Giai đoạn khoan phá khi gặp nền đất, đá cứng Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên mũi khoan -trộn a) Mũi khoan; b) Lực khi khoan xoay; c) Lực khi khoan xoay-đập. Py- lực dọc trục; *Pz - lực cắt; *P –Lực tổng của mũi cắt;* Ry –Phản lực của nền theo phương đứng; *Rz – phản lực nền theo phương cắt; *R – Hợp lực của phản lực nền 2.1.2 2.1.3 Giai đoạn khoan trộn Đây là chức năng thường xuyên của máy thi công cọc XMĐ, ứng với giai đoạn trộn tạo lỗ và trộn với CKD. Lực tác dụng lên mũi khoan Một mô hình tính toán do tác giả người Nga: N.G. Đombrovski.[26]. Mô hình này đơn giản và cũng đủ chính xác.Theo đó tính lực cản đào thuần túy (đàochuyển đất mà không có tích đất) là tổng của 2 thành phần (hình 2.7), trong đó: A-Khi khoan cắt đất theo quĩ đạo cong; B- Khi cắt đất theo quĩ đạo thẳng; C-Biểu đồ xác định hệ số cản đào;    P = P01 + P02 ; (2.9) Trong đó:P 01 là lực cản đào tiếp tuyến: R R P01 = k2 .B.h ; (2.10) Với k 2 – hệ số cản đào thuần túy; B và h là chiều rộng và chiều dầy phoi đất; Hình 2.7.Sơ đồ lực tác dụng vào lưỡi β - Góc sắc (độ); α- Góc sau (độ); cắt mũi khoan (N.G.Dombrovski [36]) R 2 R γ- Góc trước (độ); δ- Góc đặt lưỡi (độ); ψ-Hệ số cản đào; P 01 –Lực cản tiếp tuyến; P 02 –Lực cản pháp tuyến; P 0 –Lực cản tổng cộng. P02 = ψ .P01 ; R R R R R R ψ = 0,1 ÷ 0,5 là hệ số (kể đến mức độ cùn hay sắc của lưỡi cắt, trị số nhỏ khi lưỡi còn sắc, trị số lớn khi lưỡi đã bị cùn) 2.2 Nghiên cứu về các kiểu mũi khoan trộn Phương pháp xác định thông số kết cấu của mũi khoan trộn (ứng dụng luật đồng dạng trong kỹ thuật, Vũ Thế Lộc, 1986 [26]) Luật đồng dạng được biểu diễn dưới dạng công thức sau: A13 G N q t3 ≈ 1 ≈ 1 ≈ 1 ≈ 13 ≈ ...v.v... 3 A2 G2 N2 q2 t2 (2.11) Trong đó: Các chỉ số 1 và 2 lần lượt chỉ máy cũ và mới; A- thông số kích thước; G-Thông số trọng lượng; N- Thông số công suất; q-Thông số thể tích; t – thông số về thời gian làm việc của máy...vv Các yếu tố ảnh hưởng đến thông số cơ bản của máy và bộ công tác khi thi công tạo cọc *A - Năng suất ca (m3/ca); *v r - Tốc độ rút cần khi trộn (m/ph); *d - Đường kính mũi khoan trộn (m); t ca - Thời gian một ca (h);K tg – H.s sử dụng thời gian (K tg = 0,8-0,9); * Điều kiện nền đất, *Chất kết dính * Máy thi công,* Số lần trộn (T) trên một mét chiều dài cọc,* Chi phí khai thác máy và thiết bị,* NCông suất (kW);* Lựa chọn máy và hệ thống thiết bị đúng sẽ có năng suất cao.*Các yếu tố liên quan đến an toàn, an sinh xã hội, bảo vệ môi trường 2.3 R R P P R R R R R R R R 2.4 Lựa chọn phương pháp đánh giá Trên cơ sở mục tiêu của đề tài, sau khi cân nhắc mọi mặt, luận án đề xuất sử dụng các các phương pháp toán học sau đây vào nghiên cứu của mình Lý thuyết qui hoạch tuyến tinh; Lý thuyết qui hoạch thực nghiệm; Phương pháp Patern 2.5 Nghiên cứu mô hình tính toán lựa chọn hợp lý máy thi công cọc xi măng đất 2.5.1 Mô hình bài toán qui hoạch tuyến tính Các bước nghiên cứu và ứng dụng một bài toán quy hoạch tuyến tính điển hình U 3 - Xác định vấn đề cần giải quyết, thu thập dữ liệu; - Lập mô hình toán học; - Xây dựng các thuật toán để giải bài toán đã mô hình hoá bằng ngôn ngữ thuận lợi cho việc lập trình cho máy tính. - Tính toán thử và điều chỉnh mô hình nếu cần; - Áp dụng giải các bài toán thực tế; Dạng tổng quát những bài toán quy hoạch tuyến tính: *Xác lập hàm mục tiêu *Xác lập các ràng buộc của bài toán *Xác lập các các hạn chế về dấu của các biến số *Giải và tìm kết quả theo mục tiêu đề ra U U U U U Bài toán lựa chọn các máy thi công cọc XMĐ theo các chỉ tiêu không đơn vị đo khi có phương án thi công hợp lý (Patern) Trình tự tiến hành đánh giá phương án *Lựa chọn chỉ tiêu để đưa vào so sánh. *Xác định hướng của các chỉ tiêu và làm cho đồng hướng. Khi các chỉ tiêu có sự ngược hướng thi bằng cách sử dụng số nghịch đảo để biến thành đồng hướng. *Triệt tiêu đơn vị đo: Để so sánh các chỉ tiêu có các thứ nguyên khác nhau, bình thường thì không thể định lượng để so sánh được, nhưng ta sẽ triệt tiêu đơn vị đo để so sánh, cách làm như sau: 2.5.2 U Pij = Cij n ∑C j =1 .100 ij (2.19) P ij : Trị số không đơn vị đo của chỉ tiêu i của phương án j; n: Số phương án với j =1 ÷ n; C ij : Chỉ số chưa làm mất đơn vị đo của chỉ tiêu i của phương án j. *Xác định tầm quan trọng của mỗi chỉ tiêu qua trọng số (Wi). Tổng tỷ trọng của tất cả các chỉ tiêu phải là 100% hay bằng 1. *Xác định trị số không đơn vị đo cuối cùng: R R R R m VJ = ∑ Pi j .Wi (2.24) i =1 * Đánh giá xếp loại phương án theo các giá trị của chỉ tiêu không đơn vị đo theo mục tiêu so sánh đã đặt từ đầu là lấy cực đại hoặc cực tiểu. 4 Xác định mối tương quan giữa các thông số cơ bản của máy bằng qui hoạch thực nghiệm Lý thuyết qui hoạch thực nghiệm tập hợp các tác động của quá trình diễn biến của đối tượng nghiên cứu, gồm các bước: -Nhận thông tin mô phỏng; -Tạo ra mô hình toán; -Xác định các điều kiện hợp lý nhất của quá trình; Dựa vào đó nhà phân tích có thể dự đoán được các khả năng tốt hơn cho quy trình sản xuất, đem lại hiệu quả kinh tế cao, tốn ít chi phí, thời gian, công sức. Đối tượng của qui hoạch thực nghiệm: Thường là một quá trình hoặc một hiện tượng nào đó có những tính chất, đặc điểm chưa rõ ràng, cần phải nghiên cứu. Người nghiên cứu dù chỉ có một số thông tin tiên nghiệm, hoặc những liệt kê sơ lược ảnh hưởng tới quá trình vận hành của đối tượng 2.5.3 U U U Nội dung phương pháp quy hoạch thực nghiệm là để trả lời cho câu hỏi: Ở các mức giá trị nào và sự kết hợp như thế nào giữa các nhân tố thì nên làm ? Trong lý thuyết này thì thực nghiệm nhân tố toàn phần có rất nhiều ưu điểm so với các dạng quy hoạch khác, đó là: - Ước lượng độc lập các hệ số phương trình hồi quy; - Phương sai chính là nhỏ nhất; - Đơn giản xử lý kết quả thực nghiệm. 2.5.4 Lựa chọn của luận án *Nhân tố chính luận án lựa chọn để tính là các thông số cơ bản của máy khoan trộn (MKT) tạo cọc xi măng đất, *Vấn đề nghiên cứu là: tương quan giữa thông số cơ bản của MKT có sự kết hợp như thế nào là hợp lý, là tốt hơn cho người sử dụng. *Kết quả nhận được là: Công nhân điều khiển máy sẽ thao tác vận hành máy hiệu quả hơn trong quá trình thi công, kỹ sư thiết kế có thể tạo ra các thay đổi trong hệ điều khiển, để kết hợp các thao tác vận hành tốt hơn ... Lý do luận án chọn: Qui hoạch thực nghiệm bậc 2, dạng B, nhân tố toàn phần. Vì :Trên lý thuyết, có tới 20 dạng qui hoạch khác nhau. Một trong những dạng qui hoạch thường được ứng dụng trong kỹ thuật là “qui hoạch bậc 2 dạng B”. Do các nghiên cứu trong và ngoài nước chưa thấy có tài liệu đề cập đến. Luận U U 5 án này tiến hành vận dụng lý thuyết qui hoạch thực nghiệm bậc 2 dạng B để đề nghị giải quyết 2 vấn đề: *Xác định mối tương quan giữa thông số cơ bản của máy khoan trộn tạo cọc, nhằm tìm ra cách vận hành tốt hơn cho người sử dụng khi khai thác *Xác định mối quan hệ giữa độ bền mũi khoan trộn với năng suất và công suất của máy, nhằm tránh các lãng phí không đáng có về công suất và năng suất do tận dụng chỉ tiêu sức bền giới hạn. 2.5.5 Kết luận chương 2 Có thể căn cứ vào thực tế sử dụng và luật đồng dạng để khảo sát, lựa chọn các bộ phận kết cấu mới của mũi khoan Các yếu tố liên quan đến đến chất lượng cọc bao gồm: Năng suất thi công;*Điều kiện nền đất tại chỗ;*Chất kết dính;*Máy và thiết bị; *Biện pháp thi công;*Số lần quét trộn của cánh trộn;*Chi phí khai thác;* Lựa chọn máy đúng đắn, Luận án đã xác định cách đánh giá hệ thống thiết bị thi công, kết cấu, thông số cơ bản của bộ công tác máy thi công tạo cọc xi măng đất bằng cách dùng 3 lý thuyết toán học khác nhau: -Lý thuyết qui hoạch tuyến tính;- Lý thuyết qui hoạch thực nghiệm;- Phương pháp Patern Việc nghiên cứu, lựa chọn xác định kết cấu và các thông số cơ bản của bộ công tác khi thi công trong điều kiện Viêt Nam đòi hỏi phải thực hiện bằng các mô hình toán thích hợp, với sự trợ giúp của máy tính cùng các phần mềm chuyên dụng. CHƯƠNG 3 CÁC TÍNH TOÁN ÁP DỤNG LỰA CHỌN MÁY VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY THI CÔNG CỌC XI MĂNG BẰNG MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH VÀ LÝ THUYẾT PATERN Mô hình tính toán lựa chọn tối ưu máy thi công cọc xi măng đất theo mục tiêu chi phí khai thác nhỏ nhất và xác định các thông số cơ bản của bộ công tác phù hợp điều kiện nền đất 3.1 3.1.1 Các chỉ tiêu đưa vào tính toán * C ij - Chi phí thi công, được xác định theo Bảng Giá, theo TT- 06/2010/BXD của Bộ Xây Dựng và QĐ số 80/QĐ-SXD_31/3/2014. Tp Cần Thơ R R 6 * t ij -Thời hạn thi công; * T xrj -Chất lượng thi công; * Dj-Hoàn thành khối lượng công việc; *A ij -Năng suất của máy thi công; * X ij -Số lượng máy thi công tối đa đáp ứng yêu cầu công việc (ẩn số của bài toán) *T xri -Số lần trộn / mét dài của cọc, để đảm bảo chất lượng trộn của cọc. Nếu áp dụng công nghệ chỉ trộn khi rút cần lên và xi măng được bơm hết lượng được cấp, thì: T xi = ∑ M xi . (n xri / v xri ) *Σ M x i - tổng số cánh trộn trên mũi khoan của máy tạo cọc xi măng đất; *n xri –Số vòng quay của cần khi rút cấn; *v xri –Tốc độ ấn sâu của cần; R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R 3.1.2 Thông số xuất phát Mô hình toán được áp dụng cho công trình xây dựng các bể chứa xăng dầu đường kính bồn dầu 40-60 m, tại khu Cái Mép, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2010, với các thông số ban đầu như sau: Khối lượng thi công: D = 140.000 m3 cọc xi măng đất; Chiều dài cọc nhỏ nhất H =36 m; Đường kính cọc nhỏ nhất d = 400 mm; Vận tốc khoan xuyên v x = 1m/ph; Vận tốc trộn v r = 0,7 m/ph; Các máy đưa vào tính chọn được lấy từ các catalo chào hàng hiện có trên thị trường, số lượng 52 máy, thông số tổng hợp tính toán của mô hình qui hoạch tuyến tính, (xem bảng 3.1 trang 72 của luận án kèm theo) P P R R R R 3.1.3 Mô hình tính toán Các ký hiệu: L-Chi phí tính đổi để thi công toàn bộ cọc xi măng đất cho công trình; X ij -Số lượng máy loại i dùng để thi công tạo cọc loại j; i-Chỉ số biểu thị một loại máy làm cọc xi măng nào đó trên công trình; j- Chỉ số biểu thị một loại cọc xi măng nào đó trên công trình; C ij -Chi phí ca máy tính đổi của máy i khi làm cọc loại j trên công trình; D j -Khối lượng công việc (Thể tích cọc xi măng đất) cần phải tạo ra của một loại cọc xác định nào đó; A ij -Năng suất của loại máy tạo cọc i khi làm cọc loại j (m3/ ca); t ij -Quĩ thời gian định mức của loại máy i khi làm cọc loại j; E ij -Tập hợp các đặc trưng về khả năng có thể dùng được hay không của máy khoan trộn loại i để tạo cọc loại j; KC ij -Khả năng đáp ứng công việc (không thể hoặc có thể) của loại máy i khi làm loại cọc j; Y i - Tập hợp các thông số đặc trưng yêu cầu phải có của cọc, mà thông số kết cấu loại máy i phải đáp ứng; R R R R R R R R R R R R R R R R 7 Q ij -Số lượng máy tối đa được phép có của loại máy i làm cọc loại j R R Hàm mục tiêu 3.1.3.1  Chi phí khai thác là ít nhất: n m 1÷ n ; j = 1 ÷ m) L= ∑∑ Cij .KCij .X ij → min . ( i = =i 1 =j 1 (3.13) Các ràng buộc 3.1.3.2  Ràng buộc về khối lượng công viêc: m ∑t i =1 ij . Aij .KCij . X ij ≥ D j (3.14) Ràng buộc về khả năng khai thác   1 Khi Eij thoa mãn Yi  KCij =    0 Khi Eij không thoa mãn Yi  (3.15) Y i -Tập hợp các đặc trưng yêu cầu về thông số kỹ thuật của cọc phải có đặt ra cho loại máy tạo cọc i, được biểu diễn dưới dạng một mệnh đề sau: Yi = pxi ≥ p j ∩ vxi ≥ v j ∩ nxri ≥ nrj ∩ Txi ≥ T j ∩ H xi ≥ H j ∩ d xi ≥ d j ; (3.16) R R R R Trong đó: p xi - là áp lực cho phép lên nền đất của máy tạo cọc XMĐ khi thi công (Pa); v xri -Tốc độ rút cần khoan lên trong qua trình trộn (m/ph); n xri -Số vòng quay của cánh trộn trong một phút (v/ph); M xi -Số lần trộn trên một mét dài của cọc (lần); H xi - Chiều sâu của cọc được tạo ra khi thi công (m); d xi -Đường kính lỗ khoan của máy khoan trộn (m) R R R R R R R R R R R R Còn các trị số: p j , v j , n j , M j , H j , d j ; là tương ứng như trên, nhưng là nhu cầu tối thiểu đòi hỏi phải có để tạo ra loại cọc cần thiết theo thiết kế  Ràng buộc lượng máy tối đa: (3.17) 1÷ m ; j = 1÷ n ) ; X ij ≤ Qij ; (i =  Ràng buộc dấu,hoàn nguyên: 8 X ij ≥ 0 ; ( i = 1÷ m ; j = 1÷ n) (3.18) X ij -Được làm tròn bằng phương pháp thủ công theo yêu cầu kỹ thuật. + Kết quả đạt được: là các máy hoặc nhóm máy thỏa mãn tối ưu hàm mục tiêu R R 3.1.3.3 Lưu đồ thuật toán 9 10 3.1.3.4 Kết quả tính toán Bảng 4.2 Kết quả tính toán, lựa chọn máy tạo cọc theo chi phí tính đổi “min” stt Mã máy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 20 18 21 28 16 19 41 23 17 2 39 11 Tên máy SD 25 XR120 SD 28 TR 280 MBG 12 SD 20 BG40 TR 150 XR150D SR200 BG24 LB 44 Aij (m3/ph) 4,17 1,81 1,5 0,96 1,59 3,53 3,81 1,13 2,02 1,71 5,15 4,18 Công suất (kw) 245 138 263 261 129 194 420 125 126 184 313 505 Số lượng 166 288 140 147 188 323 126 419 367 389 154 154 Chi phí (đ) 2,472,687,528 2,527,065,216 2,633,622,600 2,945,894,994 3,031,353,360 3,422,480,868 3,424,784,328 3,538,882,380 3,635,090,226 3,733,524,750 4,185,847,512 4,611,526,920 3.1.4 Phân tích kết quả tính toán a-Việc chọn máy theo chỉ tiêu tổng hợp có chi phí tính đổi nhỏ nhất đã đáp ứng yêu cầu kinh tế của việc thi công cọc xi măng đất b-Các ràng buộc của mô hình đã đáp ứng nhiệm vụ thi công và xác lập được các thông số kết cấu và thông số cơ bản của máy đã chọn. c-Máy số thứ tự 01 so với máy số thứ tự 12: Máy 12 không được chọn, vì không thích hợp với nhiệm vụ đặt ra. (Do công suất lớn, chi phí ca máy cao hơn, tốc độ trộn và năng suất Aij nhỏ hơn)  Kết quả trên còn cho thấy nếu cứ chọn máy 12 cho nhiệm vụ này, theo cảm tính thì sẽ gây nên lãng phí rất lớn. 11 Bài toán lựa chọn các máy thi công cọc xi măng đất khi xét thêm các 3.2 chỉ tiêu định tính và chỉ tiêu không đơn vị đo khi có phương án thi công hợp lý (phương pháp Patern). 3.2.1 `Tham số xuất phát và lựa chọn phương án thi công Công ty thi công cần lựa chọn máy làm cọc XMĐ để cải tạo nền để đặt các bồn chứa xăng dầu trên vùng đất yếu của cảng Cái Mép-Thị Vải, thuộc tỉnh Bà Bảng 3.1 Kết quả tổng hợp 4 phương án máy làm cọc. Ph. án Thời gian thi công (ngày) Trang thiết bị thi công Máy khoan 1 trục, bánh xích Máy khoan 1 trục, bánh lốp Máy khoan 1 trục, bánh xích Máy khoan 1 trục, bánh thép - ray thép I II III IV Chiều sâu cọc max (m) Công suất (kW) 122 30 210 216 14 130 145 36 240 140 40 270 Rịa-Vũng Tàu. Công trình gồm 2 khu A, B, có 4 phương án (I, II, III, IV) lựa chọn máy thi công được đưa ra. Phương án II bị loại, do yêu cầu thi công đột ngột thay đổi, là chiều sâu cọc lớn nhất phải thỏa mãn L ≥ 26 m Bảng 3.2.So sánh phương án theo phương pháp dùng chỉ tiêu không đơn vị đo. Stt (i) 1 2 3 4 5 6 Chỉ tiêu P.a I Thời hạn t.công.T h (ngày) Năng lực đv thi công -N l Kinh nghiệm điều hành D h Tổ chức mặt bằng-M b An toàn LĐ, bảo vệ MT -A m Hs sử dụng LĐ-K s R R R R R R R 12 122 Kém Kém Trung bình Trung bình 0,28 P.a III 145 Tốt Tốt Khá Tốt 0,24 P.a IV 140 Tốt Tốt Khá Tốt 0,20 Lựa chọn các chỉ tiêu thi công theo phương pháp dùng chỉ tiêu không đơn vị đo (xác định trọng số của các chỉ tiêu theo Warkentin). 3.2.2 Bảng 3.7 Xác định trọng số của các chỉ tiêu so sánh C.tiêu Th Nl Dh Mb Am K sd Tổng Th 2 2 1 0 2 1 R R R R R R R Nl 2 2 1 0 2 1 R Dh 3 3 2 1 3 2 L ij Wi 16 0,222 16 0,222 10 0,139 4 0,056 16 0,222 10 0,139 ΣL ij =72 ΣW i =1 Bảng 3.8 So sánh các chỉ tiêu của phương án khả thi R Mb 4 4 3 2 4 3 R Am 2 2 1 0 2 1 R K sd 3 3 2 1 3 2 R R R R Kết quả tính toán. R R R U Phương án IV: Có số điểm lớn nhất, với tổng điểm 36,795 > 35,684 > 27,516 đây là phương án tốt nhất. Vậy ta sẽ chọn phương án IV làm phương án thi công. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TƯƠNG QUAN GIỮA CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY KHOAN TRỘN TẠO CỌC BẰNG MÔ HÌNH QUI HOẠCH THỰC NGHIỆM 4.1 • • Mô hình bài toán tăng hiệu quả sử dụng nhờ khai thác mối tương quan giữa các thông số cơ bản 4.1.1 Tham số xuất phát Các tham số xuất phát của mô hình tính toán này bao gồm: n, (v/ph) -Tốc độ quay của cần khoan (thường gọi là vòng quay n); 13 • P r , (N) - Lực ấn của cần khoan vào đất tại thời điểm bắt đầu khoan trộn (hành trình rút cần); • L, (m) - Chiều dài cần, gián tiếp cho biết chiều dài cọc; • N, (kW) - Công suất phát ra của máy khoan trộn tạo cọc; • T, (lần/m) - Số lượt trộn được của mũi khoan trộn trên một mét chiều dài cọc; • M, (N.m) - Mô men xoắn của máy tạo ra trên cần khoan khi thi công; • V r , (m/ph) - Tốc độ rút cần lên theo phương thẳng đứng; Sau khảo sát từ nhiều nguồn ta có bảng sau Bảng 4.1-Khoảng biến thiên của các thông số chính Thông số quá trình T.số hiện trường Số vòng quay của cần khoan, (v/ph) 10 -26 Lực ấn dọc trục P, (N) 5000-15000 Chiều dài cần L, (m) 8-42 Số lần quét của cánh trộn trong 1m sâu, T(lần/m) 150 - 270 Công suất N (kW) 70-220 Mô men xoắn trên cần M(N.m) 800 - 3000 Tốc độ khoan khi rút cần lên V r , (m/ph) 2 R R R R R 4.1.2 R Sơ đồ khối tính tương quan các thông số khai thác của mô hình qui hoạch thực nghiệm 14 .Mối quan hệ giữa số vòng quay (n), lực ấn lúc rút cần (Pr) và chiều dài cần keley (L). 4.1.3 4.1.3.1. Số liệu xuất phát 4.1.3.2.Các ma trận tính toán Ma trận hệ số phương trình hồi qui B = ( XX T ) −1 (XT Y ) (4.1) Phương trình hồi qui thu được từ bảng số liệu: Y = (35.64554633-2.602279738*X1+0.004717797*X2+9.04949E05*X1*X2+0.037255525*X1^2-3.69762E-07*X2^2); (4.2) X1 = 1026, X2 = 500015000 Kiểm tra tính thích hợp của phương trình hồi qui theo tiêu chuẩn Fisher. = Ftt 2 Sth < Fb S2 y (4.3) Trong đó: F tt : giá trị tính được, F b : tiêu chuẩn Fisher. S : phương sai thích hợp. S 2 y : Phương sai tái hiện R R R 2 th R 15 Bảng 4.3. Số liệu để tính phương sai thích hợp là: 8 Với: ytb = ∑ yi= ; Sth i =1 8 ∑( y i i =1 − ytb ) 2 (4.4) Bậc tự do của phương sai thích hợp: f th = 8 − 1 = 7 Sth 454.0915 2 Phương sai thích hợp S= = = 64.87022 th 7 f th Phương sai tái hiện: S 2 y = 56.76144 Số bậc tự do của phương sai tái hiện: 8 Kiểm tra tính thích hợp của phương trình hồi qui: Ftt = Sth2 = S2y 64.87022 = 1.14 56.76144 Với mức ý nghĩa q=0.05, F b : tiêu chuẩn Fisher, tra bảng ta có Fb=3.51; Fb = 3.51 > Ftt = 1.14 Kết luận : Phương trình tương thích với thực nghiệm R R Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa 3 thông số khai thác L, P r , n R 16 R Nhận xét: - Số vòng quay ít ảnh hưởng đến thông số chiều dài cần khi làm việc, - Ban đầu khi mới đưa bộ công tác vào đất cần lực ấn lớn, khi chiều dài đủ lớn, giá trị lực ấn max. Nếu tiếp tục tăng chiều dài cần, thì lực ấn giảm dần. Bằng cách làm tương tự ta sẽ thu được các mối quan hệ giữa các thông số tương quan như sau: U 4.1.4 Mối quan hệ giữa chiều dài cần keley (L), số lần quét trộn (T) và công suất máy khoan trộn (N) Hình 4.3-Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa 3 thông số khai thác:N, T, L. Nhận xét: *L tăng thì N tăng theo, sau đó nếu cứ tăng L thì công suất sau khi đạt đỉnh sẽ giảm dần. Điều này là do khi đạt đến đỉnh thì công suất hữu ích tiêu tốn có tỉ lệ giảm dần so với tổng công suất cần có. Để khắc phục điều này, nên lựa chọn máy thích hợp với chiều sâu thiết kế của cọc. 17 *Số lần quét cũng có ảnh hưởng đáng kể đến công suất hữu ích. Đồ thị cho thấy ứng với công suất, chiều dài cần, và số lần quét từ 70 đến 150, số lần quét càng giảm thì công suất hữu ích càng tăng 4.1.5 Mối quan hệ giữa chiều dài cần keley (L), số lần quét trộn (T) và mô men xoắn của máy khoan trộn (M) Hình 4.4 Mối quan hệ giữa chiều dài cần keley (L), số lần quét trộn (T) và mô men xoắn của máy khoan trộn (M) Nhận xét: *Số lần quét tăng, chiều dài cần càng giảm thì mômen xoắn càng tăng và ngược lại (do chiều dài cần ngắn thì lực cản của đất tác động vào cần càng ít). *Số lần quét không ảnh hưởng nhiều đến việc điều khiển momen xoắn. Nó càng nhiều, thì chỉ càng làm tăng thời gian thi công. *Với một công suất cố định của máy trộn, momen xoắn sinh ra là có hạn, nếu chiều dài cần càng lớn thì ứng suất sinh ra trong bộ công tác càng giảm càng giảm. Nhưng mô men dưới đáy lỗ có thể yếu tới mức không cắt đất được nữa. 18 4.1.6 Mối quan hệ giữa lực tác động (Pr), công suất (N) và tốc độ rút cần (Vr). Hình 4.5 - Quan hệ giữa lực tác dộng (P r ), công suất (N) và tốc độ rút cần (V r ) Nhận xét: Với tốc độ rút các nhà sản xuất thường giữ ở mức không đổi, dao động xung quanh ngưỡng 2 (m/ph). Thì lực ấn tỉ lệ với công suất. Lực ấn càng tăng thì công suất càng tăng theo. Đồ thị trên biểu diễn quan hệ với tốc độ rút từ 1.8 – 2.2 m/ph (tức gần như là hằng số). R R R R 4.1.4. Mối quan hệ giữa số vòng quay (n), lực ấn (Pr), tốc độ rút (Vr) Hình 4.6 - Mối quan hệ giữa số vòng quay (n), lực ấn (P r ), tốc độ rút (V r ) R 19 R R R Nhận xét: Từ đồ thị có thể rút ra là: với tốc độ rút không đổi, số vòng quay càng tăng thì lực ấn dọc trục càng tăng theo, điều này là do, hình dáng bộ công tác khi quay đã tác động vào đất gây nên ảnh hưởng này. Quan hệ chiều dài cần (L), mô men xoắn (M), tốc độ rút cần (Vr) 4.1.7 Hình 4.7.Quan hệ giữa chiều dài cần (L), mô men xoắn (M), tốc độ rút cần (Vr) Mô hình bài toán tăng hiệu quả sử dụng khi hạn chế sự biến đổi một thông số chính chọn trước Trong số các thông số cơ bản của máy khoan trộn tạo cọc xi măng đất, có một số thông số (như mô men xoắn, tốc độ quay, tốc độ ấn xuống, tốc độ rút cần khoan...) thay đổi trong một phạm vi rộng từ “ min” tới “max”.Nếu khống chế điều khiển một thông số chính nào đó biến đổi rất ít (hoặc hầu như không biến đổi) để xem xét mối tương quan với các thông số quan trọng còn lại. Mô hình bài toán này sẽ để cho mô men của cần khoan (M) có một giá trị thay đổi rất nhỏ (gần như không đổi), sau đó xem xét các thông số quan trọng bậc nhất của máy liên quan tới năng suất (A), công suất (N) và chất lượng trộn (T). Mục đích của nghiên cứu này, dựa trên qui hoạch thực nghiệm, nhằm sử dụng máy hợp lý và hiệu quả hơn 4.2 4.2.1 Các thông số xuất phát Chất lượng cọc xi măng đất: Trong trường hợp chỉ phun hết chất kết dính ra trong hành trình đi lên thì chất lượng cọc có thể đánh giá qua số lượt trộn của các cánh trộn trên một mét chiều dài, theo công thức sau đây (S. Larsson, 1999, [41]) T = ∑M . nr vr ; (lần/m) (4.25) 20