Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Mục lục Trang Lời nói đầu. 4 Chơng I. Giới thiệu về công tác thi công nền móng. 5 1.1. Giới thiệu 5 1.2. Các phơng pháp gia cố nền móng . 6 1.2.1. Phơng pháp khoan cọc nhồi 6 1.2.2. Phơng pháp đóng cọc bằng búa điezel 7 1.2.3.Phơng pháp xử lý nền bằng bấc thấm 7 1.2.4. Phơng pháp ép cọc tĩnh . 8 Chơng II. Các phơng án và lựa chọn phơng án thiết kếmáy ép cọc tĩnh . 9 2.1. Máy ép cọc kiểu vít me . 11 2.2. Máy ép thuỷ lực bắt bulông 12 2.3. Máy ép kiểu quang treo 13 Chơng III. Thiết kế tổng thể 16 3.1. Xác định kích thớc khối bê tông 16 3.2. Xác định kích thớc của máy 17 3.2.1. Tính chiều dài máy 17 3.2.2. Xác địng chiều rộng máy 19 3.2.3. Xác định chiều cao của khung tĩnh và khung động 19 Chơng IV. tính toán thiết kế hệ thống truyền động thuỷ lực 20 4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu thiết kế 20 4.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống truyền động thuỷ lực 20 4.1.2. Yêu cầu của hệ thống truyền động thuỷ lực . 20 4.2. Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực 20 4.3. Các thông số của hệ thống truyền động thuỷ lực . 21 4.4. Tính chọn các bộ phận của hệ thống truyền động thuỷ lực 21 4.4.1. Tính chọn xylanh 21 4.4.2. Tính chọn bơm và công suất động cơ 23 4.4.3. Chọn van phân phối 26 4.4.4. Tính toán thùng dầu . 27 4.4.5. Chọn ống dẫn và cút nối 28 4.4.6. Chọn đồng hồ đo áp 29 Chơng V. Tính toán kết cấu thép của tháp động và tháp tĩnh 30 5.1. Chế độ làm việc và phơng pháp tính toán kết cấu thép 30 32 SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Đặc điểm cấu tạo thấp động và lực tác dụng 32 Lựa chọn hình thức kết cấu 33 Lực tác dụng lên tháp động 33 Tính chọn mặt cắt thép góc, bản giằng . 34 Tính chọn thép góc 34 Tính chọn mặt cắt bản giằng bên . 37 Tính toán liên kết bản giằng bên với thanh thép góc 42 Tính toán bản giằng sau 43 ớc . 48 ới 48 . 51 Đặc điểm cấu tạo và lực tác dụng 51 Lực tác dụng lên tháp 51 Tính chọn mặt cắt của thép làm khung và bản giằng 52 Tính chọn mặt cắt thép làm khung tĩnh . 52 Tính chọn bản giằng 53 Tính liên kết bản giằng 57 Tính cụm tai xylanh trên 59 Tính quang treo . 62 Tính chọn mặt cắt quang treo . 62 . 64 Tính đòn gánh 65 tính toán thiết kế dầm . 69 Tính toán thiết kế dầm trung gian 69 Đặc điểm kết cấu và hình thức lực chọn kết cấu 69 69 70 Tính chọn mặt cắt cánh dầm 71 Tính chọn sơ bộ mặt cắt dầm . 71 Kiểm tra mặt cắt đã chọn 74 Tính toán thiết kế quang treo 76 Tính toán thiết kế dầm đáy (dầm ngang) 77 Đặc điểm kết cấu và hình thức lựa chọn kết cấu 77 Lực tác dụng lên dầm 77 78 Tính chọn mặt cắt dầm 79 Quy trình lắp dựng 82 Công tác chuẩn bị để thi công máy ép cọc tĩnh 82 Quy trình lắp dựng 82 Quy trình thi công ép cọc . 87 SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Để đảm bảo tính hợp lý trong quá trình thiết kế thì em xin trình bày thêm phần tính . 90 90 90 Tính toán giá thành của các bản thép chế tạo khung 91 91 93 96 96 . 97 97 99 . 99 100 101 Tính toán giá thành kết cấu thép chế tạo dầm trung gian . 101 . 102 103 103 104 106 Tài liệu tham khảo 107 SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Lời nói đầu Trong bối cảnh nớc ta hiện nay là một nớc đang phát triển, cơ sở hạ tầng ngày càng đợc xây dựng và hoàn thiện. Trong thực tế các công trình xây dựng lớn hiện nay thì việc gia cố nền móng là rất quan trọng. Cấu tạo của nền sau khi đào, đắp, đầm thờng không đồng nhất và khả năng chịu áp lực nhỏ; Vì vậy trong công tác xây dựng nhà cao tầng (mang tính vĩnh cửu) và xây dựng cầu, đập nớc, ống khói, v.v ngời ta phải xử lý móng. Một trong các cách xử lý nền móng vừa kinh tế lại vừa đảm bảo độ bền vững của công trình là dùng phơng pháp đóng cọc. Cọc dùng để đóng có thể là cọc tre, gỗ, hoặc cọc thép, cọc bê tông- cốt thép, cọc cát Trong điều kiện hiện nay thì cọc bê tông- cốt thép đợc sử dụng rộng rãi nhất vì có nhiều u điểm hơn các loại cọc khác. Đó là điều kiện áp dụng không phụ thuộc vào tình hình mực nớc ngầm (tuy nhiên khi dùng cọc ở những nơi nớc mặn thì phải chú ý tới hiện tợng ăn mòn cốt thép trong cọc) giá thành của cọc nhỏ hơn nhiều so với cọc thép, sức chịu tải của cọc cao Hầu hết các công trình hiện nay đều dùng cách gia cố nền móng bằng cọc. Xuất phát từ yêu cầu đó trong lần làm đồ án tốt nghiệp này em đã đợc giao nhiệm vụ tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh với lực ép là 150 Tấn. Trong quá trình làm đồ án em xin cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của PGS.TS: Nguyễn Bính và kỹ s Phạm Anh Tuấn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Do trình độ và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế còn quá ít, việc tìm tài liệu thiết bị còn hạn chế nên trong quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi thiếu sót. Vì thế em rất mong đợc sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo để sau này trong thực tế khỏi bỡ ngỡ, và có thể vận dụng tốt những kiến thức đã học vào trong thực tế. Em xin chân thành cảm ơn các thầy. SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Chơng I: giới thiệu về công tác thi công nền móng 1.1. Giới thiệu. Đất nớc ta đang trong thời kỳ phát triển hợp tác và hội nhập với các nớc trong khu vực, cũng nh các nớc trên thế giới. Để có nền kinh tế phát triển nhanh thì cần có nền kinh tế ổn định, vững chắc và để phát triển nhanh thì cần phải có 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 và đang, sắp đợc xây dựng. Trong các công trình lớn cũng nh nhỏ thì việc sử 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 sử lý nền móng đã có từ rất lâu, nhất là sử lý nền móng bằng các loại cọc, ban đầu là các loại cọc nguyên thuỷ có sẵn nh : Cọc tre, cọc gỗ, và với quy mô công trình ngày càng lớn và xây dựng trên nền đất yếu nên các loại cọc cũng phải hiện đại và đáp ứng đợc yêu cầu của các công trình. Tuỳ thuộc vào quy mô, thời hạn 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, với những công trình xây dựng nhà ở thuộc loại nhỏ của các hộ gia đình thì áp dụng biện pháp làm móng cọc bê tông. Hiện nay trong thực tế xây dựng nền móng cho các công trình lớn, thời hạn phục vụ lâu dài thì ngời ta áp dụng các loại máy, đây là loại máy đảm bảo khả năng xây dựng nhà và công trình trên các loại đất có sức chịu tải nhỏ. Chính việc áp dụng móng cọc đã thúc đẩy việc ứng dụng các phơng pháp công nghiệp 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. SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh - 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 bớt 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 những móng cọc mà không gây nguy cơ phá huỷ các công trình. Ngoài phơng pháp gia cố nền bằng cọc thì 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 thì ngời ta thờng dùng biện pháp xi măng hoá. Đây là biện pháp hiệu quả và đợc sử dụng rộng rãi. * Để gia cố sử lý nền mà bên dới có các mạch nớc ngầm thì ngời ta dùng phơng pháp ép cọc bấc thấm hoặc dùng cọc cát. 1.2. Các phơng pháp gia cố nền móng. Gia cố nền móng có nhiều phơng pháp khác khác nhau, mỗi phơng pháp có những u điểm riêng và phù hợp với các công trình khác nhau. Các phơng pháp hiện nay thờng đợc sử dụng là: 1.2.1. Phơng pháp khoan cọc nhồi. Cọc nhồi đợc chế tạo bằng cách rót trực tiếp vật liệu (bê tông , cát ) vào những lỗ cọc đã đợc khoan sẵn. - Ưu điểm của phơng pháp này là: + Cọc đợc chế tạo tại chỗ có kích thớc và chiều dài tuỳ ý, không mất công vận chuyển hay phải làm công tác phụ khác nh : Ca, cắt, nối cọc + Thi công cọc khoan nhồi tránh đợc các lực xung kích gây ảnh hởng xấu đến các công trình xung quanh, không gây tiếng ồn - Nhợc điểm : SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh + Chi phí đàu t, thiết bị máy móc ban đầu lớn nên giá thành tơng đối cao, khó kiểm tra chính xác chất lợng cọc sau khi thi công + Gây ô nhiễm môi trờng do chất thải bentonit gây ra 1.2.2. Phơng pháp đóng cọc bằng búa diezel. Búa đóng cọc Diezel dùng để đóng cọc bê tông cốt thép, ống thép và cọc gỗ và chỉ đóng cọc trên nền thông thờng (không phải nền yếu hoặc cứng ). Phơng pháp này có các u nhợc điểm sau : - Ưu điểm : Trọng lợng tổng các thiết bị nhỏ, không cần một số thiết bị trung gian nh: Máy nén khí, nồi hơi, động cơ điện - Nhợc điểm : Tốn 50-60% công suất để nén không khí trong xi lanh. Cần có nhiên liệu Diezel, năng suất thấp gây tiếng ồn lớn, chấn động mạnh, vì gây chấn động lớn nên phù hợp với các công trình xa nơi dân c , xa các công trình đã có . 1.2.3. Phơng pháp sử lý nền bằng bấc thấm. Bấc thấm là một phơng pháp nhân tạo, cải tạo nền đất bằng thiết bị tiêu nớc thẳng đứng. Để sử lý đất yếu, đợc dùng để thay thế cọc cát làm phơng tiện dẫn nớc từ dới nền đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thoát ra ngoài. Phơng pháp này có những - u nhợc điểm sau : - Ưu điểm : + Tăng nhanh quá trình cô kết của đất yếu, rút ngắn thời gian lún (có thể kết thúc cô kết ngay trong thời gian thi công mà không phải đợi lâu dài . + ít làm xáo động các lớp đất tự nhiên SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh +Thoát nớc một cách đảm bảo và chủ động +Tốc độc lắp nhanh (dễ cơ giới thi công). Năng xuất có thể đạt 4000 ữ 6000 m/ngày/máy cắm bấc + cần ít công nhân sử dụng máy. + Chiều sâu sử dụng bấc có thể đạt 40 (m). + Hoạt động thoát nớc tốt trong các điều kiện khác nhau. - Nhợc điểm : + Hiện tại cha sản xuất đợc bấc thấm còn phải nhập ngoại. + Hiệu quả cha đạt yêu cầu mong muốn cho một số điều kiện nền đắp thấp và một số điều kiện địa chất khác. + Bản thân bấc thấm không tham gia vào thành phần chịu tải trọng. 1.2.4. Phơng pháp ép cọc tĩnh. Máy ép cọc dùng để ép cọc bê tông cốt thép. Trong việc gia cố nền móng với các nền móng không quá yếu. Thờng đợc sử dụng trong xây dựng các công trình dân dụng nh nhà cửa vì lực ép lớn và tiếng ồn nhỏ, quá trình ép cọc êm dịu, cọc ít bị vỡ đầu cọc do chấn động nh khi sử dụng búa diezel và chiều sâu ép cọc có thể đạt yêu cầu tốt. Do không gây tiếng ồn và ô nhiễm cho nên máy ép cọc thờng đợc sử dụng trong các công trình đông khu dân c, và do tạo chấn động nhỏ cho nên nó cũng thờng đợc sử dụng trong các công trình mà bên cạnh các công trình đó đã có những công trình khác. Tuy nhiên cũng có một số hạn chế là cần phải có thiết bị phụ đi kèm theo nh : (Động cơ điện, bơm thuỷ lực, thùng dầu thuỷ lực) do vậy cần phải có máy phát điện nếu xa nguồn điện để tạo ra nguồn điện dẫn động động cơ điện và bơm thuỷ lực Và một hạn chế khác nữa là khi thi công bằng máy ép cọc tĩnh thì cần phải có nhiều công nhân và cần phải có cần cẩu để cẩu cọc và phục vụ việc di chuyển khi đóng cọc. SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Chơng II : các phơng án và lựa chọn phơng án thiết kế máy ép cọc tĩnh Máy ép cọc là loại máy hoạt động dựa trên áp lực của dầu thuỷ lực. áp suất cao của dầu thuỷ lực sẽ tạo ra lực ép để ép cọc sâu vào lòng đất, vì vậy nó hoạt động rất êm, không gây ảnh hởng đến những công trình xung quanh, và nó không gây ra tiếng ồn khi hoạt động. Kết cấu của máy gồm có khung tĩnh, khung động, 2 xi lanh dùng để ép cọc và dầm chính và phụ. Khung động thì trợt trong khung tĩnh. *Nguyên lý hoạt động của nó nh sau: Cọc đợc đa vào khung động (bằng cẩu) cọc Hình 2.1 SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 9 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh sau đó dùng đòn để giữ cọc với khung động cọc Hình 2.2 Sau khi đã cố định cọc với khung động thì ta cho xy lanh duỗi ra và ép cọc xuống đất. Khi hết hành trình của xi lanh thì xi lanh sẽ đợc co lại và ta lại cố định cọc với khung động ở vị trí khác, sau đó hành trình lại lặp lại nh trớc. Khi đã ép hết cọc đó thì ngời ta đa cọc khác vào và hàn đầu cọc mới với cọc đã ép rồi, sau đó lại tiếp tục ép đến khi đạt yêu cầu thiết kế thì thôi. Hiện nay có nhiều loại với kết cấu khác nhau. Sau đây em xin trình bày một số phơng án nh sau: SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41 10 [...]... thông báo áp lực đạt đợc trong đờng ống dẫn dầu SV:Nguyễn văn Thiệm 29 Lớp Máy xây dựng k41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Chơng V: tính toán kết cấu thép tháp tĩnh và tháp động 5.1 Chế độ làm việc và phơng pháp tính toán kết cấu thép * Kết cấu thép của máy ép cọc đợc tạo thành từ thép hình Trong chế tạo để thuận tiện ta chủ yếu sử dụng sẵn các thép định hình để tạo lên và đợc liên kết bằng... nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Trên cơ sở phân tích các u, nhợc điểm của các phơng án đã nêu em lựa chọn phơng án thiết kế là phơng án 3; Nghĩa là máy ép cọc thuỷ lực kiểu quang treo, dùng 2 xy lanh thuỷ lực SV:Nguyễn văn Thiệm 15 Lớp Máy xây dựng k41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Chơng III: tính toán thiết kế tổng thể Kích thớc của máy phụ thuộc vào chiều dài của cọc và số lợng cọc ép đợc... xylanh trong quá trình ép cọc của máy 4.1.2 Yêu cầu của hệ thống truyền động thuỷ lực Việc thiết kế, tính toán, lựa chọn các thiết bị thuỷ lực của hệ thống yêu cầu cần đảm bảo: - Đảm bảo cho máy ép đạt đợc lực ép theo yêu cầu thiết kế Qép Max =150 (tấn) - Thiết bị chọn phải đảm bảo độ tin cậy, độ bền, tuổi thọ cao và thoả mãn đ ợc yêu cầu kỹ thuật 4.2 - Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực 6 6 5 4 3 7 2... đợc trong một đài ép và kích th Các khối bê tông có trọng l ớc của các khối bê tông 3.1 Xác định kích thớc của các khối bê tông. ợng theo yêu cầu là 5 (T/khối) Khối bê tông để làm đối trọng thì gồm có các khối bê tông dài và các khối bê tông ngắn Khối bê tông có chiều dài lớn thì đợc đặt ở dới cùng, còn các khối bê tông có chiều dài ngắn thì đợc đặt trên khối bê tông dài Các khối bê tông có hình dáng... nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh bản giằng sau bản giằng trước Hình 5.2 5.2.2 Lựa chọn hình thức kết cấu Tháp động có nhiệm vụ giữ cọc và dẫn hớng cho cọc Ta chọn hình thức kết cấu nh sau SV:Nguyễn văn Thiệm 33 Lớp Máy xây dựng k41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Kết cấu mặt cắt trên của tháp động Nh hình vẽ Hình 5.3 Mặt cắt phía dới của tháp động : Hình 5.4 5.2.3 Lực tác dụng lên tháp động Lực. .. ứng suất cho phép của vật liệu [ ] = ch n ch : Giới hạn chảy của vật liệu n : Hệ số an toàn Ta lựa chọn n = 1,3 ữ 1,7 n = 1,5 Trong tính toán sau đây ta tính toán cho kết cấu thép cho từng bộ phận SV:Nguyễn văn Thiệm 31 Lớp Máy xây dựng k41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh 5.2 Tính toán tháp động 5.2.1 Đặc điểm cấu tạo tháp động và lực tác dụng Nh hình vẽ SV:Nguyễn văn Thiệm 32 Lớp Máy xây... truyền động thuỷ lực - Số lợng xylanh n=2 - Lực tác dụng lên cả 2 xylanh Qmax=75 (tấn) - Hành trình ủa xylanh chọn L=1,6 (m) - Tốc độ ép Vép=1(m/ph) = 1/60 (m/s) Tốc độ ép ứng với lực ép Qmax =150 (Tấn) 4.4 Tính chọn các bộ phận của hệ thống truyền động thuỷ lực 4.4.1 Tính chọn xylanh Mô hình của xylanh ép cọc Trong đó: D : Đờng kính pistong (m) d : Đờng kính cán pistong (m) SV:Nguyễn văn Thiệm 21 Lớp Máy. .. máy 3400 khung động 7000 Chiều cao của khung tĩnh 5550 (mm) SV:Nguyễn văn Thiệm 19 Lớp Máy xây dựng k41 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh Chơng IV: tính toán thiết kế hệ thống truyền động thuỷ lực 4.1 Nhiệm vụ, yêu cầu thiết kế 4.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống truyền động thuỷ lực (TĐTL) Vai trò, nhiệm vụ của hệ thống TĐTL là truyền công suất từ động cơ đến hệ xylanh để sinh công ép cọc xuống nền... 2 = 1 (m) = 1000 (mm) 2 3.2 Xác định kích thớc của máy Kích thớc của máy phụ thuộc vào số lợng cọc ép đợc theo thiết kế và chiều dài của cọc, kích thớc của các khối bê tông - Trong phần này ta chọn số lợng cọc đóng đợc trong một đài là 4 cọc, và cọc đợc bố trí nh sau Hình 3.2 Theo thiết kế ta chọn a=900 3.2.1 Tính chiều dài của máy Sơ đồ bố trí dầm khi đóng cọc nh sau Hình 3.3 Chiều dài của máy L =... qua lực này - áp lực gió Pg : Do máy làm việc ngoài trời nên tháp chịu tác dụng bởi gió, nên suất hiện tải trọng gió tác dụng lên tháp Do lực này tác dụng lên tháp là rất cho nên khi tính toán ta cũng bỏ qua lực này 5.2.4 Tính chọn mặt cắt thép góc, bản giằng 5.2.4.1 Tính chọn thép góc Sơ đồ tính toán tháp động P Hình 5.5 Chọn vật liệu chế tạo thép góc là thép CT3 có ch = 240 (MPa) Ta có : ứng suất cho . đóng cọc. Cọc dùng để đóng có thể là cọc tre, gỗ, hoặc cọc thép, cọc bê tông- cốt thép, cọc cát Trong điều kiện hiện nay thì cọc bê tông- cốt thép đợc. án thiết kế máy ép cọc tĩnh Máy ép cọc là loại máy hoạt động dựa trên áp lực của dầu thuỷ lực. áp suất cao của dầu thuỷ lực sẽ tạo ra lực ép để ép cọc