Thiết kế Gầu khoan mở rộng đáy trong thi công cọc khoan nhồi

Xuất phát từ nhu cầu thực tếxã hội và lòng yêu thích của bản thân em rất vui khi em đợc giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: "Thiết kế máy khoan mở rộng đáy trong công nghệ thi công cọc kho

Lời nói đầu 4

Chơng 1: tổng quan về cọc khoan nhồi 5

1.1 Công nghệ khoan cọc nhồi 5

1.1.1 Các khái niệm về cọc nhồi 5

1.1.2 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi 8

1.2.1 Cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách 8

1.1.2.2 Cọc khoan nhồi không dùng ống vách 8

1.1.3 Công nghệ thi công cọc nhồi mở rộng đáy 9

1.1.3.1 Đặc điểm của cọc khoan nhồi mở rộng đáy 9

1.1.3.2 Lĩnh vực sử dụng, u nhợc điểm 10

1.1.3.3 Công nghệ thi công cọc nhồi mở rộng đáy 12

1.1.4 Chế tạo dung dịch Bentonite (bùn khoan) 15

1.1.5 Chế tạo lồng cốt thép và thả vào hố khoan cho cọc khoan nhồi mở rộng đáy 16

1.1.6 Đổ bê tông cọc khoan nhồi mở rộng đáy 17

1.1.7 Các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi 18

1.2 Các loại máy và thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy 20

1.2.1 Máy cơ sở 21

1.2.2 Gàu khoan (thiết bị) mở rộng đáy cọc khoan nhồi: 21

1.2.2.1 Các thiết bị khoan mở rộng đáy cọc bằng phơng pháp khoan phản tuần hoàn 22

1.2.2.2 Các thiết bị khoan mở rộng đáy cọc bằng phơng pháp khoan gầu 23

1.2.3 Cần máy 30

1.2.4 Khung trớc 32

1.2.5 Cần kelly 32

1.2.6 Bàn quay 32

1.2.7 Hệ kết nối trung tâm 32

1.2.8 Tang cuốn tuy ô thủy lực và cáp điện 32

Lựa chọn phơng án thiết kế - Giới thiệu máy thiết kế - Nội dung đồ án tốt nghiệp.35 Lựa chọn phơng án thiết kế 35

Giới thiệu máy thiết kế 37

Nguyên lý làm việc: 38

Nội dung đồ án tốt nghiệp 38

Chơng 2: tính toán chung 39

2.1 Thông số cơ bản của máy thiết kế 39

2.1.1 Máy cơ sở 39

2.1.2 Thiết bị gầu khoan BK - 10 40

2.1.3 Thiết bị cần Kelly 42

2.2.Tính toán các lực tác dụng lên các cơ cấu 42

2.2.1 Tính toán thiết kế thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy 42

2.2.1.1 Mô hình tính toán 42

2.2.1.2 Lập phơng trình chuyển động của một điểm bất kỳ trên lỡi cắt 43

2.2.1.3 Tính lực cản cắt đất: 45

2.2.2.Tính lực nâng cần Kelly và gầu khoan 49

2.2.3 Tính lực tác dụng lên xilanh nâng hạ khung trớc: 50

2.3.4 Tính lực nâng cần chính Sc2 54

2.2.6 Tính mômen cản sinh ra khi quay bàn quay 56

2.2.7.Tính toán cơ cấu di chuyển: 59

2.3 Tính công suất thiết bị mở rộng đáy cọc khoan nhồi 59

2.3.1 Công suất quay trục chính: 59

2.3.2 Công suất mở rộng cánh: 62

2.3.3 Công suất vận hành chung cho cả thiết bị: 62

2.3.4 Công suất nâng cần Kelly 63

2.3.5 Công suất cơ cấu nâng hạ khung trớc 63

2.3.6 Công suất cơ cấu nâng cần chính 63

2.3.7 Công suất cơ cấu quay của máy 64

2.3.8 Công suất cơ cấu di chuyển 64

Chơng 3: tính toán cơ cấu nâng hạ cần chính, nâng hạ thiết bị khoan 66

3.1 Tính toán cơ cấu nâng hạ cần chính: 66

3.1.1 Tính lực nâng cần chính Sn: 66

ChơnG 4: TÍNH TOán THIẾT KẾ CỤM TANG NâNG HẠ CẦN CHÍNH, nâNG HẠ THIẾT BỊ KHOAN 73

4.1Tính toán cụm tang nâng hạ cần chính: 73

4.1.1 Tính chọn cáp : 73

4.1.4 Tính chọn mô tơ thủy lực 78

4.1.5 Chọn phanh 81

4.2Tính toán thiết kế cụm tang nâng hạ thiết bị khoan: 81

4.2.2Chọn puly dẫn hớng cáp 82

4.2.3 Tính toán cụm tang: 83

4.1.4 Tính chọn mô tơ thủy lực 86

4.1.5 Tính tỉ số truyền, chọn hộp giảm tốc: 88

4.1.6 Chọn phanh 88

G=68(kg) 89

Chơng 5: tính bền cần chính 89

5.1 Chọn kiểu dạng, thông số hình học kết cấu cần 89

5.2 Xác định các lực tác dụng lên cần 91

5.3 Các giả thiết khi tính toán cần 99

5.4 Sơ đồ tính toán 100

Kết luận 109

Tài liệu tham khảo chính 110

Lời nói đầu

Đất nớc ta đang trong quá trinh đổi mới từ một nớc sản xuất nông nghiệp lạchậu trở thành nớc công nghiệp Muốn nh vậy thì trớc tiên cần xây dựng nền cơ sở hạtầng vững mạnh với nhiều khu công nghiệp, khu đô thị, mạng lới giao thông hiện đạivới nhiều công trình có tải trọng lớn nh nhà cao tầng, cầu cống, các công trình ngầm

đòi hỏi phải có những thiết bị thi công đất chuyên dụng với những tính năng đặc biệtmới có khả năng thực hiện đợc Một trong số đó là máy khoan cọc nhồi để đào đất vớikhối lợng lớn ở độ sâu tới 50m, tuy nhiên máy khoan cọc nhồi thờng cha phát huy hếthiệu quả về mặt công nghệ, kinh tế của thiết bị thi công cọc khoan nhồi Là một sinhviên nghành Cơ Giới Hóa Xây Dựng, em luôn muốn học hỏi và có thêm sự hiểu biết vềcác loại máy móc thiết bị phục vụ cho quá trình xây dựng Xuất phát từ nhu cầu thực tếxã hội và lòng yêu thích của bản thân em rất vui khi em đợc giao đồ án tốt nghiệp với

đề tài: "Thiết kế máy khoan mở rộng đáy trong công nghệ thi công cọc khoan nhồi".

Em xin chân thành cảm ơn ThS Hoa Văn Ngũ và ThS Nguyễn Tiến Nam đãtrực tiếp hớng dẫn và tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án đúng tiến độ và đầy đủ khốilợng mà bộ môn Cơ Giới Hóa Xây Dựng đã giao Em cũng xin chân thành cảm ơn cácthầy trong khoa Cơ Khí Xây Dựng đã cho em nhiều nhận xét quý báu để nội dung đồ

án đợc tốt hơn và giúp em hiểu, nắm vững kiến thức về thi công máy trong xây dựng Tuy nhiên, do thời gian, trình độ có hạn chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, emrất mong sự chỉ bảo của các thầy cô và các bạn để kiến thức khoa học kỹ thuật của emngày càng hoàn thiện hơn

Hà Nội, Ngày 28 tháng 05 năm 2012Sinh viên

Vũ Ngọc Châu

Chơng 1: tổng quan về cọc khoan nhồi 1.1 Công nghệ khoan cọc nhồi

1.1.1 Các khái niệm về cọc nhồi

Cọc nhồi là loại cọc đợc chế tạo tại chỗ bằng cách khoan những hố khoan trongnền đất, sau đó trực tiếp rót vật liệu (bê tông, bê tông cốt thép hoặc cát) vào các hố đó

để tạo thành cọc Loại cọc này khắc phục đợc nhiều nhợc điểm các phơng pháp hạ cọccứng vào nền đất nh chiều sâu, tiết diện cọc giới hạn, yếu tố môi trờng Vì vậy, khiyêu cầu đờng kính cọc, chiều sâu cọc lớn thì tốt nhất sử dụng cọc khoan nhồi

Kích thớc cọc khoan nhồi hiện nay cho thường từ 0,60m đến 3,00m qua mọi

địa tầng với chiều sâu từ 10m đến 120m Công nghệ thì công cọc khoan nhồi đờngkính lớn đã giải quyết đợc các vấn đề kỹ thuật móng sâu trong điều kiện địa chất phứctạp

Từ những thập kỷ 60 đến thập kỷ 80 của thế kỷ 20, các phơng pháp thiết kế vàcông nghệ thi công đợc phát triển mạnh và cọc khoan nhồi đợc xem nh là hệ thống hệmóng tin cậy nhất cho các công trình giao thông tại Mỹ, Anh và một số nớc khác Thếnhng việc thi công cọc khoan nhồi mới đợc áp dụng đại trà vào Việt Nam, chủ yếu docác công ty liên doanh hoặc nớc ngoài đầu t, nhng lịch sử phát triển cọc nhồi đã đợcghi nhận khá sớm

Trong khoảng hơn chục năm trở lại đây, cùng với sự xuất hiện của rất nhiều côngtrình giao thông, thuỷ lợi, đặc biệt là nhà cao tầng và công nghiệp cũng đòi hỏi chất l-ợng công trình khắt khe hơn thì việc lựa chọn đợc giải pháp móng hợp lý rất đợc quantâm Giải pháp cọc nhồi thuộc loại móng công trình khuất, có nhiều u điểm nh thi công

ít ồn, ít rung động và thiết kế chọn kích thớc cọc linh hoạt phù hợp với tải trọng côngtrình và địa tầng xây dựng thay đổi nên có thể thay thế móng bè, móng hộp, móngkhối, móng trụ và cả móng cọc đúc sẵn không đủ năng lợng đóng cọc tới tầng đất ởsâu Vì vậy, móng cọc khoan nhồi ngày càng đợc a chuộng và phát triển mạnh mẽ ởViệt Nam

Theo phơng thức truyền tải xuống nền ngời ta phân ra 3 loại cọc nhồi nh sau (Hình1.1):

a) Cọc tựa

Là loại cọc mà đầu cọc đợc tựa lên tầng đất cứng chịu lực Tải trọng truyền từ đầucọc xuống nền Trong trờng hợp này ngời ta không tính đến ma sát giữa thân cọc với

đất Cọc tựa đợc chia làm 2 loại:

- Cọc tựa hình trụ còn gọi là cọc thẳng

- Cọc mở rộng đáy: loại cọc này ngày càng phát triển và đợc ứng dụng rộng rãi vì

nó có những u điểm lớn về khả năng chịu lực và kinh tế

b) Cọc ma sát

Là loại cọc mà đợc thiết kế chịu tải trọng nhờ ma sát giữa thân cọc với đất, khôngtính đến lực cản đầu cọc

b2 Đáy mở rộng dạng vòm

Tầng đất

yếu

Tầng đất yếu

Tầng đất cứng

thô và ráp

Vách hố thô và ráp Không có áp lực

đầu cọc (giả thiết) Ma sát bên Ma sát bên

áp lực đầu cọc

Hình 1.1 Các loại cọc khoan nhồi

1.1.2 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi

Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và thiết bị thi công khoan nhồi nhng có hainguyên lí đợc sử dụng trong tất cả các phơng pháp thi công là:

- Cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách

- Cọc khoan nhồi không dùng ống vách

1.2.1 Cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách

Loại này thờng đợc sử dụng khi thi công những cọc nằm kề sát với công trình cósẵn hoặc do những điều kiện địa chất đặc biệt Cọc khoan nhồi có dùng ống vách théprất thuận lợi cho thi công vì không phải lo việc sập thành hố khoan, công trình ít bị bẩnvì không phải sử dụng dung dịch Bentonite, chất lợng cọc rất cao

Nhợc điểm của phơng pháp này là máy thi công lớn, cồng kềnh, khi máy làm việcthì gây rung, tiếng ồn lớn và rất khó thi công đối với những cọc có độ dài trên 30m

Có 2 phơng pháp thi cụng cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách:

a) Phơng pháp thổi rửa (phản tuần hoàn):

Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất, dung dịch Bentonite đợc bơm xuống hố

để giữ vách hố đào Mùn khoang và dung dịch đợc máy bơm và máy nén khí đẩy từ hốkhoan lên đa vào bể lắng để lọc tách dung dịch Bentonite tái sử dụng

Công việc đặt cốt thép và đổ bê tông tiến hành bình thờng

- Ưu điểm: Phơng pháp này có giá thiết bị rẻ, thi công đơn giản, giá thành hạ

- Nhợc điểm: Tốc độ khoan chậm, chất lợng và độ tin cậy cha cao

b) Phơng pháp khoan gầu:

Theo công nghệ khoan này, gầu khoan thờng có dạng thùng xoay cắt đất và đợc đa

ra ngoài Cần gầu khoan có dạng Ăng-ten, thờng là 3 đoạn truyền đợc chuyển độngxoay từ máy đào xuống gầu nhờ hệ thống rãnh

Vách hố khoan đợc giữ ổn định nhờ dung dịch Bentonite Quá trình tạo lỗ đợc thựchiện trong dung dịch Bentonite Trong quá trình khoan có thể thay thế các gầu khácnhau để phù hợp với nền đất đào và để khắc phục các dị tật trong lòng đất

- Ưu điểm: Thi công nhanh, việc kiểm tra chất lợng dễ dàng thuận tiện, đảm bảo

vệ sinh môi trờng và ít làm ảnh hởng đến các công trình lân cận

- Nhợc điểm: Phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng giá đắt, giá thành cọc cao

Phơng pháp này đòi hỏi quy trình công nghệ rất chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và côngnhân phải thành thạo, có ý thức tổ chức kỷ luật cao.

Do phơng pháp này khoan nhanh hơn và chất lợng đảm bảo hơn các phơng phápkhác, nên hiện nay các công trình lớn ở Việt Nam chủ yếu sử dụng phơng pháp nàybằng các thiết bị của Đức (Bauer), Italia (Soil-Mec)và của Nhật Bản (Nippon Sharyo)

1.1.3 Công nghệ thi công cọc nhồi mở rộng đáy.

1.1.3.1 Đặc điểm của cọc khoan nhồi mở rộng đáy.

Cọc khoan nhồi mở rộng đáy là cọc khoan nhồi có đờng kính đáy cọc đợc mở rộnghơn đờng kính thân cọc Sức mang tải của cọc này sẽ tăng lên do tăng sức mang tải dớimũi cọc

Việc mở rộng đáy cọc nhồi đợc áp dụng từ cuối thế kỷ XIX ở các nớc trên thế giới,

và phát triển mạnh ở đầu thế kỷ 90 của thế kỷ XX Năm 2002, đã có thiết bị khoan cóthể khoan được cọc với đờng kính tới 6m, xuống chiều sâu 80m với khả năng mở rộng

đáy với đờng 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

Tại Việt Nam, hiện nay ngày càng nhiều các công trình xây dựng qui mô lớn, đòihỏi nên móng có khả năng chịu tải lớn, theo công nghệ truyền thống thì chúng phảităng số lợng cọc hoặc tăng đờng kính cọc, điều này làm giá thành thi công công trìnhcao, giải pháp hợp lí là mở rộng đáy cọc khoan nhồi để nâng cao khả năng chịu tải củacọc

Cùng với sự phát triển của KHCN và với xu thế hội nhập thì nhiều công ty, đơn vịthi công nền móng trong nớc đã trang bị cho mình những máy móc thiết bị hiện đại.Hiện nay, mũi khoan chuyên dùng mở rộng cọc đáy khoan nhồi đã đợc một vài đơn vịnhập về và đa vào công nghệ khoan cọc nhồi mở rộng đáy ứng dụng ở trong nớc Cóthể kể đến nh Công ty TNHH TONECO, Công ty Cổ phần xây dựng nền móng JIKON.Công trình đã ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi mở rộng đáy điển hình nh công

trình Đài truyền hình Việt Nam năm 2006 với 300 cọc khoan nhồi mở rộng đáy, Công trình nâng cấp Bệnh viện Bạch Mai

1.1.3.2 Lĩnh vực sử dụng, u nhợc điểm

a) Ưu điểm nổi bật của cọc khoan nhồi mở rộng đáy:

- Cùng điều kiện đất nền, cọc mở

rộng đáy có sức chịu tải lớn hơn

khoảng 2 lần so với cọc thẳng cùng

đờng kính

- So với cọc thẳng cùng tải trọng thìcọc mở rộng đáy giảm đợc khoảng50% khối lợng bê tông cần đổ vàkhoảng 50% số lợng đất cần khoan

đào vận chuyển

Hình 1.2 So sánh giữa cọc trụ và cọc mở rộng đáy

- Rút ngắn đợc thời gian thi công và giảm giá thành xây dựng

- Tăng khả năng chống nhổ của cọc

Có trờng hợp những lớp đất cứng nằm ở độ sâu nào phía trên mũi cọc, ngời tathực hiện việc mở rộng thân cọc trên lớp đất ấy, nhiều trờng hợp mở rộng 2-3 đốt trênthân cọc, với khoảng cách tối u giữa hai đốt từ 1,251,5 đờng kính đáy cọc mở rộng

b) Phạm vi áp dụng của công nghệ cọc khoan nhồi mở rộng đáy:

Trong thực tế ngời ta ít khi tạo đáy mở rộng đối với những cọc có đờng kính bé hơn760mm Cọc khoan nhồi mở rộng đáy thờng áp dụng cho loại đất đồng nhất với sứcchịu tải tính toán từ 100 đến 500 tấn, hoặc cho đất cứng với sức chịu tải tính toán từ

500 đến 4000 tấn Một cọc khoan nhồi trong đất đồng nhất có đợc năng lực chịu tảinhờ tổ hợp sức tăng thành phần sức chịu tải đáy cọc

Kỹ thuật mở rộng đáy cọc khoan nhồi trong quá trình tạo lỗ thờng đợc áp dụng chocác loại đất có khả năng tự ổn định không cần chống giữ, tốt nhất là trong đất sét dẻo

đến cứng

Việc tạo ra các đáy cọc mở rộng trong các loại đất không dính có chứa nớc sẽ đòihỏi phải sử dụng các loại máy khoan xoay chạy bằng thuỷ lực hoạt động dới dung dịchsét Bentonite

Nhìn chung không thể tạo đợc phần mở rộng đáy trong đất thoát nớc dạng hạt(granular soils) nằm dới mực nớc ngầm Ngoài ra cũng nên tránh lựa chọn làm cọc mởrộng đáy trong đất kém ổn định hay ngập nớc, luôn luôn có nguy cơ sập lở phần đáy

mở rộng trong quá trình tạo lỗ cũng nh khi đổ bê tông cọc

Những điều kiện có thể không thích hợp với cọc rộng đáy:

+ Lớp địa chất quá mềm yếu;

+ Đất pha cát, lẫn sỏi rời rạc;

+ Cuội sỏi có đờng kính 1015mm hoặc lớn hơn;

+ Lớp chịu tải nằm nghiêng 300 hoặc dốc hơn;

+ Chịu áp lực bên dới mực nớc ngầm;

+ Dới dòng nớc chảy ngầm (hơn 3m/phút);

+ Lớp mang tải quá cứng

1.1.3.3 Công nghệ thi công cọc nhồi mở rộng đáy

Các phơng pháp thi công mở rộng đáy cọc đợc ứng dụng trên thế giới có thể liệt kê

nh sau:

a) Đào thủ công:

Phơng pháp này đợc ứng dụng trong việc đào những hố đào khô và mực nớc ngầm ởphía dới đáy hố ở phơng pháp đào thủ công này hố đào đợc bảo vệ bởi các tấm chắnbằng gỗ hoặc bằng thép, đợc sử dụng cho cọc tơng đối ngắn

b) Khoan mở rộng đáy:Có hai phơng pháp khoan mở rộng đáy đang đợc ứng

dụng là phơng pháp khoan phản tuần hoàn và phơng pháp khoan đất Đây là haiphơng pháp thi công mở rộng đáy chủ yếu hiện nay

* Mở rộng đáy hố bằng phơng pháp khoan phản tuần hoàn

Đây là phơng pháp khoan đợc sử dụng sớm nhất và đến nay vẫn còn sử dụng rộngrãi trong việc khoan mở rộng đáy cọc

Công đoạn khoan mở rộng đáy hố khoan cọc nhồi đợc tiến hành khi đã khoan hoàntất cọc nhồi theo đờng kính quy định

Hệ thống bơm hút: đất cắt ra đợc bơm lên cùng với nớc thùng chứa ở thùng chứa,

đất sẽ đợc lắng xuống đáy, còn nớc sẽ đợc bơm trở lại hố khoan

Hệ thống bơm khí nén: đợc ứng dụng trong trờng hợp hố khoan quá sâu, nếu sửdụng bơm hút sẽ gặp khó khăn khi vận chuyển đất lên, ngời ta dùng hệ thống khí nén.Khí nén đợc cung cấp qua ống dẫn khí chạy song song với ống hút Khí nén đợc bơmvào ống hút qua vòi bơm đặt phía đáy ống khoan Nh vậy trọng lợng riêng của hỗn hợpkhí và nớc trong ống giảm và nhỏ hơn trọng lợng riêng của nớc bên ngoài ống khoan.Nói cách khác là ta đã tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa trong và ngoài ống hút Và nhvậy, hỗn hợp đất và nớc ở trong ống bị đẩy lên Hỗn hợp này đợc đa vào bể chứa, ở đây

đất sẽ lắng lại trong thùng chứa còn nớc sẽ đợc bơm trở lại hố khoan

Hiện nay đã có rất nhiều loại thiết bị khoan đợc trang bị bơm chìm đặt ở dới đáy cùngvới việc ứng dụng các lỡi cắt cải tiến, đất cắt ra đợc đẩy lên trên thùng chứa

Thi công mở rộng đáy cọc nhồi bằng phơng pháp khoan phản tuần hoàn đã đợc ứngdụng rất sớm và rất phổ biến vì nó có những u điểm nổi bật nh sau:

- Hiệu suất khoan cao, đất đợc đẩy lên cùng với nớc nên hiệu suất khoan cao vàgiảm đợc thời gian thi công

- Không gây ồn và rung động ảnh hởng đến môi trờng xung quanh

- Không cần ống chống do sử dụng ống định hớng và bùn khoan

- Có thể khoan những hố khoan có đờng kính lớn, qua tầng đất cứng khi sử dụngnhững lỡi khoan đặc biệt

- Có thể khoan móng cạnh các công trình khác, do áp suất thuỷ tĩnh không đổi lênthành hố khoan nên không ảnh hởng đến mực nớc ngầm và giữ ổn định cho vùng đấtngay bên cạnh.

- Có thể áp dụng cho nhiều loại đất, nhiều loại công trình lớn nhỏ khác nhau vìthiết bị khoan đợc dễ dàng tháo lắp vào máy cơ sở

Những hạn chế của phơng pháp này là:

- Đòi hỏi công trờng có diện tích lớn, cần phải bố trí thùng lắng đất, hệ thống bơm

và hệ thống tuần hoàn cho nớc quay trở lại hố khoan

- Giá thành cọc khoan nhồi bằng phơng pháp khoan phản tuần hoàn đắt hơn giáthành cọc khoan nhồi bằng phơng pháp khoan đất, điều này sẽ trình bày ở phần tiếptheo

- Đất đào khó có thể tái sử dụng vào những nơi khác

* Mở rộng đáy hố bằng phơng pháp khoan đất:

Đây là phơng pháp mở rộng đáy hố bằng gàu khoan Trong phơng pháp này, quátrình cắt đất mở rộng đáy cũng tơng tự nh trong phơng pháp khoan phản tuần hoàn, nh-

ng ở đây, đất cắt ra rơi vào bên trong gầu và bộ phận này đợc gọi là thùng chứa Saukhi đầy thùng chứa, các cánh cắt của gàu đóng lại, gàu đợc nâng lên

Sau khi lên khỏi hố khoan, máy cơ sở (cần trục chuyên dùng) quay gàu đến vị trí

đổ đất, mở đáy gàu và đổ đất thành đống hoặc vào phơng tiện vận chuyển Sau đó lại

đ-a gàu quđ-ay về vị trí hố đào, hạ gàu xuống đáy hố, mở cánh cắt và tiếo tục chu kỳ làmviệc mới

Các bớc tiến hành thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy nh sau:

Hình 1.3 Các bớc thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy

1.1.4 Chế tạo dung dịch Bentonite (bùn khoan)

Dung dịch bentonite dùng để giữ cho thành hố khoan của cọc khoan nhồi mở rộngkhông bị sạt lở

a Tính chất của dung dịch Bentonite mới (trớc khi dùng):

Bentonite bột đợc chế tạo sẵn trong các nhà máy, thờng đợc đóng thành từng bao

50 kg Hiện nay nớc ta vẫn phải nhập Bentonite từ nớc ngoài chủ yếu là từ Đức do công tyERBSLOH chế tạo Tùy theo yêu cầu của kỹ thuật khoan, tính chất địa tầng mà hòa tan từ

20 đến 50 kg bột Bentonite vào 1m3 nớc

Dung dịch mới trớc lúc sử dụng có các đặc tính sau đây:

- Dung dịch có dung trọng trong khoảng từ 1,01 đến 1,05 (trừ trờng hợp loại bùnsét đặc biệt có thể đến 1,15)

- Dung trọng thờng đợc đo bằng cân dung trọng (cân Bariod)

- Độ nhớt Marsh đợc đo trong các phễu tiêu chuẩn có vòi lỗ chảy đờng kính4,75mm để 1 lít dung dịch Bentonite chảy qua Thời gian chảy hết 1 lít dung dịch phải lớnhơn 35 giây

- Độ tách nớc đợc đo bởi dụng cụ lọc ép bariod dới áp lực 0,7 Mpa trong 30 phút

- Hàm lợng cát đợc đo bởi dụng cụ “êlutriomêtre”

- Đờng kính hạt đợc đo bằng dây tiêu chuẩn có đờng kính lỗ dây thích hợp

b Sử dụng và xử lý dung dịch Bentonite (bùn khoan)

Quá trình thực hiện nh sau:

* Chế tạo dung dịch mới:

- Các bao Bentonite bột đợc chứa trong kho (bao) hoặc trong xylo (bột)

- Chế tạo dung dịch có thể dùng phễu trộn đơn giản hoặc dùng máy trộn

- Thờng trộn 20 đến 50 kg bột Bentonite với 1m3 nớc (theo thiết kế), ngoài ra tùytheo yêu cầu cụ thể mà phải cho thêm 1 số chật phụ gia mục đích là làm cho dung dịchnặng thêm, khắc phục khả năng vón cục, tăng thêm độ sệt hoặc giảm độ sệt bằng cáchchuyển nó thành thể lỏng, chống lại sự nhiểm bẩn của nó bới xi măng hoặc thạch cao,giảm độ PH của nó hoặc tăng thêm, giảm tính tách nớc của nó

- Sau đó đổ dung dịch khoan mới vào bể chứa bằng thép, bể chứa xây gạch, bểchứa bằng cao su có khung thép hoặc bằng xylo tùy từng điều kiện cụ thể mà lựa chọn

c Sử dụng dung dịch Bentonite một cách tuần hoàn:

Trong khi khoan hố phải luôn đổ đầy dung dịch trong lỗ khoan Phải đổ dung dịchmới, gầu khoan sâu đến đâu thì phải bổ sung ngay dung dịch cho đầy hố Trong khi đào

nh vậy dung dịch Bentonite sẽ bị nhiểm bẩn (do đất cát) làm giảm khả năng giữ ổn địnhthành hố nên phải thay thế Để làm việc đó phải hút bùn khoan từ hố khoan lên để đ a vềtrạm xử lý Có thể dùng loại bơm chìm đặt ở dới đáy hố khoan hoặc dùng loại bơm hút cómàng lọc đặt trên mặt đất

Dung dịch bùn khoan đợc đa về trạm xử lý, các tạp chất bị khử đi còn lại dung dịchkhoan nh mới đợc tái sử dụng

Dung dịch sau khi xử lý phải đảm bảo các đặc tính sau đây:

- Dung trọng dới 1,2 (trừ loại dung dịch nặng đặc biệt)

- Độ nhớt nằm trong khoảng 35 đến 40 giây

- Hàm lợng cát < 5%

1.1.5 Chế tạo lồng cốt thép và thả vào hố khoan cho cọc khoan nhồi mở rộng

đáy

Chế tạo lồng cốt thép theo đúng thiết kế

Sai số cho phép về kich thớc hình học của lồng cốt thép nh sau:

Khi thả từng đoạn lồng cốt thép vào hố đào phải căn chỉnh cho chính xác, phảithẳng đứng và không đợc va chạm với thành hố khoan

Nối các đoạn lồng thép với nhau khi thả xong từng đoạn có thể dùng phơng phápbuộc (nếu cọc chỉ chịu nén) hoặc phơng pháp hàn điện (nếu cọc chịu cả lực nén, uốn, vàlực nhổ)

Chú ý:

- Trong trờng hợp đỉnh của lồng thép nằm dới mặt đất hoặc dới mực của dung dịchBentonite thỉ phải có hiệu để nhận biết vị trí của lồng thép

- Khi thả xong từng đoạn lồng thép xuống hố khoan thì phải có các thanh thép hình

đủ khỏe để ngáng giữ vào miệng hố để nó khỏi rơi xuống hố

1.1.6 Đổ bê tông cọc khoan nhồi mở rộng đáy

Sau khi vét sạch đáy hố (trong dung dịch Bentonite), thổi sạch hố khoan đào bằngphơng pháp phản tuần hoàn (thổi khí xuống, đẩy bùn đất lên, cấp bù bentonite mới), trongkhoảng thời gian không quá 3 giờ phải tiến hành đổ bê tông Phơng pháp đổ bê tông th-ờng dùng là phơng pháp vữa dâng hay còn gọi là đổ bê tông trong nớc.

Đổ bê tông bằng phễu hoặc máng nghiêng nối với ống dẫn, ống dẫn làm bằng kimloại, có đờng kính trong lớn hơn 4 lần đờng kính của cốt liệu và thờng ≥ 120 mm ống dẫn

đợc tổ hợp từ các ống dẫn có chiều dài từ 2 đến 3m, đợc nối với nhau rất kín khít bằng rennhng đồng thời tháo lắp dễ dàng

Trớc khi đổ bê tông vào phễu hoặc ván nghiêng phải nút tạm (bằng vữa xi măngcát ớt) ở đầu ống dẫn Khi bê tông đã đầy ắp phễu, trọng lợng của bê tông sẽ đẩy nút vữaxuống để dòng bê tông chảy liên tục xuống hố, làm nh vậy để tránh cho bê tông bị phântầng

ống đổ bê tông có chiều dài đúng bằng chiều cao của cọc, trớc lúc đổ bê tông nóchạm đáy, sau đó đợc nâng lên khoảng 15-20 cm để dòng bê tông (sau khi bỏ nút tạm)chảy liên tục xuống đáy hố và dâng dần lên trên

Khi đổ bê tông từ đáy hố dâng lên dần dần, thì cũng rút ống dẫn bê tông dần dầnlên, nhng luôn phải đảm bảo cho đầu ống dẫn ngập trong bê tông tơi một đoạn từ 2 đến3m Làm nh vậy để bê tông không bị phân tầng và sau khi ninh kết thì bê tông không cókhuyết tật

Tốc độ đổ bê tông không đợc chậm quá mà cũng không đợc nhanh quá, tốc độ hợp

lý là khoảng 0,6m3/phút Phải tính đợc khối lợng bê tông cần thiết đổ cho xong mỗi cọc,

nh vậy có thể chủ động trong việc chuẩn bị số xe bê tông cần thiết một cách hợp lý, đầy

đủ và kịp thời Khối lợng bê tông thực tế phải nhiều hơn tính toán (theo kích thớc hìnhhọc của hố khoan cho cọc) khoảng từ 5% đến 20%

- Phải đảm bảo cho lớp bê tông bảo vệ cốt thép tối thiểu cũng dày 7cm

- Khi khoan hố thi công cọc và lúc đổ bê tông cọc phải lu ý không đợc thực hiệnkhi trong chiều sâu của cọc đang có dòng nớc ngầm chảy vì nó sẽ làm sụt lở thành cọc

1.1.7 Các phơng pháp kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi

Quy trình bảo đảm chất lợng thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy cũng giống nhcọc khoan nhồi hình trụ bình thờng, đợc thực hiện theo tiêu chuẩn TCXD 206:1998-Cọc

khoan nhồi-Yêu cầu về chất lợng thi công Khi bê tông đã ninh kết xong (sau 28 ngày) thìkiểm tra bằng phơng pháp không phá hủy.

Có nhiều phơng pháp để kiểm tra chất lợng cọc bê tông nhng phơng pháp phổ biếnnhất và bảo đảm độ tin cậy nhất là phơng pháp siêu âm truyền qua

Nhờ phơng pháp siêu âm truyền qua mà ngời ta phát hiện đợc nhng khuyết tật của

bê tông trong thân cọc một cách tơng đối chính xác Phơng pháp kiểm tra này sử dụng 2

bộ phận chủ yếu:

- Một đầu phát sang dao động đàn hồi (xung siêu âm) có tần số truyền sóng từ 20

đến 100 kHz

- Một đầu thu sang

Đầu phát và đầu thu đợc điều khiển lên xuống đồng thời nhờ hệ thống cáp tời điện và nằmtrong 2 ống đựng đầy nớc sạch

* Nhận xét kết quả:

Đánh giá chất lợng bê tông trong cọc khoan nhồi mở rộng đáy qua kết quả kiểm trabằng phơng pháp siêu âm truyền qua

- Theo biểu đồ truyền sang: nếu biểu đồ truyền sóng đều, biến đổi ít trong một biên

độ nhỏ, chứng tỏ chất lợng bê tông đồng đều; nếu biên độ truyền sóng biến đổi lớn và độtngột chứng tỏ bê tông có khuyết tật

- Căn cứ vào vận tốc truyền qua: vận tốc sóng âm truyền qua bê tông càng nhanh,chứng tỏ bê tông càng đặc chắc và ngợc lại

- Quan hệ giữa cờng độ bê tông và vận tốc âm

1.2 Các loại máy và thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy

Máy và thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy có nhiều loại khác nhau thường sử dụng có

cấu tạo chung như hình 1.4 dới đây:

1

2

4 3

5

8

6

7 3

Hình 1.4 Các bộ phận chính của máy khoan cọc nhồi mở rộng đáy

1.Máy cơ sở; 2.Cần máy; 3.Khung trớc; 4.Cần kelly; 5.Bàn quay cần kelly

6.Hệ kết nối trung tâm; 7.Tang cuốn tuy ô và thủy lực; 8.Gầu khoan mở rộng đáy

1.2.1 Máy cơ sở

Trên công trường hiện nay có một số cơ sở thường được sử dụng trong công nghệ thicông cọc khoan nhồi như: ED5500, DH300, TE4000-2…với các thông số ở bảng sau:

114/15557.80.80

184/250

*83.51.10

147/200

*116.61.40

94/125 30,341.37

Ghi chú: * trọng lợng khi vận hành không có gầu

1.2.2 Gàu khoan (thiết bị) mở rộng đáy cọc khoan nhồi:

Gàu khoan đợc lắp vào máy cơ sở có thể là gàu khoan cọc nhồi hoặc gàu khoan mởrộng đáy hố khoan cọc nhồi Trên một máy cơ sở ngời ta có thể lắp các loại gàu khoankhác nhau tuỳ theo đờng kính cọc đợc thiết kế và tuỳ theo công suất có thể của máy cơ sở,với máy cơ sở DH300-3, có thể lắp gàu khoan cọc với đờng kính tối đa 1.7m Các máy cơ

sở thờng đợc thiết kế, chế tạo bởi các công ty máy xây dựng nh SoilMc (Italy), các hãngHitachi, Sumitomo (Nhật Bản), Công ty Bauer (Đức), Benoto (Pháp), NIPPOP SHAYRO,LTD (Nhật Bản)

 kỹ thuật thi công mở rộng đáy cọc nhồi đợc chia thành ba giai đoạn phát triển nhsau:

- Giai đoạn 1: Thi công cọc bằng thủ công, mở rộng đáy bằng thủ công

- Giai đoạn 2: Thi công cọc bằng máy, mở rộng đáy bằng thủ công

- Giai đoạn 3: Thi công toàn bộc cọc và mở rộng đáy bằng máy

ở Hoa Kỳ và các nớc Châu Âu nh Anh, Nga, Đức thì thiết bị và phơng pháp thi côngcọc nhồi mở rộng đáy đợc thiết kế cho đất sét cứng hoặc đất hoàng thổ, rất khó ứng dụngtrong đất có nớc ngầm Phần đáymở rộng khi đào thủ công nên vấn đề an toàn rất quantrọng Nếu điều kiện đất đạt yêu cầu để đáy cọc tựa lên thì mở rộng đáy là một biện pháprất tốt và có nhiều u điểm

Tuy có lịch sử phát triển khá sớm nhng việc ứng dụng thiết bị khoan mở rộng đáy cọccòn dè dặt Nguyên nhân vì mở rộng đáy bằng máy chậm hơn và không áp dụng tốt đối

với đất cứng Dần dần cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo, thiết bị khoan mởrộng đáy cọc nhồi ngày càng hoàn thiện hơn.

1.2.2.1 Các thiết bị khoan mở rộng đáy cọc bằng phơng pháp khoan phản tuần hoàn

1 2

3 4

5

Hình 1.5 Nguyên lý làm việc của thiết bị khoan mở rộng đáy hố khoan bằng phơng pháp

khoan phản tuần hoàn

1 Dao cắt; 2 Thanh truyền; 3 Trục truyền chính;

4 Con trợt; 5 Đầu chống

Thiết bị mở rộng đáy từ trên xuống Khi khoan cọc thẳng các lỡi cắt 1 đợc thu về sát vớitrục truyền Khi khoan mở rộng đáy các xylanh thủy lực sẽ đẩy các con trợt 4 xuống dọctrục 3 và đẩy các lỡi cắt xuống

1.2.2.2 Các thiết bị khoan mở rộng đáy cọc bằng phơng pháp khoan gầu

Các gàu khoan có trang bị các lỡi cắt đất Các lỡi này đợc điều khiển mở ra hai bênbằng xilanh thuỷ lực, khí nén hoặc bằng trọng lợng

Đất cắt ra rơi vào trong gàu, khi gàu đầy đất, nó đợc nâng khỏi hố khoan, đất đợc đổ

đống hoặc cho vào phơng tiện vận chuyển

Phơng pháp khoan đất có rất nhiều u điểm xét về mặt kinh tế và môi trờng Phơngpháp này ngày càng đợc ứng dụng rộng rãi Theo tổng kết của giáo s YODEN, thì năm

1985 có 13 phơng pháp khoan cọc đợc ứng dụng ở Nhật Bản thì có đến 12 phơng pháp làphơng pháp khoan phản tuần hoàn và chỉ có 1 phơng pháp là phơng pháp khoan đất Nhngchỉ đến năm 1991 đã có 8 phơng pháp khoan đất với 21 thiết bị khoan khác nhau đợc ứng

dụng Sử dĩ chỉ trong thời gian ngắn mà phơng pháp khoan đất đã thay thế phơng phápkhoan tuần hoàn trên rất nhiều công trờng xây dựng (80%) vì những nguyên nhân sau:

- Giá thành rẻ hơn so với phơng pháp khoan phản tuần hoàn;

- Không đòi hỏi diện tích công trờng lớn vì không cần nhiều loại thiết bị;

- Xử lí đất đã đợc khoan xong dễ hơn;

- Khoan chính xác theo kích thớc thiết kế

Thiết bị khoan mở rộng đáy cọc bằng phơng pháp khoan đất có 2 dạng chính:

Dạng 1: Dùng trực tiếp lực đẩy dọc trục của cần Kelly của máy khoan cọc nhồi để

mở cánh khoan của thiết bị gàu khoan thông qua cơ cấu tay đòn giữa thân mũi khoan vàcánh khoan Khi khoan xong, rút cần Kelly lên thì cánh khoan tự đóng lại

Hình 1.6 Gầu khoan mở rộng đáy cọc khoan nhồi dạng 1

Dạng 2: Cơ cấu điều chỉnh góc mở của cánh khoan đợc điều khiển bằng xilanh thuỷ lực

thông qua hệ thống điều khiển điện tử với sensor giám sát góc mở của cánh khoan Dạngnày có kết cấu phức tạp do phải bố trí xilanh thuỷ lực và sensor trong gàu khoan

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của gàu khoan mở rộng đáy dạng 2

Hình 1.7 Gầu khoan mở rộng đáy cọc khoan nhồi dạng 2

Hình 1.8 Cấu tạo gầu khoan mở rộng đáy cọc khoan nhồi dạng 2

1.Xylanh thủy lực; 2.Bệ đẩy; 3.Tay đòn; 4.Cánh khoan cọc nhồi; 5.Hạn chế hành trình; 6.Đai ốc; 7.Bu lông điều chỉnh; 8.Răng khoan; 9.Sensor đo hành trình; 10.Dẫn hớng.

Thông qua hệ thống điều khiển, khi dầu thuỷ lực đẩy cần xilanh thuỷ lực 1 duỗi ra, bệ

đẩy 2 di chuyểnn xuống, kết quả là cánh khoan 4 mở ra nhờ tay đòn 3 Ta có thể điều

chỉnh đờng kính mở đáy (tức là điều chỉnh góc mở tối đa của cánh khoan) nhờ hạn vịhành trình 5, đai ốc khoá 6 và bulông điều chỉnh 7 Sensor hành trình 9 đo hành trình củaxilanh và gửi tín hiệu về hệ thống điều khiển Khi co cần xilanh lại thì cánh khoan sẽ

Trong quá trình thiết kế gàu khoan mở rộng đáy phải thoả mãn các yêu cầu thực tế nh:

Bảng 1.2: Thông số của một số gầu khoan dạng 2 do hãng Nippon Sharyo

(mm)

Chiều cao cánh gầu H6 2050 2190 2430 2380 2680 3160

ChiÒu cao tæng c¸nh gÇu

Hình 1.9 Các kích thớc cơ bản của gầu khoan mở rộng đáy

Một số đặc điểm của hai dạng gàu khoan chuyên dùng mở rộng đáy cọc nhồi:

Bảng 1.3: Đặc điểm của gàu khoan chuyên dùng mở rộng đáy cọc khoan nhồi dạng 1

và dạng 2

- Kết cấu đơn giản - Kết cấu phức tạp

- Lực mở cánh khoan nhỏ do lực đẩy của

- Chất lợng lỗ khoan mở đáy không ổn

định ở các địa chất khác nhau

- Chất lợng lỗ khoan mở đáy ổn định ở các

địa chất khác nhau

- Lỗ khoan không chắc chắn đảm bảo chất

lợng đúng yêu cầu thiết kế khi kết thúc

công việc khoan mở rộng đáy

- Đảm bảo chất lợng lỗ khoan đúng yêucầu thiết kế khi kết thúc công việc khoan

mở rộng đáy

Nh phân tích so sánh trên đây, có thể nói những hạn chế và nhợc điểm của dạng 1 thìlại chính là những u điểm của dạng 2 Nói cách khác, gàu khoan dạng 2 có một số u điểmnổi trội là: Góc mở cánh khoan đợc giám sát và hiển thị liên tục trong quá trình khoan, lực

mở cánh khoan lớn nhờ xilanh thuỷ lực; có thể điều chỉnh góc mở cánh khoan theo chơngtrình tự động hoặc bán tự động bằng tay- điều chỉnh mở nhanh hay chậm dễ dàng đáp ứng

ở các tầng địa chất khoan khác nhau Điều đặc biệt quan trọng là nhờ việc giám sát liêntục góc mở cánh khoan nên khi kết thúc công việc khoan mở đáy thì đồng nghĩa với việc

đảm bảo hố khoan mở đáy theo đúng yêu cầu thiết kế

Nền móng công trình đóng vai trò rất quan trọng và cũng chiếm tỷ trọng cao trong giáthành công trình Vì vậy, việc đảm bảo thi công theo đúng thiết kế kỹ thuật nền móng sẽgiúp cho việc đảm bảo tiến độ thi công của công trình và cũng giúp giảm thiểu phát sinhtrong việc xử lý nền móng Với phân tích trên đây thì gàu khoan chuyên dùng mở rộng

đáy cọc khoan nhồi nh dạng 2 rất có ý nghĩa trong việc đảm bảo tiến độ thi công và giảmthiểu chi phí phát sinh

1.2.3 Cần máy

Có 2 loại đó là cần dàn và cần hộp như hình bên dưới

- cần dàn

6 1

4

5 2

Hình 1.10 - máy thi công khoan cọc nhồi kiểu cần giàn

Ưu điểm

 Phơng pháp này thuận tiện cho việc lắp đặt, tháo lắp

 Cơ cấu cần nhẹ nhàng giúp cho việc thi công đơn giản

 Việc tăng chiều cao cần phức tạp

 Phức tạp khi di chuyển máy

- Cần hộp:

 Việc nâng hạ cơ cấu quay đẫn động cần kelly dễ dàng.

 Đễ dàng di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác

 Nhờ hệ thống xilanh thuỷ lực mà cần có thể đua ra phía trớc dễdàng khi đa lồng cốt thép vào hố khoan

 Cần có thể gập lại khi di chuyển

 Dễ dàng thay thế các thiết bị hỏng trên máy

 Có thể cải tạo các loại máy xúc thuỷ lực hoặc các loại cần trụcbánh xích có dẫn dộng thuỷ lực thành loại máy này

có 2 dạng đó là cần vuông và cần tròn gồm các ống lồng vào nhau, được gắn với gầukhoan, truyền chuyển động quay từ bàn quay cho gàu khoan và được nâng lên hạ xuốngbằng tời chính của cần máy Với máy khoan sử dụng DH300-3, cần kelly vuông gồm 3đoạn ống lồng vào nhau, cú thể khoan mở rộng đáy hố cọc nhồi ở độ sâu 45m.

1.2.6 Bàn quay

có tác dụng dẫn hướng và truyền momen xoắn để quay cần kelly trong quá trình làmviệc bàn quay được dẫn động bằng 2 mô tơ thủy lực với máy có công suất lớn và 1 mô tơthủy lực với máy có công suất nhỏ

1.2.7 Hệ kết nối trung tâm

Có chức năng chuyển đổi dòng thủy lực giữa phần quay và phần không quay

1.2.8 Tang cuốn tuy ô thủy lực và cáp điện

Dùng để truyền áp lực của dòng thủy lực xuống xylanh đúng mở cá nh gầu khoan trongquá trình làm việc Chúng đợc thiết kế quay cùng tốc độ với gầu khoan để dây tuy ô thủylực không bị xoắn, bộ phận tang cuốn giữ cho chiều dài dây tuy ô phù hợp với độ sâu làmviệc của gầu

1.2.9 Một số máy và thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy thờng sử dụng ở Việt Nam hiện nay

Hình 1.12: một số máy cơ sở thường dùng

Bảng 1.4: các thông số của một số máy cơ sở thông dụng

Thông số kỹ thuật TE4000-2 ED5500 ED6200H ED6500 PDH-90

Đờng kính tối đa (m)

2.03.158*(68)

3.04.162

3.04.171

2.53.1

45.5Momen xoắn lớn nhất

6.0

30/15 7.5t x 8m

10.7

20/1015t

13.4

33/18/104.9 x 14m

20**(30)

4.6~18.56t

114/15557.80.80

184/250

*83.51.10

147/200

*116.61.40

184/250

*931.37

Ghi chú: * trọng lợng khi vận hành không có gầu

Bảng 1.5: Chọn máy cơ sở ứng với mỗi gầu khoan mở rộng đáy khác nhau:

Gầu khoan

Đờng kínhthân cọc (d)(mm)

Đờng kính đáycọc mở rộng(D) (mm)

Máy cơ sởDH300-3 ED6500-

đổi

Lựa chọn phơng án thiết kế - Giới thiệu máy thiết kế - Nội dung đồ án tốt nghiệp.

Lựa chọn phơng án thiết kế

Theo đầu đề thiết kế, với kích thớc đáy cọc mở rộng:

d x D x h = 970 x 1600 x 2950 mmTheo công nghệ thi công đã giới thiệu nh trên, ta có phơng án thiết kế nh sau:

- Loại cọc: Cọc tựa mở rộng đáy

- Công nghệ thi công cọc nhồi: thi công cọc khoan nhồi không sử dụng ống váchdùng phơng pháp khoan gầu

- Công nghệ mở rộng đáy hố khoan cọc nhồi: mở rộng đáy hố bằng phơng phápkhoan đất, sử dụng gầu khoan dạng 2 dùng xylanh thủy lực

Theo Bảng 1.2 và theo kích thớc đáy cọc mở rộng, ta thiết kế thiết bị gầu khoan mởrộng đáy theo mẫu gầu khoan có sẵn BK 10 của hãng NIPPON SHARYO (Nhật Bản) cúcỏc thụng số như bảng 1.6 dưới đõy:

Bảng 1.7: Kích thớc gầu thiết kế:

Đờng kính nhỏ nhất của gầu (D1) (mm) 900

Đờng kính lớn nhất của gầu (D2) (mm) 1600

Chiều cao của bộ ổn định (H3) (mm) 620

Chiều cao toàn thân cánh (H6) (mm) 2050

Theo bảng 1.6, để phù hợp với dạng gầu khoan thiết kế và các thông số khoan khác(chiều sâu khoan ), ta chọn các thông số (động học, hình học, trọng lợng) của máy cơ sởDH300-3 cho máy thiết kế

ChiÒu réng di chuyÓn (E) 3300

B¸n kÝnh quay cña bµnquay (G)

Giíi thiÖu m¸y thiÕt kÕ.

1

2 45

3 Cáp nâng hạ cần khoan

4 Cáp neo

5 Cần dàn

8 Khung trớc

9 Tang cuốn dây tuy ô

10 Gầu khoan mở rộng đáy

Nội dung đồ án tốt nghiệp

- Giới thiệu công nghệ và thiết bị thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy

- Giới thiệu cỏc phương án thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy, phân tích và lựachọn phương án thiết bị thiết kế

- Giới thiệu máy thiết kế, nội dung đồ án tốt nghiệp

- Tính toán chung (xác định lực tác dụng, tính công suất,…)

- Tính toán cơ cấu nâng hạ cần chính, nâng hạ thiết bị khoan

- Tính toán thiết kế: cụm tang nâng hạ cần chính, nâng hạ thiết bị khoan

- Tính bền cần chính

Chơng 2: tính toán chung 2.1 Thông số cơ bản của máy thiết kế

Chọn các thống số cơ bản của máy thiết kế theo máy tơng tự sẵn có là máy DH300-3

và thiết bị gầu khoan mở rộng đáy có sẵn là BK10 của NIPPON SHARYO làm thông số

đầu vào để tính toán chung cho máy thiết kế

2.1.1 Máy cơ sở

Các đặc tính kỹ thuật của máy cơ sở DH 300-3

D D' A E

Chiều dài (A) 5690Chiều rộng (B) 2970Chiều cao (C) 3500Kích thớc 2 bánh xích (D) 3507

Chiều dài dải xích D’ 4380Chiều rộng phần di chuyển (E) 3300

Bề rộng dải xích (F) 760Bán kính quay của bàn quay (G) 3500

Khoảng cách gầm (H) 374 Động cơ

Thông số (mã lực/phút) 125/2000Tốc độ (m/phút)

Nâng 55

Hạ 55Hiệu suất

Khả năng leo dốc (s) 40

Tốc độ di chuyển (km/h) 1,6

Tốc độ quay (v/p) 3.6

2.1.2 Thiết bị gầu khoan BK - 10

Hình 2.1 - Các kích thớc cơ bản của gầu khoan mở rộng đáy

Bảng 2.1 - Kích thớc gầu BK - 10

Đờng kính nhỏ nhất của gầu (D1) (mm) 900

Đờng kính lớn nhất của gầu (D2) (mm) 1600

Chiều cao của bộ ổn định (H3) (mm) 620

Chiều cao toàn thân cánh (H6) (mm) 2050

2.1.3 Thiết bị cần Kelly

Dựa vào kích thớc chiều sâu hố khoan là 40m, ta chọn số đoạn cần Kelly gồm 3 đoan

2.2.Tính toán các lực tác dụng lên các cơ cấu

2.2.1 Tính toán thiết kế thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy

2.2.1.1 Mô hình tính toán

R

R D

r d

B

32

Hình 2.2 - Sơ đồ chuyển động của lỡi cắt

1 Trục truyền chuyển động từ máy cơ sở xuống lỡi cắt

2 Thanh truyền từ con trợt đến lỡi cắt

3 Lỡi cắt

OXYZ : hệ quy chiếu cố định

BX1Y1Z1 : hệ quy chiếu di động

l: chiều dài lỡi cắt

h: chiều cao đoạn đáy mở rộng

r,d: bán kính/đờng kính cọc thẳng

R,D: bán kính/đờng kính đáy cọc mở rộng

ω1: vận tốc góc của trục chính (rad/s)

ω2: vận tốc góc của lỡi cắt (rad/s)

2.2.1.2 Lập phơng trình chuyển động của một điểm bất kỳ trên lỡi cắt

Quan sát chuyển động của một điểm B bất kỳ nằm trên lỡi cắt theo hai hệ quy chiếuOXYZ (cố định) và BX1Y1Z1 (hệ quy chiếu động), với chiều các trục thể hiện nh trênhình 2.2 Với cách chọn nh trên thì chuyển động của điểm B quay quanh trục OZ của hệquy chiếu cố định sẽ là chuyển động theo ve , còn chuyển động của B quanh điểm A làchuyển động tơng đối và ký hiệu là vr Vận tốc tuyệt đối của điểm B đợc viết nh sau:

(2.1)Trong hệ trục tọa độ OXYZ, vận tốc của điểm B đợc viết:

(2.2)Trong đó:

2 0

Khi làm việc, thiết bị khoan sẽ đợc đa xuống đáy hố, trục truyền sẽ làm quay thiết bị,

đồng thời hai lỡi cắt đợc đẩy ra để cắt đất Đất cắt ra rơi xuống đáy thiết bị đồng thời làthùng chứa đất

Coi nh khối đất xung quanh ở trong t thế ổn định, không bị sụp, bỏ qua lực ma sát sinh rakhi khối đất xung quanh trợt dọc theo lỡi cắt

Lực cản cắt tổng tác dụng lên lỡi cắt FT sẽ nằm trong mặt phẳng đi qua B và vuông gócvới lỡi cắt Tại B phân tích FT thành 2 thành phần:

Lực cản cắt theo phơng tiếp tuyến F1 nằm trong mặt phẳng XBY

Lực cản cắt theo phơng pháp tuyến F2 nằm trong mặt phẳng XBZ

Và vuông góc với AB Lực F2 đợc chia thành 2 thành phần:

- F3:nằm dọc trục

- F4:nằm ngang

Trong mặt phẳng này ngoài F2 còn có các lực:

Scáp: lực căng cáp