MỤC LỤC

Mục lục........

Lời mở đầu.............

Các chương mục của bản thuyết minh............

Chương 1: Tổng quan thi công cọc khoan nhồi...........

1.1. Sự cần thiết phải gia cố nền móng ở Việt Nam..........

1.2. Các phương pháp gia cố nền móng công trình.........

a. Phương pháp cải tạo sự phân bố ứng xuất trên nền.............

b. Phương pháp tăng độ bền chặt của nền bằng biện pháp tiêu nước thẳng đứng..........

c. Phương pháp gia cố nền bằng cọc cứng.............

1.3. Công nghệ tạo cọc khoan nhồi............

a. Khả năng công nghệ :............

b. Các công nghệ tạo cọc khoan nhồi bằng đường kính lớn ..............

- Công nghệ đúc “ khô”..............

- Công nghệ dùng ống vách............

- Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan..............

1.4. Quy trình công nghệ dùng dung dịch Bentonit.............

a. Sơ đồ công nghệ............

b. Các bước thực hiện.............

- Xác định vị trí tim cọc..............

- Hạ ống vách............

- Khoan đất trong lòng ống vách............

- Hạ lồng cốt thép ............

- Thổi rửa lòng hố khoan .............

- Đổ bê tông.............

- Rút ống vách.............

1.5. Phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi ...........

a. Phương pháp thử tĩnh.............

b. Phương pháp thử động.............

- Phương pháp rung............

- Phương pháp do sóng ứng suất............

1.6. Quy trinh công nghệ tạo cọc khoan nhồi bằng máy khoan cọc nhồi KH125................

1.7. Vấn đề sử dụng công nghệ và máy khoan cọc nhồi ở Việt Nam...............

Chương 2: Các thông số cần cẩu bánh xích Hitachi KH125..........

2.1. Các thông số kỹ thuật của cần cẩu KH125............

2.2. Máy khoan cọc nhồi Hitachi Kh125...........

a. Khả năng khoan tạo lỗ ..............

b. Thông số kỹ thuật máy khoan cọc nhồi KH125...........

c. Cấu tạo, nguyên lý làm việc..............

d. Ưu và nhược điểm của máy..............

Chương 3: Nghiên cứu tính toán lực cản và mômen cản cắt đất.........

3.1. Khái niệm lực cắt đất..........

3.2. Các thông số chính của quá trình cắt đất...........

3.3. Các dạng dao cắt đất.............

3.4. Dạng phoi đất đặc trưng...........

3.5. Kết cấu gầu khoan tính toán...........

3.6. Các lý thuyết cắt đất và áp dụng cho gầu khoan cọc nhồi..............

a. Tính theo lý thuyết gầu kéo .............

b. Phương pháp tính của Ju.A.Vetrôv..............

c. Phương pháp của N.G Dombrovski..............

3.7. Tính toán lực cản và mômen cản cắt đất...........

a. Sơ đồ : Lực tác dụng lên đầu khoan................

b. Tính toán với cấp đất đặc trưng : Đất cấp IV & I..............

- TH1 : Tính với đất cấp IV..............

- TH2 : Tính với đất cấp I............

Chương 4: Tính toán thiết kế thanh Kelly ..............

4.1. Tổng quan thanh Kelly..............

a. Giới thiệu...........

b. Điều kiện làm việc.............

c. Các phương án thiết kế..............

- Thanh có mặt cắt vuông..............

- Thanh có mặt cắt vành khăn................

4.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc thanh Kelly............

a. Cấu tạo............

b. Nguyên lý làm việc ................

4.3. Vật liệu chế tạo thanh Kelly............

4.4. Sơ đồ tính.............

4.5. Tổ hợp lực tác dụng................  

4.6. Các trạng thái làm việc bất lợi của Kelly cần kiểm tra...............

4.6.1. Kelly ở trạng thái : Gầu đào và tích đầy đất , chưa bị kẹt và ở độ sâu lớn nhất . Thực hiện kép cáp rút thanh Kelly lên chất lỏng Bentonit chưa kịp chảy xuống phía dưới gầu.................

a. Sơ đồ tính.................

b. Xác định lực tác dụng..............

c. Kiểm tra kết cấu................

4.6.2. Kelly ở trạng thái : Gầu đào và tích đầy đất , chưa bị kẹt và ở độ sâu lớn nhất. Chưa thực hiện kép cáp ..............

a. Lực tác dung ..............

b. Sơ đồ tính ................

c. Kiểm tra kết cấu..............

4.6.3. Kelly ở trạng thái : Gầu đào và tích đầy đất , bị kẹt và ở độ sâu lớn nhất .Thực hiện quay gầu theo chiều nghịch và kép cáp rút thanh Kelly lên............

4.6.4.Kelly ở trạng thái : Gầu đào và tích đầy đất , bị kẹt và ở độ sâu lớn nhất .Thực hiện quay gầu theo chiều nghịch và rút thanh Kelly lên nhờ hệ  thống 2 xi lanh thuỷ lực ................

a. Xác định lực tác dụng...............

b. Sơ đồ tính...............

c. Kiểm tra ................

Chương 5: Tính toán thiết kế gầu khoan..............

5.1. Điều kiện làm việc của gầu khoan...............

5.2. Lực và mômen tác dụng lên gầu..............

5.3. Kiểm tra bền thành gầu............

a. Khái niệm lý thuyết vỏ................

b. Chọn vật liệu................

c. Tính bền..............

d. Kiểm tra theo xoắn và nén .............

5.6. Thiết kế một số cụm chi tiết gầu..............

a. Cổ gầu.............

b. Cụm khoá đáy gầu.............

c. Cụm bản lề khoá đáy gầu.............

d. Chốt liên kết Kelly và gầu...............

Chương 6: Tính toán thiết kế chuột Kelly ...............

6.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc...............

6.2. Thiết kế chuột Kelly.............

a. Vật liệu.................

b. Thiết kế kích thước kết cấu trục nhỏ trên thân dưới..............

c. Định kích thước trục thân chuột...............

d. Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn..............

6.3. Tính chọn ổ đỡ...............

Chương 7: Tính toán thiết kế bộ truyền cơ khí dẫn động mâm xoay................

7.1. Giới thiệu............

7.2. Tính toán bộ truyền bánh răng ngoài bộ truyền dẫn động..........

a.  Sơ đồ bộ truyền..........

b. Thông số kỹ thuật mâm xoay..............

c. Tính số truyền cấp bánh răng ngoài..............

d. Vật liệu chế tạo...........

e.  Định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất mỏi uốn cho phép của bánh răng:..............

f. Thiết kế kích thước bộ ăn khớp............

g. Kiểm tra độ bền uốn của răng:............

h. Kiểm tra độ bền tiếp xúc của các bánh răng:...............

i. Kiểm tra sức bền bánh răng khi nó chịu quá tải đột ngột................

j. Các lực tác dụng lên các bánh răng:..........

k. Tính toán trục của bánh răng chủ động...............

- Tính sơ bộ...............

- Tính gần đúng...............

- Tính chính xác............

Chương 8: Quy định về vận hành máy & lắp dựng ..........

Chương 9: Biện pháp sử lý một số sự cố .............

1. Sự cố không rút đ­ược đầu khoan lên............

2. Sự cố không rút đ­ược ống vách lên trong ph­ơng pháp thi công có ống vách...............

3. Sự cố sập vách hố khoan...............

4. Sự cố trồi cốt thép khi đổ bê tông...............

5. Sự cố tụt cốt thép chủ trong công nghệ khoan xoay vách............

6.  Hỏng về bê tông cọc.................

7. Sự cố gặp hang caster khi khoan...............

8. Sự cố bản thân máy...............

Tài liệu tham khảo................

LỜI MỞ ĐẦU

   Đất nước Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hoá , hiện đại hoá đất nước. Sự phát triển mạnh của kinh tế đòi hỏi ngày càng cấp bách việc xây dựng cơ sở hạ tầng . Chính vì thế nhiều dự án công trình xây dựng thuỷ lợi , thuỷ điện , giao thông đang thi công ngày càng nhiều .

   Hầu hết các công trình xây dựng nhân tạo đều truyền tải trọng bản thân và hoạt tải qua nền móng xuống đất . Cùng với các điều kiện địa chất , thuỷ văn luôn biến động khôn lường . Chi phí cho việc gia cố nền móng chiếm tỷ lệ rất lớn , có khi lên đến 40 ÷ 50 % giá thành công trình .

   Hiện nay các phương pháp gia cố nền móng khá phong phú và đa dạng , trong đó thi công nền móng bằng phương pháp khoan cọc nhồi là một tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam.Phương pháp này có thể thích hợp với nhiều vùng địa chất khác nhau , có khả năng khoan , tạo cọc có chiều sâu và đường kính lớn , đáp ứng được yêu cầu khắt khe kỹ thuật : chất lượng cọc và khả năng chịu tải giúp công trình ổn định và bền vững theo thời gian .

   Em nhận thấy đề tài thiết kế tốt nghiệp :         

“ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ CÔNG TÁC KHOAN CỌC NHỒI LẮP TRÊN CẦN TRỤC BÁNH XÍCH HITACHI KH125 “.

   Là một đề tài hay và thiết thực .Trong quá trình thực hiện , do sự hiểu biết thực tế và thời gian có hạn nên phần trình bày của em còn nhiều thiếu sót , chưa thật chi tiết. Sau này, khi có điều kiện công tác ngoài thực tế , em sẽ cố gắng tìm hiểu thật đầy đủ hơn .

   Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn máy xây dựng - Trường đại học giao thông vận tải ,đặc biệt là thầy giáo: Th.S ………… , đã hướng dẫn và chỉ bảo trực tiếp em, giúp em hoàn thành nội dung yêu cầu thiết kế tốt nghiệp.

                                                                                                                     Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                Sinh viên thực hiện

                                                                                                                   ……………….

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

1.1. Sự cần thiết phải gia cố nền móng ở Việt nam !

Theo kết quả điều tra: Diện tích nước ta khoảng 329314 km² , trong đó phần đất liền là : 324480 km², đồi núi chiếm ¾ diện tích. Dân số nước ta là: 85789573 người  (Số liệu tính đến 01/04/2009). Dân số chủ yếu sinh sống ở vùng đồng bằng, tập chung chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng , sông Cửu Long và đồng bằng duyên hải miền trung .

Vựng đồng bằng đều có nguồn gốc cơ bản là bồi tụ, có nền yếu , là nơi có nhiều công trình nhân tạo lớn:Thuỷ lợi , thuỷ điện, giao thông, nhiều toà nhà chung cư cao tầng. Hầu hết các công trình nhân tạo đều truyền tải trọng bản thân và hoạt tải qua nền móng xuống đất. Do nền đất tự nhiên nên nó không thể thoả mãn được các điều kiện chịu lực của công trình xây dựng trên nó theo các thông số đánh giá như tính kháng nén, tính kháng cắt... 

Trong nhiều trường hợp, khi gia cố nền móng còn gặp nhiều sự cố, do nền địa chất khá phức tạp,nền yếu không chịu được tổ hợp lực tác dụng, thêm vào đó điều kiện khí hậu, thuỷ văn biến động khôn lường nên việc gia cố nền móng đã quan trọng lại càng quan trọng, giữ vị trí then chốt  hơn .

2.1. Các phương pháp gia cố nền móng công trình.

a. Phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất trên nền:

- Dùng đệm cát: Sử dụng khi lớp nền yếu có chiều sâu nhỏ hơn 3 mét bão hoà nước. Khi này ta có thể gạt bỏ lớp đất yếu dưới chân móng và thay vào đó là một lớp cát có chiều dày theo thiết kế. Phương pháp này đơn giản và không đòi hỏi thiết bị thi công phức tạp nếu khối lượng công việc không lớn. 

- Dùng đệm đá sỏi: Dùng khi lớp đất yếu dưới móng có nước ngầm với áp lực không cao, không thể đặt được đệm cát và dưới nó cũng là lớp đất. Khả năng chịu tải trọng của đệm đá sỏi lớn hơn nhiều so với đệm cát nên ta có thể coi nó là một bộ phận của nền móng công trình.

b. Phương pháp tăng độ chặt của nền bằng biện pháp tiêu nước thẳng đứng :

- Dùng cọc cát, sỏi: Dùng khi diện tích móng công trình lớn, lớp nền yếu có chiều dày lớn hơn 3 m. Cọc cát, sỏi sẽ làm cho độ ẩm và độ rỗng của nền giảm đi. Cọc cát, sỏi có tác dụng như một giếng tiêu nước thẳng đứng, làm cho mô đuyn biến dạng, tính kháng nén, kháng cắt của nền tăng lên. Khi này các cọc sẽ làm việc đồng thời với nền, do đó tính chất chịu lực của nền gia cố cọc cát, sỏi tốt hơn nhiều so với các loại cọc khác. 

- Dùng bấc thấm: Khác với cọc cát, sỏi; bấc thấm không tham gia vào quá trình chịu lực truyền tải của công trình xuống nền, nó chỉ có chức năng tiêu nước thẳng đứng cho nền và làm cho cơ tính của đất nền được nâng cao do tăng cường tốc độ cố kết của nó, kết quả là sự chịu tải của đất nền được cải thiện. 

c. Phương pháp gia cố nền móng bằng cọc cứng.

Móng cọc là một kết cấu quan trọng và quen thuộc trong xây dựng. Móng cọc làm nhiệm vụ truyền tải công trình xuống sâu trong nền đất có lớp địa chất chịu lực tốt, khắc phục được biến dạng lún không đồng đều, chịu được tải trọng ngang, giảm khối lượng đào đắp, rút ngắn thời gian thi công do đã công nghiệp hoá việc chế tạo cọc và thiết bị thi công.

2.2. Công nghệ tạo cọc khoan nhồi.

a. Khả năng công nghệ :

Công nghệ cọc khoan nhồi có khả năng tạo cọc với đường kính từ 1đến 2 m hạ sâu trong lòng đất từ 30-60 m, thậm chí sâu đến 80m.Công nghệ này đang là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật móng sâu, trong các điều kiện địa chất đất yếu hoặc phức tạp cho các công trình xây dựng và giao thông lớn.

* Công nghệ dùng ống vách:

Thi công ở nơi có nước mặt, bùn nhão, hoặc những nơi khoan cọc xuyên qua các tầng đất sét nhão, cát, sỏi cuội có cấu trúc rời rạc.Trình tự : 

- Khoan tạo lỗ trong lớp đất dính.

- hêm vữa sét vào lỗ khi đã khoan đến lớp đất rời và thấm nước.

- Hạ ống vách xuống khi đã khoan hết lớp đất rời.

- Lấy hết vữa sét và làm khô lỗ khoan.

- Tiếp tục khoan cho đến độ sâu thiết kế trong lớp đất  “ Khô” phía dưới.

- Thực hiện mở rộng chân cọc bằng cánh xén gá lắp tại đầu khoan (nếu có yêu cầu).

* Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan.

Sử dụng để thay thế cho công nghệ dùng ống vách trong mọi tình huống địa chất. Đặc biệt là khi dùng ống vách nhưng không có khả năng ngăn cản được triệt để nước ngầm chảy vào trong lỗ khoan.Phương pháp này được dùng rất hiệu quả tại khu vực gần bãi sông.Trình tự :

- Khoan tạo lỗ qua lớp đất dính

- Khi gặp lớp đất dễ sạt lở hoặc có nước ngầm thì tiến hành cho dung dịch bentônit xuống liên tục sao cho đảm bảo yêu cầu quy trình công nghệ.

- Thực hiện mở rộng chân cọc nếu có yêu cầu bằng cánh xén gắn vào đầu cần khoan.

- Khi đã khoan đến chiều sâu thiết kế thì tiến hành đổ bê tông bịt đáy bằng ống rót thẳng đứng.

* Tìm hiểu dung dịch Bentonit:

Là hỗn hợp chất keo, khụng hũa tan, gốc Bentonớt, để giử vững vỏch hố khoan, hay hố đà; Giữ cho thành hố đào của cọc không bị sạt lở.

=> Tính chất dung dịch bentonite mới  trước khi dùng

- 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. Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật khoan, đào và tính chất địa tầng, mà hoà tan từ 20 kg đến 50 kg bột bentonite vào 1m³ nước.

3.1. Quy trình công nghệ dùng dung dịch Bentonit.

a. Sơ đồ công nghệ :

Khi thi công cọc khoan nhồi theo công nghệ dùng dung dịch Bentonit, người ta tiến hành các bước theo sơ đồ công nghệ như hình dưới.

b. Các bước thực hiện :

- Xác định vị trí tim cọc:

Dùng  máy đo kinh vĩ để định vị vị trí tim cọc, yêu cầu độ chính xác vị trí tim cọc cao.Ống vách vừa có tác dụng đảm bảo cố định vị trí của cọc, vừa có tác dụng  chống lở và sập thành hố ở phía trên, bảo vệ hố khoan và như vậy thì cọc không bị lệch khỏi vị trí, ngoài ra còn giúp cho việc đưa lồng thép xuống hố khoan một cách dễ dàng.

- Hạ ống vách:

Khi đã xác định được vị trí của tim cọc ,sử dụng búa rung hoặc bàn xoay để hạ ống vách xuống lòng hố. Chiều dài của ống vách thường là 6,5m nên ta cần thực hiện rung để ép ống vách xuống đến chiều sâu 6m. Quá trình rung diễn ra dài và ảnh hưởng đến các khu vực xung quanh. Do vậy trước khi thực hiện rung động thì ta đào trước một hố tại vị trí hạ ống vách sâu khoảng 2 – 3 m để bóc hết lớp đất cứng trên bề mặt nền.Công tác kiểm tra độ thẳng đứng của ống vách cần được thực hiện một cách liên tục bằng cách điều chỉnh vị trí của búa rung thông qua cần cẩu.

- Thổi rửa lòng hố khoan:

Đây là một công đoạn quan trọng, không thể thiếu được vì trong quá trình khoan đất thì lượng cát hạt mịn, cát bùn … ở lòng hố khoan không thể vét sạch được. Để đảm bảo tại phần dưới của mũi cọc không tạo thành một lớp đất bùn, người ta phải làm sạch nó bằng phương pháp thổi rửa liên tục bằng khí nén áp suất cao khoảng 7 KG/cm²  qua một ống có đường kính từ 20 – 30 cm. ống thổi rửa chính là ống đổ bê tông thẳng đứng và được nối thêm đến tận đáy hố.

- Rút ống vách:

Sau khi kết thúc công việc đổ bê tông thì rút ống vách lên, quá trình này  ngược với khi hạ ống xuống và phải rút ống vách khi bê tông còn ở thể lỏng. 

3.2. Phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi.

Xác định độ lún của cọc xem nó nằm trong giới hạn cho phép hay không, không cần kiểm tra toàn bộ các cọc mà ta chỉ cần kiểm tra một số cọc quan trọng, và số lượng cọc thử tĩnh phải lớn hơn 2 cọc, số lượng cọc thử động lớn hơn 5 cọc.

a. Phương pháp thử tĩnh:

Người ta tiến hành gia tải lên cọc đến tải trọng yêu cầu. Sau thời gian quy định, tiến hành đo khả năng chịu tải của cọc, đo độ lún của cọc. Sau đó so sánh xem độ lún của cọc có vượt quá giới hạn hay không? hiện nay có 3 phương pháp thử tĩnh, đó là thử tĩnh bằng nước, bằng đối trọng và bằng kích thuỷ lực.

b. Phương pháp thử động gồm một số phương pháp chính sau:

- Phương pháp rung: cọc được rung cưỡng bức với biên độ không đổi trong khi tần số thay đổi. Trong quá trình thí nghiệm thì vận tốc dịch chuyển của đầu cọc được theo dõi bằng các đầu đo chuyên dụng.

-  Phương pháp đo sóng ứng suất: cơ sở của phương pháp này là lý thuyết truyền ứng suất trong thanh đàn hồi. Sóng ứng suất được tạo ra bằng cách dùng búa đóng vào đầu cọc. 

3.3. Quy trinh công nghệ tạo cọc khoan nhồi bằng máy khoan cọc nhồi KH125.

Máy KH125 có khả năng tạo cọc có đường kính D_max = 1,7 m ,chiều sâu đào H_max= 55 m, nếu có nối thêm cần thì H = 65 m.Quy trình tạo cọc khoan nhồi bằng máy khoan KH125  gồm các bước sau:

- Sau khi xác định tâm của cọc thì tiến máy đến vị trí thích hợp, sau đó hạ gầu xuống mặt đất sao cho mũi định tâm của gầu trùng với tâm của cọc.

-  Bắt đầu cho gầu quay với tốc độ rất chậm, n = 15 – 18 vòng / phút. Đến khi gầu tích đầy đất thì tiến hành rút gầu lên. Và thực hiện đào đến khi chiều sâu của hố đạt khoảng 5 m, hết chiều dày của lớp đất dính thì hạ ống vách tạm xuống.

- Hạ ống vách tạm:

Thực hiện kéo cáp điều chỉnh giá khoan để kéo giá khoan lên vị trí cao nhất cho phép, sau đó dùng cáp phụ để cẩu ống vách tạm đặt vào hố đã khoan.

3.4. Vấn đề sử dụng cụng nghệ và mỏy khoan nhồi ở Việt Nam.

- Nghành xây dựng cầu: 

Đến nay việc thi cụng cọc khoan nhồi cú đường kớnh từ 1m ữ2m hạ sõu trong đất từ 40ữ60m , thậm chớ sõu đến 80- 100 m đang là giải phỏp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật múng sõu, trong cỏc điều liện địa chất đất yếu hoặc phức tạp cho cỏc cụng trỡnh vượt nhịp lớn. Loại cọc khoan nhồi đường kớnh lớn này đó được xõy dựng ở hầu hết cỏc cầu lớn trong khoang 5 năm gần đõy như cầu Việt-Trỡ, Sụng Gianh, Hàm Rồng, Đuống, Bắc Giang, Đỏp cầu, Hũa Bỡnh, Quỏn Hàu (Hũa Bỡnh), Lạc Quần (Nam Định đường kớnh f1.5m sõu 84m), Tõn đệ, Quý cao, Non nước, Kiền v.v.. . ở miền Bắc , miền Trung và những cầu ở miền Nam như Mỹ Thuận (đường kớnh f 2.5m sõu 100m), cầu Bỡnh Phước (TP. Hồ Chớ Minh đường kớnh f 2.0m sõu hơn 80m),v.v.. .

- Xu hướng chế tạo từng bộ phận cụng tỏc ở Việt Nam:

Sau một thời gian sử dụng và khai thỏc , bộ phận cụng tỏc , chi tiết hoặc cụm chi tiết có thể bị hỏng , cần được bảo dưỡng và sửa chữa, thay thế . Cộng với trỡnh độ , khả năng tiếp thu công nghệ tiên tiến trên thế giới , đó ,đang và sẽ cho phép chúng ta có khả năng nắm bắt cụng gnhệ , chế tạo và khai thỏc, sử dụng một cách hiệu quả nhất trong việc gia cố nền móng, giảm được chi phí trong việc mua mới , hạ giá thành sản phẩm.

Hiện nay chúng ta đó chế tạo và khai thỏc tốt : Gầu khoan, kết cấu thộp giỏ khoan, tuy ụ thuỷ lực, khớp nối treo xoay,..Trong tương lai chúng ta sẽ chế tạo được thanh Kelly, các chi tiết đặc biệt trong hệ thống thuỷ lực…

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU CÁC THÔNG SỐ CẦN CẨU BÁNH XÍCH HITACHI KH125

2.1. Các thông số kỹ thuật  cần cẩu bánh xích Hitachi KH125.

Các thông số kỹ thuật  cần cẩu bánh xích Hitachi KH125 được thể hiện như bảng 2.1.

2.2. Máy khoan cọc nhồi  Hitachi - KH 125.

a. Khả năng khoan tạo lỗ :

Hãng Hitachi của Nhật Bản chế tạo máy khoan cọc nhồi KH100D, KH125, KH180-3, CD1500, CD200 v.v…

Máy khoan cọc nhồi thuỷ lực của hãng Hitachi có cần khoan kiểu Kelly-Bar tính cơ động cao, có thể khoan lỗ: 0,8-2,0m; sâu max 65m. Mômen xoắn từ 40-100kNm. Lực ép thẳng đứng vào cần khoan lên đến 30-100kN.

b. Thông số kỹ thuật máy khoan KH125.

- Các kích thước cơ bản.

Các kích thước cơ bản thể hiện như bảng 2.2.

c. Cấu tạo chung, nguyên lý hoạt động máy khoan KH125

- Cấu tạo chung.

Cấu tạo chung thể hiện như hình 1

- Nguyên lý hoạt động máy khoan KH125:

Di chuyển máy khoan đến vị trí cần khoan “vị trí đã được xác định tâm”. Tạo góc cần nâng theo góc khoan 82,3⁰ bằng cách sử dụng công tơ đo góc hình ống đặt trong cabin lái. Máy có thể mở rộng dải xích ra hai bên, có thể khoan theo phương dọc hoặc vuông góc với phương của chiều dọc dải xích. Vị trí tâm gầu phải trùng với tâm lỗ khoan và được xác định bằng cách sử dụng một vật nặng treo lơ lửng ở tâm gầu hoặc một cái cọc ở trên mặt đất. Khi xác định xong vị trí, hạ gầu xuống nhẹ nhàng và bắt đầu khoan lớp bã. Giữa gầu quay ở tốc độ thấp để khoan chậm cho đến khi gầu đạt độ sâu đủ lớn và chìm dưới đất. Lỗ khoan trên mặt đất trở thành mốc chỉ dẫn cho lỗ khoan tiếp theo và có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác. 

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LỰC CẢN VÀ MÔMEN CẢN CẮT ĐẤT

3.1. Khái niệm về lực cản cắt đất.

- Khi xét quá trình cắt để phá vỡ đất, ta nhận thấy rằng thiết bị gầu hay trực tiếp là răng gầu phải thắng tập hợp một số loại lực cản cắt của đất do độ bền cơ học của chúng gây ra. Chúng bao gồm các loại lực như:

+ Lực cản khi cắt: P_C

+ Lực cản khi dịch chuyển khối phoi đất ở phía trước dụng cụ cắt được tạo ra trong quá trình cắt: P_F

+ Lực cản sinh ra trong quá trình đưa đất vào gầu, dụng cụ cắt để chưá giữ đất hay chuyển dịch khối phoi đó lên phía trước: P_CH

+ Ngoài ra trong quá trình làm việc dụng cụ cắt đất tiếp xúc với nền đất còn có ma sát xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc P_MS

Vậy tổng lực cản đào đất theo phương tiếp tuyến là: P_D= P_C+ P_F+ P_MH + P_MS

3.2. Các thông số chính của quá trình cắt đất

Lực cản cắt P được phân tích thành hai lực thành phần vuông góc với nhau:

+ P₀₁: lực cản tiếp tuyến.

+ P₀₂: Lực cản pháp tuyến.

+ h:  chiều dày của phoi đất

3.6. Các lý thuyết cắt đất và áp dụng cho gầu khoan cọc nhồi.

Giả thuyết - Khi gầu khoan xoay và ấn vào nền đất ta thực tế các răng trên gầu khoan làm việc như các răng của máy xúc một gầu. Chúng cũng tạo ra các lực cắt và các lực cản đào thuần tuý P₀₁ và P₀₂.

a. Tính theo lý thuyết của gầu kéo:

 - Nếu tính theo lý thuyết này ta coi răng bị ấn xuống tác dụng tương tự như trọng lượng gầu kéo. Theo hình vẽ dưới:

- Lực kéo gầu phụ thuộc trọng lượng gầu hình vẽ.

b. Phương pháp tính cuả Ju.A.Vetrụv:

- Ju.a Vetrov đề nghị tính lực cắt đất dựu vào việc đưa ra một số giả thiết sau:

+ Bảo đảm tính không gian của sự tác động giữa dao cắt và nền đất

+ Chia lực cản cắt ra các lực thành phần và tính theo các lực thành phần đó.

+ Giữ nguyên sự phá vỡ về cơ học tương ứng của vệt cắt và phoi đất.

+ Dao cắt được coi là dao sắc và được chia thành các phần, một phần phù hợp điều kiện bài toán phẳng, phần còn lại phù hợp với điều kiện không gian.

- Sơ đồ phân bố lực cắt đất theo hình vẽ sau.

- Trong đó phần trên để khắc phục lực cản cắt ở mũi dao, phần sau để khắc phục lực cản cắt khi phá vỡ đất theo các cạnh bên của dao cắt. Ta có thể thấy lực cản ở phần mũi dao có thể coi chúng tỷ lệ với kích thước của phoi đất tức là phụ thuộc B và h. Lực cản ở các cạnh bên không phụ thuộc vào chiều rộng B của phoi đất

- Trong đó gồm:

+ Lực tiếp tuyến P:

+ Lực để khắc phục lực cản ở phần mũi dao cắt, ta kí hiệu P, chúng tỷ lệ với thiết diện mũi dao, Chiều rộng B của phoi đất, phụ thuộc vào góc cắt ọ và độ cứng của đất.

+ Lực phá vỡ đất ở hai bên cạnh răng gầu, phụ thuộc tiết diện phoi đất, vào độ cứng nền đất, ít phụ thuộc vào B và ọ. Kí hiệu P

+ Lực cắt bằng cạnh dao gọi là P_CC, tỷ lệ với chiều dày foi đất và sự tiếp xúc cạnh bên dao với thành đất nó không phụ thuộc B, ọ.

P = P_M + P_C + P_CC

c. Công thức theo phương pháp của N.G Dombrovski

- Tính cho gầu thuận, tức là tính với răng gầu đào giống như tính cho răng gầu khoan.

- Dombrovski cũng đề nghị lực cản cắt thuần túy P0 là tổng của hai thành phần:

P₀ = P₀₁ + P₀₂

Trong đó thì:

P₀₁ = K₂. b.h:

B; h: chiều rộng và chiều dầy phoi đất

K₂: hệ số lực cản cắt thuần túy

Giá trị lớn ứng với khi lưỡi cắt bị mòn cùn, phoi đất mỏng (h nhỏ)

- Theo Dombrovski lực cản đào có tích đất lại được tính theo công thức:

P₀₁ = K₁. b. h

K1: hệ số lực cản đào có tích đất. Trong thực tế gầu khoan vừa đào vừa tích đất nên ta dùng phương án này

- Và Dom brovski cũng đưa ra bảng hệ số lực cản cát đối với gầu đào đối với từng loại đất khác nhau, Ví dụ các loại đất cát, á sét nhẹ trung bình ẩm và rời; á sét sỏi nhỏ và trung bình sét mềm; á sét chắc, sét trung bình ẩm hoặc rời; á sét nặng pha sỏi hoặc lẫn đá nhỏ, thạch cao, đá ghíp mềm ; sét rất khô, hoàng thổ cứng chắc.

- Công thức tính theo phương pháp này rất đơn giản, nhưng ro ràng là không chính xác bằng phương pháp trên, nhưng vẫn được dùng phổ biến khi ta lựa chọn hệ số lực cản K₁, K₂ và hệ số phụ thuộc ѱ

3.7. Tính toán lực cản và mômen cản cắt.                    

Kết luận :  => Tính theo phương pháp của N.G Dombrovski

a. Sơ đồ lực tỏc dụng lờn đầu khoan:

Sơ đồ lực tỏc dụng lờn đầu khoan thể hiện như hình 3.

b. Do gầu khoan làm việc trong cỏc cấp và loại đất khỏc nhau !

Tồn tại :

P = P₀₁ + P₀₂

P₀₂ = 0.5. P₀₁

Suy ra : P= 1.5 P₀₁    

P=1.5 * K₁*b*h

Với  b; h: chiều rộng và chiều dầy phoi đất (mm).

* TH1 : Tính toán với cấp IV :

K₁ =36 N/cm²=0.36 N/mm².    

P= 0.54 *b*h (N)

Với lưỡi cắt cạnh : Tớnh lực cản dao cắt biờn:

Căn cứ thực tế chọn thụng số hỡnh học của dao cắt biên. 

Pc=0.54*160*20=1728 (N). (Tính cho 1 lưỡi cắt ).

Do có hai lưỡi cắt cạnh : Mc =2*Pc*D/2=2*1728*1.5/2=2592 (N.m).

li=72 mm : là khoảng cách giữa hai lưỡi cắt

m=140 mm : Khoảng cách giữa 2 khoang hàn dao .

∑M=M₁ +M₂ +M₃ +M₄ +M₅ +M₆ +M₇ +M₈  =2 (M₁ +M₂ +M₃ +M₄ )

M_i=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) ; i=1ữ8 .

M₁=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) =421.2*( ( 140+65)/2 +72 )*10^-3 =73.50  ( N.m )

M₂=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) =421.2*( ( 140+65)/2 +2*72 )*10^-3 =103.83  N.m

M₃=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) =421.2*( ( 140+65)/2 +3*72 )*10^-3 =134.15  N.m

M₄=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) =421.2*( ( 140+65)/2 +4*72 )*10^-3 =164.48  N.m

Do kết cấu gầu có 8 lưỡi cắt : ∑M_ĐG =951.92 ( N ).

Tính lực cản, Mômen cản tác dụng lên thành gầu.

Tính lực cản tác dụng lên thành gầu:

- Trong quá trình cắt đất gầu khoan luân quay với tốc độ góc w quanh trục khoan, khi quay thì gầu chịu lực quán tính ly tâm phân bố đều trên chiều cao thành gầu “H”. Do  thành gầu luân tiếp xúc với đất, nên có lực ma sát làm cản trở lại mômen quay gầu.

Kết quả :

∑ Mcản = M_TG + Mc +∑M₁ =37100 +951.92+2592=40643.92 ( N.mm)

=> Tính : Lực cản nền theo phương thẳng đứng : P0

Lực cản xuyên sâu nhận được bằng tổng hình chiếu của tất cả các lực lên trục của gầu khoan.

P₀ = (F₁+P₂.sin+P₀₂.sin).z [N]        (1.10,[3])

P₀ =(k.S₁.s+ S₂.s.sin+k.S₁.s.sin.sin).z  [N]  (1.11,[3])

S₁ là diện của lưỡi cắt tiếp xúc với đất đá của một lưỡi cắt.

Sau một thời gian làm việc, lưỡi cắt bị mòn đi và tạo lên diện tích tiếp xúc của lưỡi khoan với đất. Khi đó gọi diện tích tiếp xúc ứng với lưỡi cắt là S₂.

S₂ = (b - C₁).h                [mm²]                   (1.3,[3])

Gầu khoan ở : Hsâu  ≥  55 m

s =6 [kG/cm²] ==6*10⁵  [N/m²]. ( Đất cấp 4, ở độ sâu Hsâu  ≥  55 m )

P₀ =(0,7.780.6.10⁵.0,6+660.6.10⁵.sin12⁰+0,7.780.6.10⁵.sin30⁰.sin12⁰) = 2513 [N]

* TH2: Tính toán với cấp I(Lớp mặt ):  K1 =1.8 N/cm²=0.018 N/mm².    

- Với lưỡi cắt cạnh :

P_c=1.5 * K₁*b*h  = 1.5*0.018*160*20=86.4 (N) (Tính cho 1 lưỡi cắt ).

Do có hai lưỡi cắt cạnh : Mc =2*Pc*D/2=2*86.4*1.5/2=129.6 (N.m).

- Với lưỡi cắt dưới đáy gầu :

P_c=1.5 * K₁*b^’*h ^‘= 1.5*0.018*12*65=21.06 (N). (Tính cho 1 lưỡi cắt).

∑M=M₁ +M₂ +M₃ +M₄ +M₅ +M₆ +M₇ +M₈  =2 (M₁ +M₂ +M₃ +M₄ )

M_i=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) ; i=1ữ8 .

M₁=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) =21.06*( ( 140+65)/2 +72 )*10^-3 =3.67  ( N.m )

M₂=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) =21.06*( ( 140+65)/2 +2*72 )*10^-3 =5.19 N.m

M₃=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) =21.06*( ( 140+65)/2 +3*72 )*10^-3 =6.71  N.m

M₄=P₁* (m/2 + b/2 +i* li ) =21.06*( ( 140+65)/2 +4*72 )*10^-3 =8.22  N.m

Do kết cấu gầu có 8 lưỡi cắt : ∑M_ĐG =47.58 (N).

Kết quả: ∑ Mcản = M_TG + Mc +∑M_ĐG =31777  +129.6+47.58=31954.18 (N.mm)

=> Tính : Lực cản nền theo phương thẳng đứng : P0

Gầu khoan ở  lớp mặt :

s =4 [kG/cm²] =4*10⁵  [N/m²].

P₀ =(0,7.780.4.10⁵.0,6+660.4.10⁵.sin12⁰+0,7.780.4.10⁵.sin30⁰.sin12⁰) = 1669.06 [N]

CHƯƠNG 4

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THANH KELLY

4.1. Tổng quan thanh kelly

a. Giới thiệu về thanh kelly

Thanh kelly (còn gọi là cần khoan) gồm có các đoạn kelly nối với nhau theo kiểu ống lồng dạng cần ăngten. Nó có chức năng truyền mô men xoắn từ bàn xoay xuống gầu để thực hiện cắt và tích đất vào gầu.

Khi thực hiện đào hố sâu thì đoạn thanh ngoài cùng sẽ được kẹp chặt vào bàn xoay và xoay theo bàn xoay. Khi chiều sâu của hố càng tăng lên thì các đoạn thanh kelly sẽ duỗi dần ra cho đến khi chiều dài của thanh kelly đạt đến chiều dài lớn nhất. Còn khi nâng gầu khoan lên thì các đoạn thanh sẽ thu dần lại.

b. Điều kiện làm việc của thanh kelly:

Trong điều kiện có nước, dung dịch bentônit, bùn và cát nên hiện tượng mài mòn xảy ra liên tục. Chính vì vậy mà giữa các đoạn kelly, tại nơi tiếp xúc giữa chúng thì người ta có gắn các các tấm gỗ phíp để làm nhiệm vụ bôi trơn đồng thời tạo ra tại nơi tiếp xúc hai loại vật liệu khác nhau để giảm quá trình mài mòn.

Ngoài ra chiều dài của thanh kelly phải đủ lớn để khoan được hố có độ sâu và đường kính theo yêu cầu thiết kế.

4.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thanh kelly

a. Cấu tạo của thanh kelly dạng tròn:

Qua khảo sát thực tế thì thanh kelly dạng tròn trên máy khoan cọc nhồi KH125  gồm có 4 đoạn được lồng vào nhau dạng cần lồng kiểu ăngten.

Ba đoạn ngoài của nó có dạng ống trụ tròn rỗng, còn đoạn thanh trong cùng có tiết diện ngang là hình vuông đặc. Đoạn ngoài cùng có chiều dài, còn đoạn trong cùng dài. Chúng được lồng vào nhau theo một trình tự nhất định. Chiều dài lớn nhất của toàn bộ thanh kelly là L_max =  66,5 m. Thanh kelly trong cùng một đầu được mắc vào cáp treo và một đầu liên kết với gầu khoan nhờ chốt. Thanh kelly ngoài cùng được kẹp chặt vào bàn xoay thanh kelly.

b. Nguyên lý làm việc:

Khi máy làm việc thì các đoạn ống duỗi ra và thu vào theo kiểu ống lồng. Thanh  kelly trong cùng một đầu được nối với cáp treo thanh kelly, còn đầu dưới của nó liên kết với gầu khoan nhờ chốt.

Khi máy ở trạng thái không làm việc thì các đoạn ống được lồng vào nhau và chiều dài thanh kelly là nhỏ nhất. Khi thực hiện đào hố thì các ống sẽ duỗi dần ra theo chiều sâu của hố khoan. Khi chiều sâu của hố khoan đạt giá trị lớn nhất thì khi đó các đoạn kelly duỗi ra là tối đa. Mô men mà bàn xoay truyền xuống cho gầu khoan sẽ thông qua các vấu truyền lực của các đoạn thanh. Khi này thanh kelly trong cùng quay sẽ làm cho gầu khoan quay và thực hiện cắt đất.

4.3. Chọn vật liệu chế tạo thanh kelly.

Vật liệu chế tạo thanh kelly phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Có khả năng chịu mài mòn tốt.

- Chịu được ứng suất dập lớn.

- Chịu cắt và chịu xoắn tốt.

- Có khả năng làm việc trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

- Có khả năng chịu được lực động lớn.

- Có khả năng chịu uốn

Để chọn được vật liệu chế tạo thanh kelly thì ta tham khảo một số loại thép sau:

- Thép kết cấu: CT3;

- Thép kết cấu hợp kim:

- Nhóm thép Crôm:

4.4. Chọn sơ đồ tính toán thanh kelly.

Trong quá trình máy thực hiện khoan hố thì thanh kelly có rất nhiều trạng thái chịu lực khác nhau. Tuy vậy trạng thái nguy hiểm nhất của thanh kelly là khi máy thực hiện đào hố đến độ sâu lớn nhất cho phép, gầu cắt và tích đất đầy gầu.Trong quá trình làm việc thì thanh kelly chủ yếu chịu tác dụng của mô men xoắn và lực kéo. Do vậy sơ đồ tính của thanh kelly là sơ đồ tính thanh bị ngàm một đầu, chịu tác dụng của mô men xoắn và lực kéo như sơ đồ dưới.

4.6. Các trạng thỏi làm việc bất lợi của thanh Kelly cần kiểm tra.

* Trạng thái làm việc của thanh kelly khi gầu đào và tích đầy đất ; Gầu chưa bị kẹt và ở độ sâu lớn nhất. Gồm :

- Thực hiện kéo cáp rút thanh kelly lên ;Chất lỏng Bentônít chưa kịp chảy xuống phía dưới của gầu khoan.

- Khi đào hố ở độ sâu lớn nhất, gầu tớch đầy đất và ở trạng thái lơ lửng, chưa thực hiện rút cáp. * Trạng thái chịu lực của thanh Kelly khi gầu bị kẹt cứng trong lòng hố khoan và tích đầy đất :

- Quay gầu theo chiều nghịch, rút Kelly lên nhờ hệ thống 2 xi lanh thuỷ lực.

- Kéo cáp treo thanh Kelly .

4.6.1. Trạng thái làm việc của thanh kelly khi gầu đào và tích đầy đất; Gầu chưa bị kẹt và ở độ sâu lớn nhất. Thực hiện kéo cáp rút thanh kelly lên; Chất lỏng Bentônít chưa kịp chảy xuống phía dưới của gầu khoan.

a. Xác định sơ đồ tính:

Xác định sơ đồ tính thể hiện 4.8

b. Tính các lực tác dụng:

Trọng lượng của toàn bộ gầu có chứa đầy đất. Xét với trường hợp gầu có đường kính 1,5 m. Nó gồm hai thành phần chính là trọng lượng bản thân kết cấu thép của toàn bộ gầu và trọng lượng của cả khối đất chứa trong gầu.

- Lực kéo lớn nhất của cáp theo tài liệu [15] thì nó có điểm đặt tại đầu trên của thanh kelly trong cùng, có giá trị là, phương theo phương thẳng đứng, và chiều từ dưới lên.

- Lực ma sát sinh ra khi dòng chất lỏng chảy xung quanh thành gầu và xung quanh thân thanh kelly xuống phía dưới, tuy vậy ở đây ta tính cho trường hợp bentônít chưa kịp chảy xuống dưới nên chưa sinh ra lực này.

- Bỏ qua lực mút của không khí sinh ra do rút gầu nhanh đã tạo ra hiện tượng hiệu ứng piston. Và bỏ qua lực ma sát giữa tấm gỗ phíp của thanh kelly số 3 và thanh kelly trong cùng.

c. Kiểm tra kết cấu thanh trong trường hợp này:

Xét tại thời điểm khi bắt đầu kéo cáp lên thì khi đó trên các thanh kelly chịu  tác dụng của lực dọc trục. Khi này ta thấy:

Thanh kelly ngoài cùng chịu tác dụng của trọng lượng bản thân nó và trọng lượng bản thân của hai thanh kelly số hai và thanh kelly số ba. Các lực này có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

Thanh kelly thứ hai chỉ chịu tác dụng của trọng lượng bản thân nó và trọng lượng bản thân của thanh kelly số ba. Các lực này có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

Thanh kelly số ba chịu tác dụng của bản thân nó và lực ma sát giữa nó và thanh kelly trong cùng.

Còn thanh kelly trong cùng chịu tác dụng của các thành phần ngoại lực sau: lực kéo của cáp treo thanh kelly, trọng lượng bản thân của nó, trọng lượng của toàn bộ gầu chứa đầy đất, trọng lượng của khối chất lỏng bentônít, lực ma sát sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa thanh kelly trong cùng và thanh kelly số ba.

4.6.2. Trường hợp khi đào hố ở độ sâu lớn nhất, gầu chứa đầy đất và ở trạng thái lơ lửng, chưa thực hiện rút cáp.

a. Các thành phần lực tác dụng lên thanh kelly:

- Trọng lượng của toàn bộ gầu có chứa đầy đất. Nó gồm hai thành phần chính là trọng lượng bản thân kết cấu thép của toàn bộ gầu và trọng lượng của cả khối đất chứa trong gầu

- Lực ma sát sinh ra khi dòng chất lỏng chảy xung quanh thành gầu và xung quanh thân thanh kelly xuống phía dưới, tuy vậy ở đây ta tính cho trường hợp bentônít chưa kịp chảy xuống dưới nên chưa sinh ra lực này.

- Bỏ qua lực mút của không khí sinh ra do rút gầu nhanh đã tạo ra hiện tượng hiệu ứng piston.Thành phần tải trọng tác dụng của dung dịch bentônít tác dụng lên gầu. Khi tính cho trường hợp chiều sâu đào của hố là 55 m.

* Kết luận:

Ứng suất kéo lớn nhất sinh ra tại mặt cắt trên cùng của thanh kelly số 3, nhỏ hơn giới hạn bền kéo của vật liệu làm thanh kelly vì vậy nó đã đảm bảo về độ bền kéo.

Ứng suất cắt lớn nhất sinh ra trên các tấm chặn đạt được tại vành chặn của thanh kelly thứ hai. Giá trị này nhỏ hơn giá trị ứng suất cắt cho phép của vật liệu nên đảm bảo về độ bền cắt.

4.6.4. Trạng thái chịu lực của thanh kelly : khi gầu đào và tích đầy đất thì bị kẹt cứng trong lòng hố khoan, thực hiện quay gầu theo chiều nghịch và bắt đầu rút thanh Kelly lên bằng 2 xi lanh thuỷ lực.

+ Trạng thái 4.6.4 nguy hiểm hơn ở  trạng thái 4.6.3.

+ Ta chỉ cần kiểm tra: Trạng thái chịu lực của Kelly ở “Trạng thái 4.6.4 “ thôi !

Xác định lực tác dụng:

- Trọng lượng tính toán của bản thân thanh kelly:

Trọng lượng của toàn bộ gầu có chứa đầy đất, gồm hai thành phần chính là trọng lượng bản thân kết cấu thép của toàn bộ gầu và trọng lượng của cả khối đất chứa trong gầu. Chiều là chiều của lực trọng trường, phương thẳng đứng.

- Mô men xoắn của bàn xoay thanh kelly khi quay gầu nghịch:

Lực kéo lớn nhất của hai xi lanh thuỷ lực kéo thanh kelly. Nó có chiều từ dưới lên, phương là phương thẳng đứng, đặt tại đầu của thanh kelly ngoài cùng.

Trọng lượng của chất lỏng bentônít tác dụng lên gầu. Ta coi giá trị này bằng giá trị của lực cản bentônít tác dụng lên gầu khi gầu treo lơ lửng.

Bỏ qua lực cản của dung dịch bentônít tác dụng lên thành gầu và lên thành của thanh kelly trong quá trình xoay thanh kelly.

Bỏ qua lực mút của đất tại lưỡi cắt của gầu khi nâng gầu lên.

Lực quán tính sinh ra khi quay gầu. Do ta nâng gầu lên với vận tốc rất nhỏ nên giá trị của lực này có thể bỏ qua khi tính toán.

Như vậy sau khi tính toán cho từng thanh kelly, ta thấy rằng trong trường hợp tải trọng này thì ứng suất sinh ra trong đoạn thanh kelly trong cùng có giá trị lớn nhất, nhưng giá trị này vẫn nhỏ hơn giá trị ứng suất bền cho phép, vậy trong trường hợp tải trọng này thì kết cấu thanh kelly đảm bảo độ bền.

Vậy kết cấu thanh kelly ta chọn đã đảm bảo độ bền và hợp lý so với kết cấu thực tế.

CHƯƠNG 5

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GẦU KHOAN

5.1. Điều kiện làm việc của gầu khoan.

Khi tiến hành khoan lỗ, gầu khoan làm việc trong môi trường khắc nhiệt chịu các lực cản có giá trị khác nhau qua từng tầng địa chất ở các độ sâu khác nhau, trong môi trường nước, dung dịch Bentonit, lực ép của xi lanh, trọng lượng của các thanh kelly, trọng lượng của đất trong gầu, lực ma sát tác dụng lên thành gầu.

Sau đây ta xét đến sự làm việc phức tạp của gầu khoan.

- ứng suất nén sinh ra trên gầu khi mà trọng lượng của thanh kelly tác dụng lên gầu để gây áp lực lên đáy. áp lực thuỷ tĩnh của dung dịch ở trong lỗ khoan làm cho gầu và cần chịu thêm các ứng suất phụ.

- ứng suất xoắn sinh ra ở cần khoan, cũng như trên gầu khoan vì khi khoan thì cần khoan là bộ phận truyền mômen xoắn từ mô tơ thuỷ lực qua mâm xoay đến lưỡi khoan ở đáy lỗ khoan. Lúc đó, một phần lớn công suất đã bị giảm đi từ đầu quay đến lỗ khoan do sức kháng của cột dung dịch và ma sát giữa gầu khoan và thành lỗ khoan sự tổn hao công suất lớn nếu lỗ khoan càng sâu.

Gầu khoan làm việc ở các tầng địa chất khác nhau vì vậy lực cản theo phương thẳng đứng và mômen cản tác dụng lên gầu cũng khác nhau. Do đó trong quá trình tính thiết kế gầu xoay cần xác định trạng thái bất lợi nhất khi gầu làm việc  :

+ Trường hợp 1: khi cả ba thanh kelly trong cùng, vẫn lồng vào nhau. Thanh kelly ngoài cùng được hạ hết chiều dài để thực hiện khoan, khi đó máy khoan ở độ sâu khoảng 15-24m. Địa chất ở độ sâu trên thường là sét xám dẻo mền qua tham khảo mặt cắt địa chất vùng Hà Nội

+ Trường hợp 2: khi cả bốn thanh kelly đều duỗi hết chiều dài làm việc, đây là trường hợp mà độ sâu khoan trong khoảng 5055m. Tầng địa chất xuyên tiêu chuẩn, khi đó lực cản của nền là lớn nhất.

5.2. Các lực và mômen tác dụng lên gầu khoan.

Trọng lượng các thanh kelly, trọng lượng gầu, lực ấn thanh kelly, mômen quay gầu. Các lực cản tác dụng lên gầu trong quá trình cắt đất gồm có: lực cản cắt đất của các lưỡi cắt, lực cản cắt của hai lưỡi cắt biên, lực cản của nền theo phương thẳng đứng, lực cản ma sát ở thành bên. Ngoài ra còn có lực cản ma sát của dụng dịch bentonit. Các giá trị của các lực trên phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của từng tầng địa chất.

- Trọng lượng các đoạn Kelly :

G_kl1­ =  8796            [N]

G_kl2 = 7457             [N]

G_kl3 = 6171          [N]

G_kl4 = 13031       [N]

G_klw: là trọng lượng ba thanh kelly 2, 3, 4 lồng vào nhau: G_klw = G_kl2+G_kl3+G_kl4= 26659  [N]

- Trọng lượng gầu : Gầu có  đường kính 1500mm.

G_gx = 900.10 = 9000 [N]

+ TH1. Tính với đất cấp  IV  (H_g≥55 m) .

Khi khoan ở độ sâu lớn nhất thì mômen ma sát giữa vấu truyền lực của các thanh kelly giảm, dẫn đến lực ấn xi lanh giảm.

Mômen ma sát:

M_mskl4 = M_g.f                              [kNm]

M_mskl4 = 40,2.0,15³ » 0,14       [kNm]

+ TH2 . Tính với đất cấp  I  (Lớp mặt ) .

Mômen ma sát giữa thanh kelly 1 và thanh kelly 2:

M_mskl1 = M_g.f₁                           [kNm]

M_g = 40,2 [kNm]: là mômen quay gầu.

f₁ = 0,15: là hệ số ma sát giữa thép và thép.

M_mskl1 = 40,2.0,15 = 6,03   [kNm]

- Lực ấn xi lanh:   P_axl1 » 23   [kN]

5.3. Kiểm tra bền thành gầu.

a. Khái niệm lý thuyết vỏ:

 Vỏ là loại vật thể có một kích thước nhỏ hơn nhiều so với kích thước còn lại. Mặt cách đều hai mặt bên của vỏ gọi là mặt trung gian. Khoảng cách giữa hai mặt bên đo theo phương vuông góc với mặt trung gian là chiều dày vỏ.

 Trong tính toán vỏ mỏng người ta thường sử dụng hai lý thuyết khác nhau đó là lý thuyết mômen và lý thuyết không mô men. Lý thuyết không mô men là lý thuyết vỏ dựa trên giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của mô men uốn, cũng có nghĩa là coi ứng suất pháp phân bố đều trên bề dày vỏ. Lý thuyết mômen là lý thuyết vỏ có kể đến tác dụng của mô men uốn. Nếu bề dày vỏ là khá nhỏ so với bán kính chính khúc, nếu độ cong của kinh tuyến không có sự thay đổi đột ngột và nếu vỏ không chịu tác dụng của các lực tập trung trên mặt phẳng kinh tuyến thì ứng suất pháp do uốn gây ra là không đáng kể khi đó ta áp dụng lý thuyết không mô men.

b. Chọn vật liệu làm vỏ gầu:

Đặc điểm của thành gầu là tích đất đá, làm việc trong môi trường nước và dung dịch Bentonit. Căn cứ vào thực tế chọn vật liệu chế tạo là thép CT3.

c. Tính bền:

- Chọn vật liệu:

- Kiểm tra theo điều kiện bền.

Để tính ứng suất theo phương kinh tuyến s_k ta cắt hình trụ tròn bằng một mặt cắt  vuông góc với trục của gầu, và xét sự cân bằng của phần gầu theo phương trục của gầu. Ta có :

s_k.2.II.R.t – p.II.R² = 0

s_k = 0,22 < [s]_k

Như vậy bề dày của gầu đảm bảo điều kiên độ bền.

Để kiểm tra ứng nén, ta kiểm cho hai trường hợp tính toán ở trên.

- Trường hợp 1:

+ Từ biểu đồ nội lực ta xác định nội lực:

N₁ = P_axl+G_kl = 23.1000+26659 = 49659 [N]   

N₂ = P_axl+G_kl-P_o+Q

Q = (q_d+q_gx).H = (26,03+13,85).650 = 25922 [N]

N₂ = 23000+26659-1669.06+25922 = 73911.94 [N]

- Trường hợp 2:

+ Từ biểu đồ nội lực ta xác định nội lực:

N₁ = P_axl+G_kl = 0,8.1000+26659 = 27459 [N]   

N₂ = P_axl+G_kl-P_o+Q

Q = (q_d+q_gx).H = (26,03+13,85).650 = 25922 [N]

N₂ = 800+26659-2513+25922 = 50868 [N]

5.4. Thiết kế mốt số cụm chi tiết của gầu xoay.

a. Kiểm tra cụm cổ gầu:

Cụm cổ gầu là cụm chi tiết liên kết giữa gầu và thanh kelly. Vì vậy tính kiểm tra cụm cổ gầu ta cần xác định các trường hợp bất lợi nhất để tính toán. Do cụm cổ gầu chịu kéo và chịu xoắn không đồng thời, nên phải kiểm tra cụm cổ gầu trong cả hai trường hợp. Như đã phân tích ở chương 2, trạng thái bất lợi nhất là trạng thái kéo gầu lên và trường hợp thực hiện cắt đất, ngoài ra phải kiểm tra ứng suất dập lỗ để lắp chốt giữa thanh kelly và gầu.

+ Xác định lực kéo P:

P = P_kc- (G_kl+G_g+G_đ)

Trong đó:

P_kc: lực kéo cáp.

G_kl: tổng trọng lượng các thanh kelly.

G_g: trọng lượng gầu.

G_đ: trọng lượng đất chứ trong gầu.

P = 123,6.1000 –1,2.(35455+9000+16920)

=> P = 48350 [N]

b. Tính cụm khoá đáy gầu:

Khoá gầu được hàn trực tiếp vào đáy gầu, khi làm việc khoá gầu đóng lại nhờ thanh khoá gầu,

- Chọn sơ đồ tính toán cụm khoá gầu:

Tải trọng tác dụng lên khoá gầu là do trọng lượng của đất, khi đất đá ở đầy trong gầu do đó khoá gầu chịu kéo. Để đơn gian trong quá trình tính toán chọn sơ đồ

- Tính tải trọng tac dụng lên gầu khoan: T = 8460  [N]

+ Chọn mặt cắt khoá gầu:

+ Chọn mặt cắt khoá gầu.

c. Kiểm tra cụm bản lề đáy gầu:

Cụm bản lề đáy gầu gồm có: (áo bản lề, áo chặn bản lề và chốt bản lề). Trong quá trình làm việc cụm bản lề đáy gầu chủ yếu chịu ứng suất dập, ứng suất cắt do trọng lượng đất tác dụng lên khi cụm đáy gầu mở để xả đất thì cụm đáy gầu sẽ quay quanh chốt bản lề. Ngoài ra chốt đáy gầu còn chịu tác dụng tổng của lực đóng gầu vào khoá gầu, khi đó lực gây lên chủ yếu là trọng lượng các thanh kelly. Để xác định được ứng suất ta sẽ tính lực cho hai trường hợp trên và lấy giá trị lớn hơn để kiểm tra.

Theo kết cấu ngoài thực tế chọn vật liệu làm cụm bản lề là thép 45 và chốt bản lề là thép CT3.

Ta có:

d = 60 [mm]: là đường kính chốt.

[e]_­c = 0,6.[s]_b = 0,6.4900 = 2940[daN/cm²]

[e]_­c = 294 [N/mm²]

Trong đó:

S = 105 [mm]: là chiều dài chốt làm việc.

[s]_d = 240 [N/mm²]: ứng suất dập cho phép. s_d  = 4,23< [s]_d [N/mm²]

d. Tính chốt liên kết giữa gầu và thanh Kelly:

Chốt liên kết giữa gầu và thanh Kelly là chi tiết có nhiệm vụ liên kết giữa gầu và thanh Kelly, trong quá trình làm việc của máy thì nó chịu uốn và chịu dập là chủ yếu.

Vật liệu chế tạo chốt là thép 45 thường hoá, có cơ tính như sau:

Ứng suất bền uốn là:    [s]_u = 600 [N/mm²]

Ứng suất bền chảy:      [s]_ch = 300 [N/mm²]

Ứng suất bền dập:    [s]_d = 280 [N/mm²]

Trọng lượng riêng của thép là: g = 78500 [N/m³]   

Trong quá trình làm việc của chốt thì nó chủ yếu chịu ứng suất uốn và ứng suất dập nên ta chọn sơ đồ tính cho chốt là sơ đồ tính dầm giản đơn chịu tác dụng của lực tập trung. Sơ đồ như hình dưới đây:

Trong quá trình làm việc của máy thì trạng thái nguy hiểm nhất đối với chốt là trường hợp khi đào hố ở độ sâu lớn nhất, khi gầu đã tích đầy đất và bắt đầu kéo cáp lên. Khi này các thành phần tải trọng tác dụng lên chốt gồm có:

- Trọng lượng bản thân chốt.

- Tổng trọng lượng của toàn bộ gầu chứa đầy đất.

- Lực ma sát sinh ra do lượng chất lỏng chảy xuống dưới lòng hố khoan với thành gầu khoan. 

Ta có tổng trọng lượng của gầu chứa đầy đất là:

G = G_g+G_d

Trong đó:

G_g = 9000 [N]: là trọng lượng bản thân kết cấu thép của gầu.

G_d = V.g_d: là trọng lượng của khối đất chứa trong gầu khi gầu tích đầy đất.

V = 0,94m³: là thể tích của khối đất chứa trong gầu.

G_đ = 0,94.18000 = 16920 [N]

Vậy tổng trọng lượng của gầu chứa đầy đất là:

G = 9000 + 16920 = 25920 [N]

Lực tập trung tác dụng lên chốt có giá trị là:

P = 1,3.G = 1,3.25920 = 33696 [N]

Vậy ta có: t_c = 13,41.10⁶ [N/m²]

So sánh với ứng suất cắt cho phép của chốt thì ta thấy ứng suất cắt lớn nhất sinh ra trên chốt nhỏ hơn giá trị cho phép nên nó đã đảm bảo về độ bền cắt.

Do vậy chốt ta chọn đã đảm bảo độ bền.

CHƯƠNG 6

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHUỘT KELLY

6.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc.

a. Cấu tạo khớp xoay:

- Thân dưới, một đầu để liên kết với thanh kelly, đầu còn lại được lắp ổ lăn.

- Thân giữa có nhiệm vụ bao kín ổ và đỡ ổ lăn, và cố định với thân trên.

- Thân trên một đầu cố định với cáp treo, đầu còn lại liên kết cứng với thân giữa.

b. Nguyên lý làm việc:

Trong quá trình làm việc động cơ thuỷ lực đặt trên giá khoan hoạt động sẽ truyền mônen làm thanh kelly quay. Đầu trên thanh kelly thứ tư được nối cứng với thân dưới của khớp xoay, dẫn đến làm cho khớp xoay quay quanh trục của nó. Thân trên của khớp xoay nối cứng với cáp, để treo khớp xoay. Khi cắt đất đầy gầu xoay thì mô tơ thuỷ lực ngừng quay, làm cho thanh kelly, khớp xoay không quay. Người điều khiển chuyển sang trạng thái kéo cáp, đưa bộ công tác lên trên mặt đất.

6.2. Thiết kế khớp xoay

Để tính toán thiết kế khớp xoay, thì cần xác định trạng thái làm việc bất lợi nhất của khớp xoay. Theo như chương 2, trạng thái bất lợi nhất trong khi làm việc đối với khớp xoay là trạng thái kéo bộ công tác ở độ sâu lớn nhất .

Trong quá trình làm việc khớp xoay chịu mômen xoắn, lực kéo cáp và quay với tốc độ từ (15-30 [v/ph]), hơn thế nữa làm việc trong môi trường nước, dung dịch bentonit. Do đó vật liệu để phù hợp các yêu cầu trên, và theo kinh nghiệm thì chọn thép 45.

- Độ rắn HB = 170-200

- Giới hạn bền s_b = 600 MPa=600 N/mm²

- Giới hạn chảy s_ch = 360 MPa

- Nhiệt luyện thường hoá.

a. Thiết kế đường kính trục nhỏ trờn thõn dưới :

Theo phân tích trạng thái 3 thì các lực tác dụng lên khớp xoay là.

G = G_kl+G_gx+G_d

Không xét đến G_B , cũng giống như kiểm tra gầu. (Phần giả thích ở chương 5 - Kiểm tra gầu). !

Trong đó:

G_kl: tổng trọng lượng các thanh kelly.

G_gx: trọng lượng gầu.

G_đ: trọng lượng đất chứa trong gầu.

G = G_kl+G_gx+G_d = 35455+9000+16920 = 61375[N]

Trong quá trình kéo cáp ngoài các trọng lượng của bộ công tác, còn có lực quán tính xuất hiện trong của trình tính toán, lực ma sát. Lúc bắt đầu kéo thì có lực ì do đó để thắng tổng tất cả các lực thì cần có lực kéo cáp P_kc lớn hơn tổng các lực trên.

Do trong khi kéo thì tốc độ kéo cáp phụ thuộc vào người điều khiển. Vậy khi tính lực ta nhân với một hệ số làm việc.

G^’ = 1,2.G = 1,2.61375 = 73650 [N]

- Lực tác dụng lên khớp xoay là: P = P_kc- G^’ = 123,6.1000-73650 = 49950  [N]

b. Định kích thước kết cấu trục:

Sau khi tính được đường kính sơ bộ trục, tiến hành định kết cấu và kích thước của trục, có xét đến vấn đề lắp ráp, tháo, cố định và định vị v.v…

- Xác định đường kính để cố định trục. 

D₂ = 40.1,1 = 44mm

+ Từ kết cấu thực tế chọn D₂ = 36mm

- Xác định đường kính trục để lắp ráp với thanh kelly.

D_1­ < D₃ £ 2.D₁ => 80 < D₃ £ 160

+ Chọn D₃ = 120mm

c. Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn:

Dưới tác dụng của ứng suất uốn và ứng suất xoắn trục bị hỏng vì mỏi. Do đó phải kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi theo hệ số an toàn. ứng suất uốn trong trục thay đổi theo chu trình đối xứng. ứng suất xoắn được coi là thay đổi theo chu kỳ mạch động đối với các trục quay một chiều và chu trình đối xứng nếu trục quay hai chiều.

Nhưng khớp xoay khi làm việc thì chỉ chịu lực dọc trục: s = 39,86 [N/mm²] < [s]_b

Vì kết cấu chỉ chịu lực dọc trục do đó trục đảm bảo độ an toàn.

6.3. Tính toán lựa chọn ổ.

a. Chọn loại ổ lăn:

Do đặc điểm làm việc của bộ khớp nối  treo xoay chỉ chịu lực dọc trục, do đó chọn ổ bi đỡ chặn làm ổ lăn. ổ bi đỡ chặn có khả năng hạn chế sự dịch chuyển chiều trục về một phía. Thông thường trong bộ phận ổ người ta đặt hai ổ đối nhau, nhờ đó có thể cố định trục theo hai chiều.

b. Chọn sơ bộ kích thước ổ:

Với kết cấu trục đã tính ở trên và đường kính ngõng trục d = 40mm, chọn ổ bi đỡ chặn một dãy cỡ trung 46308 (bảng P2.12[7]) có đường kính trong d = 40mm, đường kính ngoài D = 90mm, bề rộng b = 23mm, khả năng tải động C = 39,2kN, khả năng tải tĩnh C_o = 30,7kN.

c. Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ:

Trong quá trình làm việc khớp xoay sẽ chịu mômen xoắn khi máy đang thực hiện cắt đất, mômen xoắn này truyền qua cần đến khớp xoay khi đó thì tốc độ quay của cần và gầu (theo máy là 15¸30 v/ph), dẫn đến khớp xoay cũng quay với tốc độ như của thanh kelly.

d. Kiểm tra khả năng tải tĩnh:

Q_t = F_a = 10 [kN] < C_o = 30,7 [kN]. 

Vậy ổ đã chọn đảm bảo điều kiện làm việc.

e. Định vị ổ lăn:

Ổ lăn phải được định vị sao cho không di động lực dọc trục. Kết cấu gối đỡ phải loại trừ được khả năng gây kẹt con lăn do trục bị dãn nở vì nhiệt hoặc do sai số chế tạo, sinh ra phương pháp dọc trục. Từ điều kiện làm việc thực tế của khớp xoay lên chọn định vị vòng ngoài cố định, khi đó vòng trong quay cùng với trục và sử dụng đai ốc và vòng hãm lò xo để cố định lực dọc trục.

CHƯƠNG 7

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN CƠ KHÍ DẪN ĐỘNG MÂM XOAY

7.1. Giới thiệu chung về bộ truyền động cơ khí dẫn động cho   mâm xoay.

Bộ truyền cơ khí dẫn động cho mâm xoay là cụm chi tiết máy gồm có hộp giảm tốc hành tinh một cấp, cặp bánh răng – bánh răng ăn khớp ngoài, các ổ lăn và khớp nối. Bộ truyền  có nhiệm vụ truyền công suất từ động cơ thuỷ lực đến mâm xoay để quay mâm xoay, từ đó xoay thanh kelly và nhờ đó xoay gầu để thực hiện cắt và tích đất vào gầu khoan.

7.2. Tính toán bộ truyền bánh răng ngoài của bộ truyền dẫn động cho mâm xoay.

a. Sơ đồ bộ truyền dẫn động:

Động cơ thuỷ lực số 1 quay sẽ truyền chuyển động quay cho bánh răng chủ động 3 thông qua hộp giảm tốc hành tinh một cấp số 2. Khi bánh răng chủ động 3 quay làm cho bánh răng bị động quay theo, khi đó mâm xoay thanh kelly sẽ quay và truyền mô men xoắn cho thanh kelly. Tham khảo thực tế : Động cơ thuỷ lực 1- Kiểu pittông rô to hướng trục  do Nga chế tạo( Mã hiệu động cơ thuỷ lực là: 210.25; Lưu lượng riêng của động cơ: 107 [cm³]; Tốc độ vòng quay định mức: 2000 [v/ph]; Tốc độ vòng quay lớn nhất của động cơ: 4000 [v/ph]; Ap suất dầu định mức của động cơ: 20 [Mpa]; Ap suất dầu lớn nhất của động cơ: 25 [Mpa]; Công suất động cơ thuỷ lực: 38,6 [kW]   …)

d. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng và cách nhiệt luyện: 

Cặp bánh răng ăn khớp ngoài có nhiệm vụ truyền mô men xoắn từ hộp giảm tốc xuống thanh kelly. Nó truyền công suất lớn, chịu tải trọng lớn và yêu cầu kích thước của bộ truyền nhỏ gọn nên ta chọn vật liệu để chế tạo bánh răng là thép cácbon, có độ rắn bề mặt là HB > 350 và phương pháp nhiệt luyện là tôi, sau đó thấm than để tăng độ cứng bề mặt của phôi.

Hai bánh răng muốn được ăn khớp được với nhau thì chúng phải có cùng mô đun. Bánh răng được sản xuất theo tiêu chuẩn, nên theo tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn TCVN 1064 - 71, mô đun của bánh răng có giá trị như bảng.

i. Tính chính xác trục:

Đó là ta đi kiểm tra hệ số an toàn của trục tại tiết diện nguy hiểm của trục khi nó chịu ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng đến sức bền mỏi của trục như đặc tính thay đổi của chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố chất lượng bề mặt và yếu tố kích thước…

Ta cần phải đi kiểm tra mặt cắt B của trục.

Kết luận: Trục đã đảm bảo được về độ bền. Hệ số an toàn so với hệ số an toàn cho phép đảm bảo nên kết cấu thiết kế phù hợp.

 CHƯƠNG 8

QUY ĐỊNH VỀ VẬN HÀNH MÁY & LẮP DỰNG

8.1. Các quy định về vận hành máy.

- Thợ vận hành máy phải được đào tạo đạt đến trình độ chuyên môn yêu cầu và phải được cấp chứng chỉ bởi các cơ quan có thẩm quyền.

- Tuyệt đối tuân thủ đầy đủ các nội quy an toàn khi sử dụng máy.

Trước khi vận hành máy cần phải kiểm tra sơ bộ toàn bộ máy như các hệ thống điện, các hư hỏng bên ngoài nếu có của máy. Sau đó cho máy chạy không tải để kiểm tra sự hoạt động của các cụm máy,...

8.2. Các quy định về an toàn khi vận hành máy.

Khi vận hành máy, để đảm bảo an toàn cho người và tài sản của công ty thì cần phải tuân thủ đúng các quy định sau:

- Cấm mọi người không nhiệm vụ vào khu vực máy đang làm việc, cần có các biển báo và hệ thống đèn báo tín hiệu.

- Tuỵêt đối tuân thủ các nội quy về an toàn khi máy làm việc.

- Khi thực hiện vận hành máy cần phải có  đầy đủ bảo hộ lao động như quần áo, mũ, ủng…

8.3. Lắp dựng máy.

- Từ máy cơ sở.

- Dựng giá chữ A và đặt đối trọng.

- Kiểm tra lại liên kết cần khoan.Mắc hệ thống cáp :

+ Hệ 2 nhánh cáp thay đổi góc nghiêng của cần máy :

+ Cáp chính nâng hạ Kelly

+ Cáp phụ .

*Hệ thống puly liên kết .

- Tời cáp kéo cần lên, chú ý góc nghiêng hợp lý : 82,3⁰.

- Lắp giá khoan

- Lắp giáp Kelly.

- Lắp gầu khoan.

- Chạy thử tải…

CHƯƠNG 9

BIỆN PHÁP SỬ LÝ MỘT SỐ SỰ CỐ THƯỜNG GẶP TRONG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

9.1. Sự cố không rút đ­ược đầu khoan lên

* Khái quát công nghệ: Điều kiện địa chất chủ yếu là bùn, cát pha, sét pha, sỏi sạn, mũi cọc đ­ợc thiết kế ngập vào tầng đá 50 cm. Dùng công nghệ khoan ống vách để giữ thành trong suốt quá trình khoan. Ông vách đ­ợc giữ lại không rút lên.

* Diễn biến sự cố: Do một nguyên nhân nào đó nh­ mất điện máy phát, hỏng cẩu.v.v.. làm gián đoạn quá trình khoan cọc, cần phải rút đầu khoan lên ngay ngay sau khi mất điện thì đầu khoan bị kẹt ở đáy lỗ không cẩu lên đ­ợc cũng không thể nhổ lên đ­ợc.

9.2. Sự cố không rút đ­ược ống vách lên trong ph­ơng pháp thi công có ống vách

* Nguyên nhân:

Do điều kiện đất (chủ yếu là tầng cát). Lực ma sát giữa ống chống với đất ở xung quanh lớn hơn lực nhổ lên (lực nhổ và lực rung) hoặc khả năng cẩu lên của thiết bị làm lỗ không đủ. Trong tầng cát thì sự cố kẹp ống th­ờng xảy ra, do ảnh h­ởng của n­ớc ngầm khá lớn, ngoài ra còn do ảnh h­ởng của mật độ cát với việc cát cố kết lại d­ới tác dụng của lực rung. Còn trong tầng sét, do lực dính t­ơng đối lớn hoặc do tồn tại đất sét nở v.v...

Ống vách hoặc thiết bị tạo lỗ nghiêng lệch nên thiết bị nhổ ống vách không phát huy hết đ­ợc năng lực.

* Biện pháp phòng ngừa, khắc phục: 

- Chọn ph­ơng pháp thi công và thiết bị thi công đảm bảo năng lực thiết bị đủ đáp ứng nhu cầu cho công nghệ khoan cọc.

- Sau khi kết thúc việc làm lỗ và tr­ớc lúc đổ bê tông phải th­ờng xuyên rung lắc ống, đồng thời phải thử nâng hạ ống lên một chút (khoảng 15 cm) để xem có rút đ­ợc ống lên hay không. Trong lúc thử này không đ­ợc đổ bê tông vào.

- Khi sử dụng năng lực của bản thân máy mà nhổ ống chống không lên đ­ợc thì có thể thay bằng kích dầu có năng lực lớn để kích nhổ ống lên.

9.3. Sự cố sập vách hố khoan

* Các nguyên nhân chủ yếu ở trạng thái tĩnh:

+ Độ dài của ống vách tầng địa chất phía trên không đủ qua các tầng địa chất phức tạp.

+ Duy trì áp lực cột dung dịch không đủ.

+ Mực n­ớc ngầm có áp lực t­ơng đối cao

+ Trong tầng cuội sỏi có n­ớc chảy hoặc không có n­ớc, trong hố xuất hiện hiện t­ợng mất dung dịch.

9.4. Sự cố trồi cốt thép khi đổ bê tông

Tr­ờng hợp trồi cốt thép do ảnh h­ởng của quá trình rút ống vách.

+ Nguyên nhân 1:  Thành ống bị méo mó, lồi lõm.

Cách phòng ngừa: Kiểm tra kỹ thành trong ống vách nhất là ở phần đáy. Nếu bị biến dạng hoặc méo mó thì phải nắn sửa.

+ Nguyên nhân 2: Cự ly giữa đ­ờng kính ngoài của khung cốt thép với thành trong của ống vách nhỏ quá, vì vậy sẽ bị kẹp cốt liệu to vào giữa khi rút ống vách cốt thép sẽ bị kéo lên theo.

Cách phòng ngừa: Quản lý chặt chẽ cốt liệu bê tông. Cự ly giữa thành trong ống vách và thành ngoài của cốt đai lớn đảm bảo gấp 2 lần đ­ờng kính lớn nhất của cốt liệu thô.

+ Nguyên nhân 3: Do bản thân khung cốt thép bị cong vênh, ống vách bị nghiêng làm cho cốt thép đè chặt vào thành ống.

9.6. ­Hỏng về bê tông cọc  

a. Công đoạn khoan tạo lỗ :

- Kỹ thuật, thiết bị khoan hoặc loại cọc ấn định kém thích hợp với đất nền.

- Sự mất dung dịch khoan bất ngờ(khi gặp hang caster ) hoặc sự trồi lên đột ngột của đất bị sụt lở vào lỗ khoan.

- Sự quản lý kém khi khoan tạo lỗ do sử dụng loại dung dịch có thành phần không thích hợp với đất nền.

b. Công đoạn đổ bê tông cọc:

- Thiết bị đổ bê tông không thích hợp.

- Sai sót trong việ nối ống đổ bê tông, dứt đoạn đổ bê tông, do sự rút ống dẫn bê tông quá nhanh.

- Sự cấp liệu không đều dẫn đến l­ợng bê tông chiếm chỗ ban đầu không đủ do đổ nhanh (chẳng hạn giữa ống dẫn và đai bọc).

9.7. Mục đích và yêu cầu xử lý

- Thay thế lớp mùn khoan và dung dịch sét phần mũi cọc khoan nhồi bằng một lớp vữa xi măng cát mác 300 t­ơng đ­ơng với c­ờng độ bê tông thân cọc.

- Không làm ảnh h­ởng tới cấu trúc địa tầng của lớp cuội sỏi d­ới mũi cọc.

9.9. Sự cố gặp hang caster khi khoan

Dấu hiệu th­ờng thấy khi mũi khoan gặp hang caster là độ lún cần khoan tăng đột ngột, cao độ dung dịch trong lỗ khoan có thể bị tụt xuống khi gặp hang rỗng hoặc dâng lên khi trong hang có n­ớc có áp hoặc bùn nhão.

 Việc gặp hang caster có nhiều bùn nhão nh­ ở cầu Bợ khiến phải sử lý mất  rất nhiều thời gian, trong đó việc sử dụng ống vách phụ qua hang caster cũng là một giải pháp đang đ­ợc áp dụng khá hiệu quả. Trong tr­ờng hợp phát hiện tr­ớc có hang caster thì sử dụng thiết bị khoan xoay ống vách là ph­ơng pháp hiệu quả nhất. 

*Kết luận: Cần đảm bảo công trường làm việc thông suốt, đảm bảo tiến độ .

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 [1]. Cotalog Hitachi KH125

 [2]. PGS.TS. Nguyễn Bính

Máy thi công chuyên dùng

NXB Giao Thông Vận Tải Hà Nội-2005

 [3]. Tài liệu nghiên cứu khoa học

Một số tính toán máy khoan đá ở mỏ

 [4]. Vũ Thế Lộc-Vũ Thanh Bình

Máy làm đất. NXB Giao Thông Vận Tải Hà Nội

 [5]. GS.TS. Nguyễn Anh Định-PGS.TS. Nguyễn Sỹ Ngọc

Nền và móng công trình cầu đường

NXB Xây Dựng

 [6]. Cơ học khoan

Bài giảng trường ĐH Mỏ Địa Chất

 [7]. Vũ Đình Lai-Nguyễn Xuân Lựu-Bùi Đình Nghi

Sức bền vật liệu

NXB Giao Thông Vận Tải Hà Nội

 [8]. T.S. Trương Tất Đích

Chi tiết máy tập 1; tập 2

NXB Giao Thông Vận Tải Hà Nội 2001

 [9]. Trịnh Chất- Lê Văn Uyển

Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập1; tập 2

NXB Giáo Dục-Hà Nội 2002

 [10]. Vũ Thanh Bình-Nguyễn Đăng Điệm

Truyền động máy xây dựng và dếp dỡ

NXB Giao Thông Vận Tải Hà Nội-1999

 [11]. T.S. Phùng Văn Khương-TH.S. Phạm Văn Vĩnh

Thuỷ lực và máy thuỷ lực

NXB Giao Thông Vận Tải Hà Nội-2001

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"