MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

1.1  Giới thiệu về khoan cọc nhồi 5

1.1.1 Khái niệm về cọc nhồi 5

1.1.2 Phạm vi áp dụng của cọc nhồi 6

1.1.3 Các loại máy thi công cọc khoan nhồi 6

1.2 Công nghệ thi công khoan cọc nhồi 14

1.2.1 Công nghệ khoan nhồi đơn giản. 14

1.2.2 Công nghệ khoan cọc nhồi có ống vách. 15

1.2.3 Công nghệ thi công khoan cọc nhồi trong dung dịch. 17

1.2.4 Công nghệ khoan trục rỗng. 18

1.2.5 Công nghệ phun áp lực cao để tạo cọc. 20

1.3 Dung dịch bentonite (bùn khoan) 21

1.3.1 Tính chất dung dịch bentonite. 21

1.3.2 Biện pháp sử dụng dung dịch bentonite (bùn khoan) 21

1.4 Lựa chọn phương pháp thi công. 22

1.4.1 Sơ đồ khối biện pháp thi công. 22

1.4.2 Quá trình chuẩn bị 23

1.4.3 Định vị hố khoan. 23

1.4.4 Quá trình khoan cọc. 24

1.4.5 Quá trình làm sạch hố khoan. 27

1.4.6 Quá trình đổ bê tông. 28

1.4.7 Quá trình rút ống vách. 31

1.4.8 Yêu cầu về sai số của cọc. 31

1.4.9 Yêu cầu về lý lịch cọc. 32

1.4.10 Lấp đầu cọc. 32

1.5 Các thiết bị chính của thiết bị khoan cọc nhồi 33

1.5.1 Gầu khoan. 33

1.5.2 Cần kelly. 35

1.5.3 Cơ cấu quay và ép cần Kelly. 37

1.5.4 Cần chính. 38

1.5.5 Máy cơ sở. 39

1.6  Các tiêu chuẩn quy phạm liên quan tới công tác thiết kế. 40

1.7  Phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi 40

1.7.1 Nguyên nhân gây khuyết tật trên cọc khoan nhồi 40

a, Kiểm tra dung dịch bentonite (ben tô nít). 40

b, Kiểm tra kích thước hố khoan. 41

c, Kiểm tra bê tông trước khi đổ. 41

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

2.1 Chọn cọc thi công: 49

2.2 Phân tích lựa chọn phương án di chuyển. 53

2.2.1 Phương án máy khoan tự hành. 53

2.2.2 Phương án máy khoan cố định. 56

2.3 Phân tích phương án dẫn động đầu khoan. 58

2.3.1 Dẫn động bằng động cơ điện 3 pha. 58

2.3.2 Dẫn động bằng động cơ thủy lực. 59

2.4 Phân tích theo phương án ép đầu mũi khoan. 60

2.4.1 Phương án sử dụng hệ palang cáp. 60

2.4.2 Phương án sử dụng hệ xilanh thủy lực. 61

2.5 Nhận xét và đưa ra phương án thiết kế. 61

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ KHOAN RÚT LÕI BÊ TÔNG ĐÁY CỌC KHOAN NHỒI

3.1 Giới thiệu chung về máy khoan tạo lỗ - khoan thủng đáy cọc khoan nhồi

3.1.1 Giới thiệu. 63

3.1.2 Cấu tạo. 63

3.1.3 Nguyên lý hoạt động. 64

3.1.4 Thông số hình học cơ bản của máy. 65

3.2 Xác định tải Trọng tác dụng lên máy. 66

3.2.1 Trọng lượng bản thân. 66

3.2.2 Trọng lượng cần khoan. 66

3.2.3 Tải Trọng gió. 66

3.3 Tính toán chung các cơ cấu. 67

3.3.1 Cụm cần dẫn hướng. 67

3.3.2 Cụm cần đỡ chính. 81

3.3.3 Cụm giá đỡ cần khoan. 86

3.3.4 Cụm giá đỡ moto thủy lực dẫn động cần khoan. 93

3.3.5 Cụm giá đỡ kẹp cần khoan. 96

3.3.6 Tính bền các mối hàn. 99

3.3.7 Hệ thống thủy lực. 102

3.3.8 Hệ pa lăng cáp nâng hạ cần khoan. 118

3.3.9 Cụm cần khoan và mũi khoan. 126

3.4 Tính ổn định máy. 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 129

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian gần đây, đất nước ta đã có nhiều chuyển biến tốt đẹp, nền kinh tế nước ta đã hội nhập với nền kinh tế thế giới. Trong quá trình phát triển sẽ xuất hiện nhiều trung tâm chính trị, kinh tế, xã hội như thành phố Hồ Chí Minh hoặc Hà Nội. Cùng với đó là sự phát triển dân số, tập trung dân cư, do vậy vấn đề giải quyết cơ sở hạ tầng là rất bức thiết. Để thi công một công trình thì cần rất nhiều kỹ thuật của nhiều ngành khác nhau, trong đó ngành cơ khí xây dựng chiếm tầm quan trọng không nhỏ.

Ngày nay, yêu cầu đặt ra ngày càng khắt khe, việc xây dựng không những đòi hỏi tiến độ mà còn đòi hỏi mức độ an toàn cao cho bản thân công trình và các công trình xung quanh.

Trong xây dựng, việc thi công nền móng là rất quan trọng. Để đáp ứng yêu cầu về tiến độ, an toàn, không gây chấn động cho các công trình xung quanh, hiện nay đã xuất hiện máy ép cọc thủy lực tự hành. Máy có nhiều ưu điểm, nên em được giao nhiệm vụ: “Thiết kế máy khoan tạo lỗ - khoan thủng đáy cọc”

Trong quá trình thiết kế, em đã vận dụng tất cả kiến thức cũng như tham khảo nhiều tài liệu. Tuy nhiên việc thiết kế đòi hỏi nhiều kinh nghiệm nhưng em được sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình của thầy: T.S…………… cùng các thầy cô và các bạn nên em đã hoàn thành bài thiết kế tốt nghiệp với tất cả khả năng của mình.

Mặc dù đã cố gắng hết mình nhưng kinh nghiệm và trình độ có hạn nên vẫn còn nhiều thiếu sót, hạn chế, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô để khắc phục và sau này làm được tốt hơn trong thực tế, trở thành hành trang bước vào đời.

Em xin chân thành cám ơn thầy: T.S…………… cùng các thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian vừa qua. 

                                                                                                                  Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                  Sinh viên thực hiện

                                                                                                                 ……………….

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

1.1  Giới thiệu về khoan cọc nhồi  

Công nghệ khoan cọc nhồi bê tông cốt thép được ứng dụng rộng rãi để xử lý nền móng trên nền đất yếu cho các công trình dân dụng và công nghiệp, là một trong những giải pháp móng được áp dụng trong xây dựng nhà cao tầng trên thế giới.

1.1.1 Khái niệm về cọc nhồi

 - Cọc nhồi là một loại móng sâu được thi công bằng cách đổ bê tông tươi vào một hố (lỗ) khoan trước đó. So với các loại cọc khác, cọc nhồi có một lịch sử tương đối mới. Năm 1908 đến 1920, các lỗ khoan cọc nhồi cỡ nhỏ (đường kính 0,3m dài 6 12 m) được thi công bằng các máy khoan lỗ chạy bằng hơi nước, thậm chí bằng ngựa. Cuối những thập kỉ 40 và đầu thập kỉ50, công nghệ khoan cọc nhồi đã khá phát triển, người ta đã có thể làm cọc mở rộng đáy, và khoan phá đá, cũng như đã biết cách sử dụng dung dịch bentonite để giữ thành hồ khoan. 

+ Cọc nhồi đơn giản (cọc trụ): Tiết diện cọc hình trụ và không thay đổi trên khắp chiều dài cọc. 

+ Cọc nhồi mở rộng đáy: Cọc có hình trụ khoan bình thường nhưng khi gần đến đáy thì dùng gầu đặc biệt để mở rộng đáy hố khoan, cũng có thể sử dụng một lượng nhỏ thuốc nổ để mở rộng đáy.

 + Cọc barret: Đây là một loại cọc nhồi để thi công móng có hình chữ nhật, chữ L, chữ I, chữ H, thực chất là những bức tường sâu trong đất bằng bê tông cốt thép. Rất ưu việt khi xây dựng nhà có nhiều tầng hầm và vừa là tường cừ chống sập lở xung quanh nhà vừa chống nước cho các tầng hầm.

1.1.2 Phạm vi áp dụng của cọc nhồi

- Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang casto

- Sử dụng cho các công trình cầu lớn, tải trọng lớn, địa chất nền móng là đất yếu hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp.

1.1.3. Các loại máy thi công cọc khoan nhồi

1.1.3.1 Máy khoan cọc nhồi kiểu mũi khoan cánh xoắn (guồng xoắn)

- Khi khoan vào trong đất các lưỡi khoan làm việc giống như các mũi khoan gỗ hay thép, đẩy đất lên qua cánh xoắn. Cũng có các loại máy khoan guồng xoắn nhiều mũi khoan, lồng cánh xoắn vào nhau và xếp thành hàng (3 mũi), dùng để khoan tạo thành cọc Barrette và tường vây (tường vây tạo bằng các thiết bị này có dạng một loạt mặt cắt hình tròn trồng lấn và nốt tiếp nhau). Các loại máy này thường dùng để khoan tại những nơi đất cứng và địa hình phức tạp.

1.1.3.2 Máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay (thùng đào)

- Khi làm việc, thùng được xoay tròn theo cần khoan, cắt đất, nhồi đầy vào thùng đào. Sau đó, đất trong thùng đào được đưa lên cùng với thùng đào nhờ việc rút cần khoan lên. Máy khoan cọc nhồi kiểu thùng đào bao gồm hệ thống cần (trục) khoan và đầu mũi khoan (gầu khoan). Toàn bộ hệ thống này được lắp ráp vào cần trục bánh xích nặng khoảng 30-80 tấn, chủ yếu sử dụng động cơ thủy lực. 

1.1.3.3 Máy khoan cọc nhồi kiểu gầu mở rộng chân đáy

- Cọc khoan nhồi mở rộng đáy là cọc khoan nhồi có đường kính đáy cọc được mở rộng hơn đường kính thân cọc. Sức mang tải của cọc này sẽ tăng lên do tăng sức mang tải dưới mũi cọc.

- Những năm gần đay đã có thiết bị khoan có thể  được khoan với đường kính tới 6m, xuống chiều sâu 80m với khả năng mở rộng đáy với đường kính tới 10m. Sức chịu tải của các cọc này có thể lên tới từ 1000 tấn đến 2000 tấn đối với cọc thẳng và từ 3000 tấn đến 4000 tấn đối với cọc mở rộng đáy.

1.1.3.5 Máy khoan cọc nhồi kiểu tuần hoàn

Đây là loại máy được sử dụng rộng rãi. Việc tách đất hố đào ra khỏi nền đất và việc lấy đất từ hố đào lên bằng thiết bị khoan (thông thường là gầu). Trong quá trình khoan, dung dịch Bentonite được cấp thường xuyên, nó có vai trò giúp cho quá trình khoan dễ dàng và giữ vững thành hố khoan. Dung dịch Bentonite được luân chuyển thành vòng tuần hoàn.

1.1.3.7  Máy khoan cọc nhồi bằng ống dao động

- Nguyên tắc hoạt động: ống vách với chân cắt được kẹp chặt và dao động bởi các xilanh thủy lực với momen xoắn từ 1660-8350KNm, lực ép từ 1530-7250KN. Nhờ đó, các ống vách được nối tiếp với nhau bởi các liên kết khớp đặc biệt sẽ khoan dẫn đến độ sâu cần thiết (chỉ có thể tới 75m). Lực ép và momen có thể thay đổi trong quá trình khoan, đất được lấy ra khỏi lỗ bằng gầu ngoạm đặc biệt, khi gặp đá cứng thì dùng búa rơi để phá đá trước khi gầu ngoạm đất đá ra ngoài.

- Loại máy này phù hợp thi công ở những nơi có địa chất phức tạp, không cần khảo sát địa chất và dung dịch giữ thành.                                 

1.2 Công nghệ thi công khoan cọc nhồi

1.2.1 Công nghệ khoan nhồi đơn giản

1.2.1.1 Đặc điểm thi công

- Phương pháp này không dùng ống vách mà chỉ sử dụng trong trường hợp đất nền có đủ độ dính, chặt và nằm trên mực nước ngầm. Các thành hố khoan không cần có sự bảo vệ nào, trừ đoạn đầu tiên. Phương pháp này có thể liên quan đến các loại cọc và các baret với tất cả các kích thước. Do đó việc áp dụng tương đối hạn chế, vì các loại đất nền làm móng trên cọc thường ngâm trong nước ngầm. Do vậy độ sâu của loại cọc này ít vượt quá 20 m.

1.2.1.2 Yêu cầu về cấu tạo cọc

- Các cọc có thể không cần đặt cốt thép hoặc chỉ một phần (thường là 1/3 trên đầu cọc) nếu tải trọng của công trình hoặc của đất nền chỉ gây ra áp lực đúng tâm trên trục lý thuyết của cọc, vấn đề này do người thiết kế quyết định.

- Khi cọc không bố trí cốt thép thì có thể đặt những thành thép chờ cấy vào bê tông tươi. Thông thường cọc chịu nén dùng các thép chờ để giữ vị trí của cọc được xác định trong nền đất, cho tới khi bê tông đã đủ khả năng chịu lực, các thép chờ này chỉ được định vị chính xác khi bê tông được san phẳng ít nhất 1 m dưới mặt bằng của nơi thao tác.

1.2.2 Công nghệ khoan cọc nhồi có ống vách

1.2.2.1 Yêu cầu sử dụng

- Ống vách thường được sử dụng khi thi công những cọc nằm kề sát với  công trình có sẵn hoặc do những điều kiện địa chất đặc biệt. Cọc khoan nhồi dùng ống vách thép rất thuận lợi cho thi công vì không phải lo việc sập thành hố khoan, công trình ít bị bẩn vì không phải sử dụng dung dịch Bentonite, chất lượng cọc rất cao.  Nhược điểm của phương pháp này là máy thi công lớn, cồng kềnh, khi máy làm việc thì gây rung, tiếng ồn lớn và rất khó thi công đối với những cọc có độ dài lớn hơn 30m.

1.2.2.2 Biện pháp thi công

- Sau khi định vị vị trí tim cọc, tiến hành khoan với tốc độ chậm đến chiều sâu bằng chiều dài ống vách. Dừng khoan và hạ ống vách, chiều dài ống vách được xác định căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất. Ống vách phải được hạ với chiều sâu tối thiểu qua các lớp đất yếu bên trên. Trong quá trình thi công từng cọc, phụ thuộc vào đặc điểm địa chất các lớp đất phía trên có thể hạ thêm ống vách nếu gặp phải địa chất yếu.

1.2.3 Công nghệ thi công khoan cọc nhồi trong dung dịch

1.2.3.1 Đặc điểm thi công

- Việc khoan đất được thực hiện bởi các phương tiện cơ giới(Máy khoan, gầu goạm) dưới sự bảo vệ của dung dịch khoan, tiết diện khoan hình tròn (cọc) hoặc hình dạng bất kỳ (baret). Đường kính của cọc (chiều rộng trong các baret) là các kích thước của dụng cụ khoan.

- Lỗ khoan được nhồi đầy bê tông có độ linh động cao, bằng cách dùng hệ thống đổ bê tông. Việc đổ bê tông được thực hiện với 1 hệ ống kỹ thuật rút ống.

1.2.3.2 Biện pháp thi công

- Đối với phương pháp thi công sử dụng dung dịch giư thành không có ống vách đối khi sinh ra hiện tượng lở thành làm giảm chất lượng thân cọc, thậm chí có khi phải làm lại dẫn đến kéo dài thời gian thi công. Song thông thường, chỉ cần làm tốt việc quản lý đung dịch giữ thành là đã có thể phòng ngừa được bị sạt lở. 

1.2.5 Công nghệ phun áp lực cao để tạo cọc

1.2.5.1 Đặc điểm thi công

- Cọc khoan được phun nhồi áp lực cao là một cọc có đường kính lớn hơn 250 mm. Lỗ khoan được đặt các cốt thép và 1 hệ thống phun gồm một hoặc nhiều ống có măng sét (TAM). Khi cốt thép là 1 ống kim loại, ống này có thể làm nhiệm vụ ống có măng sét. Trong một vài trường hợp, nhất là đối với các cọc dùng cho công trình ở biển (ngoài khơi), ống kim loại có thể được trang bị một dãy liên tiếp các van đặc biệt, độc lập hoặc các bệ đặc biệt cho phép sự phun. 

1.2.5.2 Yêu cầu về cấu tạo cọc

- Nhà thầu phải đảm bảo cho sự hoạt động tốt của hệ thống phun bằng cách

thử nghiệm trên đầu cọc đầu tiên của công trình.

- Các chỗ ghép nối thường được làm bằng hàn, phải có thể chịu được cả lực kéo. Đối với các đường kính bé, các chỗ ghép nối có thể làm bằng các ống lồng ren.

1.3 Dung dịch bentonite (bùn khoan)

1.3.1 Tính chất dung dịch bentonite

- Dung dịch bentonite dùng để giữ cho thành hố đào của cọc không bị sạt lở. Bentonite bột được chế tạo sẵn trong các nhà máy, thường đóng thành từng bao 50 kg (giống bao xi măng). Hiện nay nước ta phải nhập bentonite từ nước ngoài, chủ yếu từ Đức do công ty ERBSLOH chế tạo. 

- Một số vấn đề cần chú ý với dung dịch Bentonite:

+ Dung trọng thông thường được đo bằng cân dung trọng (thí dụ cân Baroid).

+ Độ nhớt Marsh được đo trong các cái phễu tiêu chuẩn có vòi lỗ chảy đường

kính 4,75mm để cho 1 lít dung dịch bentonite chảy qua. Thời gian chảy hết

1 lít dung dịch bentonite​​ phải lớn hơn 35 giây.

1.3.2 Biện pháp sử dụng dung dịch bentonite (bùn khoan)

- Quá trình chế tạo, sử dụng, thu hồi, xử lý và tái sử dụng dung dịch bentonite (dung dịch khoan, bùn khoan) được thể hiện trên sơ đồ:

- Quá trình thực hiện như sau:

+ Chế tạo dung dịch bentonite mới gồm:Các bao bentonite bột được chứa trong kho (bao) hoặc trong silô (bột).

​​​​​+ Chế tạo dung dịch bentonite: Có thể dùng phễu trộn đơn giản hoặc dùng máy trộn.

1.4 Lựa chọn phương pháp thi công

- Với đầu đề thiết kế là máy khoan cọc nhồi lắp trên máy cơ sở là máy xúc thuỷ lực, khoan hố có đường kính cọc là 1,2 m, chiều sâu 60 m loại cấp đất IV do vậy phương pháp thi công khoan cọc nhồi của máy thiết kế là phương pháp thi công trong dung dịch Bentonite khi đã hạ ống vách.

1.4.4 Quá trình khoan cọc

1.4.4.1 Giai đoạn hạ ống vách

- Sau khi định vị vị trí tim cọc, tiến hành khoan với tốc độ chậm đến chiều sâu bằng chiều dài ống vách. Dừng khoan và hạ ống vách, chiều dài ống vách được xác định căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất. ống vách phải được hạ với chiều sâu tối thiểu qua các lớp đất yếu bên trên. Trong quá trình thi công từng cọc, phụ thuộc vào đặc điểm địa chất các lớp đất phía trên có thể hạ thêm ống vách nếu gặp phải địa chất yếu.

+ Sai số tọa độ:

+ Sai số gia công theo độ tròn

+ Sai số về độ thẳng đứng

1.4.4.2 Giai đoạn khoan tạo lỗ

- Khoan tạo lỗ bằng phương pháp khoan gàu xoay là biện pháp thi công phổ biến nhất khi thi công hạng mục cọc nhồi các công trình xây dựng dân dụng công nghiệp và giao thông hiện nay.

- Khi khoan cần chú ý các yêu cầu về kỹ thuật sau:

+ Trước khi tiến hành khoan cần chỉnh chính xác độ nằm ngang của máy khoan và độ thẳng đứng của cần khoan bằng máy trắc đạc hoặc nivo nước, vị trí máy đứng phải được gia cố chắc chắn bằng các tấm tôn hoặc tấm bê tông.

1.4.4.3 Giai đoạn kiểm tra làm sạch sơ bộ

- Sau khi khoan đạt tới độ sâu thiết kế và tư vấn giám sát nghiêm thu xác nhận, tiến hành chờ lắng trong hố khoan khoảng 1 2 h và dùng gàu vét vệ sinh đáy hố khoan trước khi hạ lồng thép.

1.4.4.4 Giai đoạn tập kết và xử lý mùn khoan

- Mùn khoan khi đưa lên được tập kết và vận chuyển ra khỏi công trường bằng ô tô tự đổ có bạt che phủ để tránh ô nhiễm môi trường hoặc có thể lưu giữ trong các thùng chứa đất nhờ xử lý sau.

1.4.5 Quá trình làm sạch hố khoan

- Trước khi đổ bê tông phải kiểm tra lại chiều sâu và độ sạch của hố khoan.

+ Trường hợp độ lắng ≤ 10 cm thì hố khoan đạt yêu cầu về độ sạch và tiến hành đổ bê tông.

+ Trường hợp độ lắng ≥ 10 cm thì phải làm vệ sinh đáy hố khoan bằng phương pháp thổi rửa hố khoan. Làm sạch bằng việc thay thế dung dịch Bentonite cũ lẫn đất cát bằng dung dịch mới đạt tiêu chuẩn. Trong đó có 2 công nghệ thổi rửa.

1.4.7 Quá trình rút ống vách

- Ống vách cần được rút lên ngay trong thời gian địa chất xung quanh chưa cố kết chắc chắn và bêtông còn có độ dẻo và chưa ninh kết nhằm đảm bảo bê tông không bị kéo theo khi rút ống và phá vỡ kết cấu ban đầu của bêtông. Trong quá trình rút ống vách phải đảm bảo ống giữ thẳng đứng và đồng trục với cọc.

- Sau khi ống vách được rút lên cần kiểm tra khối lượng bêtông và cao độ đầu cọc nhằm đảm bảo tiết diện cọc không bi thu nhỏ và bê tông không bị lẫn bùn đất xung quanh do áp lực của đất, nước, mùn khoan trong trường hợp cần thiết phải bổ xung ngay bê tông trong quá trình rút ống.

1.5 Các thiết bị chính của thiết bị khoan cọc nhồi

1.5.1 Gầu khoan

- Gầu khoan là thiết bị công tác lắp với đầu dưới cần Kelly có nhiệm vụ cắt đất, phá đá, tạo lỗ khoan, tích đất và đưa đất, đá ra khỏi hố khoan.

- Có nhiều loại gầu khoan, mỗi loại có đặc tính, kích thước cũng như công dụng khác nhau.

+  Gầu khoan dạng xoắn ruột gà (Mũi khoan cánh xoắn)

+  Gầu khoan dạng cánh quạt  (Chân vịt)

+  Gầu khoan dạng thùng đào (dạng thùng phi)

1.5.2 Cần kelly

- Cần Kelly hay còn gọi là cần khoan. Cần gồm các ống thép lồng vào nhau như dạng cần ăng ten, đầu dưới lắp gầu khoan, đầu trên nối với cáp nâng hạ gầu qua khớp xoay. Cần có tác dụng truyền mômen xoắn từ cơ cấu quay tới gầu khoan. Khi thi công lỗ cọc thì cần Kelly sẽ quay theo cơ cấu quay.

- Cần Kelly có tiết diện ngang hình tròn.

Đây là cần Kelly được chế tạo từ các ống thép tròn đặc biệt.

1.5.3 Cơ cấu quay và ép cần Kelly

- Cơ cấu quay và ép cần Kelly cấu tạo gồm 1 động cơ để quay bánh răng cố định trên cần Kelly, 2 xylanh thủy lực để tạo lực dọc trục cần Kelly, và cơ cấu dẫn hướng. Thường thì có 2 loại cơ cấu này, cơ cấu dùng giá khoan để nâng đỡ và loại tự di chuyển trên cần hộp. 

1.5.4 Cần chính

- Cần là thiết bị được lắp trên máy cơ sở có tác dụng treo cần khoan, cố định các puly cáp và dẫn hướng cần khoan.

- Các máy khoan cọc nhồi hiện nay thuờng sử dụng 2 loại cần: Loại cần giàn và loại cần hộp. Mỗi loại có đặc tính và ưu nhược điểm khác nhau.

1.5.5 Máy cơ sở

- Thiết bị máy cơ sở có vai trò quan trọng trong cấu tạo của máy khoan cọc nhồi.

- Các cơ cấu công tác của máy khoan như: Cần, cần kelly, cơ cấu quay, các cơ cấu này được lắp trên máy cơ sở và hoạt động thông qua thiết bị máy cơ sở. Ngoài ra máy cơ sở còn thực hiện các chức năng: di chuyển, nâng hạ gầu khoan, hạ lồng thép…

1.7  Phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

1.7.1 Nguyên nhân gây khuyết tật trên cọc khoan nhồi

- Do cọc khoan nhồi được thi công trên điều kiện khó khăn nên mặc dù công nghệ thi công cọc ngày càng được hoàn chỉnh nhưng khả năng cọc bị khuyết tật vẫn khá cao. Người ta đã tổng hợp và phân tích hàng loạt nguyên nhân gây hư hỏng cọc, trong đó các nguyên nhân chủ yếu được tóm tắt như sau:

+ Tiết diện thu nhỏ và ngay dưới đó tiết diện cọc được mở rộng - Nguyên nhân: Sập vách trong quá trình khoan

+ Cọc bị đứt đoạn - Nguyên nhân: Ma sát giữa bê tông và ống chống quá lớn, công nghệ đổ bê tông và rút ống không thích hợp

1.7.2 Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi trong quá trình thi công

a, Kiểm tra dung dịch bentonite (ben tô nít).

- Mục đích chủ yếu của việc kiểm tra chất lượng dung dịch bentonite đảm bảo cho thành hố khoan không bị sập trong quá trình khoan cũng như khi đổ bê tông và kiểm tra việc thổi rửa đáy hố khoan trước khi đổ bê tông.

- Các thông số chủ yếu của dung dịch bentonite thường được khống chế như sau:

+ Hàm lượng cát: <5%

+ Dung trọng: 1.01 – 1.05

+ Độ nhớt: 35 sec

b, Kiểm tra kích thước hố khoan

- Sau khi thổi rửa đáy hố khoan bằng dung dịch bentonite cần kiểm tra các thông số sau đây của hố khoan:

+ Đo chiều sâu:

+ Đáy hố khoan được coi là sạch nếu chiều sâu sau khi thổi rửa bằng chiều sâu khoan (xác định bằng cách đo độ sâu cần khoan đã đạt tới trong quá trình thi công hoặc bằng thiết bị chuyên dùng khác)

d, Ghi chép trong quá trình thi công

- Trong quá trình thi công cần ghi chép thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc và các sự cố xảy ra trong quá trình thực hiện các công việc sau:

+ Đặt ống chống

+ Khoan bằng guồng xoắn (phần đặt ống chống)

+ Bơm dung dịch bentonite

+ Khoan bằng gầu múc

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

2.1 Chọn cọc thi công:

- Đường kính cọc: D =1200 mm.

- Độ sâu của cọc: H = 60 m.

- Bố trí ống thổi rửa:

+ Hai ống thổi rửa, đường kính ống d = 110 mm. Chưa có quy định về đặt ống thổi rửa, nên ta sử dụng quy định về bố trí ống siêu âm trong cột khoan nhồi để bố trí ống thổi rửa

+ Bố trí như hình vẽ

- Ống siêu âm có chiều dài ngắn hơn chiều dài (thường cách đáy cọc 60cm-100cm) của cọc và được đặt trước vào cọc trước khi đổ bê tông. Ống phải đảm bảo kín khít, thẳng và liên tục. Đáy ống phải đảm bảo chạm hoặc sát với đáy cọc và được bịt kín bằng vật liệu chắc chắn không để bê tông xâm nhập hay mất nước. Các vị trí nối ống phải chắc chắn, kín không để cho nước bê tông xâm nhập vào ống trong quá trình đổ bê tông. Không được dùng phương pháp hàn đối đầu để nối ống siêu âm trong trường hợp ống siêu âm là ống thép. Đầu ống siêu âm phải được bịt kín bằng vật liêu chắc chắn.

2.2 Phân tích lựa chọn phương án di chuyển

2.2.1 Phương án máy khoan tự hành

a, Cấu tạo

- Các bộ phận chính: Đầu máy cơ sở, cần khoan, hệ thống thủy lực.

+ Đầu máy, máy cơ sở: thường là các máy đã có trên thị trường.

+ Đầu khoan và mũi khoan được lắp đặt trên máy cơ sở và được điều khiển bằng hệ thống thủy lực.

+ Một số loại đầu mũi khoan

b, Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm :

+ Khả năng cơ động cao, di chuyển được trên mọi địa hình phức tạp, lầy lội.

+ Hiệu suất làm việc cao.

+ Toàn bộ hệ thống được mang trên máy cơ sở nên luôn được bảo quản tốt hơn khi ra ngoài công trường.

2.2.2 Phương án máy khoan cố định

a, Cấu tạo

- Các bộ phận chính: Giá đỡ các bộ phận công tác, Bộ phát động, Hệ thống thủy lực (hoặc hệ thống điện), đầu khoan và cần khoan.

b, Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm

+ Dễ chế tạo, lắp đặt, vật liệu chế tạo dễ kiếm trong nước.

+ Giá thành máy rẻ.

+ Định vị tốt tim lỗ và độ thẳng cần khoan.

+ Có hệ thống đầu khoan tạo được lực ấn xuống.

2.3 Phân tích phương án dẫn động đầu khoan

2.3.1 Dẫn động bằng động cơ điện 3 pha

Giới thiệu

- Động cơ điện 3 phà là thiết bị dụng để chuyển đổi nằng lượng điện thành cơ năng (chuyển động quay trên trục động cơ). Phần chính của động cơ điện 3 pha gồm phần đứng yên (Stator), phần quay (Rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu.

2.3.2 Dẫn động bằng động cơ thủy lực

Giới thiệu

- Động cơ thủy lực là thiết bị biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. Bao gồm vỏ động cơ (phần đứng yên), phần quay bên trong vỏ động cơ (phần chuyển động tạo mô men trên trục động cơ).

2.4 Phân tích theo phương án ép đầu mũi khoan

2.4.1 Phương án sử dụng hệ palang cáp

- Hệ palang cáp bao gồm: Cơ cấu dẫn động, tang cuốn cáp, dây cáp, hệ puli dẫn hướng, và hệ dàn đỡ và kéo đầu khoan.

- Ưu điểm: Hệ thống có khoảng tác dụng lực vào cần khoan đều và lớn, không ngắt quãng, dễ chế tạo, lắp đặt vận hành bảo dưỡng.

- Nhược điểm: Hệ thống cáp nối phức tạp cồng kềnh, lực tác dụng lên cần khoan nhỏ, thường phải dùng hệ thống lưới điện để cung cấp cho hệ thông hoạt động, phải dùng các biện pháp kĩ thuật để khác phục.

2.4.2 Phương án sử dụng hệ xilanh thủy lực

- Bao gồm: Hệ xilanh thủy lực, hệ giá đỡ, bộ phận dẫn hướng, hệ thống dữ cần khoan.

- Ưu điểm: Lực ép đầu khoan lớn,

kiểm soát được lực ép một cách chính xác, hệ thống làm việc ổn định dễ kiểm soát được độ cân bằng của hệ thống, không bị rung lắc, vận hành êm, hệ thống gọn nhẹ.

- Nhược điểm: Hành trình xi lanh thường ngắn nên quá trình khoan không liên tục, chi phí chế tạo khá cao.

2.5 Nhận xét và đưa ra phương án thiết kế

Ta lựa chọn phương án:

- Máy khoan tự hành, di chuyển bằng máy cơ sở, sử dụng máy xúc gầu nghịch, di chuyển bằng bánh xích. Phù hợp và nâng cao khả năng tự động hóa trong tiến trình công nghiệp háo hiện đại hóa đất nước.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ KHOAN RÚT LÕI BÊ TÔNG ĐÁY CỌC KHOAN NHỒI

3.1 Giới thiệu chung về máy khoan tạo lỗ - khoan thủng đáy cọc khoan nhồi

3.1.1 Giới thiệu

Máy máy khoan rút lõi bê tông đáy cọc khoan nhồi được chế tạo dựa trên áp dụng nhưng công nghệ hiện đại và có tính cơ giới hóa cao trong ngành xây dựng, giúp cải thiện năng suất làm việc và giảm khối lượng lao động chân tay của con người, tăng độ chính xác cao, rút ngắn thời gian thi công, an toàn lao động trong thi công.

3.1.3 Nguyên lý hoạt động

- Hệ thống máy di chuyển nhờ máy cơ sở 7, khi máy làm việc thì cần dẫn hướng 1 sẽ điều chỉnh thẳng đứng nhờ các xilanh thủy lực điều chỉnh máy theo phương dọc và phương ngang máy, tiếp đó xilanh chống cần xẽ hạ xuống để tạo ổn định cho máy trong quá trình hoạt động.

- Lắp đặt hệ thống cần khoan nhờ các khớp nối với mô tơ thủy lực 2 và được giữ bằng cụm giá đỡ cần khoan 8 tránh bị tuột ống trong quá trình lắp đặt, hệ thống cần khoan được nâng hạ nhờ hệ palang cáp 10.

3.2 Xác định tải Trọng tác dụng lên máy

3.2.1 Trọng lượng bản thân

- Trọng lượng máy cơ sở: 2500 kg. Chọn theo catalogue của hãng sản suất.

3.2.2 Trọng lượng cần khoan

G_cần - Trọng lượng của cụm cần dẫn hướng: 124,4 kg.

Sp - Trọng lượng của puli đổi hướng cáp: 75 kg.

G_{đỡ cần dh} - Trọng lượng đỡ cần dẫn hướng: 30 kg.

S_c - Trọng lượng kéo lớn nhất của cáp: 1000 kg.

G_k- Trọng lượng của các chi tiết khác: 100 kg.

=> Trọng lượng bản thân máy:

P = 124,4 + 75 + 30 + 1000 + 100 =1329,4 kg = 13,294 KN

3.3 Tính toán chung các cơ cấu

3.3.1 Cụm cần dẫn hướng

3.3.1.1 Cấu tạo cụm dẫn hướng

- Cấu tạo của cụm cần dẫn hướng bao gồm các chi tiết được hàn với nhau.

3.3.1.3 Tính bền chi tiết cần dẫn hướng 2

- Cần chịu nén lệch tâm

- Để thiết kế được hộp dẫn hướng ta phải xác định được trường hợp giá chịu lực lớn nhất trong quá trình khoan rút lõi bê tông và nâng cần tại độ sâu lớn nhất. 

- Khi làm việc giá khoan chịu tác dụng của các lực:

+ Tải Trọng gió  W_g

+ Trọng lượng bản thân cần  G_c

+ Trọng lượng hệ puli  S_P

+ Lực căng cáp  S

- Ta chọn áp lực gió lớn nhất ở trạng thái làm việc q_gI là 150 N/m²

Áp lực gió được tính theo công thức sau:

W_g = q.k.c. .A

- Theo sơ đồ hình chung thì cần cao 4 m (trong đó chiều cao của cần hộp được tính từ khoảng cách 0,8 m so với mặt đất) nên độ dài của cần là

l_cần = 4 + 0,8 = 4,8 m; b_cần =150 mm = 0,15 m.

- Diện tích hứng gió của kết cấu:

+ A = A₀ x

A₀ : Diện tích phần bề mặt được giới hạn bởi đường biên ngoài của kết cấu.

A₀₁ = 0,15 x 4 = 0,6 m²

=> A₁ = 0,6 x 1 = 0,6 m²

Trọng lượng hệ puli là :

S_P = 25 kg = 0,25 (KN).

Do có cả hệ puli đầu và chân cần, hệ puli đổi hướng nên ta có:   

S_P = 3 x 25 = 75 kg = 0,75 (KN).

+ Lực dọc tác dụng lên giá là                                               

S = 2S_c + S_P = 2 x 15,5 + 0,75 = 31,75  KN

3.3.1.5 Tính bền chi tiết tai đỡ xilanh 6 và 7

a, Chịu tác dụng uốn

P = G_cần + S_p + G_{đỡ cần dh} + S_c

P = 124,4 + 75 + 30 + 1000 =1229,4 kg = 12,294 K

b, Chịu cắt

P = G_cần + S_p + G _{đỡ cần dh} + S_c

P = 124,4 + 75 + 30 + 1000 =1229,4 kg = 12,294 KN

3.3.2 Cụm cần đỡ chính

a, Chịu tác dụng uốn và cắt khi cần nằm ngang (vị trí nguy hiểm nhất)

* Chịu tác dụng uốn

y_o = 71 mm = 7,1 cm

Y_max : Khoảng cách từ điểm xa nhất của tiết diện tới trục trung hòa Ox

Y_max = 80 mm = 8,0 cm

=> J_x = 2.682,6667 + 2.32.7,12 = 4591,57 cm⁴

=>  < [ ] = 6,10 (KN/cm²) thoả mãn. (Chi tiết máy_Nguyễn Trọng Hiệp).

Vậy thoả mãn điều kiện bền => Cần đỡ chính đủ bền uốn với tiết diện trên.

b, Chịu cắt

=> < [ ] = 6,10 (KN/cm²) thoả mãn. (Chi tiết máy_Nguyễn Trọng Hiệp).

Vậy thoả mãn điều kiện bền => Cụm cần đỡ chính đủ bền cắt với tiết diện trên.

3.3.4 Cụm giá đỡ moto thủy lực dẫn động cần khoan

a, Tính toán bu lông liên kết cụm giá đỡ moto thủy lực và moto thủy lực

- Chọn 6 bu lông M10x0,75 cho liên kết cụm giá đỡ moto thủy lực và moto thủy lực.

Lực tác dụng lên bu lông được tính toán theo trạng thái tách hở.

Lực tác dụng do khối lượng của giá đỡ moto thủy lực:

N = 4 kg = 0,04 (KN) .

Xét thấy ứng suất cho phép của bulông [s]_k  > s: Ứng suất tổng trong bu lông

=> Vậy bu lông chọn thoả mãn điều kiện bền.

3.3.6 Tính bền các mối hàn

3.3.6.1 Mối hàn cụm puli đầu cần và cần dẫn hướng

- Liên kết mối hàn chịu tác dụng mômen uốn M gây ra bởi lực căng cáp.

M = S.l₁ - S.l₂ = 15,5.(20,3-14,7) = 86,8 KN.cm

Thép CCT34 có f_wt = 1800 daN/cm²

Chọn que hàn N42 có f_wt = 4100 daN/cm²

- Hệ số an toàn khi làm việc = 0,8.

=> Thỏa mãn điều kiện bền.

- Liên kết mối hàn chịu tác dụng mômen uốn M và lực cắt V gây ra bởi khối lượng cụm cần dẫn hướng.

P = G_cần + S_p + S_c + G_k

3.3.7 Hệ thống thủy lực

3.3.7.1 Cấu tạo

- Các cụm pittong xilanh điều chỉnh các cơ công tác khác nhau:

+ Cụm pittong xilanh chống cần khi làm việc 1.

+ Cụm pittong xilanh điều chỉnh cần dẫn hướng theo phương vuông góc với máy 2.

+ Cụm pittong xilanh điều chỉnh cần dẫn hướng theo phương dọc máy 3.

+ Cụm pittong xilanh nâng cần đỡ chính 4.

+ Cụm moto thủy lực dẫn động cần khoan 5.

3.3.7.2 Nguyên lý làm việc            

- Dầu thủy lực được dẫn từ thùng chứa dầu 1, qua đường ống dẫn dầu 9, qua lọc tinh lần nhất 2. Bơm thủy lực 3 dẫn động bằng động bằng động cơ điện 4, hút dầu từ thùng qua các đường ống và qua các van tiết lưu 9 có tác dụng điều chỉnh vận tốc nâng hạ của các xilanh thủy lực 8 và moto thủy lực 7, dẫn tới các van điều khiển 6, tiếp đến dầu sẽ được dẫn qua các xilanh thủy lực và thực hiện quá trình nâng hạ và quay các cơ cấu công tác.

3.3.8.2 Nguyên lý làm việc

- Động cơ 1 truyền chuyển động quay qua khớp nối 4 có nhiệm truyền mômen và chuyển động quay. Chuyển động quay qua hộp giảm tốc 3 làm giảm số vòng qua và tăng mômen xoắn. Tiếp đên qua bộ truyền ngoài 5 và qua tang cuốn cáp 6. Truyền chuyển động nâng hạ các cụm móc treo 8 và 9.

3.3.8.3 Tính toán và chọn các thiết bị     

a, Tính toán chọn động cơ điên

- Ta tính công suất cho hành trình khi nâng cần. Vì khi nâng cần thì cáp nâng hoạt động và cáp ép sẽ nhả ra, không làm ảnh hưởng tới công suất của cáp dùng để ép và ngược lại.

Chọn động cơ điện 2 tốc độ AO2-41-8/4 có thống số sau:

N­₁=1,6 KW , tốc độ quay n₁= 685  (v/ ph)

N₂=2,5 KW , tốc độ quay n₂ =1370 (v/ph)

b, Tính toán chọn cáp, đường kính tang và puly

(Hướng dẫn đồ án môn học máy nângó HDĐAMHMN)

Đường kính puli được tính theo công thức

D = (0,6 0,8) x D_t

=>  D = 0,6 x 190 = 114 mm.

Vậy chọn D_t = 200 mm, D = 150 mm Puly được chế tạo bằng gang C  18-36, C 15-32 hoặc Thép đúng 45l và chế tạo đơn chiếc.

d, Tính toán cụm tang

- Xác định đường kính tang

D_t ³ (e-1).d­_c = (20-1) x 10 = 190 (mm).           (HDĐAMN)                                    

e : Hệ số phụ thuộc chế độ làm việc và loại máy trục

 ( Bảng 10 – HDĐAMN ) e = 20

Ta lựa chọn tang có đường kính D_t = 200 (mm). (trong át lát MXD)

Đường kính tang kể từ tâm lớp cáp thứ nhất

D = D_t+ d_c = 200 + 10 = 210 (mm).

Chiều dài cáp có ích cuốn lên tang:

L_K = H.a

H : Chiều cao cần khoan H = 4 (m)

a : Bội suất palăng nâng vật a = 1

Þ L_K= 4 x 1 = 4 (m).

3.3.9 Cụm cần khoan và mũi khoan

- Chọn cần khoan theo đường kính lỗ ống thổi rửa D = 113,5 mm.

- Chiều dài cần khoan gồm các lại cần có chiều dài khác nhau:

- Bán kính ngoài cần khoan D = 40 mm.

L = 1 m; 1,5 m; 2 m; 2,5 m; 3m.

- Cần có lỗ rỗng bên trong để bơm nước trong quá trình khoan. Đường kích lỗ rỗng bền trong: d = 20 mm.

- Cách thức nối cần bẳng ren và ngược chiều vơi chiều quay của cần khi làm việc.

3.4 Tính ổn định máy

- Cần tính ổn định máy cho 2 vị trí:

+ Vị trí 1: Máy làm việc không tải trong trường hợp tập kết tại bãi hoặc di chuyển trên công trường ( do coi mặt bằng thi công trên công trường là bằng phẳng nên có thể bỏ qua việc tính ổn định trong TH này)

+ Vị trí 2: Máy làm việc có tải tại vị trí nguy hiểm nhất là khi máy đang rút cần khoan lõi bê tông lên ở độ sâu lớn và máy làm việc theo phương vuông góc với phương di chuyển

Ta có :

 = 2,2. Q_đt + 0,8.G + 2,566.W_g -1,8.S_c - 1,75.S_p - 1,5.P - 1.P_đc

= 2,2.5 + 0,8.25 + 2,566.0,7 - 1,8.15,5 - 1,75.0,25 - 1,5.1,5 - 1.0,3 

= 2,68 (KN.m) > 0

Vậy máy đủ điều kiện ổn định kể cả trong trường hợp không có xilanh chống cần. Vì thế xilanh chống cần sẽ làm tăng độ ổn định của máy khi làm việc.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. TCVN (9393:2012) Cọc khoan nhồi - Phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục

2. TCVN (9395:2012) Cọc khoan nhồi-Thi công và nghiệm thu

3. TCVN (9396:2012) Xác định tính đồng nhất của bê tông-Phương pháp xung siêu âm

4. TCVN (9397:2012) Kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp động biến dạng nhỏ

5. Hướng dẫn đồ án máy nâng

6. Sổ tay chọn Máy Thi Công Xây Dựng-Tác giả Nguyễn Tiến Thụ

7. Chi tiết máy- Tác giả Nguyễn Trọng Hiệp

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"