Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 Lời nói đầu Công cuộc đổi mới và hiện đại hoá đất nớc đang diễn ra mạnh mẽ trong đời sống xã hội đặc biệt là trong lĩnh vực kinh tế. Sự phát triển mạnh của kinh tế đòi hỏi ngày càng cấp bách việc xây dựng cơ sở hạ tầng. Đó là công việc xây dựng mới và hiện đại hoá các khu công nghiệp, các nhà máy, các khu dân c, các công trình giao thông nh: cầu cống, đờng xá v.v Trong xây dựng các công trình đó thì công tác xử lý nền móng là một công việc vô cùng quan trọng. Sự ổn định vững chắc nền móng ảnh hởng rất lớn đến chất lợng công trình sau này. Vấn đề đặt ra là phải giảm giá thành khi thi công nền móng để góp phần hạ giá thành toàn bộ công trình. ở nớc ta hiện nay để xử lý nền móng công trình ngời ta có nhiều phơng án khác nhau nh dùng búa đóng cọc Diezel, dùng búa rung động, dùng máy ép cọc bấc thấm, máy ép cọc tĩnh, dùng máy khoan cọc nhồi v.v Tuy nhiên tuỳ từng điều kiện kinh tế, điều kiện thi công mà mỗi phơng pháp thi công có các mặt u, nhợc điểm khác nhau nh phơng pháp thi công bằng búa đóng cọc Diezel thì gây ồn, gây ô nhiễm môi trờng, làm ảnh hởng tới các công trình xung quanh. Với máy khoan cọc thì giá thành mỗi đầu cọc khá cao, với búa đóng cọc rung động thì gây chấn động tới các công trình xung quanh, với máy ép cọc bấc thấm thì giá thành đắt và hiệu quả xử lý nền không cao.v.v Thi công nền móng bằng phơng pháp cọc khoan nhồi là một tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã đợc áp dụng rộng rãi ở các nớc trên thế giới và trong những năm gần đây thi công nền móng bằng phơng pháp cọc khoan nhồi đã đợc áp dụng ở Việt Nam. Kinh nghiệm và kết quả nghiên cứu khi thi công nền móng bằng phơng pháp cọc khoan nhồi có thể thích hợp với nhiều vùng địa chất khác nhau có khả năng tạo ra cọc có chiều sâu, đờng kính phù hợp với yêu cầu khi thi công đặt biệt nó có thể tạo ra cọc có chiều sâu lớn mà vẫn cho năng suất cao mà chất lợng cọc vần đảm bảo. Đặc biệt bằng các thiết bị khoan nh mũi khoan ruột gà, mũi khoan phá đá, mũi khoan gầu xoay v.v thì khi khoan có thể xuyên qua các vùng địa chất cứng mà các thiết bị thi công khác không đáp ứng đợc. SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 Phơng pháp cọc khoan nhồi còn rất thích hợp cho việc tạo móng xây chen giữa các khu dân c mà ít làm ảnh hởng tới các công trình xung quanh (Bằng cách sử dụng ống vách ngăn rung động và chống lở vách), tránh đợc ô nhiễm môi trờng xung quanh. Việc chế tạo cọc ngay tại nền móng công trình tránh đợc chi phí cho vận chuyển cọc từ nơi sản xuất cọc tới chân công trình v.v Vì vậy việc áp dụng kỹ thuật tạo cọc cho nền móng công trình bằng phơng pháp cọc khoan nhồi đảm bảo về mặt chất lợng, tính kinh tế, điều kiện môi trờng đợc đảm bảo là một yếu tố mà đang đợc nhiều công ty, cũng nh các đơn vị thi công đặc biệt quan tâm trong việc sử dụng các thiết bị khoan cọc nhồi. Xuất phát từ những lý do trên, em nhận thấy đề tài: thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi phỏng theo mẫu máy kh125-3 là đề tài rất hay có ý nghĩa thiết thực đối với nớc ta hiện nay và bản thân em. Nhiệm vụ của đề tài đợc thực hiện: Lê Xuân Trờng: Giới thiệu máy KH125-3, u nhợc điểm của máy và xu hớng chế tạo từng phần bộ công tác máy. Xác định các trạng thái làm việc và trạng thái tính toán. Thiết kế gầu xoay và chốt. Quy trình chế tạo gầu. Thiết kế bộ khớp nối treo xoay. Thiết kế bộ truyền động thuỷ lực mâm xoay. Văn Đình Sơn: Giới thiệu công nghệ tạo cọc nhồi. Thiết kế bộ thanh kelly, lò xo giảm chấn. Quy trình chế tạo bộ thanh kelly. Thiết kế kết cấu thép giá khoan. Thiết kế bộ truyền cơ khí mâm xoay (cặp bánh răng cuối). Quy trình lắp dựng, vận hành máy. Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn MXD-XD, đặc biệt là thầy PGS.TS. Nguyễn Bính. Hà Nội 5-2007 Sinh viên: Lê Xuân Trờng SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 Chơng i Giới thiệu máy kh125-3, u nhợc điểm của máy và xu hớng chế tạo từng phần bộ công tác máy Trong thi công khoan cọc nhồi ở trên thế giới cũng nh ở Việt Nam thờng dùng một số loại máy khoan cọc nhồi sau đây nh một số máy khoan của hãng (NIPPON SHANYO, HITACHI v.v Do Nhật Bản sản xuất, BAUER của Đức, GPS-15, GPS- 20HA, QJ250-1 v.v Của Trung Quốc, một số máy của Pháp. 1.1. Sự phát triển mạnh mẽ máy khoan cọc nhồi ở Nhật Bản. Năm 1954 Nhật đã bắt đầu nghiên cứu chế tạo chiếc máy khoan cọc nhồi đầu tiên. Sau đó trong thập kỷ 60 cùng với sự phát triển xây dựng đờng sắt và nhà cao tầng nhất là sau hội nghị vận động sử dụng đại trà cọc khoan nhồi trong xây dựng năm 1964 các loại tổ hợp máy khoan đã liên tục đợc cải tiến, đáp ứng nhu cầu xây dựng quy mô lớn đa Nhật Bản thành nớc hàng đầu thế giới về lĩnh vực công nghệ cọc khoan nhồi có thể thống kê sơ bộ sự phát triển nh sau. Năm 1960 hãng Kato đã chế tạo máy 20H tơng tự Calwebd 150A. Năm1962 hãng Mitsubishi và Benoto Pháp hợp tác sản xuất tổ hợp BT1 năm 1964 tiếp tục cho sản xuất xong tổ hợp máy khoan BT2. Năm 1962 cho ra xởng máy 20HB cải tiến. + Cũng vào năm 1960 hãng Hitachi đã chế tạo tổ khoan kiểu gầu ngoạm U- 106 để tạo cọc đờng kính lớn. Trên gầu ngoạm còn lắp tạm thời bộ kích động khi cần thiết. Trong đó loại U-106A thao tác đơn giản và cơ động rất thông dụng. Năm 1965 Hitachi-CHLB Đức hợp tác chế tạo PS-150. Năm 1966 Hitachi- CHLB Đức hợp tác chế tạo S -200. Năm 1971 Hitachi- CHLB Đức hợp tác chế tạo S-600. Năm1973 bắt đầu cải tiến bộ gá mở rộng chân cọc. Năm 1975 Misubishi và Hitachi sản xuất tổ hợp khoan loại lớn MD440 và S 4804. Năm 1977 dùng phổ biến máy khoan vận hành ngợc để khoan tạo lỗ cho cọc. SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 Đến nay Nhật Bản đã trở thành một cờng quốc về sản xuất máy khoan với những hãng nổi tiếng hàng đầu thế giới. - Máy khoan đất: Sumitomo, Nippon Sharyo, Hitachi, Hirabayashi, Seiakusho. - Máy khoan vận hành ngợc: có các hãng: Koken, Tokimec, Tone, Hitachi. - Máy khoan dùng ống vách có các hãng: Kato, Nippon sharyo, Bauen, Misubishi v.v 1.2. Giới thiệu máy khoan cọc nhồi của hãng Hitachi. Hãng Hitachi của Nhật Bản chế tạo máy khoan cọc nhồi KH100D, KH125-3, KH180-3, CD1500, CD200 v.v Máy khoan cọc nhồi thuỷ lực của hãng Hitachi có cần khoan kiểu KELLY- BAR là loại thiết bị có năng xuất cao nhất trong tất cả các loại khoan, đây cũng là loại khoan phù hợp với tầng địa chất từ mền đến cứng nh granítte v.v trên cạn cũng nh dới nớc, tính cơ động cao, có thể khoan lỗ : 0,8-2,0m; sâu max 65m. Mômen xoắn từ 40-100kNm. Lực ép thẳng đứng vào cần khoan lên đến 30-100kN. 5 2 4 3 1 Hình 1.1. Sơ đồ bộ công tác khoan dùng gầu xoay. 1.Cáp treo thanh kely. 2. Thanh kely. 3. Mâm xoay thanh kely. 4. ống vách tạm. 5. Gầu xoay đào. SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 Với thiết bị này, để củng cố thành vách lỗ khoan ngời ta thờng áp dụng vữa tuần hoàn bentonit vì kinh tế và hiệu quả hơn khi sử dụng khoan bằng ống vách thép. Máy khoan cọc nhồi thuỷ lực KH125-3 đợc lắp trên cần cẩu, là loại đầu khoan lắp trên cần của cần cẩu bánh xích, cần khoan theo kiểu KELLY-ROAD dùng truyền động ma sát nên chủ yếu dùng để thi công trong nền đất yếu và trung bình. Nếu kết hợp với mũi khoan thích hợp thì có thể dùng cho địa chất đá có cờng độ kháng nén 200-400 Mpa, tạo lỗ khoan đờng kính từ 0,8-2,0 m với độ sâu max 65m; chủ yếu là để khoan đất do mônen xoắn nhỏ, cần khoan theo kiểu ma sát, không lực nén ép mũi khoan. 5 4 3 1 2 Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị khoan dùng ống vách. 1.Cáp treo gầu đào. 2. xi lanh nâng hạ. 3. Mâm xoay ống vách 4. Gầu ngoạm. 5. ống vách có răng cắt đất Các máy sử dụng thiết bị hệ thống gầu ngoạm thuỷ lực hoặc gầu ngoạm cơ khí. Gầu ngoạm cơ khí có lực cắt từ 10-20T còn gầu thuỷ lực có lực cắt lớn hơn nên có khả năng làm việc với địa chất cứng tốt hơn nhiều. Nhợc điểm của phơng pháp SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 này là năng suất thấp, không thích hợp với các địa chất đá cứng, khả năng cơ động kém. Khi gặp phải địa chất đá cứng ta phải dùng một quả chuỳ đúc bằng thép nặng từ 6-8T cho rơi tự để phá đá. Do cách thức phá đá nh vậy nên để khoan vào đá cứng th- ờng cần 10-15 ngày thậm chí đến 30 ngày cho một lỗ khoan. Ngoài ra do chịu tác dụng của lực rơi tự do nên cần cẩu thờng bị chấn động mạnh, dẫn đến các thiết bị nh tời và cáp nhanh hỏng. 1.3. Thông số kỹ thuật máy khoan KH125-3. 1.3.1. Các kích thớc cơ bản. Chiều rộng giá 3100 Chiều rộng dải xích 760 Khoảng cách tâm hai bánh 4250 Chiều dài bánh xích 5090 Khoảng cách gầm máy đến đất 370 Chiều cao toa quay từ đất 995 Chiều cao giá chữ A khi di chuyển 3175 Chiều cao giá chữ A khi làm việc 4175 Bán kính tính từ tâm máy đến phần sau máy 3800 Khoảng cách từ tâm quay đến chốt lắp cần 900 Chiều dài máy cơ sở 6347,5 Chiều cao máy cơ sở 3005 Chiều rộng máy 4010/3350 Khoảng cách từ tâm máy đến đến tâm làm việc R 4300 SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 Hình1.3. Máy khoan cọc nhồi KH125-3. 1.3.2. Đặc điểm máy khoan KH125-3. Chiều sâu khoan + Đất mùn, đất phù sa, đất sét + Đất chung m 65 58 Đờng kính khoan + Đất chung + Đất mùn + Dùng dao mở rộng lỗ khoan (mm) 1500 1700 2000 Lực quay của gầu + Quay thuận kNm 40,2 SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 + Quay nghịch 49,1 Lực kéo bộ công tác (kN) 123,6 Tốc độ vận hành - Tốc độ quay của gầu + Tốc độ cao + Tốc độ thấp v/p 30 15 - Tốc độ kéo cáp của tời + Tốc độ cao + Tốc độ thấp + Sử dụng đờng kính dây cáp (mm) m/p 70 35 20 - Tốc độ thay đổi góc nghiêng của cần + Khi thả + Khi kéo m/p 60 60 - Tốc độ quay toa quay (v/p) 4 - Tốc độ di chuyển (km/h) 1,8 Đối trọng (tấn) 11,6 Tổng khối lợng của máy (tấn) 47 Lực ép xuống đất (kG/cm 2 ) 0,68 Chiều dài cần (m) 22 Động cơ + Công suất theo tỷ lệ (mã lực/ v/p) + Loại động cơ Hino EM100 (diezel) 150/2000 1.4. Cấu tạo chung, nguyên lý hoạt động máy khoan KH125-3. 1.4.1. Cấu tạo chung. SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 8 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ bé c«ng t¸c m¸y khoan cäc nhåi KH125- 3 16600 3005 Ø1500 760 3250 4010 (3350) 23600 2 1 6347,5 5090 4250 R4300 7 6 4 3 8 2 , 3 ° 8 5 9 11 12 14 13 16 15 10 18 17 19 SV: Lª Xu©n Trêng Líp: M¸y X©y Dùng A-K43 9 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi KH125- 3 Hình 1.4. Tổng thể máy khoan cọc nhồi KH125-3. 1: Bộ xích di chuyển 10: Cáp kéo tời chính 2: Ca bin điều khiển 11: Chốt khoá 3: Gầu khoan 12: Mô tơ quay gầu 4: Giá khoan 13: Tuy ô thuỷ lực 5: Thanh kelly 14: Cáp kéo tời phụ 6: Buồng động cơ 15: Cần 7: Giá ch A 16: Cáp treo cần 8: Thanh chống 17: Khớp xoay 9: Xi lanh đỡ giá khoan 18: Xi lanh ép thanh kelly 19: Chốt liên kết gầu và thanh kelly 1.4.2. Nguyên lý hoạt động máy khoan KH125-3. 1.4.2.1. Các bớc trong quá trình khoan. Di chuyển máy khoan đến vị trí cần khoan vị trí đã đợc xác định tâm. Điều quan trọng nhất của hoạt động khoan là lắp ráp mà theo phơng ngang. Sử dụng, dụng cụ đo mặt phẳng nằm ngang ở trong cabin lái để lấy mặt phẳng, và điều chỉnh bằng các thiết bị bấm giờ hoặc đĩa thép một cách chắc chắn để kết cấu trên duy trì đợc mặt bằng ngay cả khi nó quay 360 0 . Tạo góc cần nâng theo góc khoan 82,3 0 bằng cách sử dụng công tơ đo góc hình ống đặt trong cabin lái. Sau đó đa công tơ đo góc ở phía trớc về điểm không bằng cách điều chỉnh sự di chuyển của cáp giữ. Lúc đó kiểm tra xem thanh kelly treo theo phơng dọc băng cách di chuyển thanh lên xuống. Nếu cần thiết sử dụng bộ phận chuyển tiếp để xác định phơng dọc của thanh kelly. Vị trí tâm gầu phải trùng với tâm lỗ khoan và đợc xác định bằng cách sử dụng một vật nặng treo lơ lửng ở tâm gầu hoặc một cái cọc ở trên mặt đất. Khi xác định xong vị trí, hạ gầu xuống nhẹ nhàng và bắt đầu khoan lớp bã. cách kéo cần xoay gầu (phải chắc chắn rằng khoá quay đã đóng). Không sử dụng lực đẩy (phản lực) trong khi vận tốc máy và tốc độ quay của gầu thấp. Nên chú ý không, làm giảm tốc độ chạy của cáp treo thanh kelly trong suốt quá trình hoạt động. SV: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy Xây Dựng A-K43 10