ĐỒ án máy xây DỰNG CHUYÊN DÙNG l

Máy xây dựng chuyên dùng Đề tài:Tính toán thiết kế gầu khoan của máy khoan cọc nhồi

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MÁY KHOAN CỌC NHỒI 4

1.1 Giới thiệu chung về máy khoan cọc nhồi 4

1.1.1 Công dụng 4

1.1.2 Phân loại 4

1.1.3.Phạm vi sử dụng 5

1.1.4 Giới thiệu về cụm máy 1.1.4.1.Sơ đồ cấu tạo 1.1.4.2.Nguyên lý hoạt động 1.1.5.Thông số kỹ thuật máy CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GẦU KHOAN CỦA MÁY KHOAN CỌC NHỒI 11

2.1.Các phương pháp tính toán 2.1.1.Các lực tác dụng lên các phương pháp tính toán 2.1.2 Chế độ làm việc của gầu khoan 2.1.3 Thiết kế gầu xoay 2.1.3.1 Các lực tác dụng lên gầu khoan 2.2.Phương pháp 1 2.2.1 Ngoại lực tác dụng lên gầu 2.2.2 Tính lực cản của nền tác dụng lên gầu xoay 2.3.Phương pháp 2 2.3.1 Ngoại lực tác dụng lên gầu 2.3.2 Tính lực cản của nền tác dụng lên gầu xoay 2.3.3.Lực ma sát 30 2.4 Quy trình chế tạo gầu

2.4.1 Quy trình chế tạo gầu

2.4.2 chế tạo vỏ gầu

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Công tác xây dựng có một vị trí quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Trong những năm gần đây và trong tương lai công tác xây dựng đã, đang và sẽ phát triển rất nhanh, có thể nói cả nước là một đại công trường Các công trình xây dựng có quy mô lớn, nhiều nhà cao tầng xây dựng trong các đô thị đông dân cư đòi hỏi phải có kỹ thuật xây dựng nền móng thích hợp và hiện đại Để đáp ứng những yêu cầu đó ngành xây dựng không những cần đến trình độ tay nghề bậc cao của công nhân, trình độ quản lý của các kỹ sư mà còn phải đầu tư những trang thiết bị máy móc kỹ thuật hiện đại phục vụ cho công việc ngày càng cao này Vì vậy máy xây dựng là một phần tất yếu cho quá trình phát triển của ngành xây dựng nói riêng và các ngành kỹ thuật khác nói chung

Công tác cải tạo và thiết kế các máy xây dựng một cách hợp lý và khoa học phù hợp với đặc thù công việc, thuận lợi cho công việc tổ chức thi công các công trình xây dựng nhằm phát huy lợi thế thi công là một trong những yếu tố vô cùng quan trọng cấu thành nên sự thành công của một công trình xây dựng

Hiện nay nước ta đang trên đà phát triển nên việc xây dựng cơ sở hạ tầng

là một khâu rất quan trọng Đặc biệt là việc xuất hiện ngày càng nhiều các khu công nghiệp, các khu đô thị cao cấp và các công trình xây dựng lớn Nên việc xây dựng dựa trên sức người cho năng suất không cao, chất lượng cũng không đảm bảo Để dáp ứng nhu cầu của sự phát triển chúng ta cũng đã áp dụng các loại máy móc hiện đại vào quá trình xây dựng nhằm giảm sức lao động cho con người, tăng năng suất lao động đồng thời nâng cao chất lượng của các công trình Các loại máy phục vụ cho quá trình xây dựng có nhiều chủng loại: nhóm máy phục vụ công tác làm đất, nhóm máy phục vụ việc nâng chuyển, nhóm máy thi công chuyên dùng và nhóm máy sản xuất vật liệu xây dựng

Mỗi máy đều bao gồm nhiều chi tiết khác nhau Các chi tiết phải thỏa mãn các yêu cầu về kỹ thuật, làm việc ổn định, chi phí chế tạo và sử dụng thấp,

năng suất độ tin cậy và tuổi thọ cao, kinh tế trong chế tạo, dễ dàng chăm sóc và bảo dưỡng, khuôn khổ kích thước gọn nhẹ, làm việc êm hình thức đẹp

Ngày nay, trong thi công các công trình ngày càng yêu cầu chất lượng công trình càng cao đồng thời các công trình cũng càng ngày càng lớn cho nên việc phải gia công nền móng công trình cần phải có các thiết bị chuyên dùng Cũng do lý do này vào đầu thập kỷ 70 của thế kỷ 20 chúng ta đã tiến hành dùng cọc khoan nhồi Sau đó thời gian không lâu thì máy khoan cọc nhồi trở nên thông dụng tại Việt Nam và ngày càng chiếm lĩnh các công trình khi thi công

Làm đồ án tốt nghiệp là vấn đề then chốt để sinh viên có thể tổng hợp những kiến thức đã được tích lũy sau 5 năm học và bước đầu làm quen được việc đưa lý thuyết vào thực tế để có thể xây dựng cho mình những cơ sở căn bản cũng như cách nhìn nhận một cách hợp lý về công việc sau này

Cũng qua đồ án này em xin được bày tỏ lòng biết ơn của mình tới các thầy

cô giáo trong khoa Cơ Khí đã hết lòng chỉ bảo, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 5 năm học qua, cảm ơn thầy Ts BÙI VĂN TRẦM đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Tuy nhiên, do thời gian, trình độ có hạn chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ bảo của các thầy cô để kiến thức khoa học kỹ thuật của em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

:

LÊ VĂN KHÁNH

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MÁY KHOAN CỌC NHỒI

1.1 Giới thiệu chung về máy khoan cọc nhồi

1.1.1 Công dụng

Ở nước ta hiện nay công trình xây dựng cơ bản như xây dựng giao thông,

kiến trúc dân dụng xây dựng công nghiệp, thủy lợi… đã và đang được đầu tư

một cách

đáng kể, điều này dẫn tới các phương tiện cơ giới thi công, các trang thiết bị

xếp dỡ tăng lên dất nhiều những máy móc ngày càng có tính ưu việt trong thi

công như gọn nhẹ, độ bền cao, độ tin cậy làm việc lớn, năng suất và chất lượng

sản phẩm cao

 Là một trong những thiết bị được sinh ra để hỗ trợ, phục vụ ngành

công nghiêp xây dựng, máy khoan cọc nhồi đã và đang hoàn thành

rất tốt nhiệm vụ của mình Đây là loại máy dùng để tạo lỗ cọc nhồi

trong công nghệ thi công cọc nhồi bê tông hay vữa xi măng bằng

phương pháp khoan

• Rút ngắn thời gian hoàn thiện công trình

Thời gian để hoàn thiện công trình có khi là vài tháng, thậm chí lên đến

vài năm nếu công trình có quy mô lớn Trong đó giai đoạn làm nền móng

là tốn nhiều thời gian nhất Việc dùng cọc nhồi để làm móng cho công

trình sẽ giúp rút ngắn thời gian xây dựng công trình

Hình 1.1:Áp d ụng máy móc giúp rút ngắn thời gian thi công

 Giúp công trình đứng vững trước mọi điều kiện khắc nghiệt

Hiện nay, khí hậu nước ta đã ngày càng xấu và gây nhiều tổn thất cho chúng ta Nền móng bền vững từ cọc khoan nhồi sẽ giúp mọi công trình đứng vững trước mọi diễn biến xấu của thời tiết

1.1.2.Phân loại

Hiện nay, các nhà sản xuất đã cho ra đời rất nhiều loại máy khoan cọc nhồi khác nhau từ kiểu dáng, kích thước cho đến tính năng Dưới đây là

3 loại máy được ưa chuộng nhất hiện nay:

 Máy khoan cọc nhồi guồng xoắn: là loại máy khi khoan vào trong đất các lưỡi khoan sẽ làm việc như các mũi khoan khoan

gỗ hay thép, đẩy đất lên qua cánh xoắn

 Máy khoan cọc nhồi kiểu thùng đào: khi làm việc, thùng đào xoay tròn theo cần khoan, cắt đất, nhồi đầy vào thùng đào Sau

đó đất trong thùng đào được đưa lên cùng với thùng đào nhờ việc rút cần khoan lên.

 Máy khoan cọc nhồi bơm phản tuần hoàn: khi làm việc các lưỡi cắt đất dạng cánh quạt sẽ khoan vào trong đất nhờ các đầu cần khoan Sau khi đất đã được làm tơi nhỏ thành mùn khoan, thì được máy bơm hút lên trên mặt đất cùng dung dịch giữ thành

hố đào

1.1.3 Phạm vi sử dụng

Cọc khoan nhồi là loại cọc được chế tạo tại chỗ bằng cách khoan những lỗ trong lòng đất, sau đó trực tiếp rót vật liệu (bê tông, bê tông cốt thép, hoặc cát) vào các hố để tạo thành cọc

Lựa chọn phương án móng bằng cọc khoan nhồi là dựa trên cơ sở so sánh

nhiều yếu tố, ưu khuyết điểm của từng phương án về các mặt kinh tế - kỹ thuật, trong đó các yếu tố chính gồm có:

- Đặc điểm công trình;

- Độ lớn các loại tải trọng;

- Điều kiện cụ thể của các loại đất nền;

- Những yêu cầu về tiếng ồn, rung động khi xây dựng;

- Ảnh hưởng đối với công trình đã xây dựng và công trình ngầm;

- Khả năng thi công của nhà thầu;

- Tiến độ thi công và thời gian hoàn thành;

- Khả năng kinh tế của chủ đầu tư;

Khoan cọc nhồi có những ưu điểm sau:

- Xây nhà và công trình gần những kiến trúc mà trong quá trình sử dụng lâu dài đã có những biến dạng rõ rệt vì nếu dùng cọc đóng hoặc tường vây bằng thép sẽ gây ra lực va đập và rung, ảnh hưởng có hại đến việc phát triển biến dạng không cho phép đối với công trình bên cạnh

- Thi công gần các trường học, bệnh viện, nhà an dưỡng, nhà nghỉ, công viên, nhà hát Ở những nơi này theo tiêu chuẩn môi trường không cho phép tiếng

ồn lớn nếu dùng máy đóng cọc

- Làm việc trên bãi đất gồm các vật liệu phế thải như đất đắp lẫn xỉ lò

cao + bê tông + kim loại, ở đây việc đào đất bằng máy đào cũng như đóng cọc,

- Thi công gần nhà máy có quá trình công nghệ với độ chính xác cao

- Khi làm móng cho nhà cao tầng và cầu lớn trên đất đá hoặc nửa đá đã bị

phá hỏng do quá trình phong hoá và rất khác nhau về độ chặt và thành phần

- Khi chống đỡ các mái đất bị trượt bằng kết cấu chắn giữ trong trường

hợp biện pháp thông thường (như tường chắn, thoát nước) không cho kết quả tốt

hoặc làm tường cừ để thi công các hố móng sâu

Dù vậy cọc khoan nhồi vẫn có những khuyết diểm sau:

- Đòi hỏi thiết bị tốt và chuyên gia có nhiều kinh nghiệm, đầu tư cao cho

hệ thống máy móc thi công

- Khi xuyên qua vùng có hang hốc các tơ hoặc đất bị nứt nở lớn phải dùng

ống chống để lại (không rút lên) sau khi đổ bê tông do đó giá thành cọc sẽ đắt

- Khó kiểm tra chất lượng lỗ cọc và thân cọc sau khi đổ bê tông cũng như

sự tiếp xúc xấu của mũi cọc với lớp đất chịu lực, nếu không có chương trình

quản lý chất lượng tốt và thiết bị kiểm tra đạt độ chính xác yêu cầu

- Công trình cơ khí kém sạch và khô ráo

1.1.4 Giới thiệu cụm máy

1.1.4.1 Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo máy khoan với gầu xoay

1.1.4.2.Nguyê lý hoạt động

Điều khiển tời (2) làm việc theo chiều hạ của cần kelly (11) và gầu

khoan (16) xuống hố khoan Điều khiển động cơ qua hộp giảm tốc của cụm

dẫn động (13) làm quay cần kelly và gầu khoan (16) Răng gầu cắt đất và tích

đất đầy vào gầu

Điều khiển tời (2) để nâng cần kellly và gầu khoan đến vị trí xả đất Mở

chốt để gầu xoay quanh khớp bản lề , mùn khoan được xả ra ngoài

Điểu khiển quay gầu về vị trí hố khoan và bắt đầu chu kì làm việc mới

Chú ý: + Xy lanh (5) cho phép điều chỉnh độ nghiêng của giá dẫn hướng (8)

khoảng 5◦ về cả 2 phía

+ Mọi hoạt động của máy được điều khiển trong cabin của máy cơ sở 1

1.1.5 Thông số kỹ thuật

IN TỨC

Hình 1.3: Máy khoan cọc nhồi LIÊN HỆ

BẢNG 1.1: THÔNG SỐ KĨ THUẬT

- Giới hạn điểm trước tính từ tâm quay mm 3.802 ~ 5.408

- Giới hạn điểm sau tính từ tâm quay mm 3.570

7.Khoảng trống phía trước mm 1.152 ~ 2.758

8.Độ cao khi xả của gầu: mm 3.400 ~ 4.900

9.Khoảng cách so với mặt mm 1.700 ~ 3.200

10.Chiều dài đường chạy của xích: mm 5.320

11.Chiều rộng đường chạy của xích: mm 4.110

4.Áp suất trung bình lên mặt đất: kPa 94

5.Đường kính khoan tối đa(khoan thường): mm 2.500

6.Độ sâu khoan tối đa (không mở rộng): m 55

- Tốc độ quấn ( cao / thấp): 63/31 m/min

- Tốc độ quấn lại ( cao/ thấp): 63/31 m/min

- Loại/xuất xứ Kh125-3- Hãng sản xuất Hitachi

- Momen xoắn/vòng quay 550N.m/ 1.600rpm

- Suất tiêu hao nhiên liệu 170g/ps-h

- Gối quay: Vòng bi chịu lực trên vành quay

- Hệ thống truyền động: Điều khiển thuỷ lực

- Kiểu: Hình trụ,rỗng, các đoạn lồng vào nhau

- Cần Kelly ( chiều dài/ tải trọng): 16.6 m/3.8 tấn

- Kích thước đầu nối gầu: 140 mm x 140 mm

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GẦU KHOAN CỦA MÁY KHOAN

-43

-40 SÐt dÎ o

Cuéi sái, c¸ t b· o hoµ

-20

¸ c¸ t, ¸ sÐt dÎ o ch¶y

-23,5 -29 C¸ t pha sÐt ch¶y

C¸ t pha c¸ t ch¶y -32

-33 C¸ t pha sÐt ch¶y

Hình 2.1 Sơ đồ các trường hợp khi khoan qua các tầng địa chất,

tầng địa chất Hà Nội, theo (tài liệu[2])

a: Đang khoan ở độ sâu 1523m b: Đang khoan ở độ sâu 5053m c: Đang khoan ở độ sâu 5458m CĐMC: cao độ đạt mố cọc

2.1.1 Các lực tác dụng lên các trường hợp tính toán

Tuỳ từng trường hợp mà có các giá trị lực khác nhau Các giá trị lực khác nhau là do khoan ở các tầng địa chất khác nhau Nhưng cả ba trường hợp trên đều có trung các lực tác dụng lên bộ công tác trong khi khoan

- Ngoại lực tác dụng lên gầu để thắng lực cản của nền

+ Lực ấn xi lanh thuỷ lực Pxl

+ Trọng lượng toàn bộ thanh kelly Gkl

+ Mômen quay gầu theo chiều thuận Mgt

2.1.2 Chế độ làm việc của gầu khoan

Khi tiến hành khoan lỗ, gầu khoan làm việc trong môi trường khắc nhiệt chịu các lực cản có giá trị khác nhau qua từng tầng địa chất ở các độ sâu khác nhau, trong môi trường nước, dung dịch Bentonit, lực ép của xi lanh, trọng lượng của các thanh kelly, trọng lượng của đất trong gầu, lực ma sát tác dụng lên thành gầu

Sau đây ta xét đến sự làm việc phức tạp của gầu khoan

- ứng suất nén sinh ra trên gầu khi mà trọng lượng của thanh kelly tác dụng lên gầu để gây áp lực lên đáy áp lực thuỷ tĩnh của dung dịch ở trong lỗ khoan làmcho gầu và cần chịu thêm các ứng suất phụ

- ứng suất xoắn sinh ra ở cần khoan, cũng như trên gầu khoan vì khi khoan thì cần khoan là bộ phận truyền mômen xoắn từ mô tơ thuỷ lực qua mâm xoay đến lưỡi khoan ở đáy lỗ khoan Lúc đó, một phần lớn công suất đã bị giảm

đi từ đầu quay đến lỗ khoan do sức kháng của cột dung dịch và ma sát giữa gầu khoan và thành lỗ khoan sự tổn hao công suất lớn nếu lỗ khoan càng sâu

- Công suất được truyền đến đáy, một phần dùng để thắng ma sát của lưỡi khoan lên đất đá, và chỉ còn một phần để thực hiện công có ích là phá huỷ đất đá

- ứng suất uốn phụ thuộc vào độ xiên của lỗ khoan Dưới tác dụng của lực ly tâm, lực nén của trọng lượng bản thân và áp lực lên đáy

Gầu khoan làm việc ở các tầng địa chất khác nhau vì vậy lực cản theo phương thẳng đứng và mômen cản tác dụng lên gầu cũng khác nhau Do đó trong quá trình tính thiết kế gầu xoay cần xác định trạng thái bất lợi nhất khi gầu làm việc Theo phân tích ở chương 2, thì hai trường hợp bất lợi nhất đối với gầu khoan trong quá trình cắt đất là: trường hợp 1 và trường hợp 2

- Trường hợp 1: khi cả ba thanh kelly trong cùng, vẫn lồng vào nhau Thanh kelly ngoài cùng được hạ hết chiều dài để thực hiện khoan, khi đó máy khoan ở độ sâu khoảng 1524m Địa chất ở độ sâu trên thường là sét xám dẻo mền qua tham khảo mặt cắt địa chất vùng Hà Nội (tài liệu [2])

- Trường hợp 2: khi cả bốn thanh kelly đều duỗi hết chiều dài làm việc, đây là trường hợp mà độ sâu khoan trong khoảng 5055m Tầng địa chất xuyên tiêu chuẩn, khi đó lực cản của nền là lớn nhất

cát sét dẻo chảy

Cát pha sét chảy

Cát pha Cát chảy

Cát pha sét chảy

Cát mịn bão hòa

Sét dẻo

Cuội Sỏi Cát thô bão hòa

2.1.3 Thiết kế gầu xoay

2.1.3.1 Các lực tác dụng lên gầu khoan

Khi thực hiện quá trình cắt đất và tích đất trong gầu, thì các lực tác dụng

lên bộ công tác noi chung và gầu khoan gồm có Các ngoại lực để thắng lực cản của các tầng địa chất, tuỳ thuộc vào độ sâu trong quá trình khoan gồm có: trọng lượng các thanh kelly, trọng lượng gầu, lực ấn thanh kelly, mômen quay gầu Các lực cản tác dụng lên gầu trong quá trình cắt đất gồm có: lực cản cắt đất của các lưỡi cắt, lực cản cắt của hai lưỡi cắt biên, lực cản của nền theo phương thẳng đứng, lực cản ma sát ở thành bên Ngoài ra còn có lực cản ma sát của dụng dịch bentonit Các giá trị của các lực trên phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của từng tầng địa chất

Hình 2.2 Các lực tác dụng lên gầu khoan trong quá trình làm việc

Mg Mômen quay gầu [kNm]

Paxl Lực ấn xi lanh [N]

Gkl Trọng lượng thanh kelly tác dụng lên gầu

[N]

Ggx Trọng lượng gầu xoay [N]

Trong quá trình làm việc tuỳ theo yêu cầu của công trình mà cần đường

kính lỗ khoan khác nhau cho nên có các loại gầu khoan khác nhau Hơn thế

thông số của gầu khoan là theo tiêu chuẩn Theo đặc điểm của máy KH125-3 thì

khi khoan đất chung có đường kính lớn nhất là=1500 (mm) Vì vậy ở đây ta

tính cho trường hợp gầu có đường kính =1500 (mm) Còn gầu khác cũng tính

tương tự, chỉ việc thay thông số

Bảng 2.2 Quy cách kỹ thuật của gầu khoan

lỗ khoan D2

(mm)

Đường kính

Mở rộng lỗ khoan

D3(mm)

Dung tích gầu khoan (m3)

Khối lượng gầu

(kg)

Chiều cao H (mm)

980 1100 1400 0,57 655 900

2.2 Trường hợp 1

2.2.1 Ngoại lực tác dụng lên gầu

a.Tính trọng lượng thanh kelly tác dụng lên gầu khoan

- Gkl1: là trọng lượng của đoạn thanh kelly ngoài cùng:

V = 0,94 m3: thể tích đất chứa trong gầu

- Mômen ma sát giữa thanh kelly 1 và thanh kelly 2:

D =

6,03

2.2.2 Tính lực cản của nền tác dụng lên gầu xoay

Lý thuyết về máy khoan đã được nhiều người nghiên cứu, ở Liên Xô đã nghiên cứu từ năm 1936 Một trong những nghiên cứu đầu tiên về khoan xoay là Epistayna Người nghiên cứu nhiều nhất là giáo sư Mikhailốp, hiện nay lý thuyết Mikhailốp vẫn còn được áp dụng

Trong phần lý thuyết chung về khoan xoay là xác định được các ngoại lực tác dụng lên lưỡi cắt khi khoan vào đất đá Từ đây sẽ tính được các chi tiết máy như gầu khoan, thanh kelly, bộ phận truyền động mâm xoay v.v…

Theo nguyên lý về máy khoan thì lưỡi khoan luân tiếp xúc với đất đá và cát, với chiều cao là “h” Khi dùng gầu khoan có nhiều lưỡi cắt, mặt khác gầu khoan khi làm việc luân xoay tròn thì đất sẽ được quấn vào trong thùng theo hình xoắn ốc Mỗi lưỡi cắt là một ngạnh khoan, trong quá trình tính toán ta chỉ xác định các lực tác dụng trên một ngạnh khoan, còn các ngạnh khoan còn lại được tính tương tự

Khi khoan xoay, dụng cụ khoan xoay xung quanh trục trùng với trục của

lỗ khoan dưới một áp lực dọc trục tác dụng lên lỗ khoan Giá trị của lực dọc trục phải lớn hơn giới hạn bền nén của đất đá trên mặt tiếp xúc giữa dụng cụ khoan với đất đá Đất đá bị cắt theo từng lớp xoắn vít do tác dụng của lực dọc trục và

mô men xoay Sản phẩm phá vỡ được đưa vào trong gầu sau đó được đưa ra ngoài bằng cách mở gầu, khi đó đất sẽ được xả ra ngoài

Hình 2.3 Sơ đồ đang tiến hành khoan trong đất

1.Cáp treo thanh kely

1