THIẾT kế máy KHOAN cọc NHỒI PHỎNG THEO KIỂU GPS 20

Nhưng để những công trình lớn có thể bền vững được thì nền móng là yếu tốđầu tiên cần phải quan tâm, mà ngày nay công nghệ cọc khoan nhồi được sử dụng để để gia cố nền móng rất phổ biến

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tình hình phát triển kinh tế của nước ta hiện nay, sự nghiệp của cả đấtnước là từng bước trở thành một nước công nghiệp hoá - hiện đại hoá Để trở thànhmột nước có nền công nghiệp hiện đại thì ngành cơ khí chế tạo nói chung và ngành

cơ khí máy xây dựng nói riêng sẽ đóng vai trò hết sức quan trọng Đồng thời muốncho kinh tế phát triển thì cần phải có những điều kiện thuận lợi để phục vụ cho nó

Vì vậy các công trình xây dựng lớn như cầu, cảng, nhà cao tầng… không thể thiếuđược Nhưng để những công trình lớn có thể bền vững được thì nền móng là yếu tốđầu tiên cần phải quan tâm, mà ngày nay công nghệ cọc khoan nhồi được sử dụng

để để gia cố nền móng rất phổ biến và có hiệu quả cao cả về kỹ thuật và kinh tế.Đối với nước ta - một nước đang phát triển, chưa thể chế tạo được máy khoancọc nhồi hiện đại theo kịp các nước phát triển, mà giá thành các loại máy đó lại khácao, xét về kinh tế sẽ không có lợi bằng việc sử dụng các loại máy khoan cọc nhồiđơn giản như GPS 15, GPS 20, …

Xuất phát từ những lý do trên, em nhận thấy đề tài:”TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY KHOAN CỌC NHỒI PHỎNG THEO KIỂU GPS 20 CỦA TRUNG QUỐC”là một

đề tài rất hay và có ý nghĩa thiết thực đối với nước ta hiện nay và đối với bản thân

em Chính vì vậy đây chính là đề tài tốt nghiệp mà em dành hết tâm huyết Do khốilượng công việc của đề tài khá lớn, một sinh viên không thể hoàn thành trong vòngvài tháng nên em đã làm cùng nhóm với hai sinh viên khác Nhiệm vụ của từngngười trong nhóm thiết kế máy khoan cọc nhồi GPS 20 như sau:

1.Nguyễn Tiến Mạnh:Thiết kế hệ thống tời chính-phụ, hệ thủy lực,cần khoan vàđầu thuỷ long

2.Nguyễn Văn Dũng: Thiết kế bộ truyền động, hệ thống điện, mâm quay

3.Hoàng Đức Ninh: Thiết kế kết cấu thép

Công việc thiết kế tốt nghiệp này mặc dù rất khó khăn nhưng với sự hướngdẫn rất tận tình của thầy giáo: PGS.TS.Nguyễn Bính và KS.Phạm Anh Tuấn cùngvới sự quan tâm giúp đỡ của các thày cô giáo trong bộ môn Máy xây dựng và xếp

dỡ - ĐHGTVT nên em đã hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế tốt nhiệp của mình và

em đã tích lũy được thêm rất nhiều kiến thức của chuyên ngành Máy xây dựng vàxếp dỡ Nhưng do thời gian có hạn nên khó tránh khỏi những thiếu xót, em rấtmong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của các thầy cô

Em xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô trong bộ môn MXD-XD, đặc biệt

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CễNG NGHỆ VÀ

MÁY KHOAN CỌC NHỒI KHẢ NĂNG VẬN DỤNG MÁY GPS (TQ) Ở VIỆT NAM

1.1 Công nghệ tạo cọc khoan nhồi.

Khoan cọc nhồi có mục đích tạo cọc (đúc cọc) tại chỗ Công nghệ khoan cọcnhồi gồm hai bớc cơ bản là tạo lỗ khoan bằng máy khoan chuyên dùng và đúc cọcbêtông sau khi tạo lỗ

Công nghệ khoan cọc nhồi ra đời từ năm 1950 và ngày càng phát triển mạnh

mẽ Nó cho phép tạo ra các móng cọc chịu lực rất lớn để xây dựng các công trình:cầu, các toà nhà cao tầng, các công trình thuỷ lợi và thuỷ điện…

Nói chung các loại cọc khoan nhồi đờng kính lớn thi công theo công nghệhiện đại có thể phân theo ba nhóm công nghệ chính nh sau:

1) Công nghệ đúc “khô”

Trình tự công nghệ này đợc mô tả nh sau (hình 1.1):

a) khoan tạo lỗ và mở rộng chân cọc (nếu yêu cầu)

b) Đổ bê tông bịt đáy hoặc bằng ống rút thẳng đứng (nếu hút nớc ảnh hởngtrạng thái ổn định của lỗ cọc) hoặc bằng “vòi voi” (chú ý hạn chế độ cao rơi

A.Vùng đất dính; B.Bê tông bịt đáy; C.Bê tông cọc

- Công nghệ này thờng sử dụng trong trờng hợp trên suốt chiều sâu khoan cọc

là đất dính, sát chặt Đối với cát pha sét phơng pháp này cũng có thể sử dụng

đợc khi mực nớc ngầm thấo hơn đáy lỗ khoan hoặc lu lợng nớc thấm vàokhông đáng kể, có khả năng bơm hút cạn, không sập vách hố khoan, không

ảnh hởng chất lợng bê tông đổ trực tiếp

2) Công nghệ dùng ống vách

Trình tự công nghệ đợc mô tả dới đây (hình1.2), bao gồm các bớc:

a) Khoan tạo lỗ trong lớp đất dính

b) Thêm vữa sét vào lỗ khi đã khoan đến lớp đất rời, thấm nớc

c) Hạ ống vách khi đã qua hết lớp đất rời

d) Lấy hết vữa sét và làm khô lỗ khoan

3 2

- ống vách thờng sử dụng trong trờng hợp thi công nơi có nớc mặt hoặc lỗkhoan cọc xuyên qua các tầng đất sét nhão cát sỏi cuội có cấu trúc rời rạc.Nếu để ống vách lại, khoảng cách giữa vỏ ngoài ống và đất đang có đầy vữasét (hoặc dung dịch khoan), phải đợc thay thế bằng cách bơm vữa ximăng cóchất phụ gia với áp suất cao trong một ống dẫn đa sâu vào khe, xuống tận đáycủa lớp vữa sét Vữa ximăng sẽ thay chỗ dần và đẩy vữa sét (hoặc dung dịchkhoan) còn sét lại trong khe ra ngoài

- Nếu rút ống vách ra khỏi lỗ khoan, cần phải tiến hành ngay trong khi bê tôngvẫn còn ở thế nhão và mặt thoáng của bê tông tơi trong ống lúc nào cũng phảicao hơn mặt thoáng của vữa sét để lợng bê tông đủ thay thế cho vữa sét còntồn đọng ở bên ngoài chung quanh vỏ ống vách

3) Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan.

Trình tự công nghệ gồm có các bớc đợc trình bày trên hình 1.3, bao gồm

- Khoan qua lớp đất dính

- Thêm vữa sét khi gặp lớp đất dễ sạt lở hoặc có nớc ngầm

- Đặt lồng thép vào hố khoan vẫn đầy vữa sét

- Đổ bêtông dới nớc bằng ống rút thẳng đứng cho tới khi bê tông thay chỗ vàdồn hết vữa sét ra ngoài bể chứa

1.2 Giới thiệu chung về máy khoan cọc nhồi.

Năm 1950 theo kiến nghị của giáo s Khlebnikov.E.H (trờngMADI) ở Liên Xô

cũ đã chế tạo thử nghiệm và đa vào sử dụng tổ hợp máy khoan nhồi tạo ra cọc cóchân mở rộng, để tạo tăng cờng sức chịu tải của nền đất

1

2

67

Hình 1.1 Sơ đồ thiết bị khoan thuộc hệ Khlebnikov 1.Giá; 4.trống dẫn hớng; 6.Cánh xén; 2.Rô to; 5.Kích thuỷ lực 7.Phay

3.Cần khoan;

Sau đó, Tenmikaelian và đồng nghiệp đã phát triển và hoàn thiện tổ hợpkhoan có khả năng tạo lỗ và đúc cọc đờng kính từ 0,9 đến 1,7m, độ sâu tối đa 40m.Tuy theo tốc độ hạ mũi phay và mỏ cân cọc có thể tạo ra hốc mở rộng hình quayhình tròn xoay Toàn bộ chiều cao gần 2m, đờng kính mở rộng 2,2-3,5m Khikhoan cọc thẳng và xiên có thể dùng ngay giá búa đóng cọc

Một trong những hãng chế tạo máy khoan nhồi nổi tiếng là hãng BAUER(Đức) với những tổ hợp máy có tính năng hiện đại, năng suất cao và có thể thi côngqua nhiều địa tầng phức tạp, với các bộ công tác thích hợp

đây là một số dạng máy và thiết bị khoan cọc nhồi đặc trng:

1.2.1 Máy khoan dùng ống vách

Đầu khoan hoạt đông theo nguyên tắc gầu ngoạm nhng có khối lợng nặng bảo

đảm năng suất phá và bốc đất đá cao

5 4 3

1 2

Hình1.4 Sơ đồ cấu tạo của thiết bị khoan dùng ống vách 1.Cáp treo gầu đào; 4.Gầu ngoạm;

cho xuống lỗ khoan để dùng cho chu trình tiếp theo, vì vậy máy mang tên máykhoan vận hành ngợc

4

6

7

3 2

5

1

Mực nứơc ngầm

Hình1.5 Thiết bị khoan vận hành ngợc 1.Cáp treo; 4.Giá đỡ; 6 ống hút;

2 Vòi hút phoi; 5 ống vách; 7 Vòi hút

3.ống cấp dung dịch;

Các loại máy khoan nhồi đờng kính cực lớn từ 4m trở lên đều dùng các loại

đầu khoan của phơng pháp vận hành ngợc Chẳng hạn của hãng sản xuất Ishikawashima nh các tổ hợp L4-4S, L-10S, L-1B của hãng Mitsubish nh: MD-350, MD-

150, MD-450, MD-250

1.2.3.Máy khoan đất

Máy khoan đất có gầu khoan làm việc theo nguyên tắc xoắn vít hoặc gầu xoaydùng rất hiệu quả để cho những cọc đờng kính lớn trong nền đất và đá yếu Trờng

4 ống vách tạm; 5 Gầu xoay đào

Do không dùng ống vách và nhiều trờng hợp không dùng cả vữa sét nên rấtthông dụng trong các điều kiện địa chất khác nhau, kể cả khi trong đất có rễ cây, đátảng… Chỉ những lớp đất khả năng sạt lở khoan mới chống tạm thời bằng một

đoạn ống vách

Dùng máy khoan tạo lỗ kiểu vít xoắn liên tục, có trục khoan rỗng đáy ống bịtkín xoắn liên tục, có trục khoan rỗng, đậy ống kín Khi khoan xong máy đợc quayngợc chiều, đồng thời vữa xi măng cát hoặc bê tông cốt liệu nhỏ hơn đợc bơmxuống theo trục khoan với áp lực bảo đảm lớn hơn áp lực hớng kính để chống sập

lỗ vách lỗ khoan Ví dụ về các loại máy khoan này:

- Hãng Nippon sharyo: DH 350, DH400, ED4000, ED6500

- Hãng Hitachi: U106EB, U106, ALED, KH100D

Theo quan điểm kinh tế máy xây dựng xếp dỡ, việc trang bị tổ hợp máy khoancọc nhồi nh thế nào để thoả mãn đồng thời các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế Việc

đầu t máy khoan phải thoả mãn các chỉ tiêu sau:

1 Chi tiêu kinh tế kỹ thuật tổng quát bao gồm:

- Chi phí thực hiện cho một tấn tải trên cọc: việc sử dụng máy GPS 20 chạy bằng

điện đồng thời trong quá trính sử dụng không cần nhiều thiết bị phụ trợ do vậy chiphí cho 1 tấn cọc là có thể chấp nhận ở điều kiện Việt Nam

- Giá thành chế tạo một mét dài cọc thì không cao hơn so với việc thi công các loạimáy khoan cọc nhồi khác

- Chất lợng cọc đợc đảm bảo theo yêu cầu, tuy nhiên năng suất thi công còn chậm

do máy không có khả năng di chuyển phải dùng cần trục đi cùng, khâu chuẩn bịkhoan phức tạp, đặc biệt trong quá trình nối ống khoan tốn nhiều thời gian

2 Chi tiêu kinh tế

- Chi phí đầu t để mua sắm máy GPS 20 thì rẻ hơn nhiều so với các loại máy kháccủa Nhật và Đức

VD Công ty xây dựng Thăng Long

Máy: GPS 20 (Trung Quốc) mua với giá:1.793.500.000 VNĐ

Máy: BV.200 (Italia) mua với giá:20.470.000.000 VNĐ

Máy: ED 4000 (Nhật) mua với giá:2.970.000.000 VNĐ

Máy: BR-1500 (Đức) mua với giá:10.745.000.000 VNĐ

Nh vậy vốn đầu t máy GPS 20 là phù hợp với điều kiện Việt Nam Vì máy rẻnên khấu hao cho máy là tơng đối nhỏ nên rất phù với những công trình có điềukiện thi công khó khăn

3 Chi tiêu kỹ thuật

- Máy khoan GPS 20 là loai máy khoan có thể khoan đờng kính lỗ khoan lớn tới 2mchiều sâu có thể đạt tới 80m Trong quátrình khoan khi muốn tăng chiều sâu khoanthì lắp thêm đoạn cần khoan vào Máy khoan GPS 20 có thể khoan đợc nhiều loại

địa tầng khác nhau, đặc biệt máy có thể khoan đá rất tốt vì vậy máy GPS 20 phùhợp với công trình ở vùng núi và những địa tầng đá

- Chi phí về Bentonit và hao mòn của đầu khoan đều không lớn so với các máykhác.

Nh vậy, xét về toàn bộ các chi tiêu kinh tế_kỹ thuật đa ra thì việc đầu t và sửdụng máy khoan cọc nhồi GPS 20 ở Việt Nam là phù hợp

1.3.2.Tình hình sử dụng máy khoan cọc nhồi GPS 20 ở Việt Nam

Trong các loại máy khoan cọc nhồi thì máy GPS 20 đợc sử dụng khá nhiều ởViệt Nam và đã đem lại những hiệu quả nhất định Ví dụ về việc sử dụng máy GPS

20 ở Việt Nam: Các Công ty xây dựng đã sử dụng máy GPS 20 đạt hiệu quả nh:Công ty cầu 3, Công ty cầu 5, Công ty cầu 9, Công ty cầu 11, Công ty cầu 12 –Thăng Long và nhiều công ty xây dựng khác trên cả nớc

Tại công ty cầu 11-Thăng Long: “Với hớng đầu t đúng đắn, trong thời gian ngắnqua, chỉ bằng những thiết bị đơn giản, nhng Công ty cầu 11- Thăng Long đã đảm đ-

ơng thi công nhiều hạng mục công trình phức tạp, đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao nhkhoan cọc nhồi (với đờng kính 1,5m; sâu 60m) đúc hẫng dầm hộp và khung T dầm

đeo, đúc và lao lắp dầm Super trên mọi địa hình” (Trích dẫn trong báo cáo củaCông ty cầu 11-Thăng Long)

ảnh : Máy khoan GPS 20 _ Công ty cầu 11-Thăng Long đã khoan cọc

nhồi với đờng kính 1,5m; sâu 45m tại công trình cầu Tri Lễ _Thuộc dự

án xây dựng đờng Hồ Chí Minh (đoạn đi qua Thanh Hoá, Nghệ An)

CHƯƠNG 2

CẤU TẠO, CÁC THễNG SỐ CƠ BẢN

VÀ NGUYấN Lí LÀM VIỆC CỦA MÁY GPS 20

2.1.CẤU TẠO

Hình 2.1 Tổng thể máy khoan cọc nhồi GPS -20 1.Hộp số chính 6.Cụm puly đỉnh tháp 10.Giá chữ A

2.Cụm tời chính 7.Giá thao tác trên cao 11.Chân chống vít xoắn 3.Bộ truyền bánh răng 8.Thang leo 12.Chân tì con lăn 4.Cụm tời phụ 9.Tháp khoan 13.Giá đỡ tháp khi hạ 5.Xilanh nâng hạ tháp

a

5.HÖ thèng thuû lùc 10.Bé truyÒn ®ai

*Các cụm máy chính của máy khoan GPS 20:

1) Mâm quay: Mâm quay dùng để kéo cần khoan chủ động và bộ dụng cụ khoan

(cần khoan và mũi khoan) quay vòng Mâm quay là cơ cấu truyền động bánhrăng hình côn tròn một cấp thông qua bánh răng lớn, đài quay, tay quay chữ Hkéo cần khoan làm việc

5 4

2) Hộp giảm tốc: Hộp giảm tốc để giảm thấp vòng quay, nâng cao mômen lực, có

hai nấc biến tốc độ bánh răng trượt hai chiều ( liên kết kép) thực hiện Hộpgiảm tốc nhận truyền động từ hộp số chính thông qua trục các đăng và dẫn độngmâm xoay

3) Hộp số và trích công suất: Hộp số do hộp biến tốc 1 cấp 2 trục tạo thành cú 3

nấc biến tốc độ do di chuyển bỏnh răng liờn kết đơn, liờn kết kộp thực hiện Bờntrong hộp số cú cơ cấu quay thuận, nghịch do bỏnh răng hai chiều của bộ ly hợp(cụn) thực hiện Bỏnh răng một chiều của bộ ly hợp thực hiện sẽ đúng ly hợptời

H7 k6

3.Bộ bánh răng trợt 7.Cặp bánh răng trung gian 11.Ly hợp cụm tời

4.Trục đầu vào 8.Bộ đảo chiều 12.Bánh răng cài số 1

1 2 3

5

7

8 4

H×nh 2.6 Côm tang têi cña m¸y GPS 20

2.B¸nh r¨ng nèi tõ hép sè 5.Têi chÝnh 7.Phanh têi phô3,8.C¸c b¸nh r¨ng trung gian

Nhìn theo A A

B B

500 1500 500 450 200 260 600

2.Dầm ngang 6.Giá đỡ nắp miệng lỗ 10.Tai lắp chốt cố định tháp

4 Đế lắp thanh đỡ cột 8.Tấm đệm giá chữ A

6) Thỏp khoan: dựng để treo xe trượt di động, đầu thuỷ long và thiết bị khoan.

Hỡnh thức kết cấu kiểu chữ mụm “  ” Trong thỏp khoan cú rónh dẫnhướng Rónh dẫn hướng dựng để dẫn hướng đầu thuỷ long, treo dựng để khithỏo lắp cần khoan thỡ cần khoan chủ động khụng bị rơi xuống đất Nõng, hạthỏp khoan do xi lanh thuỷ lực đảm nhiệm

7 6 11

1

8 9

5

Hình 2.9 Tháp khoan máy GPS 201.Tai cố định vào khung tĩnh 5.Tai lắp với xilanh 9.Giá sàn thao tác

3.Thanh ngang 7.Tai lắp chốt khi hạ tháp

4.Tai lắp với giá chữ A 8.Thanh xiên

7) Bộ cụng tỏc khoan: Gồm đầu khoan và cỏc đoạn cần khoan Đầu khoan nhận

chuyển động quay từ mõm quay thụng qua cần khoan Đầu khoan cú cỏc quả dứa

2.Khối gia trọng3.Cần khoan4.Cần khoan chủ động5.Tay quay chữ H6.Đầu thuỷ long7.ống nối với vòi rồng8.Cụm puly nâng hạ

2.2.THÔNG SỐ TÍNH NĂNG CHỦ YẾU CỦA MÁY KHOAN KIỂU GPS-20

- Sức nâng (lực nâng của 1 sợi cáp): 30 kN

- Tốc độ nâng trung bình của 1 sợi: 0,65; 1,16; 2,08 m/s

- Hình thức kết cấu: Kiểu chữ môn “”

- Chiều cao tháp khoan: 11 m

9/Đầu thủy long:

- Đường kính ống thoát nước: 200mm hoặc 150 mm

10/Kích thước máy khoan (Dài x Rộng x Cao)

Trước hết lấy đoạn cần khoan tròn thứ nhất nối thật tốt với đầu khoan Sau đókhởi động bơm dầu để đài trượt và tấm miệng lỗ đưa ra khỏi miệng lỗ Điều khiểntời phụ dùng bộ nâng dẫn đưa đầu khoan đặt vào trong lỗ Lại di chuyển tấm miệng

lỗ tới trung tâm miệng lỗ Dùng đệm chéo khoặc vào gờ của đoạn cần thứ nhất vàcho tỳ lên tấm miệng lỗ, điều khiển cho đài trượt hồi vị, mâm quay thẳng tâm vớitim lỗ Sau đó điều khiển tời chính nâng đầu thuỷ long đã lắp với cần chủ động dichuyển tời vị trí sao cho mặt bích của cần chủ động ăn khớp với mặt bích của đoạncần thứ nhât, dùng 6 bu lông M24 liên kết chặt hai mặt bích, lấy đệm chéo, điềuchỉnh cho tay quay chữ H ăn khớp với mâm quay khởi động đài quay, bắt đầu chokhoan chạy

Tấm tăng trọng, căn cứ vào tình hình địa tầng địa chất nếu cần thiết phải có tấmtăng trọng thì lắp thêm tấm đối trọng vào vị trí giữa mũi khoan và đoạn cần khoantròn đầu tiên

Nối tiếp cần khoan: Khi khoan sâu xuống hết đoạn cần khoan chủ động thì tiếnhành lắp thêm đoạn cần khoan tròn tiếp theo Các bước nối tiếp cần khoan đềuđược tiến hành như sau: Ta nâng bộ công tác lên và dùng đệm chéo khoặc vàođoạn ống trên cùng, cho đệm chéo tỳ lên tấm miệng lỗ Tháo liên kết mặt bích củađoạn cần này với cần chủ động ra Lại điều khiển cho tời chính nâng đầu thuỷ longlên đê kéo cần chủ động lên cao đến mức vừa phải, rồi dùng tời phụ nâng đoạn cầnnối thêm lên và liên kết chặt vời mặt bích của cần chủ động Kéo tời phụ lên vàchỉnh cho mặt bích của đoạn cần vừa nối ăn khớp vời mặt bích của đoạn cần đangkhoặc giữ bằng đệm chéo Lại dùng 6 bulông M24 để liên kết chặt hai mặt bích rồikéo lên bằng tời chính để rút đệm chéo ra Lại bắt đầu cho máy khoan hoạt động