Máy thi công chuyên dùng

Máy thi công chuyên dùng Giáo trình của trường ĐH Giao thông

LỜI NÓI ĐẦU

"Máy thi công chuyên dùng" là một trong những môn học chính thuộc chương trình

đào tạo kỹ sư các chuyên ngành Máy xây dựng và xếp dỡ, Cơ giới hóa xây dựng của Trường Đại học Giao thông Vận tải

Cuốn giáo trình này nhằm trang bị những kiến thức cơ bản về đặc điểm cấu tạo, hoạt động, phạm vi sử dụng và nguyên tắc tính toán thiết kế các máy chủ đạo thuộc ba lĩnh vực chuyên ngành được trình bày qua ba phần riêng biệt:

Phần I: Máy và thiết bị gia cố nền móng

− Nội dung từ chương 1 đến chương 8

Phần II: Máy và thiết bị thi công mặt đường ôtô

− Nội dung từ chương 9 đến chương 14

Phần III: Máy và thiết bị thi công đường sắt

− Nội dung từ chương 15 đến chương 22

Nội dung cuốn sách được biên soạn sát với đề cương giảng dạy môn Máy thi công chuyên dùng đã được Trường Đại học Giao thông Vận tải phê duyệt

Bên cạnh vai trò là giáo trình phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên, cuốn sách này còn là tài liệu tham khảo bổ ích cho các cán bộ kỹ thuật công tác trong ngành Xây dựng Giao thông, Xây dựng Công nghiệp và dân dụng

Mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên chắc chắn khó tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc

Nhân dịp này, tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Giao thông Vận tải, Nhà xuất bản GTVT, PGS.TS Nhà giáo ưu tú Vũ Thế Lộc và các bạn đồng nghiệp ở trong và ngoài Trường đã góp ý cho nội dung cuốn sách và giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để cuốn sách được ra mắt bạn đọc

Tác giả

PHẦN THỨ NHẤT

MÁY VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN MÓNG

CHƯƠNG 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

1.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA VIỆC GIA CỐ NỀN MÓNG

Hầu hết các công trình xây dựng nhân tạo đều truyền tải trọng bản thân và hoạt tải qua nền móng xuống đất Tùy theo tính chất công trình, tải trọng truyền xuống nền có thể lớn hay nhỏ dưới các trạng thái lực phân bố đa dạng khác nhau Nếu nền đất tự nhiên có thể thỏa mãn được các điều kiện chịu lực của công trình xây dựng trên nó theo các thông số đánh giá như tính kháng nén (lún), tính kháng cắt (trượt) v.v ứng với các điều kiện địa chất, thủy văn biến động khác nhau, thì đương nhiên, công việc gia cố nền sẽ không cần đặt ra

Tuy nhiên trong đa số trường hợp, nền công trình đều phải gia cố, một mặt, do tải trọng công trình trên nó truyền xuống bao giờ cũng lớn và càng ngày càng lớn, (qui mô công trình ngày càng lớn), mặt khác, nền đất mà trên đó là các công trình nhân tạo tập trung sầm uất nhất lại là vùng đồng bằng Ở nước ta có 2 vùng đồng bằng quan trọng nhất là đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long Cả hai vùng châu thổ này đều có nguồn gốc cơ bản là bồi tụ, thi thoảng mới có đồi (núi) trọc bị bào mòn từ nguồn gốc lục địa già; do đó, cơ bản 2 vùng đồng bằng kể trên là nền yếu

Tầng đất nền yếu cần gia cố này phổ biến có độ dày từ 2 đến 40m, cá biệt 200m với thành phần chủ đạo là á cát, á sét lẫn trầm tính hữu cơ gần như bão hòa nước Tiêu biểu địa chất vùng thủ đô Hà Nội có thể mô tả theo tài liệu khoan thăm dò sau (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Mặt cắt địa chất vùng Hà Nội

Độ sâu

(m) 0 → 3,3 → 20 23,5 → 29 → 32 → 33 → 40, 12 → 43 → 53,2 Loại đất Sét dẻo

mềm

Cát mịn Cát trung Sạn Sỏi bão hòa

Á cát

Á sét dẻo chảy

Cát pha Sét chảy

Cát pha Cát chảy

Cát pha Sét chảy

Cát mịn bão hòa

Sét dẻo

Cuội Sỏi Cát thô bão hòa

Như vậy, việc gia cố nền để tạo móng công trình là việc tất yếu Chi phí cho việc gia cố nền trong giá thành công trình chiếm một tỷ lệ đáng kể, thấp nhất cũng 15−30%, có khi lên đến 40 − 50% giá thành công trình

Ở đây có thể phát sinh khái niệm: nền yếu và nền tốt Nền yếu thì phải gia cố, nền tốt thì không; điều đó không phải lúc nào cũng đúng Trước hết thuật ngữ "nền yếu" cũng như "nền

tốt" có định tính hết sức tương đối, còn định lượng cũng thuộc phạm trù định nghĩa rằng ranh giới của chúng là:

− Khả năng chịu nén lún: P = 0,5 ÷ 1kg/cm2

− Mô đuyn tổng biến dạng: E = 50kg/cm2

Các trị số cao hơn ranh giới trên là nền tốt, bằng và nhỏ hơn là nền yếu [1]

Điều chúng ta muốn nói là, tất cả đều tùy thuộc vào tĩnh tải và hoạt tải của công trình nhân tạo truyền xuống nền Nếu nền yếu mà vẫn chịu đựng được thì không cần gia cố, ngược lại, nếu nền tốt mà vẫn không thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt ra thì vẫn cần gia cố Trong đa số trường hợp, độ ngậm nước của nền ở cả 3 trạng thái nói chung: hơi, lỏng, rắn là một yếu tố quyết định đến cơ tính của đất nền

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN MÓNG CHỦ YẾU

Ngày nay, các phương pháp gia cố nền móng khá phong phú và đa dạng ngoài các biện pháp kết cấu tầng dưới của công trình để chống lún, sụt đều và không đều như: móng bè, móng chân vịt khe lún, giằng tường, giằng móng v.v cũng như các biện pháp gián tiếp như đắp khối (tường) phản áp (đối trọng), tường chắn v.v còn dùng những biện pháp đặc hữu như gia nhiệt nền, trộn vôi, xi măng, điện − hóa, silicát hóa v.v trên mặt hoặc sâu trong nền

để cải thiện cơ tính của nền Trên thực tế các phương pháp gia cố nền sau đây được sử dụng rộng rãi hơn cả [1]

1.2.1 Phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất trên nền, gồm có:

a) Đệm cát − Khi lớp nền yếu có chiều sâu ≤ 3m bão hòa nước, ta có thể gạt bỏ lớp đất yếu dưới chân móng và thay thế bằng lớp cát Phương pháp này tỏ ra đơn giản và không đòi hỏi thiết bị thi công phức tạp nếu khối lượng công việc không lớn

b) Đệm đá sỏi − Cũng như với đệm cát, khi lớp đất yếu dưới móng có nước ngầm với áp lực hông cao, không đặt được đệm cát và dưới nó cũng là lớp đất v.v sức chịu truyền lực của đệm đá sỏi lớn hơn nhiều so với cát nên ta có thể coi nó như một bộ phận của móng

c) Đệm đất − Với các công trình xây dựng trên nền đắp và mức nước ngầm ở dưới sâu thì

dùng đệm đất (vật liệu rẻ hơn) Đương nhiên các vật liệu dùng làm đệm (cát, đá sỏi, đất) đều phải chọn lựa phù hợp yêu cầu kỹ thuật và đặc biệt phải được lèn chặt

1.2.2 Phương pháp tăng độ chặt của nền bằng biện pháp tiêu nước thẳng đứng

Để tiêu nước theo phương thẳng đứng, thường dùng các phương pháp sau:

a) Cọc cát, sỏi − Khi móng công trình lớn, lớp nền yếu có chiều dày ≥ 3m, ta có thể cải tạo bằng cọc cát, sỏi Cọc cát, sỏi làm cho độ ẩm, độ rỗng của nền giảm đi, cọc cát có tác dụng như là một giếng tiêu nước thẳng đứng, làm cho mô đuyn biến dạng, tính kháng nén, kháng cắt của nền tăng lên v.v và cọc làm việc đồng thời với nền, do đó tính chất chịu lực

của nền gia cố cọc cát, sỏi khác xa các loại cọc cứng như gỗ, bê tông, thép (cọc cứng chịu lực độc lập với nền)

Cọc cát, sỏi cho phép công trình đạt giới hạn ổn định (lún) gần như sau khi kết thúc thi công Ưu việt của cọc cát, sỏi còn thể hiện ở hiệu quả kinh tế cao: kinh phí xây dựng có thể giảm 40% so với dùng cọc bê tông; giảm 20% so với dùng đệm cát ngoài ra, cọc cát, sỏi còn

có tính bền vĩnh cửu, hoàn toàn không bị ăn mòn do xâm thực , thiết bị thi công đơn giản và phổ thông

b) 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, làm cho cơ tính của đất nền được nâng cao do tăng cường tốc độ cố kết của của nó, kết quả là sự chịu tải của đất nền được cải thiện

Bấc thấm có những ưu việt nổi bật:

− Diện nền cải tạo lớn

− Độ sâu tầng đất cải tạo lớn, có thể đạt 25 − 30m

− Vật liệu (bấc thấm) chế tạo sẵn, gọn nhẹ

− Công nghệ thi công giản đơn, năng suất cao

− Hiệu quả kinh tế cao

Chính vì những ưu việt vừa nêu nên thời gian gần đây, biện pháp này được sử dụng rộng rãi trong việc cải tạo và nâng cấp quốc lộ 1, quốc lộ 5 v.v

1.2.3 Phương pháp gia cố nền bằng cọc cứng

Móng cọc là một kết cấu quen thuộc trong xây dựng, làm nhiệm vụ truyền tải công trình xuống sâu trong nền đất có lớp (tầng) 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 công nghiệp hóa chế tạo cọc và thiết bị thi công

Cọc và thiết bị đóng (hạ, đúc tại chỗ) rất đa dạng: cọc tre, gỗ, bê tông đặc, ống rỗng, thép, ván thép cọc nhồi các kiểu, trụ thẳng, nở hông (Franki), nở đáy cọc xoắn

Tuy nhiên không phải lúc nào gia cố nền bằng cọc cứng cũng có hiệu quả tốt nếu nền phía trên tốt mà ở dưới mũi cọc lại xấu; trường hợp đó phải dùng biện pháp khác

Nói chung, các loại cọc đều chịu tải của công trình xuống dưới nền theo hai dạng: cọc chống − chịu tải cơ bản ở mũi cọc, cọc treo − chịu tải cơ bản theo ma sát hông ở thân cọc Trường hợp cọc chịu tải hỗn hợp cả chống và treo đều phát huy tác dụng đương nhiên là rất tốt

1.3 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ THI CÔNG CỌC CỨNG

1.3.1 Sơ đồ phân loại

H.1.1 Sơ đồ phân loại thiết bị thi công cọc cứng

1.3.2 Đặc điểm sử dụng của loại búa đóng cọc

Chi phí đầu tư máy cao Việc sửa chữa khó khăn

Trọng lượng hiệu dụng nhỏ:

β = Gbúa

∑Gmáy 100% = 20% Cần có thiết bị trung gian cồng kềnh (máy nén, nồi hơi) dễ hỏng ống dẫn hơi,

độ an toàn thấp

Búa nổ Dùng đóng cọc gỗ, thép, bê Trọng lượng tổng các thiết Tốn 50−60% công suất để

Bảng 1.2

ĐÚC CỌC TẠI CHỖ

(diezel)

BÚA CHẤN ĐỘNG

Song động

Đơn động

Song động

Cột dẫn

Ống dẫn

Nối cứng

Nối mềm

Xung kích

BÚA THỦY LỰC

Máy

ép tĩnh thủy lực

Loại búa Phạm vi sử dụng Ưu điểm Nhược điểm

nén không khí trong xi lanh Cần có nhiên liệu dầu diezel Năng suất thấp hơn búa hơi Ns = 50 + 80 nhát/phút

Búa rung

động

Dùng đóng các loại cọc,

ván cừ với khối lượng lớn,

hiệu quả cao ở đất rời, cát,

cát pha và đất bão hòa

Cần phải có nguồn điện

Chú ý: Chọn búa phải dựa trên cơ sở:

− Phạm vi sử dụng của búa, ưu nhược điểm và điều kiện trang thiết bị

− Đặc điểm địa hình thi công, khối lượng và loại cọc

− Đặc điểm địa chất của nền

Phương tiện đóng cọc phổ biến là búa hơi (hơi nước, hơi ép) và búa diezel

Lực xung kích tác dụng lên đầu cọc là tác nhân cơ bản để hạ cọc Người ta chỉ có thể đóng cọc khi tương quan giữa búa và cọc gồm năng lượng xung kích của búa, trọng lượng búa, trọng lượng cọc và độ chối của cọc thỏa mãn các điều kiện sau:

a) Năng lượng xung kích W của búa (kgm)

W ≥ 25 [R]tt

Ở đây: [R]tt− Sức chịu tải tính toán của cọc (T)

Theo Welliton, [R]tt≤ [Rc]

7 , trong đó [Rc] − sức chịu tải giới hạn cho phép của cọc

b) Về hệ số hiệu dụng của búa:

KB = Q + qW

Trong đó: Q, q − Trọng lượng búa và cọc,

W = Q.V

2g − năng lượng xung kích

với: V − Tốc độ rơi búa (m/sec)

g − Gia tốc trọng trường (m/sec2

)

Hệ số hiệu dụng KB có những trị số giới hạn theo bảng 1.3

Bảng 1.3 Hệ số hiệu dụng K B

Cọc

Búa hơi song động, Diezel ống

Búa hơi đơn động, Diezel cột

Nếu KB lớn hơn trị số vừa nêu, có nghĩa là búa quá nặng so với cọc và ngược lại

Búa rung tác động nhờ lực ly tâm tạo ra bằng khối lệch tâm quay Lực ly tâm ở đây còn được gọi là lực kích động P tính theo biểu thức quen biết

g Trong đó: M − Mô men lệch tâm

ω − Tốc độ góc

g − Gia tốc trọng trường

Chọn búa chấn động để hạ cọc cần thỏa mãn các điều kiện sau:

− Lực kích động phải đủ thắng lực cản của nền

− Biên độ rung động của búa cần lớn hơn biên độ rung động của cọc

− Tổng trọng lượng tĩnh của hệ búa và cọc cần lớn hơn lực cản của nền xuất hiện dưới mũi cọc

Các điều kiện nêu trên được khai triển chi tiết tiếp theo ở phần chuyên mục về búa rung

1.4.3 Đúc cọc tại chỗ bằng khoan nhồi

Khoan nhồi các kiểu có mục đích tạo cọc (đúc cọc) tại chỗ Công nghệ khoan nhồi gồm 2 bước cơ bản: tạo lỗ khoan bằng máy khoan chuyên dụng và đúc cọc bê tông sau khi tạo lỗ Công nghệ khoan nhồi (cọc) ra đời từ năm 1950 và ngày càng phát triển mạnh mẽ Nó cho phép tạo ra các móng cọc chịu lực rất lớn xây dựng các công trình cầu, các tòa nhà cao tầng, các công trình thủy lợi và thủy điện

Để tạo ra lỗ khoan, người ta áp dụng các loại hình công nghệ:

− Công nghệ đúc khô

− Công nghệ dùng ống vách

− Công nghệ dùng dung dịch khoan

Việc áp dụng loại hình công nghệ nào cho hợp lý là rất quan trọng, nó phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm địa chất, thiết bị khoan và trình độ vận hành thiết bị

Thiết bị (khoan) tạo lỗ có nhiều dạng khác nhau, nhưng đều bao gồm: máy cơ sở có bộ di chuyển bánh xích (là chủ yếu), bộ công tác tạo lỗ kiểu gầu khoan − kiểu vít xoắn hoặc kiểu gầu đào , và các thiết bị phụ trợ phù hợp với công nghệ tạo lỗ

Việc đúc cọc bê tông được tiến hành sau khi làm sạch lỗ khoan và đặt cốt thép Cọc đúc xong phải tiến hành kiểm tra chất lượng nhờ các thiết bị kiểm tra hiện đại

Thi công cọc khoan nhồi bằng máy khoan ED.4000 với bộ gầu khoan xoay đường kính 1,5m.

2.1.1 Công dụng: Búa diezel dùng để đóng các cọc bê tông cốt thép, ống thép, cọc gỗ

và thường chỉ đóng trên nền thông thường (không phải nền yếu hoặc nền cứng) Búa loại này dùng dầu diezel và hoạt động như một động cơ diezel, gây ồn lớn và chấn động mạnh nên chỉ thích hợp với việc xây dựng các công trình xa nơi dân cư, xa các công trình xây dựng đã có Riêng các loại búa nhỏ có thể đóng cọc tre, cọc gỗ để kè bờ

Ở đây, thuật ngữ "búa điezel" được hiểu là cỗ máy đóng cọc sử dụng quả búa dùng dầu diezel; ngoài quả búa ra còn có giá búa, khung sàn với các thiết bị cần thiết hoặc máy cơ sở là máy kéo, cần trục, máy xúc bánh xích Khi phân loại búa diezel thường phân loại theo quả búa, còn giá búa xét riêng

2.1.2 Phân loại búa diezel

− Theo nguyên tắc cấu tạo quả búa, có:

búa diezel cột dẫn (xi lanh rơi) búa diezel ống dẫn (pittông rơi)

− Theo trọng lượng quả búa Q:

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật búa diezel cột dẫn do Liên Xô (cũ) chế tạo

Mác hiệu máy Thông số chính SP44

(S−1010)

SP60 (DM−240) S−263

SP−6 (S−330) Trọng lượng quả búa (kg) 190 240 1800 2500

Mác hiệu máy Thông số chính SP44

(S−1010)

SP60 (DM−240) S−263

SP−6 (S−330)

− Tổng trọng lượng (kg) 340 350 3650 4200

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật búa diezel ống dẫn (Liên Xô cũ chế tạo)

Làm mát bằng không khí Làm mát bằng nước Thông số chính

S858 S859 S949 S954 S996 S1047 S1048 SP54 Trọng lượng quả búa

(kg) 1250 1800 2500 3500 1800 2500 3500 5000 Năng lượng đập khi rơi

3m (kg.M) 3300 4800 6700 9400 5400 7500 10.500 13000 Đường kính xi lanh

Hành trình pittông quá

trình nén (mm) 335 370 372 376 370 370 376 − Dung tích xi lanh (lít) 23,6 35,6 46,5 59 35,6 46,5 59 −

Cự li sống trượt (mm) 360 360 360/625 625 365 625 625 625

Số lần va đập/phút 44−55 44−55 44−55 44−55 44−55 44−55 44−55 44−55 Tổng trọng lượng (kg) 2500 3500 5800 7300 3650 5600 7650 11600

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật búa diezel ống dẫn do Nhật chế tạo

Trọng lượng, tấn Kích thước giới hạn quả búa Hãng

sản xuất Mã hiệu Búa Toàn bộ Cao (m) Rộng (m) Dài (m)

2.2 CẤU TẠO QUẢ BÚA KIỂU CỘT DẪN VÀ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG

2.2.1 Cấu tạo chung

Hình 2.1 Búa diezel kiểu cột dẫn SP.6

2.2.2 Quá trình hoạt động

Xy lanh 2 được tời nâng búa nâng lên qua rùa 4 bằng móc 15 móc vào chốt 14 Đến hết hành trình trên móc 15 được nhả ra, xylanh 2 rơi tự do theo cột dẫn hướng 3 chụp vào piston

18 cố định trên bệ 1 tạo thành buồng kín trong chứa không khí bị nén Ở cuối hành trình rơi,

do tác động của đầu 16, bơm nhiên liệu 11 hoạt động phun nhiên liệu với áp lực lớn vào buồng kín, ở đây nhiên liệu gặp không khí nén có nhiệt độ cao tự bốc cháy đẩy xylanh lên và tạo thêm xung lực nhấn cọc xuống nền qua piston Khi xylanh lên hết hành trình, nó lại rơi xuống do tự trọng và chu kỳ mới bắt đầu Cứ như vậy quả búa hoạt động đến khi ngừng cấp nhiên liệu, hành trình của xylanh được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh lượng nhiên liệu qua tay đòn 8

Hình 2.1 Búa diezel kiểu cột dẫn SP.6

1 Thân đế búa có khoang chứa dầu; 2 Xi lanh quả búa; 3 Cột dẫn; 4 Rùa nâng quả búa;

5 Khung giằng ngang; 6 Cần khởi động búa; 7 Cần bơm nhiên liệu; 8 Tay đòn.; 9 Vòi phun nhiên liệu.;10 Ống dẫn dầu; 11 Bộ bơm nhiên liệu; 12 Chụp mũ đầu cọc; 13 Đế va đập; 14 Chốt ngang;

15 Móc.; 16 Đầu tác động cần bơm; 17 Lò so giữ móc; 18 Pít tông cố định

Khi muốn dừng hoạt động của búa, chỉ cần kéo dây mềm có 1 đầu buộc vào lỗ cuối tay đòn 8, lúc này đầu 16 không còn tác dụng vào cần 7, bơm 11 không bơm dầu nữa, quả búa sẽ dừng hoạt động

2.3 CẤU TẠO QUẢ BÚA KIỂU ỐNG DẪN VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC

2.3.1 Cấu tạo chung quả búa

Quả búa diezel kiểu ống dẫn có 2 loại:

− Loại thông thường có tần số nổ 45−55 lần/phút

− Loại có tần số nổ cao 60−100 lần/phút

2.3.1.1 Cấu tạo của búa diezel ống dẫn thông thường

Hình 2.2: Cấu tạo búa đóng cọc diezel kiểu ống dẫn thông thường

1 Thớt búa (cối dưới); 2 Khoang chứa nước làm mát; 3 Bơm nhiên liệu; 4 Tay đòn dẫn động bơm; 5 Xi lanh dưới; 6 Pittông búa 7 Hộc chứa dầu bôi trơn; 8 Nắp có rãnh dẫn dầu; 9 Xi lanh dẫn hướng (trên);10

Cữ chặn trên; 11 Nắp bên; 12 Tay treo (lẫy) nâng quả búa; 13 Cữ dưới; 14 Giá kẹp trượt búa; 15 Nắp trên;

16 Bu lông chặn; 17 Chốt định vị cột; 18 Thanh nối; 19 Nút xả; 20 Vịt dầu (lỗ tra dầu);21 Thiết bị điều chỉnh cấp nhiên liệu; 22 Ống xả khói; 23 Nắp ống xả; 24 Ống mềm dẫn dầu; 25 Khoang chứa dầu; 26 Cửa nạp dầu

2.3.1.2 Cấu tạo quả búa diezel loại ống dẫn tần số nổ cao

Để nâng cao hiệu quả làm việc của quả búa bằng cách tăng tần số nổ mà vẫn giữ nguyên năng lượng xung kích người ta chế tạo quả búa diezen loại ống dẫn tần số nổ cao (hình 2.3)

Về nguyên lý cấu tạo, quả búa này cũng giống như các quả búa diezel loại ống dẫn thông thường khác Điểm khác biệt ở đây là phần xylanh trên được sử dụng và cấu tạo với hai mục đích: dẫn hướng cho piston (như các quả búa thông thường) và giảm chấn khí nén (buồng 16

− hình 2.3) Nhờ có giảm chấn này mà chu kỳ làm việc giảm do giảm hành trình nhưng tăng tốc độ rơi của pítông 12 Điển hình cho loại quả búa này là loại có ký hiệu URB2500 (Liên

Xô cũ) và B45 của hãng BSP (Anh)

Hình 2.3 Quả búa diezel loại ống dẫn tần số nổ cao

1 Đầu búa; 2,5 Giảm chấn; 3 Đệm; 4 Bulông giữ đầu búa; 6 Vòng đệm; 7 Xylanh;

8 Vòng găng đầu búa; 9 Nút khử áp; 10 Vòng găng piston; 11 Bơm nhiên liệu; 12 Piston;

13 Vòng găng piston trên; 14 Két nhiên liệu; 15 Ống dẫn hướng; 16 Giảm chấn khí;

17 Đầu trên piston; 18 Guốc trượt; 19 Khung nâng.

2.3.2 Nguyên lý làm việc của quả búa diezel ống dẫn

Hình 2.4: Sơ đồ làm việc của búa

diezel kiểu ống dẫn

1 Quả pittông; 2 Khoang chứa dầu; 3

Thớt búa (cối dưới); 4 Ống nạp khí − xả

khói; 5 Xi lanh; 6 Bơm dầu nhiên liệu; 7

Tay đòn bơm; 8 Cơ cấu móc kéo nâng quả

búa (con rùa)

I Quả búa đi lên (nạp khí);

II Quả búa rơi xuống và phun dầu;

III Nén kích nổ − va chạm;

IV Nổ − đẩy búa đi lên − xả.

2.3.3 Cấu tạo một số bộ phận của búa

Xét 2 bộ phận là đoạn xi lanh làm việc và bơm nhiên liệu

2.3.3.1 Đoạn xi lanh làm việc (hình 2.5)

Hình 2.5: Đoạn xi lanh làm việc của búa

diezel kiểu ống dẫn

1, 7 Vòng và vành bảo hiểm; 2 Lỗ kiểm tra;

3 Gugiông cấy; 4 Ống xả; 5 Tấm nẹp dọc;

6 Lỗ lắp với bộ bơm nhiên liệu; 8 Gân tăng cường; 9

Lỗ tra dầu; 10 Đai; 11 Nút dầu;

12 Ụ dẫn hướng (kẹp vào giá búa); 13 Ống dẫn dầu;

14 Bầu lọc dầu; 15 Thùng chứa nhiên liệu; 16 Nút cửa nạp nhiên liệu; 17 Lỗ kiểm tra dầu; 18 Đòn tựa quay tay đòn bộ móc treo quả búa.

2.3.3.2 Bơm nhiên liệu

Hình 2.6 Bơm nhiên liệu

1 Tay đòn; 2 Piston; 3 Ống bao; 4 Thân bơm; 5 Bộ điều chỉnh lượng nhiên liệu; 6 Lò so;

7.Van một chiều; 8 Lò so van một chiều; 9 Van một chiều; 10 Đầu nối với két nhiên liệu;

11 Đường dẫn nhiên liệu phun vào buồng cháy.

Bơm nhiên liệu là cụm chi tiết quan trọng của quả búa, nó có nhiệm vụ phun dầu diezel từ khoang chứa dầu vào buồng đốt đúng thời điểm theo chu trình làm việc của búa Bơm này có cấu tạo theo kiểu bơm pittông áp lực thấp Khi pittông của quả búa di chuyển

từ trên xuống dưới sẽ tác động vào tay đòn 1, qua đó pittông 2 của bơm dịch chuyển xuống dưới và tạo áp lực trong buồng chứa nhiên liệu A, do đó van một chiều 9 được đóng lại không cho nhiên liệu chảy qua ống mềm (nối với đầu nối 10) chảy vào buồng A Lúc này van một chiều 7 được mở ra dưới áp lực dầu trongkhoang A đẩy nhiên liệu từ buồng A vào buồng đốt trong xi lanh quả búa theo đường dẫn 11

Ở hành trình ngược lại, khi pittông quả búa thôi tác động vào cần 1, lò so 6 đẩy pittông đi lên tạo áp lực thấp trong buồng A, van 7 đóng, van 9 mở để nhiên liệu chảy vào Để điều chỉnh lượng nhiên liệu dùng tay đòn 5 Khi tay đòn 5 quay theo chiều G thì lượng nhiên liệu vào buồng A giảm đi, và ngược lại

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ CHÁY ĐẾN QUÁ TRÌNH HẠ CỌC

Ta đã biết rằng: trong quá trình búa diezel đóng cọc luôn có 2 thành phần lực tác dụng lên đầu cọc làm cọc chìm xuống nền, đó là:

− Lực va đập của quả búa qua đế búa xuống cọc

− Lực do khí cháy sinh ra truyền xuống cọc

Sau đây ta xét ảnh hưởng của khí cháy đến quá trình hạ cọc

Xét trong 1 chu kỳ làm việc của búa: khi quả búa đi xuống tới vị trí che kín cửa xả thì quá trình nén bắt đầu được thể hiện bằng điểm a trên đồ thị p (t)

Hình 2.7: Ảnh hưởng của

khí cháy đến quá trình hạ cọc

1 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp lực khí cháy P trong buồng đốt búa diezel ống dẫn

− theo thời gian t

2 Đồ thị biểu diễn độ chìm của cọc vào nền tương ứng với quá trình nén cọc do khí cháy

Áp lực khí nén trong buồng đốt quả búa tăng dần từ a đến c và t1, tạo ra một lực F tác dụng lên đầu cọc, ví dụ ở điểm c, ta có: Fc = Pc A, với A là tiết diện ngang của quả búa, Pc−

áp lực khí cháy tại thời điểm c

Dưới tác dụng của lực khí cháy cọc chìm sâu vào nền và tăng đến giá trị lớn nhất Hp khi khí cháy đạt áp lực lớn nhất Pz ứng với điểm z trên đồ thị Mặt khác dưới tác dụng đàn hồi của nền, cọc sẽ bị đẩy lên một đoạn Hn, do đó chiều sâu dìm cọc chỉ còn là H1:

1 n

x P

1 n

x 1

2

τ

p

Kết quả nghiên cứu cho thấy áp lực khí cháy tác dụng dìm cọc thực sự xuất hiện ở cuối quá trình nén Khi hỗn hợp bị đốt cháy, áp suất trong buồng đốt tăng vọt và giai đoạn cháy mãnh liệt nhất xảy ra trong khoảng thời gian τ = t2− t1, khí cháy đạt áp lực Pz = (10 − 13) MPa tác dụng làm cọc chìm xuống nền Thường ở giai đoạn đầu cọc chìm tới 20 cm/1 lần búa rơi xuống, sau đó giảm dần độ sâu, vì càng về cuối lực cản cọc của nền càng tăng

Với búa diezel, nhiên liệu sẽ tự bốc cháy với nhiệt độ tự phát sinh khoảng 700oK ở áp suất (3−4) MPa Muốn vậy thì cọc phải có "độ chối" cần thiết để có tỷ số nén yêu cầu, thể hiện qua lực cản đầu cọc R Lực cản R phải thỏa mãn điều kiện: R ≥ [(3 ÷4) MPa] A

Nếu R < [(3 ÷ 4) MPa] A thì cọc sẽ tụt nhanh hơn, búa giảm dần độ nảy, làm cho độ nén giảm dưới mức cần thiết, nhiệt phát sinh không đủ và kết quả là quá trình cháy không xảy

ra

2.5 ẢNH HƯỞNG ĐỒNG THỜI CỦA ÁP LỰC KHÍ CHÁY VÀ LỰC XUNG KÍCH ĐẾN QUÁ TRÌNH HẠ CỌC CỦA BÚA DIEZEL

Quá trình đóng cọc của búa diezel khi xét đến ảnh hưởng đồng thời của áp lực khí cháy

và lực xung kích là quá trình phức tạp, nó phản ảnh sát thực bản chất làm việc của búa diezel

Có thể mô tả quá trình này trên 2 đồ thị kết hợp P(t) và H(t) dưới đây:

Hình 2.8: Ảnh hưởng đồng thời của áp lực

khí cháy và lực xung kích đến quá trình hạ cọc

1 Đường biểu diễn áp lực do khí cháy sinh ra tác dụng làm chìm cọc

2 Đường biểu diễn độ chìm cọc vào nền ở đầu quá trình đóng cọc ứng với lực cản đầu cọc R1

3 Đường biểu diễn độ chìm cọc vào nền khi lực cản đầu cọc đạt trị số R2 > R1.

t'đ và t"đ là thời gian tác dụng của lực xung kích lên đầu cọc ứng với R1 và R2

τ − thời gian tác dụng do quá trình cháy sinh ra

H1− độ sụt của cọc ở giai đoạn đầu đóng cọc

H'1− độ sụt của cọc ở giai đoạn cuối khi có R2 > R1

n1,2,3,4− Các điểm ứng với quá trình sụt cọc do tác dụng của lực xung kích, độ đàn hồi của nền, do áp lực khí cháy và phản lực (độ chối) của nền

b

32

2

4 3 1

3 2

1 1

t"

t'd

d

Công sinh ra trong quá trình đóng cọc ở giai đoạn ứng với t'đ, t"đ, τ là rất lớn, nhờ đó cọc chìm sâu vào nền với độ sâu lớn H1

Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian tác dụng của lực xung kích lớn hơn thời gian cháy

nổ thực sự của hỗn hợp cháy, từ đó: công do lực xung kích gây ra lớn hơn công do áp lực khí cháy sinh ra Các tính toán cho thấy: công do lực xung kích (ở giai đoạn đầu) chiếm tới 92%, còn công của áp lực cháy sinh ra chỉ có 8%

Khi tiếp tục đóng cọc thì lực cản đầu cọc tăng lên từ R1 đến R2 với R2 > R1, làm cho độ sụt của cọc vào nền giảm đi − cũng tức là "độ chối" đóng cọc tăng lên − hệ quả là thời gian tác dụng của lực xung kích giảm đi từ t'đ chỉ còn t"đ (t"đ < t'đ) Ứng với t"đ thì thời gian tác dụng của lực xung kích sẽ không đồng thời với thời gian tác dụng τ của áp lực khí cháy nữa

và vì t"đ < τ nên đồ thị biến thiên quá trình hạ cọc vào nền sẽ đi theo đường (3), cụ thể là:

− Đầu tiên cọc được hạ xuống nền do lực xung kích tác dụng − xuống đến điểm n1

− Do đàn hồi của nền mà cọc bị đẩy lên đến điểm n2

− Áp lực khí cháy lại đẩy cọc xuống điểm n3

− Phản lực của nền đẩy cọc lên đến điểm n4

Sau đó cọc sẽ dao động quanh n4 và ở độ sâu H3

Ở giai đoạn đầu quá trình đóng cọc: thời gian tác dụng của lực va đập:

t'đ = (3 − 4) 10−2 (s), còn ở cuối quá trình đóng cọc: t"

đ = (2 − 3).10−3 (s), như vậy t"

đ << t'đ

Thời gian tác dụng của lực do hỗn hợp cháy sinh ra

τ ≈ (8 − 10).10−3 (s)

2.6 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÚA DIEZEL

1 Búa diezel có 3 thông số cơ bản sau:

− Trọng lượng toàn bộ quả búa: Q

− Năng lượng va đập của quả búa: W

− Tốc độ chuyển động của quả búa: v

Để đóng cọc có hiệu quả, các thông số trên cần thỏa mãn 3 điều kiện:

− Điều kiện 1: GW

c = 0,5 − 0,7

− Điều kiện 2: 0,5 < GQ

c < 3,0

− Điều kiện 3: vmax < 6 (m/s)

Các kết quả nghiên cứu cho thấy: khi thoả mãn 3 điều kiện trên thì hiệu quả đóng cọc sẽ lớn nhất và không xảy ra trường hợp vỡ đầu cọc

Trọng lượng thích hợp của búa được xác định

Q = KE − (Gc + Gt) Trong đó:

K − hệ số sử dụng năng lượng của mỗi nhát búa (bảng 2.4)

Q − Trọng lượng toàn bộ của búa (kg);

Gc− Trọng lượng cọc (kg);

Gt− Trọng lượng phụ kiện treo, buộc, kẹp, giữ (kg);

E − Năng lượng mỗi nhát búa

E = Kn Kb Qbúa Hef≥ 25P

Ở đây: Kn− hệ số nghiêng giá búa phụ thuộc góc nghiêng so với

phương đứng; (bảng 2.5)

Kb− hệ số chỉ sự hữu ích của trọng lượng búa tham gia đóng cọc (Qbúa);

Qbúa− trọng lượng pittông búa;

Hef− chiều cao rơi búa, m;

P − tải trọng cho phép của cọc, (T)

Hệ số K Loại búa Cọc bê

Thực nghiệm cho thấy:

− Với cọc bê tông cốt thép đóng vào nền có độ dính lớn như đất sét thì hiệu quả đóng cọc

− Đường kính quả búa: D

− Thể tích buồng cháy của búa: Vc

− Thể tích công tác của búa: Vh

− Năng lượng có ích của búa: We = Pe.Vh

2.7 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CHO PHÉP CỦA CỌC

Dưới tác dụng của búa diezel, sau mỗi chu kỳ va đập của búa, cọc sẽ sụt sâu vào nền một đoạn S và cọc chịu một tải trọng Rc được tính theo công thức kinh nghiệm Benaberq sau:

Trong đó:

W − là tổng năng lượng va đập của búa và năng lượng của khí cháy sinh ra tác dụng lên đầu cọc

S − (cm) − độ sụt của cọc vào nền sau 1 chu kỳ

Điều kiện làm việc của cọc: Rc≤ [Rc]

Nếu Rc > [Rc] thì cọc sẽ bị vỡ khi chịu tải

+ W2− là năng lượng do áp lực khí cháy sinh ra tác dụng lên đầu cọc và được tính theo

công thức:

z c c

∫τ τ

Với: Fc = Pc A, Pc− áp lực khí cháy;

A − tiết diện của pittông;

(τz− τc) − khoảng thời gian bùng cháy của nhiên liệu

Hình 2.10 Quả búa diezel ống dẫn K35 của hãng Kobe

a) Lắp quả búa vào giá búa dạng dàn bằng hai cặp bộ kẹp giá trượt

b) Quả búa sau khi lắp lên đầu cọc bê tông cốt thép

CHƯƠNG 3

GIÁ BÚA ĐÓNG CỌC

3.1 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI

− Dùng để treo khởi động búa và là giá trượt cho quả búa

− Giá lên xuống của thang nâng (nếu có) để kiểm tra búa, đưa cọc vào đế búa, tiếp nhiên liệu cho búa

Giá búa chuyên dùng còn là bộ khung để lắp các bộ máy tời, cabin điều khiển và các thiết

bị khác

3.1.2 Phân loại

Tùy theo đặc điểm cấu tạo và chức năng làm việc có thể phân loại giá búa như sau:

a) Theo chức năng làm việc, chia thành

− Giá búa chuyên dùng: chỉ chuyên để thực hiện đóng cọc (hình 3.3)

− Giá búa không chuyên dùng: là loại giá búa lắp trên máy cơ sở của các máy khác, ví dụ: máy ủi, cần trục, máy đào truyền động cáp (hình 3.2)

b) Theo khả năng tự dịch chuyển của dàn búa (trong phạm vi làm việc)

− Giá búa tự hành: di chuyển trên ray và trên bánh xích hoặc kiểu bước

− Giá búa không tự hành

c) Theo địa hình làm việc, chia thành

− Giá búa đóng cọc trên bờ: di chuyển trên ray, trên bánh xích hoặc giá trượt

− Giá búa đóng cọc trên mặt nước đặt trên phao

Thực chất giá búa đóng cọc trên mặt nước chỉ là giá búa đóng cọc trên bờ nhưng được đặt trên một hệ phao nổi để thi công các công trình trên mặt sông, cảng biển, ngoài khơi

d) Theo khả năng quay của giá búa chia thành

− Giá búa không quay được: thường là giá búa chuyên dùng đơn giản hoặc là giá búa đặt trên máy kéo

− Giá búa quay được; là giá búa chuyên dùng loại phức tạp di chuyển trên ray hoặc di chuyển kiểu bước; là giá búa không chuyên dùng lắp trên máy đào hoặc cần trục bánh xích Loại này có khả năng làm việc tốt và hiệu quả công việc cao

3.2 CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ GIÁ BÚA KHÔNG CHUYÊN DÙNG

3.2.1 Giá búa trên cơ sở cần trục hoặc máy xúc bánh xích do Liên Xô (cũ) chế tạo

Hình 3.1 Giá búa trên cở cần trục DEK − 251

1 Xà đỉnh; 2 Tháp; 3 Quả búa; 4 Thanh chống xiên; 5 XLTL nghiêng tháp; 6 Máy cơ sở DEK−251; 7 Cổ ngỗng; 8 Thanh dỡ ngang; 9 Chân chống phụ; 10 Tang dẫn hướng cáp.

Bảng 3.1 Một số giá búa ghép trên máy xúc một gầu và cần trục bánh xích

Máy cơ sở E652B E−10011 E−1252 E−1254 DEK−251

max cäc

Trọng lượng búa Gmaxbóa tấn 4,5 5 4,6 6 7,65 Góc nghiêng giá máy, về phía trước 1 : 10 1 : 8 1 : 6

Hình 3.2 Giá búa ghép trên cần trục xích

a) Do Trung Quốc chế tạo; b) Do Liên Xô (cũ) chế tạo;

1 Cáp nâng; 2 Cần của cần trục; 3 Tháp; 4 Cần trục; 5 Thanh giữ; 6 Quả búa.

Quả búa dùng trên giá búa D12, D18, D25 D12, D18, D25 D25, D25/32, D40

Chiều dài cọc lớn nhất (m) 15 15 18

Khối lượng cọc lớn nhất (T) 7 7 10

Góc nghiêng đóng xiên (độ) 15

Kích thước bao L×B×H 3760×1730×22200 3760×1730×22200 3200×1640×24550 Tầm với (tính từ tâm quay đến

3.2.3 Giá búa trên cơ sở cần trục bánh xích do Nhật chế tạo

Bảng 3.3

Hình 3.3 Giá búa cấu tạo trên cần trục bánh xích do Nhật chế tạo

Kiểu 58D lắp trên cần trục DH558-110M

3.2.4 Giá búa lắp trên máy kéo bánh xích

Bảng 3.4: Đặc tính kỹ thuật một số giá búa lắp trên

máy kéo bánh xích do Liên Xô (cũ) chế tạo

Mã hiệu Thông số SP−28 S−878S SP-49AB

Máy kéo cơ sở T−100M

Z

T −130M G−1

T −130B G−1 Loại búa S−268 SP−40A SP−41A

Mã hiệu Thông số SP−28 S−878S SP-49AB

Máy kéo cơ sở T−100M

Z

T −130M G−1

T −130B G−1 Loại búa S−268 SP−40A SP−41A

Độ cao tháp, m (H) 13 13,9 19

Trọng lượng cọc Gmaxcäc tấn 4,5 6,5 8,3

Cáp nâng búa 3,4 4 6 Sức nâng, tấn

Cáp nâng cọc 2 3 5

ra phía trước 1 : 10 1 : 5,7 1 : 8

Độ nghiêng giá cho phép (tg

ϕ)

phía sau 1 : 10 1 : 2,7 1 : 3 Sang phải 5 7 7

Độ nghiêng giá sang 2 bên, độ Sang trái 5 7 7

Dài, m 10,9 8,5 10,63 Rộng, m 2,84 3,54 4,34 Kích thước giới hạn khi vận

chuyển, m

Cao, m 4,4 3,06 3,08 Dài, m 5,15 4,68 5,22 Rộng, m 3,34 4,5 5,04 Kích thước giới hạn khi làm

việc m

Cao, m 13 14,06 18,47

Tầm với lấy cọc (R) và hmaxcäc , m (4,5); 8 (6,5); 8 (8,3); 12

Trọng lượng (cả máy kéo), tấn 19 22,3 27,8

Hình 3.4: Cấu tạo chung của máy đóng cọc SP.49

1 Máy kéo cơ sở T130; 2 Cụm xi lanh − puli nâng búa và cọc; 3 Hai thanh xiên giữ cột;

4 Cột; 5 Xà đỉnh; 6 Quả búa; 7 Giá nâng cọc; 8 Khung đỡ cột; 9 Cụm puly dưới cột

− Giá búa cấu tạo trên máy kéo: Dùng để đóng các cọc có chiều dài 8−12m, được sử dụng phổ biến do có nhiều ưu điểm: kết cấu đơn giản, thao tác, lắp đặt, vận chuyển dễ dàng Đặc điểm chung trong cấu tạo giá búa trên máy kéo là sử dụng các thiết bị thủy lực mà chủ yếu là XLTL để thực hiện các thao tác khi đóng cọc: nâng, hạ cọc; nâng, hạ quả búa (qua các hệ pa lăng cáp); nghiêng tháp Nguồn thủy lực thường sử dụng bơm bánh răng lắp với động cơ của máy cơ sở qua bộ truyền đai và hộp số bánh răng Theo cấu tạo chúng được chia làm hai loại chính: tháp đặt dọc xe và ngang xe (hình 3.4) Trên bảng 3.4 là các đặc tính kỹ thuật của các loại giá búa kiểu này do Liên Xô (cũ) chế tạo

3.3 CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ GIÁ BÚA CHUYÊN DÙNG ĐIỂN HÌNH

3.3.1 Công dụng

Giá búa chuyên dùng là hệ thống kết cấu và thiết bị trên nó (hiểu theo nghĩa đầy đủ về chức năng của thiết bị), chuyên dùng cho một việc là làm khung giá lắp quả búa để đóng cọc

3.3.2 Phân loại

Có các loại giá búa chuyên dùng sau:

− Theo dạng kết cấu dàn giữ cột, có loại dàn nối cứng (như giá búa S−429), có loại dàn nối điều chỉnh được (nhờ xi lanh thủy lực − ví dụ giá búa S.908)

− Theo cấu tạo cột chính, có các loại: cột từ thép U định hình (S−429), cột dạng dàn (S.908), cột dạng ống (DJ.2, Nippon, Kato )

− Theo đặc điểm bộ di chuyển có các loại: di chuyển trên ray, di chuyển kiểu bước nhờ dầm hộp có xi lanh thủy lực và đế trụ thủy lực

Theo khả năng quay của khung sàn máy, có loại không quay được (S429 ), loại có toa quay (S.908, DJ2 )

− Theo hệ thống truyền động, có loại: cơ học, cơ điện, điện thủy lực

3.3.3 Giá búa S908A và S955A di chuyển trên ray do Liên Xô chế tạo

Bảng 3.5: Đặc tính kỹ thuật của giá búa đóng cọc tự hành trên ray có bàn quay

Kí hiệu giá búa Đặc tính kĩ thuật

S−955 S−908 SP−55 SP−20 KP−20 TMK−312 Chiều cao lớn nhất của cọc, m 12 16 20 25 12 20

Hình 3.5 Giá búa S.908A

và S.955A do Liên Xô (cũ)

8 Tời nâng quả búa;

9 Tời nâng cọc; 10 Cabin

Tầm với từ tâm quay đến tâm cọc, m 6,25 6,25 9 9 4,2 4,5

Tốc độ di chuyển trên ray m/min

15

21 0,55

Bảng 3.6 Một số giá búa trên ray do Liên Xô (cũ) chế tạo

Mã hiệu giá búa Thông số

SP.33A SP.30A SP.46 SP.69 SP.56 Loại búa

(mã hiệu) SP−41A SP−47A SP−48A

SP.33A SP.30A SP.46 SP.69 SP.56 Loại búa

(mã hiệu) SP−41A SP−47A SP−48A max

cọc 10 20−24 30 20−24 9

Vận tốc m/phút

Di

H 20,4 24,4 23,4 24,4 28,7 Rộng

Kích thước giới hạn,

Bảng 3.7: Đặc tính kỹ thuật của giá búa đóng cọc tự hành trên ray không có bàn quay do

Liên Xô (cũ) chế tạo

Kí hiệu giá búa Đặc tính kĩ thuật

S−1006 S−532 S−429 S−428 S−427

Chiều cao lớn nhất của cọc, m 12 11,5−17,5 13 10 8

Tổng công suất điện, kW 46 15,6 15,6 15,6

3.3.4 Giá búa DJ −−−−2 do Trung Quốc chế tạo

Giá búa DJ−2 do Trung Quốc sản xuất (hình 3.7), là loại giá búa chuyên dùng trên ray được chế tạo hàng loạt và sử dụng rộng rãi Khác với các loại giá búa đơn giản, DJ−2 có cơ cấu cẩu cọc hai dây, tời và sợi cáp của hai múp cẩu cọc như nhau Chúng có khả năng tiến lùi tháp, quay toàn vòng, đóng cọc theo hai chiều xiên âm và xiên dương Chúng có thể di chuyển dọc theo đường ray với khổ rộng là 4,4m Ngoài ra giá búa còn được trang bị hai thang máy chạy dọc hai bên tháp (cột dẫn búa) Thanh chống xiên và cơ cấu vít me để chuyển động nghiêng ngửa giống như giá búa JG−35

Đầu bò được chế tạo để cẩu cọc bằng cơ cấu hai đây Dọc tháp ngoài dẫn hướng của quả búa còn có hai dẫn hướng cho thang máy Để phục vụ các thao tác khi đóng cọc trên giá búa người ta trang bị hai tời kéo thang máy, hai tời nâng cọc, một tời nâng quả búa, hai cơ cấu chuyển động vít me, một cơ cấu quay, một cơ cấu chuyển động tiến lùi tháp và hai cơ cấu di chuyển toàn bộ giá búa

Toàn bộ các cơ cấu của giá búa, (trừ cơ cấu di chuyển) được đặt trên mâm quay có kết cấu vành bi, mâm quay giúp cho giá búa quay tròn toàn vòng

Giá búa sử dụng quả búa điêzen loại 2,5 tấn, 3,5 tấn có khả năng đóng cọc với chiều dài đến 18m, ở trên cạn cũng như khi lắp xuống phao nổi để đóng cọc dưới nước

Giá búa DJ−2 là loại giá búa đóng cọc tương đối hoàn chỉnh với mọi tính năng cần thiết của giá búa đóng cọc

Hình 3.7 Giá búa đóngcọc DJ−2

1 Xà đỉnh; 2 Cột tháp; 3 Múp cẩu cọc; 4 Chống xiên; 5 Thang máy; 6 Khớp chữ thập;

7 Cơ cấu quay; 8 Buồng điều khiển; 9 Đối trọng; 10 Bệ đỡ quay; 11 Vít me; 12 Cơ cấu di chuyển; 13 Tời

thang máy; 14 Tời nâng quả búa; 15 Tời nâng cọc; 16 Cụm puly lắp dựng

Hình 3.8 Các cụm chi tiết đặc biệt của giá búa JG−35 và DJ−2 a) Xà đỉnh: 1 Puly dẫn hướng cáp cẩu quả búa; 2 Puly dẫn hướng cáp cẩu cọc chính;

3 Puly dẫn hướng cáp cẩu cọc phụ; 4 Puly dẫn hướng cáp về tời

b) Khớp chữ thập chân tháp: 1 Trục dọc; 2 Trục ngang;

3 Chốt cố định tháp khi lắp dựng

c) Thanh chống xiên: 1 Bạc lót; 2 ống bao; 3 Đai ốc.

d) Truyền động vít me: 1 Vít me T100X12; 2 Quả cầu trong khớp cầu;

3 Chốt truyền động quay quả cầu; 4 Ổ bi côn;

5 Bộ truyền bánh răng nón; 6 Động cơ điện và hộp giảm tốc;

7 Vỏ khớp cầu; 8 Đệm hãm đầu vít me

+ Thông số kỹ thuật cơ bản của giá búa DJ−2:

− Chiều cao giá búa: 24,415m

− Khối lượng cọc lớn nhất: 8 tấn

− Chiều dài cọc tối đa: 18 m

− Quả búa (điêzel) loại: 2,5 tấn ÷ 3,5 tấn

− Khả năng đóng xiên

Xiên dương: 18,5 độ

Xiên âm: 5 độ

− Khả năng tiến lùi tháp: 0,5 m

− Tốc độ thao tác Nâng quả búa 8,8 m/ph

Nâng hạ thang: 22,5 m/ph

Di chuyển: 4,8 m/ph Quay: 0,3 v/ph

− Tời nâng cọc: Sức kéo 2 (T)

Giá búa trên phao nổi nhằm phục vụ việc xây dựng các công trình cầu, cầu cảng hoặc các công trình thủy cần đóng cọc dưới nước Để đóng các đốt cọc thông thường (chiều dài dưới 20m, khối lượng dưới 8t) trên mặt sông người ta thường sử dụng các giá búa trên bờ như

SP−46, DJ−2, JG−45 lắp xuống phao nổi (kích thước phao L×B×H khoảng 24×12×3m) Tuy nhiên trong công nghệ xây dựng hiện đại, hiện nay bắt đầu sử dụng cọc ống thép hoặc BTCT

có chiều dài 40−50m không nối và như vậy cần phải có những giá búa đóng cọc chuyên dùng cao từ 50 đến 60m (hình 3.9) Các giá búa này có thể được ghép trên các cần trục nổi hoặc chế tạo riêng Kết cấu tháp của chúng có thể là một ống thép tròn đường kính lớn hoặc một dàn thép cấu tạo từ thép ống Khả năng nghiêng tháp để đóng cọc xiên rất lớn (±1/4 − ±1/3,5) được thực hiện bằng truyền động thủy lực do một XLTL cỡ lớn đảm nhận Hệ tời phục vụ cẩu cọc và quả búa đặt trên mặt boong phao, thông thường sử dụng ba tời cẩu cọc và một tời cẩu quả búa Giá búa sử dụng các quả búa lớn như quả búa thủy lực NH−100, NH−150 hoặc quả búa diezel trên 5T Quá trình di chuyển để lấy cọc, đưa cọc vào vị trí đóng, chỉnh cọc thực hiện nhờ các tời neo của phao nổi

Hình 3.9: Giá búa lắp trên phao nổi

Giá búa đóng cọc 70m không nối do Nhật Bản chế tạo

3.4 MỘT SỐ TÍNH TOÁN CƠ BẢN GIÁ BÚA

3.4.1 Tính chiều cao giá búa (chiều cao cột dẫn)

Chiều cao cột dẫn được tính như sau:

d)

Hc = Hcọc + Hb + Hat + ht + Hpl [m]

Trong đó:

Hc− Chiều cao cột dẫn (m);

Hcọc− Chiều cao cọc (m);

Hat− Chiều cao an toàn từ móc câu tới xà đỉnh (chọn Hat = 1,5m);

Hb− Chiều cao búa (m);

ht− Hành trình búa (m);

Hpl− Chiều cao cụm puly móc câu (m)

Có thể tính chiều cao giá búa theo: Hc = Hcọc + Kbúa + 3m

3.4.2 Tính toán chiều dài tăng đơ

Thanh chống xiên có tác dụng tăng ổn định cho cột dẫn, nếu càng đưa điểm đặt của thanh chống xiên lên trên gần xà đỉnh thì cột càng ổn định nhưng sẽ tốn vật liệu mà không cần thiết Theo kinh nghiệm thực tế thì ta chọn điểm đặt của thanh chống xiên tại 2/3 Hc, với Hc là chiều cao cột dẫn Tức là OA = 2/3.OO1 (hình 3.10)

Tăng đơ co dãn làm cho cột nghiêng ngửa để đóng cọc xiên âm xiên dương, ngoài ra cột còn có thể vi chỉnh một khoảng 500mm Vì vậy chiều dài của tăng đơ sẽ nằm trong khoảng (a, b) nào đó, (trong đó a là chiều dài nhỏ nhất, b là chiều dài lớn nhất)

Tăng đơ ngắn nhất là khi cột ở gần tâm quay nhất và đang đóng cọc xiên dương với góc xiên lớn nhất, sơ đồ tính như ở hình 3.10a:

Hình 3.10 Sơ đồ tính toán chiều dài tăng đơ giá búa

a) Khi đóng cọc xiên dương (18o30') ; b) Khi đóng cọc xiên âm 5o

D 18,5 O

C

A

O 1

b)

OB − Khoảng cách từ tâm cột đến đường thẳng nối tâm chân tăng đơ

Xét tam giác AOB:

AB2 = OA2 + OB2− 2.OA.OB.CosO Xét tam giác vuông ACB

b = AC = AB2 + BC2 (max) Vậy chiều dài của tăng đơ phải co dãn được trong khoảng: a → b

3.4.3 Lực tác dụng lên giá búa

Xét giá búa chuyên dùng có 2 thanh chống xiên (tăng đơ), với 2 trạng thái làm việc bất lợi khi khởi động đóng cọc xiên dương 18o30' và xiên âm 5o (hình 3.11) khi búa ở vị trí cao nhất Ở đây chỉ thể hiện các lực tập trung, còn lực phân bố đều (trọng lượng bản thân cột và tăng đơ) coi như đã biết Việc tính bền kết cấu cần xét cụ thể cho từng loại giá búa và tính theo sức bền vật liệu, ứng với các dạng khung sàn khác nhau Coi khung sàn ở hình 3.11 là cứng tuyệt đối và góc giữa 2 tăng đơ β là đối xứng qua trục OA

Hình 3.11 Sơ đồ lực tập trung tác dụng lên cột và tăng đơ

Gb − trọng lượng búa; Gc − trọng lượng cọc; Tq − trọng lượng quả pittông búa;

η1 − hiệu suất puly ở xà đỉnh; R − phản lực dọc cột hoặc tăng đơ.

c D

A

0 β

Tqq

T :η1

TqA

α−

Trên thế giới, việc dùng búa rung để dìm hạ cọc đã được áp dụng từ giữa thế kỷ 20 tại các công trường xây dựng trụ cầu, hố móng lớn Búa rung dùng để hạ cọc ván thép, cọc thép ống hoặc ống rỗng trong thi công cọc cát xử lý nền yếu Để hạ cọc bê tông dạng ống đường kính lớn khi xây trụ cầu, người ta cũng dùng các búa rung cỡ lớn với lực rung hàng trăm tấn

Ở Việt Nam, búa rung được dùng từ năm 1970, khi xử lý nền yếu ở Giảng Võ và nền tòa nhà Viện Triết học ở Hà Nội Các công trình lớn như: cầu Thăng Long, đường Bắc Thăng Long − Nội Bài, Nhà máy bê tông Nam Định, cầu Việt Trì (1975) khu đô thị Trung Hòa Hà Nội (2002) đều có dùng búa rung

4.1 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI

4.1.1 Công dụng

Đầu búa rung treo trên đầu cọc, nó tạo ra lực rung động theo phương thẳng đứng và truyền xuống cọc cùng khối đất bám theo cọc, nhờ đó làm giảm lực ma sát của nền tác dụng lên cọc Dưới tác dụng của trọng lượng cọc và đầu búa rung, cùng với lực dao động thẳng đứng thắng lực cản quanh cọc và lực cản đầu cọc làm cọc chìm sâu vào nền, nhờ đó mà năng suất đóng cọc cao hơn 4−6 lần so với búa diezel

Với nguyên lý tác động như trên, búa rung có thể đóng được gần như tất cả các loại nền với các loại cọc: ván thép, cọc ống thép, cọc ống bê tông cốt thép và ống rỗng để tạo cọc cát (trên nền yếu) − mà búa diezel không thể làm được Ngoài việc đóng − dìm cọc, búa rung còn

có thể dùng để nhổ cọc ván thép, cọc ống thép Đó chính là ưu điểm của búa rung

4.1.2 Phân loại

a) Phân loại theo nguyên lý làm việc của búa có 2 loại:

− Búa rung thuần tuý (búa rung): chỉ tạo ra lực rung thuần tuý truyền xuống đầu cọc Búa rung có 2 kiểu là kiểu cứng và kiểu rung mềm Búa rung kiểu cứng có động cơ đặt trực tiếp trên hộp gây rung, tần số rung động của đầu búa kiểu này thường có trị số thấp, với n = 300 −

500 lần/phút Búa rung kiểu mềm có động cơ đặt trên đế tách rời hộp gây rung, đế và hộp liên kết với nhau qua hệ lò so; kiểu này có tần số rung động cao, với n = 700 − 1500 lần/ph

− Búa va rung (búa xung kích): có đặc điểm là tận dụng phần rung động tạo ra lực đập tập trung truyền qua đế va đập lên đầu búa, lực đóng cọc chủ yếu là lực xung kích

b) Phân loại theo công suất của búa:

− Loại nhỏ: lực rung động < 10 tấn, động cơ điện có công suất nhỏ hơn 30 kW

− Loại trung bình: lực rung động từ 10 đến 45 tấn, động cơ điện có công suất 45 − 110

kW

− Loại lớn: lực rung động đến vài tấn, công suất động cơ đến 200 ÷kW

4.2 CẤU TẠO VÀ LÀM VIỆC CỦA CÁC LOẠI BÚA RUNG