Tính toán và thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 – 3 của hãng hitachi

Để gia cố nền móng cho các công trình trọng điểm quốc gianh các cây cầu lớn, các khu trung c cao tầng ở các thành phố … có rất nhiều ph có rất nhiều phơngpháp nh ép cọc bê tông, cọc khoa

Trờng đại học giao thông vân tải

Tính toán thiết kế máy khoan cọc nhồi

Dựa theo máy kh125 – 3 của hãng hitachi

Nhiệm vụ II:

1 Giới thiệu công nghệ tạo cọc khoan nhồi

2 Thiết kế bộ thanh kelly và lò xo giảm chấn

3 Quy trình chế tạo bộ thanh kelly

4 Thiết kế kết cấu thép giá khoan

5 Thiết kế bộ truyền cơ khí mâm xoay ( cặp bánh răng cuối )

Đất nớc ta hiện nay đang trong quá trình xây dựng và đổi mới với mục đích

đến năm 2020 nớc ta sẽ trở thành một đất nớc công nghiệp Trong các nhiệm vụchiến lợc của Đảng và Nhà Nớc ta, xây dựng cơ sở hạ tầng là nhiệm vụ nòng cốt và

ngày càng nhiều và hiện đại để đáp ứng đợc sự phát triển của xây dựng cơ sở hạtầng, đặc biệt là các máy và thiết bị phục vụ cho công tác gia cố nền móng côngtrình Gia cố nền móng công trình là công tác rất quan trọng và không thể thiếutrong bất kỳ công trình xây dựng nào Đây là yếu tố quyết định đến chất lợng vàtuổi thọ của công trình Để gia cố nền móng cho các công trình trọng điểm quốc gia

nh các cây cầu lớn, các khu trung c cao tầng ở các thành phố … có rất nhiều ph có rất nhiều phơngpháp nh ép cọc bê tông, cọc khoan nhồi, cọc cát, cọc bấc thấm … có rất nhiều ph tuy vậy, các nămgần đây công nghệ tạo cọc khoan nhồi đờng kính lớn là phơng pháp đợc sử dụngrộng rãi và hiệu quả ở Việt Nam Phơng pháp này không những đảm bảo về tính kỹthuật của công trình mà nó còn cho hiệu quả kinh tế cao, thời gian thi công ngắn.Việc thiết kế và đầu t máy khoan cọc nhồi sao cho hợp lý là vấn đề khá khó khănhiện nay Để phần nào giải quyết đợc vấn đề này, chúng em đã thực hiện đồ án tốtnghiệp:

“ Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 – 3 ”.Nhiệm vụ cụ thể nh sau:

Nhiệm vụ I:

1 Giới thiệu về máy KH125 – 3

2 u nhợc điểm của máy và xu hớng chế tạo từng phần bộ công tác máy

3 Xác định các trạng thái làm việc và trạng thái tính toán của máy

4 Thiết kế gầu xoay và chốt

5 Quy trình chế tạo gầu xoay có đờng kính D = 1500 mm

6 Thiết kế bộ khớp xoay

7 Thiết kế bộ truyền động thuỷ lực mâm xoay

Nhiệm vụ II:

1.Giới thiệu công nghệ tạo cọc khoan nhồi

2 Thiết kế bộ thanh kelly và lò xo giảm chấn

3 Quy trình chế tạo bộ thnah kelly

4 Thiết kế kết cấu thép của giá khoan

5 Thiết kế bộ truyền cơ khí dẫn động cho mâm xoay

6 Quy trình lắp dựng và vận hành máy

Dới sự chỉ dẫn tận tình của PGS – TS Nguyễn Bính và các thầy giáo trong

bộ môn Máy xây dựng và xếp dỡ, cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoànthành nội dung đồ án với thời gian ngắn nhất

Trong quá trình em thực hiện đồ án, do sự hiểu biết có hạn và thời gian hạnhẹp nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót, vậy em mong các thầygiáo và các đồng nghiệp bổ xung, đóng góp ý kiến để đồ án của em hoàn thiện hơn.

Lời cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS – TS Nguyễn Bính, cácthầy cô giáo trong bộ môn Máy xây dựng – Xếp dỡ và Công ty cầu 3 Thăng Long

đã giúp đỡ em tận tình trong quá trình em thực hiện đồ án

Hà nội, ngày 20 tháng 4 năm 2007

Sinh viên thực hiện

Văn Đình Sơn

Chơng I công nghệ tạo cọc khoan nhồi

1. Tổng quan về nền móng tại việt nam:

Nớc ta có hai vùng đồng bằng rộng lớn quan trọng nhất là vùng đồng bằngSông Cửu Long và vùng đồng bằng Sông Hồng Cả hai vùng đồng bằng này đều cónguồn gốc cơ bản là bồi tụ, thi thoảng mới có đồi núi trọc bị bào mòn từ nguồn gốclục địa già Do vậy cơ bản hai vùng đồng bằng này có nền yếu

Các vùng đồng bằng là nơi có nhiều công trình nhân tạo tập trung sầm uất,

đây là các công trình lớn, có tầm quan trọng quốc gia Hầu hết các công trình nhântạo đều truyền tải trọng bản thân và hoạt tải qua nền móng xuống đất

Khu vực thành phố hà nội là vùng đất nằm ở Đông bắc bắc bộ, trung tâm của

đồng bằng Sông Hồng Địa chất ở đây có nguồn gốc cơ bản là bồi tụ bởi dòng SôngHồng Trung tâm thành phố Hà Nội là vùng tập trung rất đông đúc dân c, ở đây tậptrung rất nhiều các công trình trọng điểm và có quy mô lớn của quốc gia Hầu hếtcác công trình xây dựng này đều truyền tải trọng bản thân và và hoạt tải qua nềnmóng xuống nền đất và giá trị của tải trọng này ngày càng có giá trị lớn Mặt khác

do nền đất của khu vực này là nền đất tự nhiên nên nó không thể thoả mãn đ ợc các

điều kiện chịu lực của công trình xây dựng trên nó theo các thông số đánh giá nhtính kháng nén, tính kháng cắt ứng với các điều kiện địa chất, thuỷ văn biến độngkhác nhau Do đó việc gia cố nền móng cho các công trình lớn là rất cần thiết và nó

đóng vai trò rất quan trọng, quyết định chất lợng và tuổi thọ của công trình Chi phícho việc gia cố nền móng trong giá thành công trình chiếm một tỉ lệ đáng kể, thấpnhất cũng là 15  30%, có khi lên đến 40  50% giá thành công trình.

Tầng đất yếu cần gia cố này phổ biến có độ dày từ 2 đến 40 m, cá biệt tới

200 m với thành phần chủ đạo là á cát, á sét lẫn trầm tích hữu cơ gần nh bão hoà

n-ớc Theo tài liệu khoan thăm dò thì địa chất tiêu biểu của vùng thủ đô Hà Nội có thểmô tả theo bảng sau:

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 á cátá sét

dẻo chảy

Cát pha Sét chảy

Cát pha Cát chảy

Cát pha Sét chảy

Cát mịn bão hoà

Sét dẻo CuộiSỏi

Cát thô bão hoà

2. Các phơng pháp gia cố nền móng công trình.

Nh trên ta thấy rằng tình trạng nền móng ở Việt Nam là yếu, không đảm bảo

đợc khả năng chịu tải của công trình, đặc biệt là các công trình lớn, có tính chấtvĩnh cửu và tầm cỡ quốc gia nh các cầu lớn, cảng biển, cảng sông, các thuỷ điện,các khu trung c … có rất nhiều ph Do đó công tác gia cố nền móng đóng vai trò hết sức quan trọng,không thể thiếu và nó có ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của công trình

Ngày nay, các phơng pháp gia cố nền móng khá phong phú và đa dạng.Ngoài các biện pháp kết cấu tầng dới của công trình để chống lún, sụt đều và không

đều nh móng bè, móng chân vịt, khe lún, giằng tờng, giằng móng… có rất nhiều phcũng nh cácbiện pháp gián tiếp nh đắp khối ( tờng ), phản áp ( đối trọng ), tờng chắn… có rất nhiều ph còn cócác biện pháp đặc hữu nh gia nhiệt cho nền, trộn vôi, xi măng, silicát hoá, điện –hoá… có rất nhiều phtrên bề mặt hoặc sâu trong nền để cải thiện cơ tính của nền

Ngày nay, trong công tác gia cố nền móng ngời ta sử dụng rộng rãi và cóhiệu quả ba phơng pháp chính, đó là:

a) Phơng pháp cải tạo sự phân bố ứng suất trên nền, bằng cách:

- Dùng đệm cát: phơng pháp này đợc sử dụng khi lớp nền yếu có chiều sâu nhỏhơn 3 mét bão hoà nớc Khi này ta có thể gạt bỏ lớp đất yếu dới chân móng vàthay vào đó là một lớp cát có chiều dày theo thiết kế Phơng pháp này đơn giản

và không đòi hỏi thiết bị thi công phức tạp nếu khối lợng công việc không lớn

- Dùng đệm đá sỏi: Phơng pháp này đợc dùng khi lớp đất yếu dới móng có nớcngầm với áp lực không cao, không thể đặt đợc đệm cát và dới nó cũng là lớp đất

Khả năng chịu tải trọng của đệm đá sỏi lớn hơn nhiều so với đệm cát nên ta cóthể coi nó là một bộ phận của nền móng công trình.

- Dùng đệm đất: Đệm đất đợc sử dụng khi các công trình xây dựng trên các nền

đắp và mực nớc ngầm ở dới sâu

Tuy nhiên các vật liệu dùng làm đệm phải lựa chọn phù hợp với yêu cầu kỹ thuật

và phải đợc đầm lèn chặt theo yêu cầu thiết kế

b) Phơng pháp tăng độ chặt của nền bằng biện pháp tiêu nớc thẳng đứng, có các

ph-ơng pháp chính sau:

- Dùng cọc cát, sỏi: Phơng pháp này đợc dùng khi diện tích móng công trình lớn,lớp nền yếu có chiều dày lớn hơn 3 m Cọc cát, sỏi sẽ làm cho độ ẩm và độ rỗngcủa nền giảm đi Cọc cát, sỏi có tác dụng nh một giếng tiêu nớc thẳng đứng, làmcho mô đuyn biến dạng, tính kháng nén, kháng cắt của nền tăng lên Khi này cáccọc sẽ làm việc đồng thời với nền, do đó tính chất chịu lực của nền gia cố cọccát, sỏi tốt hơn nhiều so với các loại cọc khác Nó có tính bền vĩnh cửu, hoàntoàn không bị ăn mòn do xâm thực, thiết bị thi công đơn giản và phổ biến Mặtkhác hiệu quả kinh tế cao Kinh phí xây dựng có thể giảm đến 40% so với dùngcọc bê tông, giảm 20% so với dùng đệm cát

- Dùng bấc thấm: Khác với cọc cát, sỏi; bấc thấm không tham gia vào quá trìnhchịu lực truyền tải của công trình xuống nền, nó chỉ có chức năng tiêu nớc thẳng

đứng cho nền và làm cho cơ tính của đất nền đợc nâng cao do tăng cờng tốc độ

cố kết của nó, kết quả là sự chịu tải của đất nền đợc cải thiện

Bấc thấm có các u điểm nổi bật là:

a) áp dụng cho nền có diện tích lớnb) Độ sâu tầng cải tạo lớn, có thể đạt đợc 20 – 30 m

c) Vật liệu chế tạo sẵn có và gọn nhẹd) Công nghệ thi công đơn giản, năng suất caoe) Hiệu qủa kinh tế cao

Chính vì những tính u việt nổi trội nh trên mà các năm gần đây phơng pháp này

đợc sử dụng rất rộng rãi trong việc cải tạo và nâng cấp các tuyến đờng quan trọng

nh quốc lộ 1, quốc lộ 5 và các tuyến đờng mới nh đờng Láng hoà lạc… có rất nhiều ph

- Phơng pháp gia cố nền móng bằng cọc cứng

Móng cọc là một kết cấu quan trọng và quen thuộc trong xây dựng Móngcọc làm nhiệm vụ truyền tải công trình xuống sâu trong nền đất có lớp địa chất chịu

lực tốt, khắc phục đợc biến dạng lún không đồng đều, chịu đợc tải trọng ngang,giảm khối lợng đào đắp, rút ngắn thời gian thi công do đã công nghiệp hoá việc chếtạo cọc và thiết bị thi công

Hiện nay có nhiều phơng pháp thi công cọc cứng nh dùng máy búa để hạ cọc,phơng pháp đúc cọc tại chỗ bằng công nghệ cọc khoan nhồi… có rất nhiều ph

Tuy vậy, để thi công cọc cứng có đờng kính lớn và chiều sâu cọc là lớn để

đáp ứng các yêu cầu chịu tải trọng lớn ở những công trình lớn thì hiện nay phơngpháp đúc cọc tại chỗ bằng công nghệ thi công cọc khoan nhồi đợc sử dụng rộng rãi

và có hiệu quả cao, đảm bảo về tính kinh tế và tính kỹ thuật của công trình

3. Công nghệ tạo cọc khoan nhồi :

Gia cố nền móng bằng phơng pháp đúc cọc tại chỗ bằng công nghệ tạo cọckhoan nhồi, một phơng pháp có hiệu quả cao, đảm bảo chất lợng công trình và đang

đợc áp dụng rộng rãi ở Việt Nam

ở nớc ta có hai vùng đồng bằng quan trọng nhất đó 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 vùng đồi trọc bị bào mòn từ nguồn gốc lục địa già Do

đó, cơ bản cả hai vùng đồng bằng kể trên là nền yếu, và địa tầng phức tạp

Khi xây dựng các cầu lớn có khẩu độ lớn trên 50m đến hàng trăm mét, cáccảng biển, cảng sông, các công trình thuỷ điện, các khu nhà cao tầng… có rất nhiều phtrên hệmóng cọc đờng kính lớn, chiều dài cọc lớn trong điều kiện địa chất phức tạp nh cónhiều lớp đất yếu, hoặc có các hang castơ, nơi nớc sâu là một trong những tháchthức lớn đối với ngành xây dựng công trình giao thông Để đáp ứng đợc đòi hỏi đóthì công nghệ thi công cọc bằng phơng pháp tạo cọc khoan nhồi có đờng kính từ 1

 2,5m đã đợc phát triển hiệu quả ở nớc ta Lần đầu tiên ngành xây dựng cầu đãứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đờng kính 1,4m hạ sâu 30m khi thi công cầuViệt Trì Đến nay việc thi công cọc khoan nhồi có đờng kính từ 1 – 2 m hạ sâutrong lòng đất từ 30 – 60 m, thậm chí sâu đến 80m đang là giải pháp chủ yếu đểgiải quyết kỹ thuật móng sâu, trong các điều kiện địa chất đất yếu hoặc phức tạpcho các công trình xây dựng và giao thông lớn

Các công nghệ thi công cọc khoan nhồi đờng kính lớn đã giải quyết đợc cácvấn đề về kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loạicọc có mặt cắt vuông hoặc tròn với đờng kính nhỏ hơn 600 mm đóng bằng búa runghay búa xung kích, hoặc loại cọc ống thép không thực hiện đợc hoặc chúng đòi hỏi

kinh phí xây dựng rất cao, tiến độ thi công kéo dài và không thể đảm bảo độ bềncủa công trình.

4. Các công nghệ tạo cọc khoan nhồi đờng kính lớn.

Trong công nghệ tạo cọc khoan nhồi đờng kính lớn, hiện nay ngời ta thờng sửdụng ba phơng pháp công nghệ chính, đó là:

4.1 Công nghệ đúc “ khô ” 4.2 Công nghệ dùng ống vách.

4.3 Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan.

Cụ thể các công nghệ nh sau:

4.1 Công nghệ đúc “ khô ” :

Công nghệ này thờng đợc sử dụng trong trờng hợp trên suốt chiều sâu khoancọc là đất dính, sét chặt Đối với loại cát pha sét cũng có thể sử dụng phơng phápnày khi mà mực nớc ngầm thấp hơn đáy của lỗ khoan hoặc lu lợng nớc thấm vào lỗkhoan không đáng kể, mà ta có khả năng bơm hút cạn nớc, không làm sập vách hốkhoan, không ảnh hởng đến chất lợng bê tông khi nó đổ trực tiếp xuống hố

Trình tự của công nghệ này nh sau:

- Khoan tạo lỗ

- Mở rộng chân cọc nếu có yêu cầu

- Đổ bê tông bịt đáy bằng ống rót thẳng đứng, hoặc bằng vòi voi Cần chú

ý đến việc hạn chế chiều cao rơi tự do của bê tông, tránh hiện t ợng phântầng

- Khi lợng bê tông bịt đáy đạt đến chiều cao quy định thì ta dùng chínhmáy khoan cẩu lồng thép đặt vào phần trên của cọc và tiếp tục đổ bêtông Chú ý bảo đảm lớp bê tông bảo vệ cốt thép không vợt quá những trị

số đã quy định

- Đúc nốt phần cọc còn lại

9 8

6

7

5 4

3 2

1

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ đúc Khô có mở rộng chân cọc“ ”

3 Đổ bê tông bịt đáy 4 Đặt lồng thép vào lỗ khoan

5 Đúc nốt phần cọc còn lại 6 Gầu khoan

7 Cánh xén mở rộng chân cọc 8 Cọc đổ bê tông thẳng đứng 9.Lồng thép

4.2 Công nghệ dùng ống vách:

Công nghệ này thờng đợc dùng trong trờng hợp thi công ở nơi có nớc mặt,bùn nhão, hoặc những nơi khoan cọc xuyên qua các tầng đất sét nhão, cát, sỏicuội có cấu trúc rời rạc

Trình tự công nghệ này nh sau:

- Khoan tạo lỗ trong lớp đất dính

- Thêm vữa sét vào lỗ khi đã khoan đến lớp đất rời và thấm nớc

- Hạ ống vách xuống khi đã khoan hết lớp đất rời

- Lấy hết vữa sét và làm khô lỗ khoan

- Tiếp tục khoan cho đến độ sâu thiết kế trong lớp đất “ Khô” phía dới

- Thực hiện mở rộng chân cọc bằng cánh xén gá lắp tại đầu khoan ( nếu cóyêu cầu )

- Đổ bê tông bịt đáy đồng thời phải kéo ống vách lên trên

- Khi đổ bê tông đến chiều cao quy định thì tiến hành hạ lồng thép xuống

và tiếp tục đổ bê tông hết chiều cao cọc thiết kế

Khi thực hiện công nghệ này thì cần phải chú ý nh sau:

 Cần thực hiện đổ bê tông đúng quy trình và trong thời gian cho phép theothiết kế, tránh trờng hợp gián đoạn trong quá trình đổ bê tông, tránh hiện t-ợng phân tầng

 Nếu rút ống vách ra khỏi lỗ khoan thì cần phải tiến hành ngay trong khi bêtông vẫn còn ở thể nhão và mặt thoáng của bê tông tơi trong ống lúc nàocũng phải cao hơn mặt thoáng của vữa sét, để lợng bê tông đủ thay thế chovữa sét còn tồn đọng ở bên ngoài chung quanh vỏ ống vách

 Nếu để ống vách lại thì khoảng cách giữa vỏ ngoài ống và đất đang có đầyvữa sét hoặc dung dịch khoan, do đó ta cần phải thay thế bằng vữa xi măng

có chất phụ gia với áp suất cao trong một ống dẫn đa sâu vào khe hở, xuốngtận đáy của lớp vữa sét Khi đó vữa xi măng sẽ thay thế dần dần và đẩy vữasét còn sót lại trong khe ra ngoài

14

9

8 7

6 5

4 3

2 1

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ đúc cọc khoan nhồi dùng ống vách có mở rộng chân cọc

1 Khoan lỗ hết lớp đất dính 2 Cho dung dịch bentônit xuống hố khoan

3 Hạ ống vách 4 Tiếp tục khoan khi đã lấy hết bentônit

B : Lớp đất rời, nhão hoặc nớc ngầm

4.3 Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan

Công nghệ này có thể sử dụng để thay thế cho công nghệ dùng ống váchtrong mọi tình huống địa chất Đặc biệt là trờng hợp dùng ống vách nhng không cókhả năng ngăn cản đợc triệt để nớc ngầm chảy vào trong lỗ khoan Phơng pháp này

đợc dùng rất hiệu quả tại khu vực gần bãi sông

Trình tự công nghệ này nh sau:

- Khoan tạo lỗ qua lớp đất dính

- Khi gặp lớp đất dễ sạt lở hoặc có nớc ngầm thì tiến hành cho dung dịchbentônit xuống liên tục sao cho đảm bảo yêu cầu quy trình công nghệ

- Thực hiện mở rộng chân cọc nếu có yêu cầu bằng cánh xén gắn vào đầucần khoan

- Khi đã khoan đến chiều sâu thiết kế thì tiến hành đổ bê tông bịt đáy bằngống rót thẳng đứng

- Dùng tời phụ của máy cẩu và đặt lồng thép xuống, và tiếp tục đổ bê tôngxuống cho đến khi bê tông thay thế toàn bộ bentônit Bố trí máy bơm đểhút bentônit về bể lọc bentônit

Khi thực hiện công nghệ này cần phải chú ý đến những vấn đề sau:

 Khối lợng vữa sét hoặc dung dịch khoan phải đủ lớn đảm bảo tạo ra cột dungdịch cao có tỉ trọng lớn hơn nớc ngầm, khi đó mới đảm bảo áp suất dung dịchmới thắng đợc áp suất ngang của nớc và không cho nớc lọt vào lỗ khoan,cũng nh áp lực đẩy ngang của đất

 Trong quá trình bơm bentônít xuống thì chất lợng của dung dịch này ngàycàng bị giảm đi nên ta cần phải có biện pháp duy trì chất lợng bentônít hoặcvữa sét theo các tham số quy định một cách nghiêm ngặt

8 7

6 5

4 3

2 1

Hình 1.3: Công nghệ tạo cọc khoan nhồi dùng bentônit không mở rộng chân cọc

1 Định vị vị trí của tâm cọc 2 Khoan hố sơ bộ đặt ống vách tạm

3.Hạ ống vách xuống 4 Cho dung dịch bentônit xuống liên tục

5 Khoan hết lớp đất dính 6 Đổ bê tông bịt đáy

7.Hạ lồng cốt thép xuống dới 8 Đúc nốt phần cọc phía trên

5. Sơ đồ công nghệ thi công cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch Bentonit

Khi thi công cọc khoan nhồi theo công nghệ dùng dung dịch Bentonit, ngời

ta tiến hành các bớc theo sơ đồ công nghệ sau:

Trộn cấp bêtông

Đổ bêtông

Đo độ sâu của cọc Làm sạch

lần 2

Đặt ống

đổ bêtông

Hạ lồng cốt thép

Gia công cốt thép

Đo độ lắng Tuần hoàn

dung dịch

Xử lý

dung dịch

Dọn sạch mặt bằng

Dịch máy Làm sạch

lần 1 Khoan lỗ

5.1 Xác định vị trí tim cọc:

Ngời ta sử dụng máy đo kinh vĩ để định vị vị trí tim cọc Nhng do số lợng cọctrong một đài cọc thờng là nhỏ nên yêu cầu độ chính xác vị trí tim cọc cao.Việc định vị đợc tiến hành trong quá trình dựng ống vách ống vách vừa cótác dụng đảm bảo cố định vị trí của cọc, vừa có tác dụng chống lở và sập thành

hố ở phía trên, bảo vệ hố khoan và nh vậy thì cọc không bị lệch khỏi vị trí,ngoài ra còn giúp cho việc đa lồng thép xuống hố khoan một cách dễ dàng

Trong quá trình hạ ống vách xuống thì công tác kiểm tra độ thẳng đứng củaống vách đợc thực hiện một cách liên tục bằng cách điều chỉnh vị trí của búarung thông qua cần cẩu

5.3 Khoan đất trong lòng ống vách

Sau khi tiến hành đặt ống vách tạm thì ta thực hiện công tác khoan đất Quátrình lấy đất ra khỏi lòng ống vách đợc thực hiện một cách liên tục bằng gầuxoay

Trớc khi khoan ngời ta phải điều chỉnh độ thẳng đứng của cần khoan và độnằm ngang của máy Khi đã khoan hết chiều sâu của ống vách tạm thì ngời tabơm dung dịch bentônit xuống dới hố liên tục để bảo vệ thành hố khoan không

bị sập Lợng bentônit đa xuống dới hố phải đủ để đảm bảo áp lực của bentônitthắng đợc lực đẩy ngang của đất rời xung quanh và nớc ngầm

Trong quá trình khoan thì cần lu ý, khi khoan sâu vào lòng đất thì các lớp đất

có cơ tính khác nhau, do vậy khi qua các tầng đất khác nhau thì ta phải thay đổitốc độ khoan khác nhau và các loại gầu có đờng kính khác nhau Khi gặp hangcastơ hoặc đá cứng… có rất nhiều ph thì ta cần phải tiến hành các biện pháp khác nhau để khắcphục các sự cố

Chất lợng của bentônit trong quá trình khoan bị giảm đi do có sự lắng đọngcủa đất bùn trong quá trình khoan Chính vì thế mà ta cần phải bổ sung liên tụcchất lợng của bentônit

Khi đã khoan đến chiều sâu thiết kế thì thôi không khoan nữa, tiến hành đổ

bê tông bịt đáy bằng ống thẳng đứng đến chiều cao thiết kế thì tiến hành hạ lồngcốt thép đã đợc đan sẵn

5.4 Hạ lồng cốt thép.

Công tác hạ lồng cốt thép đợc thực hiện khi đã đổ bê tông bịt đáy đến chiềucao thiết kế Chiều cao của lồng cốt thép phải lớn hơn một nửa chiều cao củacọc Lồng cốt thép đợc cấu tạo cho phần trên của cọc, ngời ta sử dụng các biệnpháp móc treo và cố định lồng thép đảm bảo đúng vị trí

5.5 Thổi rửa lòng hố khoan.

Đây là một công đoạn quan trọng, không thể thiếu đợc vì trong quá trìnhkhoan đất thì lợng cát hạt mịn, cát bùn … có rất nhiều ph ở lòng hố khoan không thể vét sạch

đợc Để đảm bảo tại phần dới của mũi cọc không tạo thành một lớp đất bùn,

ng-ời ta phải làm sạch nó bằng phơng pháp thổi rửa liên tục bằng khí nén áp suấtcao khoảng 7 KG/cm2 qua một ống có đờng kính từ 20 – 30 cm ống thổi rửachính là ống đổ bê tông thẳng đứng và đợc nối thêm đến tận đáy hố

Khí nén sẽ đẩy bentônit theo ống về máy lọc cát, ở đáy ống rửa sẽ tạo thànhmột áp lực hút đa các vật liệu ở đáy hố cọc nhồi ra ngoài Quá trình thổi rửalòng cọc kết hợp với việc đa bentônit vào liên tục Việc làm sạch hố khoan đợccoi là có hiệu quả khi mà chiều sâu đáy hố khoan bằng chiều sâu cần khoan Hiện nay ngời ta sử dụng hai loại công nghệ thổi rửa chính đó là công nghệthổi rửa theo nguyên tắc tuần hoàn thuận và công nghệ thổi rửa theo nguyên tắctuần hoàn nghịch Tuỳ vào mỗi công trình cụ thể, tuỳ thuộc vào mặt bằng thicông, điều kiện thi công trên bờ hay dới nớc, số lợng lỗ khoan mà ta dùng ph-

ơng pháp công nghệ nào để đợc năng suất lớn nhất

5.6 Đổ bê tông.

Dùng cáp tời phụ cẩu và nối các đoạn ống đổ bê tông xuống dới lòng hốkhoan Chiều sâu của ống đổ bê tông phải đảm bảo sao cho bê tông rơi tự dokhông xẩy ra hiện tợng phân tầng

Trớc khi đổ bê tông vào trong ống, ngời ta cho khoảng 20 lít mùn ca và 10 lítnớc vào phễu để tạo nút

Bê tông đợc đa đến vị trí thi công bằng các xe bồn hoặc bằng hệ thống bơmnếu có trạm trộn ở cạnh Bê tông phải có độ sụt lớn hơn 16 cm, cờng độ yêu cầucủa bê tông > 300 kG/cm2 Bê tông đợc đổ liên tục, thời gian yêu cầu không quá

2 giờ, ống dẫn bê tông luôn chìm vào trong bê tông từ 1 – 1,1 m, vì thế mà bêtông cần có độ linh động rất lớn để phần bê tông rơi từ phễu có thể gây ra một

áp lực đẩy đợc cột bê tông kể trên Lúc này lợng bê tông đầu tiên đợc đẩy dầnlên trên và để phá bỏ sau này

Trong quá trình đổ bê tông, bentônit sẽ đợc một bơm hút về bể lọc để sửdụng lại ống đổ bê tông đợc tháo dần ra với điều kiện phần ống đổ ngập trong

bê tông giữ cho bê tông mới luôn nằm trong lòng phần bê tông đã đổ trớc

Chú ý, trớc khi đổ bê tông cần phải kiểm tra nghiêm ngặt chất lợng của bêtông, bê tông phải đợc đổ liên tục vào hố, tránh hiện tợng phân tầng của bê tông.Thời gian đổ bê tông không đợc vợt quá thời gian cho phép

5.7 Rút ống vách.

Sau khi kết thúc công việc đổ bê tông thì rút ống vách lên, quá trình này

ng-ợc với khi hạ ống xuống và phải rút ống vách khi bê tông còn ở thể lỏng

6. Một số vấn đề về kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi.

Sau khi thực hiện đổ cọc hoàn thành thì ta tiến hành kiểm tra chất lợng củacọc Quá trình kiểm tra chất lợng của cọc bao gồm thử tĩnh và thử tải động nhằmxác định khả năng chịu lực của cọc, xác định độ lún của cọc xem nó nằm tronggiới hạn cho phép hay không Tuy vậy không cần kiểm tra toàn bộ các cọc mà tachỉ cần kiểm tra một số cọc quan trọng, và số lợng cọc thử tĩnh phải lớn hơn 2cọc, số lợng cọc thử động lớn hơn 5 cọc

6.1 Phơng pháp thử tĩnh: ngời ta tiến hành gia tải lên cọc đến tải trọng yêu cầu.

Sau thời gian quy định, tiến hành đo khả năng chịu tải của cọc, đo độ lún củacọc Sau đó so sánh xem độ lún của cọc có vợt quá giới hạn hay không? hiệnnay có 3 phơng pháp thử tĩnh, đó là thử tĩnh bằng nớc, bằng đối trọng và bằngkích thuỷ lực

6.2 Phơng pháp thử động gồm một số phơng pháp chính sau:

- Phơng pháp rung: cọc đợc rung cỡng bức với biên độ không đổi trong khi tần

số thay đổi Trong quá trình thí nghiệm thì vận tốc dịch chuyển của đầu cọc

đ-ợc theo dõi bằng các đầu đo chuyên dụng

- Phơng pháp đo sóng ứng suất: cơ sở của phơng pháp này là lý thuyết truyềnứng suất trong thanh đàn hồi Sóng ứng suất đợc tạo ra bằng cách dùng búa

đóng vào đầu cọc Sóng này sẽ truyền từ đỉnh cọc xuống phía dới với tốc độphụ thuộc vào chất lợng của cọc bê tông Khi gặp thay đổi kháng trở cơ học,một phần sóng ứng suất sẽ phản hồi trở lại đầu cọc, và khi đó ta đo đợc sóngphản hồi bằng các đầu sensơ cảm ứng Phơng pháp này gồm có hai loại chủyếu là:

- Phơng pháp biến dạng nhỏ

- Phơng pháp biến dạng lớn

Tuy vậy hiện nay phơng pháp biến dạng nhỏ đợc sử dụng nhiều hơn cả

máy khoan cọc KH125 – 3

Máy khoan cọc nhồi KH125 – 3 tạo đợc cọc có đờng kính lớn nhất là D

= 1,7 m và chiều sâu đào lớn nhất của hố là L = 55 m, nếu có nối thêm cầnthì L = 65 m

Quy trình tạo cọc khoan nhồi bằng máy khoan KH125 – 3 gồm các bớc sau:

1 Sau khi xác định tâm của cọc thì tiến máy đến vị trí thích hợp, sau đó hạ gầu

xuống mặt đất sao cho mũi định tâm của gầu trùng với tâm của cọc

2 Bắt đầu cho gầu quay với tốc độ rất chậm, n = 15 – 18 vòng / phút Đến khi

gầu tích đầy đất thì tiến hành rút gầu lên Và thực hiện đào đến khi chiều sâu của

hố đạt khoảng 5 m, hết chiều dày của lớp đất dính thì hạ ống vách tạm xuống

đá vụn, rời Khi này ta khắc phục bằng cách bơm bentônít xuống dới để lực đẩyngang của bentônít thắng đợc lực đẩy ngang của nớc ngầm, đất đá rời

5 Khi gầu đã đào và tích đầy đất thì tiến hành rút gầu lên, quay toa quay để gầu ở

vị trí đổ đất, mở nắp gầu để đổ hết đất ra, sau đó đóng gầu và quay gầu vào vị trí

hố đào

6 Khi đã khắc phục đợc sự cố thì tiếp tục đào đến chiều sâu lớn nhất Do càng

xuống dới địa chất càng phức tạp và có nhiều sỏi cuội nên cần phải tiến hànhbơm đủ lợng bentônít xuống hố

7 Tại vị trí chiều sâu hố là lớn nhất thì có hai trạng thái nguy hiểm xảy ra với máy,

đó là:

- Trạng thái khi máy đào đến độ sâu lớn nhất, gầu đã cắt và tích đầy đất thì bịmắc kẹt vào lớp vật liệu cứng Khi đó ta phải quay thanh kelly theo chiềunghịch và rút thanh kelly lên bằng hai xi lanh thuỷ lực

- Trạng thái thứ hai là khi đào hố đến chiều sâu lớn nhất, khi gầu đã cắt vàtích đầy đất thì ta tiến hành rút gầu lên bằng cáp treo

8 Khi đã thực hiện đào hố đến chiều sâu lớn nhất thì tiến hành thổi rửa lòng hố

khoan, sau đó tiến hành đổ bê tông bịt đáy

9 Khi đổ bê tông đến chiều sâu thiết kế thì dùng cáp phụ cẩu lồng thép đặt cào

lòng hố khoan và tiếp tục đổ bê tông vào

10.Đúc nốt phần cọc còn lại và tiến hành rút ống vách lên cần phải tiến hành ngay

khi bê tông còn ở thể lỏng

9 8

H×nh 1.5: Quy tr×nh c«ng nghÖ t¹o cäc khoan nhåi b»ng m¸y khoan KH125 - 3

Ch¬ng Ii ThiÕt kÕ bé thanh kelly vµ lß xo gi¶m chÊn

I thiết kế bộ thanh kelly

1. Giơí thiệu về thanh kelly

Thanh kelly hay còn gọi là cần khoan, nó gồm có các đoạn kelly nối với nhautheo kiểu ốn lồng dạng cần ăngten Nó có chức năng truyền mô men xoắn từ bànxoay xuống gầu để thực hiện cắt và tích đất vào gầu

Khi thực hiện đào hố sâu thì đoạn thanh ngoài cùng sẽ đợc kẹp chặt vào bànxoay và xoay theo bàn xoay Khi chiều sâu của hố càng tăng lên thì các đoạnthanh kelly sẽ duỗi dần ra cho đến khi chiều dài của thanh kelly đạt đến chiềudài lớn nhất Còn khi nâng gầu khoan lên thì các đoạn thanh sẽ thu dần lại

2. Điều kiện làm việc của thanh kelly:

Thanh kelly làm việc chủ yếu trong điều kiện có nớc, dung dịch bentônit, bùn

và cát nên hiện tợng mài mòn xảy ra liên tục Chính vì vậy mà giữa các đoạnkelly, tại nơi tiếp xúc giữa chúng thì ngời ta có gắn các các tấm gỗ phíp để làmnhiệm vụ bôi trơn đồng thời tạo ra tại nơi tiếp xúc hai loại vật liệu khác nhau đểgiảm quá trình mài mòn

Ngoài ra chiều dài của thanh kelly phải đủ lớn để khoan đợc hố có độ sâu và

đờng kính theo yêu cầu thiết kế

3. Các phơng án thiết kế thanh kelly

Hiện nay ngời ta thờng dùng hai loại thanh kelly phổ biến đó là thanh kelly

có tiết diện hình vuông và thanh kelly tiết diện hình vành khăn

3.1 Thanh kelly có tiết diện hình vuông:

2 3 4 1

Hình 2.1: Mặt cắt của thanh kelly có tiết diện vuông

Loại thanh kelly này có đặc điểm nh sau:

 u điểm: so với loại thanh kelly có tiết diện hình vành khăn thì loại thanh kellynày có những u điểm sau:

- Quy trình chế tạo đơn giản, giá thành rẻ hơn

- Khi truyền mô men xoắn cho gầu khoan thì mô men truyền từ bàn xoay

đến gầu khoan sẽ thông qua các tiết diện tiếp xúc của bốn mặt thanh kelly,

do đó ứng suất cắt sinh ra sẽ nhỏ, tuổi bền của các vấu truyền lực sẽ lớnhơn so với thanh kelly có tiết diện vành khăn có cùng trạng thái làm việc

- Thuận tiện cho công tác lắp ráp, sửa chữa và bảo dỡng kỹ thuật

 Nhng trong quá trình làm việc thì loại thanh kelly này cũng có một số các nhợc

điểm sau:

- Khả năng chống xoắn kém hơn so với thanh dạng ống tròn Tuổi thọ củathanh nhỏ hơn

- Làm việc thờng gây ra tiếng ồn lớn do lực động sinh ra lớn giữa các thanh

- Lực động sinh ra giữa các đoạn thanh là lớn, va đập lớn dễ gây ra biến dạng

và nứt tại nơi tiếp xúc giữa các thanh kelly

- Sự mài mòn diễn ra nhanh do sự tiếp xúc gữa các đoạn kelly là sự tiếp xúcmặt

3.2 Thanh kelly có tiết diện ngang hình vành khăn.

Đây là thanh kelly đợc chế tạo từ các ống thép tròn đặc biệt Đoạn thanhkelly trong cùng có tiết diện ngang là hình vuông đặc

Đối với loại thanh kelly này nó có những đặc điểm sau:

 u điểm: So với loại thanh kelly có tiết diện là hình vuông thì loại thanh kellynày có những u điểm nổi bật nh sau:

- Do tiết diện ngang của các đoạn thanh kelly là hình vành khăn nên mômen chống xoắn của nó lớn hơn nhiều, do vậy ứng suất xoắn sinh ra lànhỏ, tuổi thọ của nó lớn hơn nhiều và khả năng làm việc của nó tốt hơn

- Khả năng chống quá tải lớn, ít gây tiếng ồn trong quá trình làm việc

- Tính kinh tế và hiệu quả làm việc cao

 Tuy vậy trong quá trình làm việc thì nó cũng tồn tại những nhợc điểm sau:

- Quá trình chế tạo khó khăn và phức tạp hơn nhiều, đòi hỏi chế tạo có độchính xác cao, công nghệ cao nên giá thành cao

- Do khi truyền mômen xoắn từ bàn xoay xuống gầu khoan đợc thực hiệnqua các vấu ống nên ứng suất cắt sinh ra trên các vấu lớn, mài mòn lớn

- Quá trình bảo dỡng kỹ thuật và sửa chữa gặp nhiều khó khăn

- Lực động sinh ra tại nơi tiếp xúc giữa các vấu lớn

Qua phân tích đặc điểm của hai loại thanh kelly nh trên, ta thấy rằng phơng ánthứ hai có tính khả thi và đợc áp dụng rộng rãi hơn cả Do loại thanh kelly tiết diệnhình vành khăn có độ bền và tuổi thọ của lớn hơn nhiều, hiệu quả kinh tế và khảnăng làm việc theo thống kê cao Và theo kinh nghiệm thực tế của của nhà thiết kế,chế tạo máy khoan cọc nhồi KH125 – 3 thì khi sử dụng thanh kelly dạng tròn sẽ

cho hiÖu qu¶ kinh tÕ cao h¬n h¼n lo¹i thanh kelly d¹ng vu«ng, vµ tÝnh kh¶ thi caoh¬n ChÝnh v× vËy mµ em chän ph¬ng ¸n thiÕt kÕ thanh kelly d¹ng vµnh kh¨n

H×nh 2.2 : MÆt c¾t cña thanh kelly cã tiÕt diÖn h×nh vµnh kh¨n

1 Thanh kelly ngoµi cïng 2 Thanh kelly sè hai

5 VÝt ®Çu ch×m 6 TÊm gç phÝp 7 VÊu truyÒn lùc

4. CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña thanh kelly:

A A

200 224 280 240

10 100x100

06 05 04 07

Hình 2.3 : Cấu tạo chung của thanh kelly có mặt cắt ngang dạng vành khăn

4.1 Cấu tạo của thanh kelly dạng tròn:

Qua khảo sát thực tế thì thanh kelly dạng tròn trên máy khoan cọc nhồiKH125 – 3 gồm có 4 đoạn đợc lồng vào nhau dạng cần lồng kiểu ăngten

Ba đoạn ngoài của nó có dạng ống trụ tròn rỗng, còn đoạn thanh trong cùng

có tiết diện ngang là hình vuông đặc Đoạn ngoài cùng có chiều dài là

1 16400

L  mm, còn đoạn trong cùng dài L4 16600 mm Chúng đợc lồngvào nhau theo một trình tự nhất định Chiều dài lớn nhất của toàn bộ thanh kelly

là Lmax = 66,5 m Thanh kelly trong cùng một đầu đợc mắc vào cáp treo và một

đầu liên kết với gầu khoan nhờ chốt Thanh kelly ngoài cùng đợc kẹp chặt vàobàn xoay thanh kelly

4.2 Nguyên lý làm việc:

Khi máy làm việc thì các đoạn ống duỗi ra và thu vào theo kiểu ống lồng.Thanh kelly trong cùng một đầu đợc nối với cáp treo thanh kelly, còn đầu dớicủa nó liên kết với gầu khoan nhờ chốt

Khi máy ở trạng thái không làm việc thì các đoạn ống đợc lồng vào nhau vàchiều dài thanh kelly là nhỏ nhất

Khi thực hiện đào hố thì các ống sẽ duỗi dần ra theo chiều sâu của hố khoan.Khi chiều sâu của hố khoan đạt giá trị lớn nhất thì khi đó các đoạn kelly duỗi ra

là tối đa Mô men mà bàn xoay truyền xuống cho gầu khoan sẽ thông qua cácvấu truyền lực của các đoạn thanh Khi này thanh kelly trong cùng quay sẽ làmcho gầu khoan quay và thực hiện cắt đất

Khi gầu khoan đã đào, cắt đất và tích đất đầy gầu hoặc đến một giá trị chophép nào đó thì ta tiến hành kéo cáp treo thanh kelly lên, khi đó đoạn kelly trongcùng sẽ đợc kéo lên đầu tiên, khi đoạn thanh kelly trong cùng đợc kéo lên hết thìthanh kelly thứ hai và các thanh kelly tiếp theo sẽ đợc kéo lên lần lợt Khi đó gầu

sẽ đợc kéo lên dần và đa lên cao khỏi bề mặt hố khoan

5. Chọn vật liệu chế tạo thanh kelly

Trong quá trình máy làm việc thì thanh kelly chịu lực rất phức tạp và điều kiệnlàm việc của nó rất khắc nghiệt, nên vật liệu chế tạo thanh kelly phải đảm bảocác điều kiện sau:

- Có khả năng chịu mài mòn tốt

- Chịu đợc ứng suất dập lớn

- Chịu cắt và chịu xoắn tốt

- Có khả năng làm việc trong điều kiện môi trờng khắc nghiệt

Nhng nó có nhợc điểm là độ thấm tôi nhỏ ( dới 15 mm ) do đó nó chỉ phùhợp với những chi tiết có kích thớc nhỏ cần cơ tính cao Quá trình nhiệt luyệnthép các bon đợc tôi trong nớc do đó tốc độ tới hạn lớn dễ gây cong vênh, nứt nẻ.Khả năng chống ram của nó nhỏ, vì vậy các chi tiết này chỉ làm việc ở nhiệt độnhỏ hơn 2000 C Nếu lớn hơn nhiệt độ này thép kết cấu các bon sẽ bị ram làmgiảm độ cứng, độ bền, làm giảm khả năng chống mài mòn

5.2 Thép kết cấu hợp kim:

Hợp kim hoá kết cấu thép nhằm mục đích nâng cao giới hạn chảy, so với thépcác bon thì nó đắt hơn nhng có có độ bền cao hơn và tính công nghệ đủ

Có một số nhóm thép kết cấu hợp kim điển hình nh sau:

5.2.1 Nhóm thép Crôm: có các số hiệu 15X, 20X … có rất nhiều ph chứa 1% Cr làm tăng độ thấm

tôi của thép một chút, tôi trong dầu nên biến dạng của nó ít, nhng nó có nhợc

điểm là Cr là nguyên tố tạo ra cácbít ở dạng lới nên gây ra dòn, nhạy cảm vớicác vết khía Các loại thép này đợc dùng để chế tạo các chi tiết có đờng kính

bé hơn 30 mm, trục nhỏ, các bánh răng mô đuyn nhỏ

5.2.2 Nhóm thép Crôm – Niken: có các số hiệu thép là: 20XH, 12XH3A,

12X2H4A… có rất nhiều ph tuy nhiên do hàm lợng của Niken nhiều hơn 2 đến 3 lần Crômnên nhóm thép này đạt đợc độ thấm tôi lớn, độ bền và đoọ dai cao dùng đểchế tạo các chi tiết chịu tải rất cao, có b 700 10 6N m/ 2 và có kích thớctiết diện lớn hơn 100 mm độ dai của nhóm thép này đạt đợc cao nhất trongcác nhóm thép, vì vậy chúng đợc sử dụng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọngtĩnh và tải trọng va đập lớn nhất

5.2.3 Nhóm thép Crôm – mang gan – Titan và nhóm thép Crôm – mang gan –

Molipden

Các số hiệu thép này gồm có: 18X T , 25X T , 25X M , 30X T trongcác số hiệu thép này thì mang gan thay thế cho niken để tăng độ thấm tôi,làm giảm sự tập trung quá nhiều của các bon ở lớp bề mặt, xong mang gan lạilàm to hạt Sau khi thấm các bon, tôi và ram thấp thì cơ tính của nó đạt đợc làrất cao

5.2.4 Thép hoá tốt: là loại thép có hàm lợng trung bình từ ( 0,3 – 0,5 )% Các bon.

Các biệt lên tới 0,55 %C dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và tảitrọng va đập cao, yêu cầu độ bền và độ dai cao Cơ tính cao nhất của thép loạinày đạt đợc bằng phơng pháp nhiệt luyện hoá tốt

hiệu là 40X thờng hoá Sau khi tôi ở nhiệt độ ( 830 – 850 )0 C và ram ở nhiệt độ( 530 –580 ) 0 C, cơ tính của nó đạt đợc nh sau:

Giới hạn bền kéo  b 780 N mm/ 2

Giới hạn bền uốn  u 180 N mm/ 2

Giới hạn chảy  ch 600 N mm/ 2

Độ dai a k 600 KJ m/ 2

6. Tính chọn mặt cắt và kiểm tra thanh kelly:

Quá trình tính toán thanh kelly đợc thực hiện qua các bớc sau:

6.1 Chọn sơ đồ tính toán thanh kelly.

Trong quá trình máy thực hiện khoan hố thì thanh kelly có rất nhiều trạngthái chịu lực khác nhau Tuy vậy trạng thái nguy hiểm nhất của thanh kelly làkhi máy thực hiện đào hố đến độ sâu lớn nhất cho phép, gầu cắt và tích đất đầygầu

Trong quá trình làm việc thì thanh kelly chủ yếu chịu tác dụng của mô menxoắn và lực kéo Do vậy sơ đồ tính của thanh kelly là sơ đồ tính thanh bị ngàmmột đầu, chịu tác dụng của mô men xoắn và lực kéo nh sơ đồ sau:

q

P

Hình 2.4: Sơ đồ tính toán thanh kelly với trạng thái gầu bịo kẹt tạm thời trong hố

khoan khi bắt đầu quay gầu theo chiều nghịch, rút gầu lên bằng hai xilanh thuỷ lực

6.2 Phân tích các lực và tổ hợp tải trọng tác dụng lên thanh kelly trong quá trình

làm việc:

6.2.1 Trong quá trình làm việc của máy thì thanh kelly chịu tác dụng của các thành

phần lực nh sau:

- Trọng lợng bản thân của thanh kelly phân bố đều trên toàn bộ thanh kelly

- Trọng lợng của toàn bộ gầu có chứa đầy đất

- Trọng lợng của khối chất lỏng tác dụng lên gầu

- Mô men ma sát của chất lỏng ở xung quanh thanh kelly gây lên thanh kelly

- Mô men xoắn của bàn xoay tác dụng lên thanh kelly

- Lực quán tính sinh ra khi quay gầu

- Lực sinh ra do hiệu ứng piston sinh ra khi rút gầu lên khỏi hố khoan

- Trọng lợng của khối chất lỏng bentônít tác dụng lên gầu

6.2.2 Các tổ hợp tải trọng tác dụng lên thanh kelly khi thanh kelly làm việc.

Tổ hợp tải trọng tác dụng lên thanh kelly là sự gom nhóm các thành phần tảitrọng cùng đồng thời tác dụng lên kết cấu của thanh kelly

Nh ta biết thì trong mỗi trạng thái làm việc của thanh kelly đều có một tổ hợptải trọng tác dụng lên kết cấu của thanh kelly, tuy vậy trong quá trình làm việccủa thanh thì có hai trạng thái làm việc bất lợi nhất xảy ra đối với thanh kelly,

đó là :

a. Trạng thái làm việc của thanh kelly khi gầu cắt và tích đầy đất:

a.1 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên thanh kelly khi gầu chứa đầy đất và ở độ sâu

lớn nhất cho phép thì thực hiện kéo cáp rút thanh kelly lên Gầu đang ở trạngthái lơ lửng, chất lỏng bentônít cha kịp chảy xuống phía dới của gầu khoan

a.1.1 Khi này các thành phần lực tác dụng lên kết cấu thanh kelly gồm có:

- Trọng lợng tính toán bản thân của thanh kelly: P kl tt có phơng theo phơng thẳng

đứng, phân bố đều trên toàn bộ thanh kelly, chiều theo chiều của lực trọng trờng

Vậy ta thay số vào ta sẽ đợc:

q = 785 ( N / m ) là trọng lợng riêng của đoạn thanh trong cùng

Do đó trọng lợng toàn bộ của thanh kelly là:

- Lực kéo lớn nhất của cáp theo tài liệu [ 15 ] thì nó có điểm đặt tại đầu trên của

thanh kelly trong cùng, có giá trị là P c 123600  N , phơng theo phơng thẳng

đứng, và chiều từ dới lên

- Lực ma sát sinh ra khi dòng chất lỏng chảy xung quanh thành gầu và xungquanh thân thanh kelly xuống phía dới, tuy vậy ở đây ta tính cho trờng hợpbentônít cha kịp chảy xuống dới nên cha sinh ra lực này

- Bỏ qua lực mút của không khí sinh ra do rút gầu nhanh đã tạo ra hiện tợng hiệuứng piston Và bỏ qua lực ma sát giữa tấm gỗ phíp của thanh kelly số 3 và thanhkelly trong cùng

- Thành phần tải trọng tác dụng của dung dịch bentônít tác dụng lên gầu G B  N

Có điểm đặt tại trọng tâm của gầu, có phơng thẳng đứng và chiều từ trên xuống Vậy ta có các thành phần lực tác dụng lên thanh kelly ở trờng hợp này nh sau:

Hình 2.5 : Các thành phần lực tác dụng lên thanh kelly ở trạng thái máy đào hố ở

độ sâu lớn nhất gầu chứa đầy đất thì bắt đầu kéo cáp lên, gầu ở trạng thái lơ lửng

a.1.2 Kiểm tra kết cấu thanh trong trờng hợp này:

Xét tại thời điểm khi bắt đầu kéo cáp lên thì khi đó trên các thanh kelly chịutác dụng của lực dọc trục Khi này ta thấy:

Thanh kelly ngoài cùng chịu tác dụng của trọng lợng bản thân nó và trọnglợng bản thân của hai thanh kelly số hai và thanh kelly số ba Các lực này có phơngthẳng đứng, chiều từ trên xuống dới

Thanh kelly thứ hai chỉ chịu tác dụng của trọng lợng bản thân nó và trọng ợng bản thân của thanh kelly số ba Các lực này có phơng thẳng đứng, chiều từ trênxuống dới

l-Thanh kelly số ba chịu tác dụng của bản thân nó và lực ma sát giữa nó vàthanh kelly trong cùng.

Còn thanh kelly trong cùng chịu tác dụng của các thành phần ngoại lực sau:lực kéo của cáp treo thanh kelly, trọng lợng bản thân của nó, trọng lợng của toàn bộgầu chứa đầy đất, trọng lợng của khối chất lỏng bentônít, lực ma sát sinh ra tại bềmặt tiếp xúc giữa thanh kelly trong cùng và thanh kelly số ba

Qua phân tích sơ bộ các thành phần tác dụng lên từng thanh kelly nh trên tathấy rằng thanh kelly trong cùng chịu tác dụng của ngoại lực là lớn hơn cả, chính vìvậy tình trạng chịu lực của nó là nguy hiểm nhất Do vậy ta đi kiểm tra cho thanhkelly trong cùng Sơ đồ tính là thanh bị ngàm một đầu chịu lực kéo dọc trục

B B

Hình 2.6 : Sơ đồ tính toán thanh kelly trong cùng ở trạng thái đào hố ở độ sâu

lớn nhất, khi gầu đào và tích đầy đất thì thực hiện kéo cáp lên

Ta có: Lực tác dụng của khối chất lỏng bentônít tác dụng lên gầu đợc tính dựa vào

điều kiện cân bằng đối với thanh kelly trong cùng khi bắt đầu kéo cáp lên

 

 

4 4

Khi này biểu đồ nội lực sinh ra trên thanh kelly sẽ là:

 Biểu đồ nội lực dọc trục:

 Biểu đồ ứng suất kéo sinh ra trên thanh sẽ là:

ứng suất kéo sinh ra tại mặt cắt A – A trên cùng của thanh có giá trị là:

ứng suất kéo sinh ra tại mặt cắt phía dới mặt cắt A – A có giá trị là:

ứng suất kéo sinh ra tại một mặt cắt bất kỳ của thanh cách đầu trên của thanh một

đoạn có chiều dài là z có giá trị là:

10

C z

B g k

BB

BB

N m F

BB

BB

N m F

Hình 2.7 : Biểu đồ nội lực sinh ra trong thanh kelly khi máy đào hố ở độ sâu

lớn nhất, gầu cắt và tích đầy đất thì thực hiện kéo cáp lên.

Dựa vào biểu đồ nội lực sinh ra trong thanh ta thấy rằng ứng suất kéo lớnnhất sinh ra tại đầu trên cùng của thanh, nó có giá trị nhỏ hơn ứng suất bền giới hạnnên nó đã đảm bảo về độ bền kéo

Ta cần phải đi kiểm tra thanh kelly tại hai mặt cắt đó là tại mặt cắt A – A và tạimặt cắt B – B của thanh

 Kiểm tra thanh tại mặt cắt A – A

Tại mặt cắt A – A ta thấy rằng tại đó nó chịu ứng suất cắt và ứng suất dập do lựckéo cáp sinh ra

40 100

//

Đối chiếu với công thức ( 2.20 ) ta thấy rằng ứng suất dập lớn nhất sinh ra tạimặt cắt A – A nhỏ hơn ứng suất dập cho phép nên nó đã đảm bảo đợc độ bền dập Diện tích chịu cắt tại mặt cắt A – A là :

Tại mặt cắt B – B ta thấy rằng tại đó nó chịu ứng suất cắt và ứng suất dập do lựckéo cáp sinh ra.

100 x 100 40

//

a 2 Trờng hợp khi đào hố ở độ sâu lớn nhất, gầu chứa đầy đất và ở trạng

thái lơ lửng, cha thực hiện rút cáp

a.2.1: Các thành phần lực tác dụng lên thanh kelly sẽ là:

- Trọng lợng tính toán của bản thân thanh kelly tt 42546  

kl

- Trọng lợng của toàn bộ gầu có chứa đầy đất Nó gồm hai thành phần chính làtrọng lợng bản thân kết cấu thép của toàn bộ gầu và trọng lợng của cả khối đấtchứa trong gầu, theo tính toán ở phần trên thì ta có: G g 25920  N

- Lực ma sát sinh ra khi dòng chất lỏng chảy xung quanh thành gầu và xungquanh thân thanh kelly xuống phía dới, tuy vậy ở đây ta tính cho trờng hợpbentônít cha kịp chảy xuống dới nên cha sinh ra lực này

- Bỏ qua lực mút của không khí sinh ra do rút gầu nhanh đã tạo ra hiện tợng hiệuứng piston

- Thành phần tải trọng tác dụng của dung dịch bentônít tác dụng lên gầu Khi tínhcho trờng hợp chiều sâu đào của hố là 55 m, giá trị của thành phần lực này là:

a.2.2 : Kiểm tra kết cấu của thanh trong trờng hợp này.

Ta thấy rằng trong trờng hợp này thì các đoạn thanh kelly chịu lực kéo Khinày ta cần kiểm tra độ bền kéo giữa các đoạn thanh kelly

 Đối với đoạn thanh kelly ngoài cùng, ta có:

Diện tích chịu kéo của thanh số 1 là:

P P P2, 3, 4 là trọng lợng của thanh kelly số hai, số ba và thanh kelly trong cùng

G g , G B là trọng lợng của gầu và của khối bentônít tác dụng lên gầu

Tại đầu trên cùng của thanh, lực dọc trục có giá trị là:

 

12 11 1 137228 8796 146024

Với P1 8796  N là trọng lợng của thanh kelly ngoài cùng

Vậy ứng suất kéo sinh ra tại đầu dới cùng của đoạn kelly ngoài cùng sẽ là:

Q

N m F

Q

N m F

Ta thấy rằng ứng suất kéo lớn nhất trên thanh kelly ngoài cùng có giá trị nhỏ hơn giới hạn bền cho phép, vậy thanh kelly số 1 đã đảm bảo về độ bền kéo

Hình 2.11: Biểu đồ nội lực sinh ra tại thanh kelly ngoài cùng.

 Đối với đoạn thanh kelly thứ hai, ta có:

Diện tích chịu kéo của thanh số hai là:

Q

N m F

N m F

Hình 2.12 : Biểu đồ nội lực sinh ra tại thanh kelly số hai.

- Kiểm tra độ bền cắt sinh ra trên tấm chặn của thanh kelly thứ hai:

Diện tích chịu cắt của tấm chặn là:

 Đối với đoạn thanh kelly thứ ba, ta có:

Diện tích chịu kéo của thanh số ba là:

N m F

Hình 2.13 : Biểu đồ nội lực sinh ra tại thanh kelly thứ ba.

- Kiểm tra độ bền cắt sinh ra trên tấm chặn của thanh kelly thứ ba :

Diện tích chịu cắt của tấm chặn là: