Phần thứ nhất: Giới thiệu về chung về gia cố nền móng. Các phơng pháp gia cố nền móng. Giới thiệu các phơng án và lựa chọn phơng án thiết kế Thiết kế tổng thể giá búa. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 Chơng 1: Giới thiệu về công tác thi công nền móng Đất nớc ta đang trong quá trình phát triển, hợp tác, và hội nhập với các nớc trong khu vực cũng nh với các nớc trên thế giới. Để có nền kinh tế ổn định, vững chắc và phát triển nhanh cần phải có một cơ sở hạ tầng vững chắc và hiện đại, do đó hàng loạt các công trình xây dựng dân dụng cũng nh các công trình giao thông đã, đang và sắp đợc xây dựng. Trong các công trình lớn cũng nh nhỏ thì việc xử lý nền móng là yếu tố hết sức quan trọng vì nó quyết định đến chất lợng cũng nh tuổi thọ của công trình. Việc xử lý nền móng đã có từ rất lâu, nhất là xử lý nền móng bằng các loại cọc, ban đàu là từ các loại cọc nguyên thuỷ có sẵn nh cọc tre, cọc gỗ.Với quy mô của các công trình ngày càng lớn và đợc xây dựng trên các nền đất yếu nên các loại cọc cũng phải hiện đại và đáp ứng đợc các yêu cầu của công trình. Tuỳ thuộc vào quy mô, thời hạn phục vụ của công trình,điều kiện tự nhiên của đất xây dựng mà ngời ta áp dụng các biện pháp khác nhau để gia cố nền móng cho phù hợp. G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 2 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 Với những công trình xây dựng nhà ở thuộc loại nhỏ của các hộ gia đình thờng áp dụng biện pháp làm móng bè bê tông. Hiện nay trong thực tế xây dựng nền móng cho các công trình lớn, thời hạn phục vụ lâu dài ngời ta áp dụng các loại móng cọc. Đây là loại móng đảm bảo khả năng xây dựng nhà và công trình trên các loại đất có sức chịu tải nhỏ, trên các vùng đất đóng băng, . Chính việc áp dụng móng cọc đã thúc đẩy việc ứng dụng các phơng pháp công nghiệp hoá xây dựng cũng nh việc trang bị cho các cơ quan xây dựng những máy hạ cọc chuyên dùng gọn nhẹ và có năng suất cao. Những u điểm cơ bản của việc áp dụng móng cọc là rút ngắn thời gian thi công, giảm bớt công tác nặng nhọc, giảm bớt khối lợng thép , bê tông và giảm khối l- ợng công tác làm đất; móng cọc ít nhạy cảm với sự thay đổi trạng thái của đất nền; có thể đào những hố sâu ngay sát cạnh các móng cọc mà không gây nguy cơ phá hỏng công trình; cọc còn đợc dùng trong móng của nhiều loại máy. Ngoài phơng pháp gia cố nền bằng cọc ra ngời ta còn dùng nhiều phơng pháp khác nh: * Để gia cố nền có các loại đất to hạt có nhiều lỗ rỗng và vết nứt, ngời ta dùng biện pháp ximăng hoá, đây là biện pháp hiệu quả và đợc sử dụng rộng rãi * Để gia cố, xử lý nền mà bên dới có các túi nớc, túi bùn ngầm ngời ta dùng phơng pháp ép bấc thấm Chơng 2: Các phơng pháp gia cố nền móng Gia cố nền có nhiều phơng pháp khác nhau, mỗi phơng pháp có tính u việt riêng và phù hợp với từng công trình khác. Các phơng pháp hiện nay hay đợc sử dụng là: I/ Phơng pháp khoan cọc nhồi. Cọc nhồi đợc chế tạo bằng cách rót trực tiếp vậy liệu (bê tông , bê tông cốt thép , cát) vào những lỗ cọc làm sẳntong lòng đất ngay tại mặt bằng thi công công trình. Đặc điểm của phơng pháp này là: +Ưu điểm: - Cọc đợc chế tạo tại chỗ, có kích thớc và chiều dài tuỳ ý, không mất công vận chuyển hay phải làm các công tác phụ khác nh ca, cắt, nối cọc sau khi đóng cọc. - Thi công cọc nhồi trên các máy khoan tạo lỗ tránh đợc các lực xung kích gây ảnh hởng xấu đến các công trình xung quanh, không gây tiếng ồn lớn. Vì vậy G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 3 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 trong những năm gần đây thi công cọc nhồi đã nhanh chóng xâm nhập vào các công trình trong thành phố. - Có thể thi công trên các công trờng có điều kiện mà không thể thi công bằng phơng pháp đóng cọc khác. +Tuy nhiên phơng pháp này cũng có các nhợc điểm: - Chi phí đầu t máy móc thiết bị ban đầu lớn nên giá thành của nó cũng khá cao. - Khó kiểm tra chính xác chất lợng cọc sau khi thi công. - Gây ô nhiễm môi trờng do có chất thải là dung dịch bentonít Theo phơng pháp tạo lỗ cọc, thi công cọc nhồi đợc chia thành hai loại cơ bản sau: + Tạo lỗ cọc bằng cách đóng ống kim loại, đầu dới bịt đế cọc vào lòng đất, sau đó rót vật liệu tạo cọc vào lòng ống. ống kim loại có thể để nguyên với vai trò là thành ống hoặc rút khỏi lòng đất trong quá trình rót vật liệu, đế cọc nằm lại trong lòng đất. + Tạo lỗ cọc bằng phơng pháp khoan chuyên dùng. Các thiết bị khoan rất đa dạng, nh tạo lỗ bằng phơng pháp cơ học , phơng pháp vật lý, hay là theo cách đa đất từ lỗ khoan lên theo dạng liên tục hay chu kỳ, II/ Phơng pháp ép cọc tĩnh: Đây là phơng pháp cơ học dùng lực ép ép cọc xuống lòng đất, phơng pháp này chỉ đóng đợc các loại cọc có chiều dài ngắn. ép cọc tĩnh có các u điểm sau: Không gây chấn động đến các công trình xung quanh, không tạo ra tiếng ồn. Do u điểm này mà phơng pháp ép tĩnh đợc sử dụng nhiều trong các công trình trong khu dân c, trong các thành phố, thi trấn. Giá thành rẻ . Nhng nó cũng có nhợc điểm là: chỉ đóng đợc các loại cọc có khẩu độ không dài lắm. III/ Phơng pháp đóng cọc bằng búa ĐIÊZEL Búa điêzel làm việc theo nguyên lý động cơ đốt trong hai kỳ vì vậy khi đóng cọc gây ra lực chấn động làm ảnh hởng tới các công trình xung quanh, đồng thời nó còn tạo ra tiếng ồn. Do nhợc điểm này mà phơng pháp chỉ đợc áp dụng với các công trình xa khu dân c. Đóng cọc bằng búa điêzel có giá thành rẻ và có thể làm việc ở những điều kiện khắc nghiệt mà các phơng pháp khác không làm đợc . IV/ phơng pháp xử lý nền yếu bằng bấc thấm Bấc thấm là các băng có lõi bằng prôliprôpilen có tiết diện hình răng bánh xe, bên ngoài đợc bọc áo lọc . Bấc thấm là một phơng pháp nhân tạo cải tạo nền đất bằng thiết bị tiêu nớc thẳng đứng để xử lý đât yếu đợc dùng để thay thế cọc cát làm phơng tiện dẫn nớc cố kết từ dới nền đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thoát ra ngoài, nhờ đó tăng tốc độ lún của nền đất trên đất yếu, tăng tốc độ cố kết của bản thân + Ưu điểm: - Tăng nhanh quá trình cố kết của đất yếu, rút ngắn thời gian lún - ít làm xáo động các lớp đất tự nhiên G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 4 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 - Thoát nớc một cách đảm bảo và chủ động - Thao tác nhanh - Chiều sâu sử dụng bấc có thể đạt đến 40 m - Hoạt động thoát nớc tốt trong các điều kiện khác nhau Chơng 3: Giới thiệu các phơng án và lựa chọn phơng án thiết kế Búa đóng cọc điêzel là loại búa hoạt động theo nguyên lý va đập, nó đợc cấu từ hai bộ phận chính là: quả búa và giá búa. Khi đóng cọc quả búa đợc đặt ngồi trực tiếp lên đầu cọc tạo xung lực nhấn cọc xuống nền. Giá búa có nhiêm vụ dẫn hớng cọc, quả búa và thực hiện các thao tác khác nh: cẩu búa, cẩu cọc, đa chỉnh cọc về vị trí đóng. Trên một giá búa có thể sử dụng nhiều quả búa khác nhau. ở đây ta chỉ xét tới quả búa điêzel. * Quả búa điêzel : Quả búa điêzel làm việc theo nguyên lý động cơ đốt trong hai kỳ. Theo cấu tạo nó đợc chia làm hai loại : ống dẫn và cột dẫn - Loại ống dẫn dùng để đóng cọc thép và cọc bê tông cốt thép loại lớn, do cấu tạo đặc biệt : tỷ số nén thấp ( = 15) hành trình của pittông lớn lên khả năng tạo ra lực xung kích khi đóng cọc lớn, ngoài ra quá trình cháy hỗn hợp xảy ra ngay sau khi đầu pittong đập vào đầu búa do đó quá trình cháy sẽ tạo thêm xung lực lớn đóng cọc vào nền. G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 5 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 - Loại cột dẫn, loại này có tỷ số nén cao ( = 30) sử dụng bơm nhiên liệu áp lực cao, dùng để đóng các loại cọc gỗ và BTCT loại nhỏ * Giá búa: Là thiết bị dùng để phục vụ các thao tác đóng cọc: cẩu cọc, chỉnh cọc, cẩu và dẫn h- ớng quả búa khi đóng cọc. Trên thực tế giá búa đợc sử dụng rất đa dạng, tuỳ thuộc vào công nghệ đóng cọc. a/ Giá búa ghép trên máy cơ sở Thiết bị đợc lắp thêm vào một máy cơ sở sẵn có nào đó, thờng là cần trục bánh xich hoặc cần trục bánh lốp, thiết bị lắp thêm vào là phần dẫn hớng quả búa khi cần đóng cọc. Sử dụng giá búa loại này rất tiện lợi, tiết kiệm đầu t do có thể sử dụng máy cơ sở vào việc khác. Máy cơ sở đợc chọn thờng là cần trục bánh xích hoặc cần trục ôtô. Các loại máy này phải thoả mãn các kỹ thuật đóng cọc, ngoài ra cần trục phải có tối thiểu hai tời nâng để khi chuyển sang chế độ giá búa thì một tời dùng để nâng quả búa, một tời để nâng cọc. Dẫn hớng quả búa đợc thực hiện nhờ một tháp đặt thẳng đứng làm bằng dàn thép hay ống thép. Tháp này đợc liên kết với cần trục nhờ khớp bản lề ở chốt đầu cần và chân cần qua thanh giữ, dọc thân tháp có hai thanh dẫn hớng cho búa. Phần đỉnh tháp là dàn puly dẫn hớng cho cáp cẩu cọc và cẩu búa. Kích thớc của nó đợc chế tạo sao cho cáp nâng búa luôn song song với với thanh dẫn hớng. Dọc hai bên tháp còn bố trí thang để phục vụ khi thi công đóng cọc cũng nh khi sửa chữa bảo dỡng . b/ Giá búa đợc cấu tạo trên máy cơ sở : Là thiết bị đóng cọc đợc thiết kế và chế tạo trên một máy cơ sở ( máy kéo, cần trục, máy xúc . ). Trên cơ sở sử dụng nguồn năng lợng, các kết cấu của máy cơ sở ngời ta cải tạo và cấu tạo thêm một số bộ phận nh: khung gầm, hệ thống thuỷ lực, hệ thống điều khiển cho phù hợp với yêu cầu làm việc của giá búa. Sự cải tạo này không ảnh hởng tới đến chức năng chính của máy, do đó cũng nh giá búa ghép trên máy cơ sở sử dụng loại giá búa này rất tiện lợi và kinh tế. c/ Giá búa chuyên dùng: Là thiết bị đợc thiết kế chế tạo chuyên dùng để đóng cọc, giá búa đơn giản nhất là giá búa cố định, tháo lắp nhanh có thể đóng đợc cọc có chiều dài đến 12 m. Giá búa điện di chuyển trên đờng ray có thể đóng đợc các loại cọc có chiều dài và khối lợng lớn, loại này cũng đợc dùng khá phổ biến ở nớc ta. Ngoài ra còn có các loại giá búa chuyên dùng khác nh giá búa lắp trên phao nổi đóng cọc dới nớc phục vụ thi công các công trình đờng thuỷ, cảng các giá búa này có loại rất lớn còn đ ợc gọi là tàu đóng cọc có thể đóng đợc cọc dài đến 70 m không nối. I. Giới thiệu các phơng án thiết kế Giá búa đóng cọc di chuyển trên ray đợc quy về hai kiểu chính là: kiểu ống dẫn liên kết cứng với sàn và kiểu liên kết mềm hay còn gọi là liên kết động. 1. Phơng án 1: Giá có cột dẫn hớng kết cấu dạng dàn, trên giá bố trí hai tời điện để cẩu búa và cẩu cọc, các chức năng khác nh quay, tiến lùi tháp, nghiêng tháp, điều chỉnh lệch tháp đ- G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 6 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 ợc tiến hành nhờ truyền động thuỷ lực, với một bộ nguồn chung. Mâm quay cấu tạo kiểu vành bi, các bộ di chuyển (hai chủ động, hai bị động) sử dụng bộ di chuyển tiêu chuẩn của cần trục. Đây là giá búa kiểu liên kết mềm (hình vẽ1) Kiểu giá búa này ta thờng gặp do Liên Xô (cũ) chế tạo, tiêu biểu là: SP46, S- 955A, S 908A. Thông số cơ bản của giá búa S 908A: - Chiều cao lớn nhất của giá: 24,4 m - Khối lợng cọc đóng lớn nhất: 7 tấn - Chiều dài cọc tối đa: 16 m - Quả búa lớn nhất: 3,5 tấn - Góc quay: 360 0 - Khả năng tiến lùi tháp: 1,2 m - Tầm với max: 6 m * Ưu điểm: - Trọng lợng của giá búa nhỏ. - Tính cơ động cao * Nhợc điểm: - Độ ổn định không cao. - Chế tạo khó, phức tạp. * Cấu tạo: 1-Bộ di chuyển 2-Toa quay. 3-Bàn máy 4- Đối trọng 5- Ca bin điều khiển 6- Xy lanh nghiêng tháp 7,8 Cơ cấu hình bình hành 9- Cáp 10- Xà đỉnh 11- Móc cẩu cọc 12- Cột dẫn 13- Đờng trợt 14- xylanh ra vào giá 15- Tời cuốn cáp G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 7 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Hình1: Sơ đồ cấu tạo giá búa theo phương án 1 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 2. Phơng án 2: Giá búa có cột dẫn hớng liên kết cứng với sàn bằng chốt chữ thập có thể đóng cọc xiên âm, xiên dơng. Cột có cấu tạo từ các đoạn ống thép tròn liên kết lại với nhau bằng các mặt bích, trên cột có gắn hai thanh dẫn hớng cho búa. Việc nghiêng tháp để đóng cọc xiên âm, xiên dơng đợc thực hiện nhờ hai thanh chống xiên (tăng đơ). Loại giá búa này không quay đợc toàn vòng và không có khả năng tiến lùi tháp. (Hình vẽ 2). + Ưu điểm: - Thuận tiện trong việc lắp dựng. - Chế tạo đơn giản. - Đóng đợc cọc xiên âm, xiên dơng + Nhợc điểm: - Khả năng cơ động thấp. - Độ an toàn không cao. G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hình 2 : Sơ đồ cấu tạo giá búa theo phương án 2 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 * Cấu tạo: 1- Cột dẫn hớng. 2- Thanh dẫn hớng. 3- Thang. 3- Sàn giá búa. 5- Bộ di chuyển. 6- Đối trọng. 7- Ca bin điều khiển. 8- Tời nâng búa, cọc. 9- Tăng đơ. 10- Xà đỉnh. G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 9 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thế Báu - MXD A K39 3.Phơng án 3: Giá búa dạng đơn giản, có cấu tạo nh sau: - Cột dẫn hớng đợc chế tạo từ tổ hợp thép hình, trên cột có hai thanh dẫn hớng tiết diện tròn. Cột liên kết cứng với sàn . - Sàn cũng đợc chế tạo từ thép hình liên kết lại với nhau bằng liên kết bu lông hay liên kết hàn. - Bộ di chuyển thủ công và không có khả năng quay sang hai bên.(hình vẽ 3). * Phân tích u nhợc của máy: - Chế tạo đơn giản, lắp ráp nhanh. - Tính cơ động thấp Chiều dài cọc đóng ngắn, khối lợng cọc nhỏ. 4.Phơng án 4: Giá búa có cấu tạo nh giá búa DJ2 do Trung Quốc chế tạo. Cột dẫn hớng có cấu tạo từ những đoạn ống tròn ghép lại với nhau thông qua các mặt bích.Trên cột có hai thanh dẫn hớng cho búa. Sàn của giá búa có lắp cơ cấu xe con để tiến lùi tháp, có đặt mâm quay giúp cho gía búa quay đợc toàn vòng. Để đóng đợc cọc xiên âm, xiên dơng giá búa có hệ thống tăng đơ, hệ thống này ngoài nhiệm vụ thay đổi góc đóng cọc nó còn có nhiệm vụ chống đỡ cột dẫn hớng. Phân tích u nhợc của giá búa loại này. + Ưu điểm: G.V.H.D: TS. Nguyễn Đăng Điệm KS. Nguyễn Văn Thuyên 10 1 4 3 5 2 6 Hình 3: Sơ đồ cấu tạo giá búa phương án 3 . án thiết kế Búa đóng cọc điêzel là loại búa hoạt động theo nguyên lý va đập, nó đợc cấu từ hai bộ phận chính là: quả búa và giá búa. Khi đóng cọc quả búa. tế. c/ Giá búa chuyên dùng: Là thiết bị đợc thiết kế chế tạo chuyên dùng để đóng cọc, giá búa đơn giản nhất là giá búa cố định, tháo lắp nhanh có thể đóng