Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cụm đấu khoan của máy khoan cọc nhồi BG36

Phương pháp cọc khoan nhồi còn rất thích hợp cho việc tạo móng xây chen giữa các khu dân cư mà ít làm ảnh hưởng tới các công trình xung quanh Bằng cách sử dụng ống vách ngăn rung động và

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 3

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA 5

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MÁY KHOAN CỌC NHỒI 7

1.1-Giới thiệu công nghệ thi công cọc khoan nhồi bằng máy khoan cọc nhồi 7

1.2-Các kiểu máy khoan cọc nhồi 8

1.2.1-Máy khoan cọc nhồi kiểu thùng đào: 8

1.2.2-Máy khoan tuần hoàn 10

1.2.3-Máy khoan xoắn ruột gà 12

1.2.4-Máy khoan cọc nhồi bằng ống dao động 12

1.2.5-Máy khoan tường vách 13

1.3- Giới thiệu một số máy khoan cọc nhồi 13

1.3.1 Sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ m¸y khoan cäc nhåi ë NhËt B¶n 13

1.3.2- Máy khoan cọc nhồi SANY –Trung Quốc 14

1.3.3- Máy khoan cọc nhồi BG36 của hãng Bauer – Đức 16

1.4- Kết luận chương 1 24

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM ĐẦU KHOAN MÁY KHOAN CỌC NHỒI BG36 25

2.1-Chế độ làm việc của cụm đầu khoan (gầu khoan) máy khoan cọc nhồi BG36 25

2.2- Các hư hỏng gầu khoan (cụm đầu khoan) trong quá trình làm việc 25

2.3- Tính toán, thiết kế cụm đầu khoan của máy khoan cọc nhồi BG36 26

2.3.1- Lý thuyết khoan 26

2.3.2- Tính các thông số cơ bản 26

2.3.3- Các số liệu tính toán 26

2.3.4- Phân tích lực khi khoan xoay 27

2.3.5- Tính các lực cơ bản 27

2.3.6- KiÓm tra bÒn thµnh gÇu 31

2.3.7- ThiÕt kÕ mèt sè côm chi tiÕt 35

2.4 – Kết luận chương 2 43

CHƯƠNG 3 : CHẾ TẠO CỤM ĐẦU KHOAN MÁY KHOAN CỌC NHỒI BG36 44

3.1 Trình tự gia công chế tạo cụm đầu khoan của máy khoan cọc nhồi BG36 44

3.1.1-Gia công chế tạo vỏ gầu 45

3.1.2- Gia công chế tạo cụm dầm ngang 47

3.1.3.-Gia công chế tạo cụm cổ gầu 50

3.1.4-Gia công chế tạo đáy gầu 53

3.1.5-Gia công chế tạo thanh khóa gầu 56

3.1.6-Hàn tổ hợp các chi tiết 57

3.2 – Kết luận chương 3 57

CHƯƠNG 4 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CỤM ĐẦU KHOAN 59

MÁY KHOAN CỌC NHỒI BG36 59

4.1-Mô tả cụm đầu khoan: 59

4.2-H−íng dÉn sö dông 61

4.3 – Kết luận chương 4 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

LỜI CẢM ƠN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cụm đầu khoan của máy khoan cọc nhồi BG36

2 Cơ sở pháp lý của đề tài:

- Quyết định số 6968/QĐ – BCT, ngày 29 tháng 12 năm 2011 về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ KHCN năm 2012 của Bộ Trưởng Bộ Công Thương

- Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 39.12 RD/HĐ-KHCN ngày 15 tháng 3 năm

3.2 Mục tiêu của đề tài:

Làm chủ công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cụm đầu khoan máy khoan cọc nhồi BG36

Đưa vào ứng dụng trong sản xuất

4 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:

4.1 Đối tượng:

- Tính toán, chọn thông số kỹ thuật, thiết kế cụm đầu khoan máy khoan cọc nhồi BG36

4.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu, khảo sát chế độ làm việc của các loại thiết bị khoan cọc nhồi

- Tính toán, chọn thông số kỹ thuật, thiết kế cụm đầu khoan máy khoan cọc nhồi BG36

- Lập quy trình công nghệ chế tạo cụm đầu khoan máy khoan cọc nhồi BG36

- Chế tạo thử nghiệm một cụm đầu khoan máy khoan cọc nhồi BG36

- Viết báo cáo tổng kết đề tài

4.3 Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tế sử dụng thiết bị tại cơ sở sản xuất, khảo sát đánh giá và đưa ra chỉ tiêu khi lựa chọn áp dụng thiết bị vào một máy cụ thể

- Tìm hiểu năng lực chế tạo các cơ sở trong nước để chế tạo một cụm đầu khoan máy khoan cọc nhồi BG36

5 Kinh phí thực hiện đề tài:

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA

1 Đỗ Thái Cường Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

2 Nguyễn Văn Bình Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

3 Mai Quý Sáng Thạc sĩ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí

4 Nguyễn Danh Đức Thạc sĩ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí

5 Bùi Khắc Dũng Kỹ sư cơ khí thủy lợi Viện Nghiên cứu Cơ khí

6 Vũ Quang Huy Thạc sĩ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí

7 Nguyễn Thị Sinh Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

8 Lê Đình Lâm Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

LỜI NểI ĐẦU Công cuộc đổi mới và hiện đại hoá đất nước đang diễn ra mạnh mẽ trong đời

sống xã hội đặc biệt là trong lĩnh vực kinh tế Sự phát triển mạnh của kinh tế đòi hỏi ngày càng cấp bách việc xây dựng cơ sở hạ tầng Đó là công việc xây dựng mới và hiện đại hoá các khu công nghiệp, các nhà máy, các khu dân cư, các công trình giao thông như: cầu cống, đường xá …Trong xây dựng các công trình đó thì công tác xử

lý nền móng là một công việc vô cùng quan trọng Sự ổn định vững chắc nền móng

ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình sau này

Vấn đề đặt ra là phải giảm giá thành khi thi công nền móng để góp phần hạ giá thành toàn bộ công trình Ở nước ta hiện nay để xử lý nền móng công trình người

ta có nhiều phương án khác nhau như dùng búa đóng cọc Diezel, dùng búa rung

động, dùng máy ép cọc bấc thấm, máy ép cọc tĩnh, dùng máy khoan cọc nhồi v.v…Tuy nhiên tuỳ từng điều kiện kinh tế, điều kiện thi công mà mỗi phương pháp thi công có các mặt ưu, nhược điểm khác nhau như phương pháp thi công bằng búa

đóng cọc Diezel thì gây ồn, gây ô nhiễm môi trường, làm ảnh hưởng tới các công trình xung quanh Với máy khoan cọc thì giá thành mỗi đầu cọc khá cao, với búa

đóng cọc rung động thì gây chấn động tới các công trình xung quanh, với máy ép cọc bấc thấm thì giá thành đắt và hiệu quả xử lý nền không cao.v.v

Phương pháp cọc khoan nhồi còn rất thích hợp cho việc tạo móng xây chen giữa các khu dân cư mà ít làm ảnh hưởng tới các công trình xung quanh (Bằng cách

sử dụng ống vách ngăn rung động và chống lở vách), tránh được ô nhiễm môi trường xung quanh Việc chế tạo cọc ngay tại nền móng công trình tránh được chi phí cho vận chuyển cọc từ nơi sản xuất cọc tới chân công trình …Vì vậy việc áp dụng kỹ thuật tạo cọc cho nền móng công trình bằng phương pháp cọc khoan nhồi đảm bảo về mặt chất lượng, tính kinh tế, điều kiện môi trường được đảm bảo là một yếu tố mà

đang được nhiều công ty, cũng như các đơn vị thi công đặc biệt quan tâm trong việc

sử dụng các thiết bị khoan cọc nhồi

Trong quỏ trỡnh sản xuất, cụm đầu khoan của mỏy khoan cọc nhồi là chi tiết trực tiếp tiếp xỳc với đất đỏ và bị mài mũn rất lớn Tập trung nghiờn cứu ảnh hưởng của đất đỏ đến quỏ trỡnh gõy mũn hỏng của cụm đầu khoan được cỏc đơn vị quan tõm Xuất phỏt từ yờu cầu đú Viện Nghiờn cứu Cơ khớ đề xuất đề tài “Nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo cụm đầu khoan của mỏy khoan cọc nhồi BG36” và được Bộ Cụng thương chấp thuận nhằm giải quyết yờu cầu cấp bỏch của việc nội địa húa cụm đầu khoan mỏy khoan cọc nhồi BG 36, tiết kiệm ngoại tệ và tạo ra thế mạnh cạnh tranh trong sản xuất, đỏp ứng kịp thời việc thay thế sửa chữa cỏc mỏy khoan cọc nhồi núi chung và mỏy BG36 núi riờng

NHểM TÁC GIẢ

và đổ bê tông Trong quá trình khoan thì thành hố khoan được bảo vệ bằng dung dịch betonite (tỉ trọng lớn hơn nước, khoảng 1,2)

Qui trình thể hiện qua sơ đồ ở hình 1

Hình 1: Trình tự thi công cọc nhồi

a) Khoan lỗ; b) Khoét rộng chân lỗ; c) Hạ lồng thép ; d) Đặt ống và phiễu để rót bê tông; e) Rót bê tông; g) Rút ống, phiễu và giá đỡ; h) Hoàn thành cọc

Máy khoan cọc nhồi kiểu mũi khoan cánh xoắn (guồng xoắn): khi khoan vào trong đất các lưỡi khoan, làm việc giống như các mũi khoan khoan gỗ hay thép, đẩy đất lên qua cánh xoắn Cũng có loại máy khoan guồng xoắn gồm nhiều mũi khoan, lồng cánh xoắn vào nhau và xếp thành hàng (3 mũi), dùng để khoan tạo thành cọc barrette và tường vây (tường vây tạo bằng thiết bị này có dạng một hàng mặt cắt hình tròn trồng lấn và nối tiếp nhau)

1.2-Các kiểu máy khoan cọc nhồi

1.2.1-Máy khoan cọc nhồi kiểu thùng đào:

Hình 2: Kết cấu máy khoan cọc nhồi thùng đào dùng giá dẫn hướng

1 - Máy cơ sở ; 2 - Cơ cấu nâng ; 3 - Cơ cấu khung dẫn động ; 4 - Cơ cấu giá treo cần ; 5 - Hệ puli ; 6 - Cần khoan ; 7 – Giá dẫn hướng; 8 - Cơ cấu quay ; 9 – Cụm đầu khoan (Gầu khoan)

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

6 1

3

4

5 2

Hình 3: Kết cấu máy khoan cọc nhồi thùng đào kiểu cần giàn

1 - Máy cơ sở ; 2 - Cần giàn ; 3 - Hệ puli ; 4 - Cần khoan ; 5 - Cơ cấu quay;

6 - Cụm đầu khoan (Gầu khoan)

Cấu tạo:

Máy khoan cọc nhồi kiểu thùng đào bao gồm hệ thống cần (trục) khoan và đầu mũi khoan (gầu khoan) Toàn bộ hệ thống này thường được lắp vào cần trục bánh xích nặng khoảng 30 đến 80 T, chủ yếu sử dụng động cơ thuỷ lực Cần khoan làm bằng thép gồm 3 đến 5 đoạn lồng vào nhau như cột ăng ten, chiều dài cần từ 12

m đến 18 m Khi khoan các đoạn phía trong tự thò ra cho đến khi ra hết cả 5 đoạn, chiều sâu khoan từ 30 m cho đến 64 m Gầu khoan hình thùng phuy có đường kính các loại từ 600 mm đến 2.000 mm Các loại máy khoan cọc nhồi dùng tại Việt Nam chủ yết là của các hãng HITACHI, NIPON, SUMITOMO v.v do Nhật Bản sản xuất Với điều kiện kinh tế của Việt Nam hiện nay Nếu dùng máy khoan nguyên chiếc nhập từ nước ngoài về thì quả là khó khăn đối với một số doanh nghiệp vừa và nhỏ

Chính vì vậy đã có một số đơn vị đưa ra giải pháp chỉ nhập máy cẩu trục về và chế tạo phần đầu khoan tại Việt Nam cho giảm giá thành thu hồi vốn nhanh mà chất lương không kém của ngoại,chủng loại phong phú

1.2.2-Máy khoan tuần hoàn

Đây là phương pháp tạo lỗ đặc biệt, khác với kiểu thông thường vốn lấy đất lên trực tiếp bằng thiết bị khoan hay đào và tuần tự sau mỗi lần khoan đào Ở phương pháp bơm phản tuần hoàn việc tách đất hố đào ra khỏi nền đất, và việc lấy đất từ dưới hố lên được thực hiện đồng thời nhưng do hai bộ phận thiết bị khác nhau thực hiện: việc tách đất nền và làm tơi nhỏ đất mùm khoan thành bùn có thể thực hiện bằng các phương pháp sói rửa, khoan hay đào, còn việc lấy đất mùn khoan được thực hiện bằng hệ thống bơm hút công suất lớn Hệ thống bơm này hút toàn bộ đất mùm khoan đã được hòa với dung dịch bentonite (dung dịch giữ thành hố đào) thành bùn lỏng, theo đường ống (trong phương pháp khoan, hệ đường ống này chính là cần khoan) đưa lên mặt đất trên miệng hố đào Trong phương pháp này dung dịch Bentonite chứa đựng trong lòng nó một lượng đất rất lớn lấy từ hố đào lên, nên không thể dùng lại được như kiểu tạo lỗ thông thường, do đó mới gọi phương pháp tạo lỗ đặc biệt này là phản tuần hoàn Ở kiểu thông thường dung dịch bentonite ra khỏi hố đào chỉ chứa lượng đất cát ít hơn rất nhiều, do phần lớn đất đã được vét lên riêng rẽ rồi, nên được thu hồi lại, rồi được xử lý lọc cát sạn, sau đó lại được bơm trở lại hố đào để tiếp tục dùng lại vài lần, tạo ra một vòng tuần hoàn dung dịch bentonite

Lưỡi cắt đất dạng chân vịt tàu thủy (tức là dạng cánh quạt) khoan vào trong đất nhờ gắn vào đầu cần khoan, là các đường ống bơm, xoay tròn Sau khi đất đã được làm tơi nhỏ thành mùn khoan, thì được máy bơm hút công suất lớn, bơm lên trên mặt đất cùng với dung dịch giữ thành hố đào qua đường cần khoan

Cấu tạo:

Tính từ đáy lỗ khoan lên thì các bộ phận lắp với nhau theo thứ tự sau: Mũi khoan, quả chuỳ, các đoạn cần khoan có tiết diện hình vành khăn, đoạn cần khoan có tiết diện hình chữ khẩu (1 đoạn), khớp vạn năng, ống mềm dẫn dung dịch bentônit, máy bơm(hoặc máy hút)

Khớp vạn năng có lắp quai móc vào móc của palăng cáp để nâng hạ khi cần thiết, mặt bích trên của khớp vạn năng lắp cố định với ống mềm, mặt bích dưới của khớp vạn năng quay cùng với đoạn cần có tiết diện hình chữ khẩu

Đoạn cần có tiết diện chữ khẩu dài hơn các đoạn cần có tiết diện vành khăn để dễ dàng cho việc lắp thêm các đoạn cần khi tăng dần độ sâu

Đoạn cần có tiết diện hình chữ khẩu trượt trong mâm quay có lỗ hình vuông tương ứng Khi mâm quay được dẫn động quay thì truyền momen cho đoạn cần có tiết diện

chữ khẩu và làm cho các bộ phận lắp dưới đoạn này (gồm các đoạn cần khoan có tiết diện vành khăn, quả chùy và mũi khoan) quay theo

Hình 4: Máy khoan cọc nhồi kiểu bơm phản tuần hoàn

Mũi khoan của loại máy này có hai loại, khoan đất và khoan đá Mũi khoan đất có các các hàng răng cắt để cắt đất Mũi khoan đá có nhiều quả chòng nhỏ có trục quay trên mũi khoan, mỗi quả lại có nhiều răng nhỏ bằng thép chịu va đập chịu mài mòn Khi mũi khoan quay thì các răng nhỏ này miết vỡ đá dưới đáy lỗ khoan

Quả chùy có tác dụng tạo lực đè lên mũi khoan

Cấu tạo :

Gồm máy bánh xích cơ sở, đỡ trụ khoan, trên đầu trụ có thanh ngang đầu trụ, cụm dẫn động gồm động cơ thủy lực qua rôtô Hộp giảm tốc làm quay trục khoan và ruột gà theo hướng bệ dẫn Trục khoan quay tròn kéo theo mũi khoan cũng quay theo hình xoắn ruột gà, theo hình trôn ốc và nó đi sâu vào lòng đất Đất được đẩy lên theo xoắn ruột gà

Thiết bị chủ yếu là máy khoan giống như cọc nhồi đường kính lớn Cần khoan

là mũi khoan (giống mũi khoan gỗ) cần khoan có dạng như ruột gà, khoan đưa đất lên bằng các cánh xoắn của cần khoan (khác với cọc nhồi phổ biến ở Việt Nam là khoan bằng gầu cắt và sử dụng cần Kellybar, khoan trong dung dịch) Trong cần khoan là một ống ở giữa để bơm bê tông

Sau khi khoan bê tông được bơm thông qua cần khoan có lỗ dưới mũi cần khoan, vừa bơm bê tông vừa rút cần

Công nghệ này chủ yếu dùng để khoan khô (không có dung dịch giữ thành) Công nghệ này ở nước ta chỉ thích hợp với địa chất các vùng miền núi, những vùng

địa chất có mực nước ngầm thấp (theo mình nghĩ mực nước ngầm thấp hơn cả cao trình mũi cọc) Có thể khoan khi có dung dịch giữ thành, nhưng hình như rất hiếm gặp

1.2.3-Máy khoan xoắn ruột gà

Hình 5:Máy khoan cọc nhồi ruột gà Hạn chế của công nghệ này là đường kính lớn nhất của cọc là 600 mm, bê tông sử dung là cốt liệu tương ứng vưói bê tông dùng để bơm, chiều dài cọc cũng chỉ

có thể nằm trong khoảng 30 – 35 m Nguyên nhân là để thi công theo công nghệ này

do ma sát giữa đất và cần khoan là rất lớn, nên moment xoắn của thiết bị cần là lớn,

do vậy muốn nâng kích thước (đường kính, độ sâu), đồng nghĩa với việc tăng lực xoắn của máy và trọng lượng của máy cơ sở điều này liên quan đến vấn đề hiệu quả kinh tế, mặt khác khi gặp chướng ngại vật thì vô phương Chính vì vậy mà tuy có ưu điểm là đổ bê tông ở trạng thái khô (không trong dung dịch), và thành hố khoan ít bị phá huỷ nhưng công nghệ này không được phát triển do những hạn chế nêu trên

1.2.4-Máy khoan cọc nhồi bằng ống dao động

Nguyên tắc hoạt động: ống vách với chân cắt được kẹp chặt và dao động bởi các xilanh thủy lực với mômen xoắn từ 1660 đến 8350 KNm, ực ép từ 1530 đến 7250

KN Nhờ đó, các ống vách được nối liên tiếp với nhau bởi các khớp nối đặc biệt sẽ khoan dần đến độ sâu cần thiết ( có thể tới 75 m) Lực ép và mômen có thể thay đổi, điều chỉnh hoặc giữ nguyên không thay đổi trong quá trình khoan Đồng thời với quá trình khoan là quá trình lấy đất, đất đá được lấy ra khỏi lỗ khoan bằng các gầungoawmj rơi đặc biệt Khi gặp đá cứng tới 45Mpa (có thể đến 250 Mpa), có thể dùng búa rơi để phá đá trước khi gầu ngoặm đất đá ra ngoài

Loại máy này rất thích hợp khi thi công trên nền địa chất phức tạp, có thể thi công không cần chờ kết quả khảo sát, không cần xử lý khoan bằng benonite tốn kém Và

nguyờn lý khoan bằng ống vỏch, lực khoan cắt đỏ đều theo phương tiếp tuyến răng ớt

bị hỏng hơn cỏch khoan bằng ruột gà Nguyờn tắc hoạt động mỏy khoan cọc nhồi kiểu quay trũn : Khỏc với cỏch khoan vỏch ống dao động ở chỗ vỏch xoay trũn 3600 theo một chiều nhất định với mụmen xoay từ 1850 đến 4200 kNm và lực ộp từ

181890 đến 3750 kN loại này do xoay trũn liờn tục nờn tốc độ nhanh hơn , đặc biệt khi khoan qua cỏc lớp đất đỏ độ ma sỏt trờn ống vỏch nhỏ hơn đỏng kể Ngoài ra do xoay 1 chiều nờn răng cũng ớt bị mũn hơn

1.2.5-Mỏy khoan tường vỏch

Hỡnh 6: Mỏy đào cọc barrette sử dụng cơ cấu gầu đào thủy lực

Nguyờn tắc hoạt động: dựng để khoan tường vỏch dạng răng được khoan đào với gầu ngoạm với lực kẹp rất lớn Bề dày mặt tường vỏch cú thể khoan từ 400 đến

1500 mm Loại này được dựng cho cỏc trường hợp khụng sử dụng cọc lam nền múng

để trỏng choỏn chỗ

1.3- Giới thiệu một số mỏy khoan cọc nhồi

1.3.1 Sự phát triển mạnh mẽ máy khoan cọc nhồi ở Nhật Bản

Năm 1954 Nhật đã bắt đầu nghiên cứu chế tạo chiếc máy khoan cọc nhồi đầu tiên Sau đó trong thập kỷ 60 cùng với sự phát triển xây dựng đường sắt và nhà cao tầng nhất là sau hội nghị vận động sử dụng đại trà cọc khoan nhồi trong xây dựng năm 1964 các loại tổ hợp máy khoan đã liên tục được cải tiến, đáp ứng nhu cầu xây dựng quy mô lớn đưa Nhật Bản thành nước hàng đầu thế giới về lĩnh vực công nghệ cọc khoan nhồi có thể thống kê sơ bộ sự phát triển như sau

Năm 1960 hãng Kato đã chế tạo máy 20H tương tự Calwebd 150A

Năm1962 hãng Mitsubishi và Benoto “Pháp” hợp tác sản xuất tổ hợp BT1 năm

1964 tiếp tục cho sản xuất xong tổ hợp máy khoan BT2

Năm 1962 cho ra xưởng máy 20HB cải tiến

+ Cũng vào năm 1960 hãng Hitachi đã chế tạo tổ khoan kiểu gầu ngoạm

U-106 để tạo cọc đường kính lớn Trên gầu ngoạm còn lắp tạm thời bộ kích động khi cần thiết Trong đó loại U-106A thao tác đơn giản và cơ động rất thông dụng

Năm 1965 Hitachi-CHLB Đức hợp tác chế tạo PS-150

Năm 1966 Hitachi- CHLB Đức hợp tác chế tạo S -200

Năm 1971 Hitachi- CHLB Đức hợp tác chế tạo S-600

Năm1973 bắt đầu cải tiến bộ gá mở rộng chân cọc

Năm 1975 Misubishi và Hitachi sản xuất tổ hợp khoan loại lớn MD440 và S

4804

Năm 1977 dùng phổ biến máy khoan vận hành ngược để khoan tạo lỗ cho cọc

Đến nay Nhật Bản đã trở thành một cường quốc về sản xuất máy khoan với những hãng nổi tiếng hàng đầu thế giới

- Máy khoan đất: Sumitomo, Nippon Sharyo, Hitachi, Hirabayashi, Seiakusho

- Máy khoan vận hành ngược: có các hãng: Koken, Tokimec, Tone, Hitachi

- Máy khoan dùng ống vách có các hãng: Kato, Nippon sharyo, Bauen, Misubishi v.v…

1.3.2- Mỏy khoan cọc nhồi SANY –Trung Quốc

Mỏy khoan cọc nhồi SANY là thành quả của việc nghiờn cứu và khụng ngừng phỏt triển ứng dụng cỏc tiến bộ khoa học kỹ thuật của SANY trong suốt 20 năm qua, với chất lượng ổn định, độ chớnh xỏc cao, mụmen và chiều sõu khoan lớn, tiết kiệm nhiờn liệu, mỏy khoan SANY là một trong những thương hiệu hàng đầu trong lĩnh vực mỏy khoan cọc nhồi trờn thế giới hiện nay

* Xe cơ sở

Cú thể lựa chọn xe cơ sở CAT hoặc SANY

Xe cơ sở CAT được nhập khẩu nguyờn chiếc từ hóng Catterpillar – Mỹ

Xe cơ sở SANY được sản xuất tại nhà mỏy SANY Bắc Kinh - Trung Quốc

* Động cơ

Sử dụng dũng động cơ tiờn tiến nhất hiện nay trờn thế giới, cú mụ men lớn, điều khiển điện tử, bơm trực tiếp, turbo tăng ỏp, động cơ làm mỏt trung gian CAT/Cummins Chức năng nộn kiểu Turbo giỳp động cơ đạt được hiệu suất cao khi làm việc, thớch hợp với mọi địa hỡnh làm việc khỏc nhau

* Hệ thống thủy lực

Hệ thống điều khiển tiờn tiến, bơm thủy lực, mụ tơ thủy lực, van điều khiển được sử dụng của cỏc hóng nỗi tiếng trờn thế giới như: Rexroth – Đức, Kawasaki – Nhật Bản, Brevini – Italy

* Hệ thống điều khiển

Dựa trên hệ thống điều khiển điện từ CAN-BUS, máy thực hiện chế độ theo dõi động cơ một cách thông minh, kiểm soát hoạt động của động cơ, kiểm tra hỏng hóc, báo động và hiển thị thông tin,

Công nghệ tự động điều chỉnh trạng thái thẳng đứng của máy giúp cho lỗ khoan đạt được độ chính xác cao, có tính đột phá quan trọng với dòng máy khoan SANY

Công nghệ chuẩn đoán lỗi sai thông minh được hiển thị trên màn hình giúp người điều khiển nhanh chóng phát hiện và xử lý dễ dàng hơn

Các linh kiện chính:

Bộ mã hóa: Wachendorff – Đức

Mô đun điều khiển: Epec – Phần Lan

Thiết bị đo độ thẳng đứng: Axiomatic – Phần Lan

Bộ cảm biến: Turck - Đức

* Cơ cấu công tác

Cột buồm được sản xuất tại nhà máy SANY Bắc Kinh, cột buồm cấu tạo bởi

3 đoạn có khớp nối, giúp thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo dưỡng máy

Cần Kelly có hai loại: Cần ma sát và cần khóa Cần Kelly SANY có sự cải tiến vượt trội, giá trượt đầu cần có chức năng dẫn hướng cần Kelly trong suốt quá trình khoan, cùng hệ thống kiểm tra hiển thị độ thẳng đứng trên màn hình, giúp cho cần Kelly luôn ổn định ở vị trí thẳng đứng và lỗ khoan đạt được độ chính xác cao nhất

* Hệ thống giám sát điều khiển cân bằng máy & Buồng điều khiển

Qua quá trình nghiên cứu và phát triển về độ nghiêng của máy với trọng lượng của cơ cấu công tác để đưa ra dự báo và phòng ngừa lật nghiêng máy, các kỹ

sư nghiên cứu của Sany trên thế giới đã tính toán chính xác lực quán tính, lực li tâm, trọng tâm máy, lực cản gió, lực chống đỡ của mặt đất và không ngừng kiểm nghiệm thực tiễn nhằm thiết kế chế tạo ra xe chuyên dụng cho Máy khoan cọc nhồi với độ ổn định tin cậy cao, đảm bảo độ an toàn trong thi công, Qúy khách có thể hoàn toàn yên tâm khi sử dụng

Buồng điều khiển với các điều kiện tốt nhất, trang bị điều hòa không khí, độ kín cao, tầm quan sát rộng, hệ thống theo dõi bằng máy tính, ghế ngồi thuận tiện điều chỉnh, giúp người điều khiển vận hành dễ dàng và thoải mái, mang lại hiệu quả làm việc cao nhất

Dịch vụ cung cấp linh phụ kiện - hỗ trợ kỹ thuật và đào tạo phụ kiện chính hãng tại Việt Nam được trang bị đầy đủ kiện toàn, bảo đảm sự cung ứng phụ tùng kịp thời nhất, giúp giảm thiểu thời gian dừng máy

Đi đôi với đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật cao của đại lý và chi nhánh SANY, SANY luôn sẵn sàng đáp ứng khách hàng 24/24 Ngoài ra SANY còn mang đến các chương trình đào tạo cho từng khách hàng, kết nối những kiến thức lý thuyết cùng với thực hành, bảo hành, bảo dưỡng nhằm bảo đảm cho máy luôn hoạt động ổn định chất lượng

Lựa chọn máy khoan cọc nhồi SANY có thể hoàn toàn yên tâm về chất lượng, giá thành phù hợp và hiệu quả kinh tế cao, phương châm của chúng tôi là: Công nghệ phù hợp – Giải pháp tối ưu, tất cả vì khách hàng

Hình 7: Hình ảnh máy khoan cọc nhồi của hãng Sany chào bán tại Việt Nam

1.3.3- Máy khoan cọc nhồi BG36 của hãng Bauer – Đức

1.3.3.1-Thông số kỹ thuật và các thiết bị tiêu chuẩn

Máy khoan cọc nhồi Bauer BG 36 có trọng lượng khi hoạt động xấp xỉ 114 tấn Điều đó được đảm bảo phù hợp với các điều kiện làm việc sau:

Các cọc khoan có dùng ống vách casing cho máy khoan Bauer BG-36 (Lắp casing bằng Đầu bò hoặc thiết bị tùy chọn lắp bởi bộ lắc thủy lực - cả hai đều trích lực của máy khoan Các cọc khoan mà không dùng ống vách casing được được gia

cố ổn định bằng các dung dịch khoan Các cọc khoan với mũi khoan ruột gà (hệ thống CFA) - có hoặc không có đoạn nối thêm cần kelly của máy khoan Bauer Các

hệ thống khoan đặc biệt ví dụ như các cọc FOW, hệ thống khoan 2 đầu bò (hệ thống khoan ruột gà CFA), cọc gia cố, hệ thống tường trộn đất (SMW)

Hình 8: Hình ảnh máy khoan cọc nhồi Bauer BG36

THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY KHOAN CỌC NHỒI BAUER BG36

THIẾT BỊ TIÊU CHUẨN CỦA MÁY KHOAN CỌC NHỒI BG36

Đầu bò KDK 367 S (bánh răng truyền động đơn)

Tời chính có chế độ hoạt động căng cáp thủy lực

Tời chính và tời phụ có vành khuyên đặc biệt

Công tắc giới hạn nâng nằm trên tang tời chính và phụ

Chuột chống xoắn cáp cho tời chính

Chế độ nhanh hoặc chậm cho tời ép đầu bò

Hệ thống tời ép: Có thêm thân nối dài thêm 2m

Các puli cho cáp tời chính và tời phụ

Các giá đỡ cho phần than trên và dưới của cột buồm

Thiết bị hiển thị thông số và điều khiển của máy khoan cọc nhồi BG36

Cụm PLC dùng cho tất cả các chức năng dẫn động điện

B-TRONIC 2.1: Hệ thống giám sát, điều khiển, hiển thị điện tử

Hiển thị các thông báo lỗi bằng các văn bản đơn giản

Đơn hướng cho chức năng lắc của KDK( cho chức năng xoay ruột gà)

Chế độ dừng khẩn cấp cho máy khoan (các chức năng chính)

Hiện thị độ nghiêm cột buồm trên hệ trục x/y ( hiển thị số/ tương tự)

Chế độ tự động dựng thẳng cột buồm

Cảm biến tải điện tử cho cáp chính

Cảm biến tải thủy lực cho cáp phụ

Thiết bị đo độ sâu cho tời chính

Thiết bị đo độ sâu (đối với hệ thống tời ép)

Chức năng thẳng chuột chống xoắn cho tời chính

Thiết bị đo tốc độ cho KDK

Tránh trùng cáp cho tời chính

Cài đặt áp suất tời ép

Hệ thống điều khiển tời ép kelly

Hệ thống điều khiển kéo mũi khoan

ĐẦU KHOAN BAUER BG36 TIÊU CHUẨN

Tích hợp bộ giảm chấn cho cần kelly

Các thanh chịu mài mòn có thể thay thế mà không cần phải tháo đầu khoan

Có thể thay thế bộ truyền kelly

Có thể thay thế các khóa cần kelly

Khớp nối các đăng

Có các khớp nối tháo nhanh các đường ống thủy lực

3 chế độ chọn hoạt động

Giá đỡ vận chuyển

Các dây treo hộp bánh răng cho đầu khoan

MÁY CƠ SỞ TIÊU CHUẨN CỦA BAUER BG36

Chế độ dừng khẩn cấp cho động cơ

Chế độ tự động chạy không tải (tiêu thụ dầu tiết kiệm tối đa)

Hệ thống hiển thị giám sát động cơ

Bảng hiển thị cho các chức năng thủy lực

Có thể tháo được đối trọng (5,0 tấn + 5,0 tấn + 10,3 tấn

Có thể tháo được khung xích 2 bên

Các vấu neo day khi vận chuyển các khung xích

Cầu thang và sàn công tác trên phần trên của máy cơ sở

Trên máy có bộ đèn đi theo (có 6 bộ)

Mỗi máy có kèm một bộ dụng cụ sửa chữa

Bơm dầu nhiên liệu bằng điện

Ca bin của người lái tiện nghi cao (rộng 950 mm)

Có tấm chắn bảo vệ trên đầu (theo tiêu chuẩn FOPS)

Hệ thống điều hòa không khí

Đài và đầu đĩa CD

Sàn công tác (nằm bên cạnh và phía trước ca bin)

THIẾT BỊ LỰA CHỌN CỦA MÁY KHOAN BAUER BG36

Dẫn hướng phía trên cần kelly

Thiết bị làm sạch mũi khoan ruột gà (hệ thống kelly)

Hệ thống bôi mỡ trung tâm

Lắp thêm máy quay phim

Hệ thống kelly sử dụng nhiều mô men quay

Nhiều cấp mô men cho DKS

Máng tự nâng trượt đất ra ngoài cho hệ thống DKS BTM

Thiết bị cơ khí cho bộ truyền lắp casing gắn trước cho bộ gắn casing tự động (thủy lực / điện)

Thiết bị lắp trước cho hệ thống khoan đặc biệt

Dầm phân phối cho hệ thống “ Single Pass”

Bộ lắp khóa lắc càng cua (lớn nhất: BV 2000 HD-07)

Thiết bị điều khiển và dụng cụ đo

Bộ chuyển đổi từ xa của dữ liệu thao tác và vận hành quá tải

Thiết bị bảo vệ nằm trên cáp chính

Cảm biến tải điện tử trên cáp phụ

Dụng cụ hỗ trợ điều khiển tời ép và dụng cụ hỗ trợ rút lên cho hệ thống

“ Single Pass”

Các thiết bị lựa chọn khác

Xi lanh tời ép 7,65 m

Tời chính 300 kN (nằm phía trên của phần trên máy cơ sở)

Khung gầm máy cơ sở UW 120

Bề rộng của bản xích 3 vấu 900 mm

Bộ gia tăng đường kính khoan tới 2550 mm

Đốt tăng chiều cao cột buồm(cho CFA và FDP)

1.3.3.2- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy khoan cọc nhồi BG36

cố ổn định bằng các dung dịch khoan Các cọc khoan với mũi khoan ruột gà (hệ thống CFA) - có hoặc không có đoạn nối thêm cần kelly của máy khoan Bauer Các

hệ thống khoan đặc biệt ví dụ như các cọc FOW, hệ thống khoan 2 đầu bò (hệ thống khoan ruột gà CFA), cọc gia cố, hệ thống tường trộn đất (SMW)

Hỡnh 9 : Cấu tạo của mỏy khoan cọc nhồi BG36

1 - Mỏy cơ sở ; 2 - Cơ cấu nõng ; 3 - Cơ cấu khung dẫn động ; 4 - Cơ cấu giỏ treo cần ; 5 - Hệ puli ; 6 - Cần khoan ; 7 – giỏ dẫn hướng; 8 - Cơ cấu quay ; 9 – Cụm đầu khoan (Gầu)

- Nguyờn lý hoạt động

* Các bước trong quá trình khoan

Di chuyển máy khoan đến vị trí cần khoan “vị trí đã được xác định tâm” Điều quan trọng nhất của hoạt động khoan là lắp ráp mà theo phương ngang Sử dụng, dụng cụ đo mặt phẳng nằm ngang ở trong cabin lái để lấy mặt phẳng, và điều chỉnh

bằng các thiết bị bấm giờ hoặc đĩa thép một cách chắc chắn để kết cấu trên duy trì

được mặt bằng ngay cả khi nó quay 3600

Tạo góc cần nâng theo góc khoan 900 bằng cách sử dụng công tơ đo góc hình ống đặt trong cabin lái Sau đó đưa công tơ đo góc ở phía trước về điểm không bằng cách điều chỉnh sự di chuyển của cáp giữ Lúc đó kiểm tra xem thanh kelly treo theo phương dọc băng cách di chuyển thanh lên xuống Nếu cần thiết sử dụng bộ phận chuyển tiếp để xác định phương dọc của thanh kelly

Vị trí tâm gầu phải trùng với tâm lỗ khoan và được xác định bằng cách sử dụng một vật nặng treo lơ lửng ở tâm gầu hoặc một cái cọc ở trên mặt đất

Khi xác định xong vị trí, hạ gầu xuống nhẹ nhàng và bắt đầu khoan lớp bã cách kéo cần xoay gầu (phải chắc chắn rằng khoá quay đã đóng) Không sử dụng lực

đẩy (phản lực) trong khi vận tốc máy và tốc độ quay của gầu thấp Nên chú ý không, làm giảm tốc độ chạy của cáp treo thanh kelly trong suốt quá trình hoạt động

Giữa gầu quay ở tốc độ thấp để khoan chậm cho đến khi gầu đạt độ sâu đủ lớn và chìm dưới đất Lỗ khoan trên mặt đất trở thành mốc chỉ dẫn cho lỗ khoan tiếp theo và có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác

Những chướng ngại vật cách mặt đất tư 2-3m: (Đặc biệt là trong khu vực có các nhà bị đổ), sẽ làm hỏng gầu khoan Các chướng ngại vật nên sử dụng các máy chuyên dùng: (Xẻng đào thuỷ lực) hoặc sử dụng sức người để đào

Tiếp tục khoan đến độ sâu từ 3-5m và luôn chú ý đến phương đứng của lỗ khoan

Lỗ khoan tối đa cho phép khoảng từ 4-5m do tính chất tự nhiên của đất quyết

định

+ Lỗ khoan sâu tối đa nên sử dụng cần trục riêng để kéo Nếu cố gắng khoan bằng thanh kelly có thể làm lệch hoặc phá hỏng thanh kelly Khi lỗ khoan được đào bằng cách sử dụng thùng phụ của máy thì phải tháo gầu ra

Tiếp tục khoan bằng cách tăng số vòng hoạt động Lúc đó tránh quay gầu nhiều hơn cần thiết, bời vì điều đó vô ích và chỉ làm tăng sự bào mòn của bánh răng Trường hợp đất có tính chất chung thì gầu sẽ đầy đất sau 2-3 vòng quay

Bắt đầu cho chất làm ổn định vào thành lỗ khoan: (Bentonit, etc…) ở độ sâu

từ 4-10m, tuỳ theo tính chất tự nhiên của đất

Khi khoan xong phải tiến hành làm sạch lỗ khoan

*Các bước tiến hành hoạt động theo tính chất tự nhiên của đất

+Khoan tầng sét và tầng phù sa

-Khi đất khoan tạo thành các khối như trong quá trình khoan các tầng sét và phù sa, thì quá trình khoan sẽ hiệu quả hơn nếu tháo rời các tấm (bản kim loại) khỏi gầu khoan

-Quá trình nâng nên được điều chỉnh riêng, bởi vì loại đất này thường tạo ra quá nhiều lực đẩy và sự kháng quay cao bất thường

-Khi một hiên tượng chân không xẩy ra, thì quay gầu theo chiều ngược lại trong giây lát rồi mới nâng

-Nếu hiệu quả khoan giảm đáng kể do tầng đất sét bị lún thì có một biên pháp

được đề nghị là nên khoan theo hai giai đoạn bằng cách sử dụng gầu có đường kính

bé hơn

-Vì đất phù sa và đất sét thường tạo ra phản lực gầu lớn nên tránh sử dụng

động cơ phụ để ngăn việc tăng năng lượng dự trữ của đất

-Nếu ngược lại các bánh răng không đẩy đất được và làm cho gầu ngừng làm việc và động cơ phụ phải đẩy thì phải hạ thấp tốc độ quay của gầu bằng cách hạ thấp tốc độ cần điều chỉnh để dễ dàng đẩy gầu vào đất

+Khoan tầng đá sỏi

- Kiểm tra đầy đủ chức năng của các bản “tấm” kim loại trên gầu

- Đá hay đất làm ngẹt nên được loại bỏ để duy trì những chúc năng tốt và ngăn không cho sỏi đá khoan rơi xuống

-Tầng sỏi nên được khoan để đào nó lên bằng cách dùng bánh răng gầu móc

có sử dụng động cơ đẩy phụ

-Gầu nên quay với tốc độ thấp “vặn cần quay gầu ở nấc một hoặc sử dụng cần

điều chỉnh tốc độ thấp tối đa” Tốc độ quay cao sẽ dẫn đến bánh răng gầu không cắm vào đất được và gầu không làm việc, chỉ làm mòn nhanh bánh răng

- Khi bánh răng hỏng hoặc mòn, cần được thay vì nếu không sẽ làm giảm khả năng hoạt động của nó

- Nếu gầu ngừng quay do răng đang cắm vào đất, thì phải dừng ngay bằng cách cho gầu quay theo chiều ngược lại Nâng gầu nhẹ nhàng và cho nó quay vào không trung, kiểm tra xem việc quay có bình thường không rồi lại tiếp tục khoan Nếu cứ tiếp tục đẩy gầu cưỡng bức thì sẽ không khoan và nâng được

+Khoan đất yếu

- Luôn duy trì mực nước cao trong lỗ khoan

- Theo dõi diễn biến của chất cố kết (bentonit)

- Gầu nên nâng ở tốc độ thấp, vì tốc độ nâng cao sẽ làm đất sụt lở nhanh

- Ưu nhược điểm của mỏy khoan cọc nhồi BG36

- Khoan bằng máy BG36 thường được áp dụng cho cọc khoan đường kính từ 800ữ2000mm, chiều sâu khoan đến 65m

- Tớnh ổn định mỏy cao Kết cấu máy đơn giản

- Giá thanh thi công bằng máy khoan BG36 thấp hơn so với với các loại máy thi công theo kiểu xoay tròn, kẹp lắc, phản tuần hoàn ngược

- Nõng hạ cơ cấu quay dễ dàng

- Khụng phải thỏo rời khi thay đổi cụng trỡnh

- Năng suất khoan cao

- Dễ định vị chớnh xỏc tim cọc

- Cùng điều kiện thi công thì thời gian thi công bằng máy khoan BG36 nhanh hơn khi dùng bằng máy khoan kiểu xoay tròn, kiểu kẹp lắc, gầu ngoạm

*Nhược điểm:

- Giá thành đầu tư máy đắt

- Tiêu hao dung dịch bentonit

- Có sự tiêu hao dao cắt trong khi khoan tạo lỗ

1.4- Kết luận chương 1

Dựa trờn tỡnh hỡnh sử dụng mỏy khoan cọc nhồi ở trong nước và tham khảo cỏc tài liệu Đề tài khảo sỏt được cỏc loại mỏy khoan cọc nhồi, chức năng nhiệm vụ, nờu được một số mỏy khoan cọc nhồi điển hỡnh và ứng dụng của nú

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM ĐẦU KHOAN MÁY KHOAN

CỌC NHỒI BG36 2.1-Chế độ làm việc của cụm đầu khoan (gầu khoan) mỏy khoan cọc nhồi BG36

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 làm cho 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 15ữ24m 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 50ữ55m Tầng địa chất xuyên tiêu chuẩn, khi đó lực cản của nền là lớn nhất

2.2- Cỏc hư hỏng gầu khoan (cụm đầu khoan) trong quỏ trỡnh làm việc

-Khi khoan đất đỏ cụm đầu khoan chịu lực va đập xuất hiện lực tập trung dẫn đến góy răng khoan, góy chốt truyền lực, như hỡnh …

-Ngoài ra, khi tiếp xúc với các loại đất đá có tính mài mòn cao còn xảy ra hiện tượng mài mòn tấm chịu mòn, mòn dao mở cạnh

c)

Hình 10: Các hư hỏng thường gặp ở cụm đầu khoan máy khoan cọc nhồi BG36 a.Hiện tượng mòn mũi dẫn hướng; b Gãy chốt truyền lực; c.Mòn lợi và tấm chịu mòn

2.3- Tính toán, thiết kế cụm đầu khoan của máy khoan cọc nhồi BG36

2.3.1- Lý thuyết khoan

Hiện nay có nhiều lý thuyết khoan tạo lỗ như khoan đập, khoan xoay, khoan đập xoay, khoan xoay đập, khoan siêu âm Trên cơ sở khoan là sự phá vỡ đất đá dựa trên khả năng tác dụng của những vật thể cứng (lưỡi cắt) vào đất đá mềm hơn Lưỡi cắt khi khoan dưới tác dụng của lực dọc trục và mômen xoắn được chuyển động theo quỹ đạo xoắn vít cắt và phá vỡ đất đá do vậy chọn lý thuyết khoan xoay để tính toán

là phù hợp với yêu cầu của bài toán

-Đường kính lỗ khoan max d= 2000mm

-Chiều sâu lỗ khoan lớn nhất l=50.000mm

-Gầu 2 lưỡi cắt

2.3.4- Phân tích lực khi khoan xoay

R3 R2

R1

P

Q γ

Q P

fp' p

Với lực dọc trục P lưỡi cắt ăn sâu vào đất đá, còn với tác dụng của lực bên sườn

Q, lưỡi cắt quay và cắt ra từng lớp đất đá Khi khoan, mỗi điểm của lưỡi cắt vẽ lên một đường xoắn vít Đối với đầu khoan 2 lưỡi, bề dày của lớp đất đá được cắt ra bởi

1 lưỡi cắt là b = 0.5h Góc nghiêng của đường xoắn vít (đường cắt) của 1 điểm bất

kỳ của lưỡi phụ thuộc vào khoảng cách rx từ điểm nghiên cứu đến trục quay:

x

r

h arctg

.

2 π

α = ( 2.1 )

α = 30 ÷ 50, chọn α = 40 ( góc nghiêng của đường cắt so với phương ngang )

- Trong quá trình khoan lưỡi khoan bị mòn mạnh nhất ở mặt sau, tạo thành diện tích mòn song song với mặt cắt III Chiều rộng của diện tích mòn ở mép ngoài của lưỡi cho phép không lớn hơn 3mm

- Lực tác dụng lên 1cm chiều dài mặt trước và lưỡi cắt được xác định có kể đến diện tích mòn lưỡi cắt (hình 11c)

- Dưới tác dụng của lực dọc P và lực bên sườn Q, lưỡi cắt tác dụng vào đất đá Phản lực đất đá có kể đến ma sát trên mặt lưỡi cắt được tính như sau:

Theo hình 3.1:

+ Chiếu theo phương thẳng đứng:

) )(

sin (cos

' sin

'.

cos

p

2 2

1

sin.cos

.1

1(

f

f f

p

+

++

⇒

3 , 0

⇒ ρ =17o

Thay vào 3.2 ta được:

ρρ

αα

ρ

cos

1)

sin.sincos

).(

)sin(

= p

P x ( 2.4 )

Phản lực đất đá ở mặt trước được tính như sau:

Theo hình 11: Chiếu theo phương thẳng đứng:

) )(

cos '.(sin cos

'.

sin

q

Tương tự :

ρ

γρcos

)sin(

sin(cos

'sin'cos

cos

) cos(

Phản lực vuông góc được tính như sau:

+ Trên mặt sau (mặt đầu) lưỡi cắt:

p'=σn S d (2.7 )

+ Trên mặt trước lưỡi cắt:

q'=Kσn S t ( 2.8 )

Trong đó:

Sđ, St - lần lượt là diện tích mặt sau ( mặt đầu) và mặt trước của lưỡi cắt

σn- giới hạn bền nén của đất đá cấp IV, lấy σn=60x104 KG/cm2

K - Hệ số tính đến điều kiện: ở mặt trước đất đá bị phá vỡ không chỉ do nén mà do độ trượt lở, vì vậy K < 1 Hệ số K phụ thuộc vào bề dày của lớp đất đá bị cắt : khi đất đá yếu, bề dày của lớp cát lớn và thể tích đất đá bị phá huỷ do vỡ lở lớn Theo giáo sư V.G Mikhailôp gọi hệ số này là “ hệ số giòn” của đất đá và lấy trong giới hạn 0.5 ÷ 0.7, ở bài toán này ta chọn :

K = 0.6 Diện tích mặt đầu của lưỡi cắt tiếp xúc với đất đá là :

2.l a1 a2 R1 R3a

S d = = + − ( 2.9 ) Diện tích mặt trước của lưỡi cắt là:

( )

2 R1 R3

h

St = − (2.10) -Với a, a1, a2 : chiều rộng của diện tích mặt đầu tương ứng với giữa, mép ngoài và mép trong của lưỡi cắt, ta chọn a= a1 = a2 = 10mm

-l : chiều dài của lưỡi cắt (l = R1 - R3 = 1000-150 = 850mm ) 2

h : bề dày của lớp đất đá bị cắt bởi 1 lưỡi cắt (chọn h = 120mm)

Kết hợp các công thức 3.3; 3.5 ; 3.7; 3.8 ta được:

Theo phương thẳng đứng:

ρ

γρσ

ρ

αρσ

cos

)sin(

ρ

αρσ

cos

)cos(

ρ

αρσ

cos

)sin(

)(

2

2cos

)cos(

)(

22)(

cos

85,010

ο

Lực cắt trên lưỡi cắt tạo ra bởi mô men xoắn:

ρ

γρσ

ρ

αρσ

cos

)cos(

)(

2

2cos

)sin(

)(

22

)(

cos

85,010

).(169,43).(431691

.55,9

10104316910

.55,

3 6

(ở đõy số vũng quay của gầu n = 10 vg/ph)

Kết luận:

- Lực dọc trục theo phương thẳng đứng: Q M ≥64,754(kN)

- Mụmen cản xoắn khi khoan: M x ≥43,169(kN.m)

- Cụng suất khoan: N1 ≥ 45,2 (kW)

2.3.6- Kiểm tra bền thành gầu

*Khái niệm lý thuyết vỏ

Vỏ là loại vật thể có một kích thước nhỏ hơn nhiều so với kích thước còn lại Mặt cách đều hai mặt bên của vỏ gọi là mặt trung gian Khoảng cách giữa hai mặt bên đo theo phương vuông góc với mặt trung gian là chiều dày vỏ

Trong tính toán vỏ mỏng người ta thường sử dụng hai lý thuyết khác nhau đó

là lý thuyết mômen và lý thuyết không mô men Lý thuyết không mô men là lý thuyết vỏ dựa trên giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của mô men uốn, cũng có nghĩa là coi ứng suất pháp phân bố đều trên bề dày vỏ

Lý thuyết mômen là lý thuyết vỏ có kể đến tác dụng của mô men uốn

Nếu bề dày vỏ là khá nhỏ so với bán kính chính khúc, nếu độ cong của kinh tuyến không có sự thay đổi đột ngột và nếu vỏ không chịu tác dụng của các lực tập trung trên mặt phẳng kinh tuyến thì ứng suất pháp do uốn gây ra là không đáng kể khi đó ta áp dụng lý thuyết không mô men

*Chọn vật liệu làm vỏ gầu và tính bền

a Chọn vật liệu:

Đặc điểm của thành gầu là tích đất đá, làm việc trong môi trường nước và dung dịch Bentonit Căn cứ vào thực tế chọn vật liệu chế tạo là thép 65Mn

b Kiểm tra theo điều kiện bền:

Mặt cắt ngang của gầu khoan theo hai phương có dạng như sau:

- Theo tính toán ở trên thì tải trọng của đất trong gầu: Gđ=4x2300 =92000(N)

Đối với vỏ mỏng ta đi tính ứng suất theo phương kinh tuyến σkvà phương vĩ tuyến σv

Hình 12: Sơ đồ phần bố lực theo phương ngang gầu khoan

Víi kÕt cÊu cña gÇu cã d¹ng nh− trªn th× kinh tuyÕn cña gÇu cã d¹ng ®−êng th¼ng nªn rk = ∞ Tõ ph−¬ng tr×nh trªn cho ta cã

R: kho¶ng c¸ch tõ mÆt trung gian tíi mÆt bªn

+ §èi víi thïng cã kÕt cÊu nh− trªn, th× kho¶ng c¸ch nµy cã gi¸ trÞ lµ

990( )

2

19802

D

t: BÒ dµy cña gÇu Chän theo thùc tÕ: chän t = 16 [mm]

- Ứng suÊt theo ph−¬ng vÜ tuyÕn lµ:

) /

( 85 , 1 16

990 03 , 0