Máy ép cọc thủy lực (kèm bản vẽ)

Trong xây dựng,đóng cọc là một trong những công đoạn hầu như không thể thiếu để gia cố nền móng trước khi thi công công trình.Các công trình càng lớn bao nhiêu thì yêu cầu nền móng của n

CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ MÁY ÉP CỌC TĨNH

1.1.Giới thiệu chung.

Trong xây dựng,đóng cọc là một trong những công đoạn hầu như không thể thiếu

để gia cố nền móng trước khi thi công công trình.Các công trình càng lớn bao nhiêu thì yêu cầu nền móng của nó càng phải vững chắc bấy nhiêu.Tuỳ theo điều kiện địa chất và qui mô công trình mà người ta tính toán thiết kế ,lựa chọn loại cọc cho phù hợp.Cọc có nhiều cỡ,nhiều loại khác nhau:Cọc nhỏ có thể làm bằng tre gỗ,cọc lớn làm bằng thép,bê tông cốt thép.ở nước ta hiện nay,trong xây dựng công trình ,nhất là công trình cảng,nhà cao tầng đã sử dụng những cọc ống thép,bê tông cốt thép lớn,chiều dài lên đến 40m,khối lượng đến 30 tấn

Trừ các loại cọc nhỏ có thể đóng bằng phương pháp thủ công,còn tất cả các loại cọc có chiều dài và khối lượng lớn đều phải dùng đến thiết bị chuyên dùng mà ở đây ta gọi là máy đóng cọc để thi công.Hiện nay ở nước ta có rất nhiều loại máy để thi công nền móng như:Máy khoan cọc nhồi, máy búa Diezel, máy búa Hơi,máy búa rung động,máy ép cọc Tĩnh Mỗi loại máy có những ưu nhược điểm khác nhau.Tuỳ theo điều kiện địa lý,điều kiện xã hội,và yêu cầu thi công để lựa chọn loại máy thi công cho phù hợp

Do yêu cầu hay mục đích mà có những công trình được xây dựng bên cạnh các công trình khác hoặc gần nơi sinh hoạt của người dân.Với điều kiện như vậy,thì trong quá trình thi công nền móng cho các công trình này,việc đảm bảo an toàn cho các công trình bên cạnh cũng như việc đảm bảo môi trường sống,sức khoẻ cho người dân ở xung quanh là một yêu cầu quan trọng

Để đáp ứng được yêu cầu trên thì có hai loại máy được sử dụng để thi công nền móng các công trình này,đó là:Máy ép cọc tĩnh và máy khoan cọc nhồi

Tuy nhiên đối với khoan cọc nhồi,do chi phí giá thành quá đắt cùng với việc khó kiểm tra chất lượng cọc nên loại này chỉ sử dụng với những loại cọc có đường kính lớn (>400 mm).Còn với những loại cọc có đường kính (200-400 mm) thì người ta

sẽ sử dụng máy ép cọc tĩnh (máy ép cọc thuỷ lực)

1.2.Các phương pháp đóng cọc:

Hiện nay có nhiều phương pháp để đóng cọc,mỗi phương pháp sử dụng một loại máy riêng.Dựa theo nguyên lý làm việc,máy đóng cọc được chia ra ba loại chính:Va đập ,rung và ép

1.2.1.Phương pháp va đập:

Nguyên lý của phương pháp này là dùng lực va đập tác dụng lên đầu cọc cọc được đóng xuống nhờ lực này Máy dùng thi công theo phương pháp này:Búa hơi ,búa máy Diezel,búa thuỷ lực phương pháp này có đặc điểm là gây lực xung kích lớn, có tiếng ồn lớn do va đập

a.Búa hơi nước:

Sử dụng năng lượng hơi nước hoặc không khí nén

Quả búa hơi được chia làm hai loại:Quả búa tác động đơn và quả búa tác động kép

ở quả búa tác động đơn ,cọc được ấn vào nền do năng lượng rơi tự do của đầu búa tác dụng trực tiếp lên cọc,năng lượng của đầu búa hoặc không khí nén chỉ dùng để nâng đầu búa lên cao

Trong quả búa tác động kép năng lượng của hơi nước hoặc không khí nén không những dùng để nâng đầu búa lên cao mà còn có tác dụng đẩy nhanh chúng rơi xuống đầu cọc

b.Búa máy Diezel:

Búa máy Diezel làm việc theo nguyên lý động cơ đốt trong hai thì.Theo cấu tạo chúng được chia làm hai loại:Loại ống dẫn và loại thanh dẫn

Búa máy loại ống dẫn dùng để đóng cọc thép hoặc cọc bê tông cốt thép,do cấu tạo đặc biệt:Tỷ số nén thấp(ε=15),hành trình của piston lớn nên khả năng tạo ra lực xung kích khi đóng cọc lớn,ngoài ra quá trình cháy hỗn hợp nhiên liệu xảy ra ngay sau khi đầu piston đập vào đầu búa do đó quá trình cháy sẽ tạo thêm xung lực ấn cọc vào nền

Búa máy loại thanh dẫn có tỷ số nén cao (ε=30) sử dụng bơm nhiên liệu có áp lực cao,dùng để đóng cọc gỗ và cọc bê tông cốt thép loại nhỏ

c.Búa máy thuỷ lực:

Búa máy thuỷ lực làm việc dưới áp lực của chất lỏng công tác(thường là dầu thuỷ lực) có áp suất lớn từ(10-30 Mpa)

Búa máy thuỷ lực được chia làm hai loại:Loại đơn động và loại song động

ở búa máy đơn động ,chất lỏng công tác làm nhiệm vụ nâng đầu búa lên cao,sau đó

để rơi tự do

Trong quả búa song động,ngoài nhiệm vụ nâng đầu búa lên cao chất lỏng công tác còn tác dụng làm đầu búa rơi nhanh xuống đầu cọc

1.2.2.Phương pháp gây rung:

Nguyên lý của phương pháp này là dùng lực rung động làm giảm lực bám của đất với cọc,cọc được đóng xuống nhờ trọng lượng bản thân búa và cọc.Máy dùng thi công theo phương pháp này là búa máy rung động

Máy búa rung được sử dụng rộng rãi trong đóng cọc,đặc biệt chúng làm việc rất hiệu quả trên nền cát tơi xốp,ở những địa hình chật hẹp,chen cấy,nhất là khi đóng cọc cát gia cố nền

Mọi quả búa rung đều được cấu tạo từ hai bộ phận cơ bản:Bộ gây rung và thiết bị liên kết giữa quả búa và đầu cọc

Bộ gây rung là bộ phận tạo ra rung dộng,dao động được tạo ra do lực li tâm khi động cơ điện hoặc động cơ đốt trong qua các bộ truyền cơ khí (bánh răng,dây đai hoặc xích) quay các khối lệch tâm.Đặc tính của các dao động này phụ thuộc vào

mô men lệch tâm,tốc độ quay các khối lệch tâm,tổng khối lượng toàn hệ thống tham gia dao động và cả đặc tính cơ lý của nền đất

Những thông số cơ bản của quả búa là:Lực rung,tần số và biên độ dao động

Lực rung là thông số cơ bản nhất của quả búa,trị số của nó phụ thuộc vào mômen lệch tâm và tốc độ quay của các khối lệch tâm

Biên độ dao động giữ vai trò quyết định.Khi quả búa làm việc,toàn hệ thống dao động,nếu biên độ dao động thẳng đứng tại vị trí tiếp xúc giữa cọc và nền không lớn hơn biến dạng đàn hồi của nền,cọc không thể nhấn vào nền

Tần số dao động ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả quá trình đóng cọc,khi tần số dao động thấp(<200 lần/phút) bắt đầu xuất hiện dao động yếu giữa cọc và nền,khi này cọc và lớp bề mặt nền tại điểm tiếp xúc chuyển vị đồng thời,quá trình đóng cọc không xảy ra.Chỉ khi tăng tần số dao động làm xuất hiện chuyển vị tương đối giữa cọc và nền,cọc bắt đầu được đóng xuống nền

Mũ cọc liên kết quả búa với cọc.Khác với quả búa làm việc theo nguyên lý va đập,ở đây để truyền dao động từ quả búa xuống cọc,mũ cọc cần được liên kết chặt chẽ với cọc và quả búa vì vậy còn được gọi là kẹp cọc.Để thực hiện chức năng kẹp cọc thường được sử dụng hai loại truyền động cơ bản là truyền động cơ khí và truyền động thuỷ lực

1.2.3.Phương pháp ép tĩnh:

Nguyên lý của phương pháp này là dùng lực tĩnh để ép cọc xuống nền đất Máy thi công chủ yếu là máy ép cọc thuỷ lực Vì sử dụng lực ép nên không gây rung động không có lực xung kích, không có tiếng động như phương pháp va đập Chính vì đặc điểm này mà phương pháp ép tĩnh hay máy ép cọc thuỷ lực được dùng nhiều trong thi công xây dựng ở các đô thị,nơi gần vùng dân cư, gần các công trình

Hiện nay máy ép cọc thuỷ lực đã được sử dụng rất nhiều,đặc biệt là trong thi

công nền móng xây dựng nhà cao tầng ở các đô thị Nước ta đã tự thiết kế chế tạo được máy ép tĩnh có loại ép đến 280tấn

1.3.Một số phương pháp xử lý nền đất khác:

1.3.1.Phương pháp khoan cọc nhồi:

Là phương pháp rót trực tiếp vật liệu (bê tông,bê tông cốt thép,cát) vào những lỗ cọc làm sẵn trong lòng đất ngay tại mặt bằng thi công công trình.So với phương pháp đóng cọc thông thường,cọc nhồi có nhiều ưu điểm hơn,cụ thể:

-Cọc được chế tạo tại chỗ,có kích thước và chiều dài tuỳ ý (có thể tạo những cọc

có kích thước và chiều dài rất lớn,nếu thi công bằng phương pháp đóng cọc thông thường sẽ gặp nhiều khó khăn và chi phí tốn kém trong khâu vận chuyển và nối cọc),không mất công vận chuyển hay làm thao tác phụ khác như nối cọc (đối với cọc dài),cưa cắt sau khi đóng cọc

-Thi công cọc nhồi trên các máy khoan tạo lỗ tránh được thao tác đóng cọc bằng lực xung kích gây ảnh hưởng xấu đến công trình xung quanh cũng như môi trường nơi thi công

-Có thể thi công cọc ở những điều kiện mà không thể thi công bằng phương pháp đóng cọc (thi công trên nền đá)

Tuy nhiên thi công bằng phương pháp khoan cọc nhồi cũng có những nhược điểm là:

-Chi phí đầu tư máy móc thiết bị ban đầu lớn

-Khó kiểm tra chính xác chất lượng cọc sau thi công

1.3.2.Phương pháp xử lý nền yếu bằng bấc thấm:

Là một phương pháp nhân tạo cải tạo nền đất yếu bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng để xử lý đất yếu.Được xử dụng để thay thế cọc cát (giếng cát),làm phương tiện dẫn nước cố kết từ dưới nền đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thoát nước

ra ngoài.Nhờ đó tăng nhanh tốc độ lún của nền trên đất yếu,tăng độ cố kết của bản thân đất

Nói tóm lại mỗi phương pháp thi công nền móng đều có những ưu,nhược điểm của mỗi loại.Tuỳ theo điều kiện thực tế của công trình mà người kỹ sư cần lựa chọn phương pháp thi công hợp lý,nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho công trình cũng như tiến độ thi công công trình

Đối với máy ép tĩnh ,do có ưu điểm thi công không ảnh hưởng tới công trình xung quanh cũng như môi trường tại nơi thi công nên hiện nay máy ép tĩnh được sử dụng rộng rãi khi cần thi công tại các đô thị hoặc các khu dân cư

1.4.Đặc điểm của máy ép cọc thuỷ lực:

1.4.1.Ưu nhược điểm của máy ép cọc thuỷ lực:

Máy ép cọc thuỷ lực áp dụng hệ thống truyền động thuỷ lực Đây là hệ thống truyền động được sử dụng ngày một nhiều, nó là một thành tựu khoa học kỹ thuật trong truyền động Nó có ưu điểm:

-Có khả năng truyền lực lớn và đi xa

-Quán tính truyền động nhỏ

-Truyền động êm dịu không gây ồn

-Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng, tiện lợi, không phụ thuộc vào công suất truyền động

-Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ của bộ công tác

-Có khả năng tự bôi trơn bộ truyền, nâng cao được tuổi thọ máy

Nhờ những ưu điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực máy ép cọc thuỷ lực có ưu điểm:

-Cọc ép êm chất lượng cọc được đảm bảo

-Không có tiếng ồn tiếng động lớn nên có thể thi công ở các đô thị, gần dân cư -Không có lực xung kích, rung động nên có thể thi công được ở gần các công trình

Tuy nhiên máy ép cọc có nhược điểm:

-Do lực ép tĩnh nên công để ép cọc lớn

-Năng suất ép cọc thấp

1.4.2.Các loại máy ép cọc thuỷ lực thường dùng hiện nay:

Máy ép cọc thuỷ lực là thiết bị dùng trong thi công nền móng nó có nhiều loại khác nhau Dựa theo phương pháp leo giữ người ta phân ra các loại sau:

-Máy ép cọc thuỷ lực sử dụng chất tải

-Máy ép cọc thuỷ lực sử dụng vít xoắn ruột gà

-Máy ép cọc thuỷ lực sử dụng cơ cấu bám vào chân công trình

Máy ép cọc sử dụng chất tải, và máy sử dụng vít xoắn ruột gà dùng trong thi công

ép cọc trước sau đó mới tạo móng cho công trình

Còn máy ép cọc sử dụng cơ cấu bám vào chân công trình được dùng ép cọc sau khi

đã tạo móng cho công trình

1.4.2.1 Máy ép cọc thuỷ lực sử dụng chất tải:

a Đặc điểm cấu tạo và hoạt động của dàn ép:

Dàn ép máy ép cọc thuỷ lực được lắp dựng như hình vẽ

Thực hiện ép cọc như sau:

Cọc được lắp vào khung trượt (01) điều khiển van phân phối để pistông

nâng khung trượt lên, đòn gánh được cài dưới 2 bản tỳ điều khiển van phân phối để

hà khung trượt ép theo cọc xuống nền đất Sau khi hết hành trình pistông khung trượt lại được nâng lên, đòn gánh được cài dưới 2 bản lý tiếp theo trên khung trượt sau đó tiếp tục thực hiện hạ khung trượt ép cọc xuống nền đất Cứ như vậy cọc dược ép xuống nền đất theo từng hành trình ép.

09 10 08

07

06 05 04 03

01 02

11

CÊu t¹o 01:khung Truît 02:Khung TÜnh 03:§èi Träng 04:VÝt Me 05:HÖ Xi Lanh (4xi lanh) 06:Quang Treo 07:DÇm Ngang 08:DÇm Däc 09:Xµ ngang 10:Thanh cµi 11:Thang leo

Hình 1

b Cấu tạo hệ thống thuỷ lực và hoạt động(hình 2):

M ® c

06

06

02

03

04

05

xilanh 1

10

09 08 07

xilanh 2

xilanh 3

xilanh 4

Thïng dÇu

Van an toµn

§­êng dÇu

Xi lanh thñy lùc

BÇu läc

Hình 2 Nguyên lý làm việc của hệ thống thuỷ lực:

Thùng dầu (01) có nhiệm vụ chứa dầu thuỷ lực cho hệ thống truyền động

cung cấp dầu thuỷ lực cho bơm dầu khi bơm dâù (02) chạy lưu lượng dầu từ bơm dầu sinh ra được cung cấp cho hệ xi lanh thông qua đường ống dẫn dầu (05) và van

phân phối (04) van phân phối có nhiệm vụ thay đổi áp suất của dòng chảy dầu để

hệ xi lanh có thể nâng lên hạ xuống hay dừng lại

Đồng hồ đo áp (07) có nhiệm vụ chỉ thị áp lực dầu trên đường ống, van an toàn (03) có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho hệ thống tránh cho áp lực dầu vượt quá giá trị cho phép

Đặc điểm máy ép cọc loại này:

- Để leo giữ người ta sử dụng những khối bê tông đúc sẵn (04) được xếp chồng lên nhau trên dầm dọc (09)

- Máy ép loại này có thể ép được lực ép lớn

-Để sử dụng máy yêu cầu phải có cần trục (thường là cần trục bánh lốp) Cần trục

có nhiệm vụ bốc xếp máy lắp dựng máy và dùng trong thi công (cẩu cọc, cẩu lắp dựng cọc ghép nối cọc)

-Do sử dụng cần trục trong thi công nên yêu cầu về mặt bằng thi công, không gian làm việc phải đủ rộng để cần trục có thể hoạt động được xe vận chuyển có thể đến được

1.4.2.2 Máy ép cọc sử dụng vít xoắn ruột gà:

- Đặc điểm về máy:

- Để leo giữ cọc người ta sử dụng vít xoắn dạng ruột gà bám vào lòng đất

- Máy ép loại này có lực ép nhỏ, lắp dựng thủ công

-Máy thường sử dụng thi công ở những nơi chật hẹp, nơi máy ép chất tải không làm việc được

1.4.2.3 Máy ép cọc dùng cơ cấu bám vào chân công trình:

Đặc điểm về máy:

- Để sử dụng máy móng phải được đổ trước và phải tạo chỗ bám

-Máy ép loại này không cần chất tải nên việc thi công ép cọc năng suất hơn loại khác.các

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TỔNG THỂ MÁY ÉP CỌC THUỶ LỰC

Với đề tài tính toán thiết kế máy ép cọc thuỷ lực lực ép Qép max = 150tấn qua thực

tế tìm hiểu ta có thể thiết kế theo các phương án sau:

2.1 Phương án 1:

2.1.1 Cấu tạo máy ép như hình vẽ(hình 3):

03 02 01

CÊu T¹o:

01:Khung Truît 02:Khung TÜnh 03:Thang leo

04:§èi Träng 05:HÖ thèng xi Lanh(4 xi lanh) 06:Xµ ngang

07:Bu l«ng 08:DÇm Ngang 09:DÇm Däc

07 06 05 04

2.1.2 Đặc điểm máy:

- Sử dụng 4 xi lanh

- Giữa dầm dọc với dầm ngang, giữa dầm ngang với khung tĩnh được liên kết bulông

- Xi lanh được bố trí nấp vào trong

2.1.3 Sơ bộ tính toán máy ép cọc theo phương án 1:

Chọn xi lanh

Áp dụng công thức 3.36.[1]

hay T1 = (A1 P1 + A2 P2) ηc (2-1)

với

ηc: hiệu suất cơ khí của xi lanh thuỷ lực

ηc = 0,96 ÷ 0,98

ϕ: hệ só cấu tạo xy lanh

D: đường kính pistông (mm)

d: Đường kính cán pistông (mm)

để ép được Qép max = 150tấn thì lực trên cán pistông T1 sinh ra phải

(2-1) ⇒ (A1 P1 – A2 P2) ηc > 150/4 = 37,5 tấn = 37,5 104(N)

Nếu áp lực công tác của dầu P1 = 16MPa = 16N/mm2

P2 = 0,6MPa = 0,6N/mm2

Hiệu suất cơ khí cua xy lanh ⇒ηc = 0,96

Hệ số cấu tạo xy lanh

( )

4

2 2 2 2 1

1 = − +

⇒

2 4

1 D

A =π

( 2 2) 2

1

A

A

=

ϕ

lanh) xy 4 dông sö

ta do

4

150

1 >

4 2

1

1  > 37 , 5 10













P P

ϕ

6 , 1

2

1 =

=

A

A

ϕ

) ( 4 , 178 96 , 0 6 , 1

6 , 0 16 14 , 3

10 5 , 37 4

10 5 , 37 4

10 5 , 37 4

10

5 , 37

4

2 1 4

2 1

4 2

2 1

4 1

mm D

P P D

P P

D P

P A

c

c c

=









−

>

⇒

















−

>

⇒

















−

>

⇔

















−

>

η ϕ π

η ϕ

π η

ϕ

Như vậy để thiết kế ta có thể chọn xy lanh có đường kính pis tông

D = 200mm

2.1.4 Đánh giá phương án:

2.1.4.1 Ưu điểm của phương án:

- Đường kính xy lanh D = 200(mm) nên xy lanh loại này dễ tìm mua

- Việc bố trí xy lanh lấp vào trong nên kết cấu vững chắc không có phản lực gây

bó biến dạng khung tĩnh (02)

- Việc lắp dựng đơn giản không phải căn chỉnh Trong quá trình sử dụng việc dịch chuyển giàn ép trên dầm dọc, dầm ngang được thực hiện đơn giản

2.1.4.2 Nhược điểm của phương án:

- Chế tạo dầm dọc, dầm ngang phức tạp hơn tốn kém hơn

- Khó khăn cho việc chăm sóc bảo dưỡng hệ xy lanh

-Bố trí đường dầu phức tạp hơn

2.2 Phương án 2:

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo máy ép như hình vẽ 4: