Bài giảng Máy xây dựng: Chương 6 - ThS.Nguyễn Văn Dũng

Bài giảng Máy xây dựng: Chương 6 Máy và thiết bị gia cố nền móng cung cấp cho người học những kiến thức như: Công dụng và phân loại; Công dụng, phân loại và phạm vi sử dụng của búa đóng cọc; Máy ép cọc bấc thấm; Máy khoan cọc nhồi;...Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƯƠNG 6 - MÁY VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN MÓNG 6.1 Công dụng và phân loại

6.1.1 Công dụng

- Trong công tác xây dựng các công trình, người ta phải xử lý nền móng đểcải thiện sức chịu tải trọng của công trình, chống lún, nứt đổ trước khi tiến hành xâydựng phần trên công trình, Công tác gia cố nền móng chiếm một tỷ trọng lớn khốilượng công trình, thường gặp khó khăn, phức tạp có ý nghĩa quyết định đến chấtlượng công trình

- Hiện nay có 2 dạng gia cố nền+ Công trình chịu tải tại một khu vực ( Cầu, Nhà, Cột, tháp…) phương pháp

xử lý thường sử dụng cọc chịu tải trong lòng đất ( cọc BTCT, cọc BT ống thép, cọcthép, cọc gỗ…) thiết bị để tạo ra các loại này gồm các loại búa để đóng cọc vào nền,máy ép cọc, máy khoan tạo lỗ để đúc cọc (Khoan cọc nhồi)

+ Công trình chịu tải trên diện rộng (Đường, Sân bay, Quảng trường…)phương pháp xử lý là tạo độ cứng cho nền trên diện tích rộng, hiện nay người tađương sử dụng các phương pháp: khoan cọc cát, cọc bấc thấm, hút chân không (hútnước tạo độ cố kết cho nền), máy khoan gia cố xi măng đất…

6.1.2 Phân loại

a) Các loại máy đưa cọc đúc sẵn vào nền

- Máy búa đóng cọc tự do: đóng cọc kiểu thô sơ dùng máy kéo vật nặng rồi thả tự do để đóng cọc

- Máy đóng cọc diesel: Hoạt động như một động cơ diesel, dùng áp lục khí cháy đẩy quả búa lên cao để đóng cọc

- Máy đóng cọc thủy lực, khí nén: Sử dụng áp lực từ dòng dầu thủy lực, khí nén

- Máy búa rung: Sử dụng lực rung động để giảm ma sát giữa cọc và nền

- Máy ép cọc thủy lực: Sử dụng lực ép tĩnh từ dòng dầu thủy lực

b) Các loại máy tạo cọc trong lòng đất

- Máy khoan cọc nhồi: Khoan tạo lỗ trong lòng đất với đường kính và chiều sâu theo yêu cầu c) Các loại máy gia cố nền trên diện rộng:

- Máy khoan cọc cát : Sử dụng cọc cát để tiêu nước dưới nền

- Máy ép cọc bấc thấm: Sử dụng bấc thấm để tiêu nước trong lòng đất

- Máy hút chân không: Tạo nên chân không, nhờ sự chênh áp mà nước trong nền được hút một cánh chủ động

- Máy gia cố nền xi măng đất: Trộn, phun xi măng xuống nền đất để tạo các cọc xi măng tăng sức chịu tải của nền

2 Phân loại

- Theo lực tác dụng lên đầu cọc, chia búa đóng cọc thành búa đóng cọc vađập (búa rơi, búa thủy lực, búa diezen) và búa đóng cọc rung động (rung động nốicứng, nối mềm và va rung)

- Theo kết cấu của bộ di chuyển, chia thành búa đóng cọc di chuyển trên ray,

di chuyển xích, di chuyển trên phao

- Theo trọng lượng của quả búa, chia thành loại nhỏ, trung bình và lớn

3 Phạm vi sử dụng

- Búa rơi cho năng suất thấp nên chỉ dùng để đóng cọc ván ngắn với sốlượng ít

- Búa thủy lực dùng để đóng cọc ngay cả ở dưới nước

- Búa diezen dùng để đóng các loại cọc ống, cọc ván thép, cọc BTCT, đóngcọc thích hợp với các loại đất sét

- Búa đóng cọc rung động dùng để đóng các loại cọc ván cừ với khối lượng lớn, đóng cọc hiệu quả với các loại đất rời, cát, cát pha, cát bão hoà nước

6.2.2 Búa đóng cọc diesel

1 Công dụng:

Búa đóng cọc diezel dùng để đóng cọc bê tông cốt thép, cọc ống thép, cọc

gỗ, và thường chỉ đóng trên nền đất thông thường Búa loại này dùng dầu diezel vàhoạt động như một động cơ diezel, gây ồn và chấn động mạnh nên chỉ thích hợp vớiviệc thi công nơi xa khu dân cư

2 Phân loại

- Theo cấu tạo của quả búa bao gồm

+ Búa diezel cột dẫn (xi lanh rơi)+ Búa diezel ống dẫn (piston rơi)

- Theo trọng lượng phần rơi của quả búa bao gồm :

+ Búa nhỏ có trọng lượng phần rơi Q =< 0,6 -1,2 - 1,8 tấn+ Búa trung bình có trọng lượng phần rơi Q= 2,5 -3,5 - 4,5 tấn+ Búa lớn có trọng lượng phần rơi Q=5,5 – 6,5 - 10 tấn

- Theo cấu tạo của giá búa bao gồm :

+ Giá búa không chuyên dùng (Hình a)+ Giá búa chuyên dùng (Hình b)

+ Sử dụng nhiên liệu đắt tiền.

+ Khi đóng cọc trên nền đất yếu ít có hiệu quả.

+ Khi lực đóng cọc lớn dễ gây vỡ đầu cọc và ảnh hưởng đến các công trình xung quanh.

3 Búa diezen loại hai cột dẫn

a, Cấu tạo :

17 16

15 14

2 1

Hình 5.3 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 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;

b, Nguyên lý làm việc:

- Cáp kéo (15) và móc kéo (13) được móc vào chốt (12) sau đó kéo xi lanh và xàngang(17) đi lên đến vị trí trên cùng, sau đó điều khiển cần (16) chốt (12) trượt khỏimóc (13) làm cho xi lanh rơi tự do theo 2 cột dẫn hướng chụp vào piston (5), đểđóng cọc và nén không khí trong buồng xi lanh

- Khi đạt tới áp suất và nhiệt độ cao, đồng thanh tỳ (2) đánh vào cần bơm (6) củabơm dầu, dầu theo đường dẫn (8) vào trong khoang xi lanh dưới dạng sương mù,gặp không khí ở áp suất và nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy, sinh ra áp suất khí cháyđẩy quả búa đi lên, xi lanh được đẩy lên đến độ cao nhất định sẽ tự rơi xuống vàtiếp tục quá trình làm việc tiếp theo

4 Bỳa diezel kiểu ống dẫn

a Cấu tạo

1 - Cơ cấu nâng quả búa(con rùa)

2 - Khoang nhiên liệu

5

6 7 8

10 11

12 13

Sơ đồ cấu tạo búa Diezel ống dẫn

1 Khèi ®Çu bóa va ch¹m

b, Nguyên lý làm việc

- Dùng cáp kéo con rùa(1) và piston búa (9) đi lên đến một độ cao nhất định sau đóthả cho rơi tự do dọc theo xi lanh (10), khi piston bịt kín lỗ khí (7) không khí trongkhoang sẽ được nén đến áp suất và nhiệt độ cao

- Quả piston rơi xuống tác dụng vào thớt búa để đóng cọc đồng thời khi đó piston tácdụng vào cần bơm (3) làm bơm dầu (4) phun dầu vào trong khoang dưới dạng sương

mù gặp không khí ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ tự bốc cháy tạo ra áp lực khí cháy đẩyquả búa đi lên

- Quả búa đi lên đến một độ cao nhất định sẽ tự rơi xuống và bắt đầu một chu trìnhlàm việc tiếp theo

Quá trình nâng qua búa

1- Hạ con rùa kéo căng cáp để chốt ăn khớp vào

gờ

2 – Kéo con rùa Nâng quả búa

3 – Kéo dây cáp Bật chốt, quả búa rơi xuống

Hành trình làm việc của quả búa

Giá búa

Quả búa đóng cọc

và nền nhờ vậy mà năng suất đóng cọc cao hơn so với búa diezel khoảng 4- 6 lần

Búa rung là một trong những loại búa được sử dụng rộng rãi để đóng cọctrên các loại nền đất khác nhau, thích hợp nhất là với các loại nền tơi xốp Khi sửdụng búa rung để đóng cọc sẽ làm giảm lực ma sát quanh cọc giúp cho cọc dễdàng đóng sâu vào nền đất

*, Ưu điểm :

- Có kết cấu nhỏ gọn đơn giản

- Tính cơ động cao, làm việc tin cậy, dể điều khiển và cọc không bị vỡ khi đóng cọc

*, Nhược điểm :

- Trong quá trình làm việc tạo ra rung động mạnh làm ảnh hưởng đến các côngtrình xung quang

2, Phân loại

- Theo nguyên lý làm việc, quả búa rung được chia làm hai loại:

+ loại rung thuần túy gồm có: loại nối mềm (Hb) thường ở quả búa cótần số làm việc cao 7001500 l/ph Loại này được dùng để đóng các loại cọc nhỏnhư: cọc gỗ, cọc ván thép, cọc thép hình… và loại nối cứng (HaS) ở các quả búalàm việc tần số thấp 300500 l/ph và được dùng để đóng cọc lớn như: cọcbêtông cốt thép (BTCT), cọc ống

+ Búa va rung là loại búa kết hợp rung động và va chạm (Hc)

Các loại búa rung

3, Búa rung thuần túy

*)Cấu tạo

1 Động cơ, 2 Bộ truyền đai, Bộ gây rung, 3 Bộ gây rung, 4 Mũ cọc, 5 Bánh

lệch tâm, 6 Giảm chấn

6 1

2

3

4

5

Bộ nguồn động lực

Động cơ – Bơm

thủy lực

Hệ điều khiển

Đường ống dầu thủy lực

Liên kết đường ống

Mô tơ Bánh lệch tâm

Kẹp đầu cọc

Cọc

b) Nguyên lý làm việc

Nguồn động lực từ động cơ (1) thông qua bộ truyền đai (xích) (2) đến bộgây rung bộ gây rung gồm các bánh lệch được đặt trên các trục được dẫn động vớinhau thông qua bộ truyền bánh răng

- Sự rung động được tạo ra do lực ly tâm sinh ra khi các bánh lệch tâm quay, đặctính của dao động này phụ thuộc vào mô men lệch tâm, tổng khối lượng của hệthống tham gia dao động và đặc điểm của nền

Nhược điểm của búa rung nối cứng là: tuổi thọ của động cơ không bền; khicần gia tải vào đầu búa để tăng áp lực lên đầu cọc thì biên độ rung lại giảm đi rõ rệtcòn loại rung mềm do có trang bị thêm hệ thống lò xo giảm chấn, nên tuổi thọ động

cơ được nâng cao Khi cần gia tải lên đầu búa thì biên độ rung có bị giảm nhưngkhông đáng kể

4) Búa va rung

a) Cấu tạo

H 3 Búa va rung

1 Động cơ, 2 Bộ truyền đai, 3 Bộ gây rung, 4 Mũ cọc, 5 Bánh lệch tâm,

Đệm lò xo, 7 Đầu búa, 8 Đe

4

5

b) Nguyên lý làm việc

Búa va rung làm việc theo nguyên lý vừa rung vừa va đập Khi biên độgiao động lớn hơn khoảng cách e giữa đầu búa và đe thì quá trình va đậpđược diễn ra, lực xung kích sẽ được truyền xuống cọc, do làm việc theo nguyên

lý hỗn hợp nên búa va rung có năng suất cao

- Có thể thay đổi lực va đập bằng cách thay đổi khe hở giữa đe và đầu búa

6.3 Máy ép cọc bấc thấm

1 Công dụng

Bấc thấm là một băng có lõi bằng vật liệu tổng hợp (polipropilen), có tiết diệnhình răng hoặc hình đáy ống kim, bên ngoài được bọc áo lọc đặc biệt chỉ cho nướcthấm qua

Máy ép cọc bấc thấm là thiết bị được sử dụng để tạo cải tạo nền đất bằngphương pháp tiêu nước thẳng đứng để xử lý nền đất yếu Nước trong lòng đất đượcthoát ra ngoài thông qua bấc thấm làm tăng cơ tính cho nền đất yếu

Bấc thấm hình đáy ống kim và hình răng

a Ưu điểm

- Tăng nhanh quá trình cố kết của đất yếu, rút ngắn thời gian lún

- ít làm xáo động các lớp đất tự nhiên

- Thoát nước tốt và chủ động trong các điều kiện khác nhau

- Thao tác nhanh, dễ cơ giới hoá thi công; năng suất cao, một máy cắmbấc có thể đạt 4000 - 6000 m/ngày; cần ít công nhân phục vụ

- Chiều sâu cắm bấc có thể đạt tới 40m (cho nền đắp cao)

- Bấc thấm có tác dụng với tất cả các loại nền cần thoát nước

- Dễ dàng kiểm tra chất lượng sản phẩm

c Phạm vi sử dụng

- Dùng trong xây dựng công trình giao thông, sân bay, bến cảng

- Cải tạo đất, xây dựng khu đô thị, khu công nghiệp

- Phù hợp nhất với loại nền yếu là bùn sét, sét

2 Phân loại máy ép cọc bấc thấm

- Phân loại theo kết cấu của giá cột, chia thành máy ép cọc bấc thấm có kếtcấu dàn và hộp

- Phân loại theo đặc điểm hệ thống truyền lực ép cọc, chia thành máy ép cọc

M¸y c¾m bÊc thÊm

3 Cấu tạo

Sơ đồ cấu tạo máy ép cọc bấc thấm

1 Cụm tời kéo cáp; 2 Puly dẫn hướng; 3 Puly treo vật nặng; 4 Puly đầu cột; 5 Bản móc cáp; 6 Cọc thép dẫn bấc; 7 Puly dẫn hướng đầu cột; 8 Cột dẫn hướng; 9 Bộ phận liên kết cột; 10 Cáp

kéo; 11 Rulo cuốn bấc; 12 Động cơ; 13 Vật nặng đối trọng

1

2 3

6

12

10

4 Nguyên lý làm việc:

Máy ép bấc thấm làm việc theo nguyên lý ép tĩnh, Máy đào là máy cơ sởcung cấp nguồn động lực và giữ cho máy luôn ổn định khi thi công, cột dẫnhướng bên trong có cọc thép rỗng để dẫn bấc xuống nền

- Bấc thấm được luồn vào trong cọc thép và được liên kết thông quatấm bịt đầu, Động cơ (1) làm việc thông qua hệ thống puly dẫn hướng cọc thép

sẽ được ép xuống nền kéo theo bấc đi xuống, khi xuống độ sâu theo yêu cầu,thì động cơ quay ngược chiều rút cọc thép lên bấc và tấm bịt đầu được giữ lạitrong nền, sau đó cắt bấc nối vào cọc để thi công tiếp theo

- Sau khi bấc được cắm xuống đất, nước xung quang sẽ chảy đến rồitheo đường dẫn của bấc thoát một cách tự do lên vùng cát gần mặt đất để thoát

ra ngoài

5 Trình tự thi công cọc bấc thấm

+ Định vị tất cả các điểm sẽ ấn cọc bằng máy đo đạc thông thường theohàng ngang và hàng dọc, đánh dấu vị trí lại

+ Đưa máy ép cọc vào vị trí, kiểm tra độ thẳng đứng của trục ép

+ Lắp bấc vào trục và điều khiển trục vào đúng vị trí đặt bấc

+ Gắn neo vào đầu bấc với chiều dài đoạn gấp tối thiểu là 30cm

+ ấn trục đã lắp bấc đến độ sâu thiết kế, sau đó kéo trục lên; Khi trục đượckéo lên hết, dùng kéo cắt bấc sao cho còn nhô lên trên mặt tầng đệm cát 2025cmrồi đưa cọc ép đến vị trí thi công tiếp theo

+ Gắn neo vào đầu bấc với chiều dài đoạn gấp tối thiểu là 30cm

+ ấn trục đã lắp bấc đến độ sâu thiết kế, sau đó kéo trục lên; Khi trục đượckéo lên hết, dùng kéo cắt bấc sao cho còn nhô lên trên mặt tầng đệm cát 2025cmrồi đưa cọc ép đến vị trí thi công tiếp theo

6.4 Máy khoan cọc nhồi

1 Công dụng

Cọc khoan nhồi được chế tạo bằng cách rót trực tiếp vật liệu vào những lỗ cọc đãlàm sẵn trong lòng đất ngay tại mặt bằng thi công công trình So với các phương phápkhác, cọc nhồi có những ưu điểm sau:

+ Cọc được chế tạo tại chỗ, kích thước và chiều dài tuỳ ý, không mất công vậnchuyển hay làm các thao tác phụ khác sau khi đóng cọc

+ Có thể thi công với mọi địa tầng phức tạp nhất mà các phương pháp kháckhông thực hiện được

+ Thi công nhẹ nhàng, hiệu quả kinh tế cao

+ Trong quá trình thi công không gây chấn động làm ảnh hưởng đến các côngtrình xung quanh

+ Có thể thi công cọc ở những chặt hẹp

Tuy nhiên, nó còn có nhược điểm: chi phí đầu tư máy móc thiết bị ban đầu lớn vàkhó kiểm tra chất lượng cọc sau khi thi công

2 Phân loại cọc khoan nhồi

- Theo công nghệ khoan, chia thành:

+ Công nghệ đúc khô (Ha)+ Công nghệ khoan dùng ống vách (được sử dụng khi nền đất yếu) (Hb)+ Công nghệ khoan dùng vữa sét, hoặc dung dịch khoan ( được sử dụng khinền đất yếu và có nhiều mạch nước ngầm.(Hc)

1

- Theo cấu tạo của mũi khoan, chia thành:

+ Máy khoan nhồi có mũi khoan xoay

+ Máy khoan nhồi có thùng xoay

+ Máy khoan dùng gầu khoan+ Máy khoan dùng chòong phá đá

- Theo phương pháp đưa đất từ lỗ khoan lên, chia thành loại liên tục và chu kỳ.

- Theo kết cấu của bộ di chuyển, chia thành máy khoan cọc nhồi di chuyển bánh xích,

di chuyển trên ray, trên phao,…

- Theo dạng truyền động, chia thành máy khoan cọc nhồi truyền động điện, truyềnđộng thuỷ lực,…

3 Quy trình thi công và kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

1

+ (1) Định vị vị trí tim cọc: Việc định vị được tiến hành trong thời gian dựng ống vách.

+ (2) Khoan trong lòng cọc và mở rộng đáy cọc: trước khi khoan phải điều chỉnh độ thẳng đứng của cần khoan và độ nằm ngang của máy Việc giữ thành hố được thực hiện bằng vữa sét bentonit.

+ (3) Hạ cốt thép: được thực hiện sau khi đã khoan đến độ sâu thiết kế, khi hạ cốt thép cần phải có các biện pháp móc treo và cố định cốt thép đảm bảo đúng vị trí.

+ (4) Hạ phểu rót bê tông vào trong lòng cốt thép để đảm bảo bê tông được điền đầy cọc khoan.

+ (5) Đổ bê tông: Phểu rót bê tông được tạo nút và chìm sâu trong bê tông khoảng 1011m Bê tông cần phải có độ linh hoạt lớn và được đổ liên tục để phần bê tông rơi từ phễu có thể gây ra một áp lực đẩy được cột bê tông kể trên Trong quá trình đổ bê tông bentonit sẽ trào ra khỏi lòng cọc được thu hồi và sử dụng lại.

+ (6) Rút phểu đồng thời tiến hành đầm dùi để tăng độ chặt và đồng đều của bê tông, rút ống vách + (7) Sau khi cọc tạo ra cần kiểm tra chất lượng cọc gồm có thử tĩnh và thử động.

7 Mâm quay cần khoan;

8 Xi lanh điều khiển cần khoan;

4

5

7 8

6 9

5 Nguyên lý làm việc:

- Trong quá trình làm việc để tạo ra lổ cọc với đường kính và chiều sâutheo yêu cầu người ta sử dụng gầu khoan (6) và hệ thống cần Kelly (9) lồng vàonhau dạng ăng ten (3-5 đốt, mổi đốt khoảng 12 m)

- trong quá trình làm việc mâm quay (7) được dẫn động bởi mô tơ thủy lực,khi mâm quay sẽ dẫn động cần kelly quay và truyền mô men quay xuống gầukhoan (6) , đấy gầu khoan có lưỡi cắt đất phoi đất được tích vào trong gầu khoan,khi đầy gầu máy khoan nâng gầu khoan lên quay máy đến nơi xả đất,rồi quay lại vịtrí khoan tiếp tục quá trình làm việc

Các loại máy khoan cọc nhồi