Đồ án đồ án tốt nghiệp khoan cọc nhồi mở rộng đáy ( thuyết minh + bản vẽ đẹp) + bản thống kê chi tiết thôn

Với đầu đề :Thiết kế thiết bị phục vụ thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy lắptrên máy khoan gầu xoay” em đã tìm hiểu được các yêu cầu để lắp thiết bị trên cácdạng máy khoan hiện nay ở Vi

MỞ RỘNG ĐÁY

MỤC LỤC

Lời nói đầu 3

CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT BỊ KHOAN CỌC NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 4

1.1.1 Khái niệm về thi công cọc khoan nhồi 4

1.1.2 Các phương pháp thi công cọc khoan nhồi 7

1.1.3 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy 8

1.2 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT BỊ KHOAN CỌC NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY 13

1.2.1 Cấu tạo chung và NLLV của máy khoan cọc nhồi có lắp gầu mở rộng đáy 13 1.2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và các thông số kĩ thuật gầu mở rộng đáy của hãng Nippon Sharyo 19

1.2.3 Giới thiệu về các loại máy khoan cọc nhồi hiện nay 24

1.2.4 Phân tích khả năng lắp thiết bị mở rộng đáy 29

Chương 2 : TÍNH TOÁN CHUNG 34

2.1 THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY THIẾT KẾ 34

2.1.1 Thông số hình học 37

2.1.2 Thông số trọng lượng 38

2.1.3 Thông số động học 38

2.1.4 Cấu tạo một số bộ phận của máy cơ sở 39

2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KHOAN CỌC NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY 42

2.2.1 Mô hình tính toán 42

2.2.2 Lập phương trình chuyển động của một điểm bất kỳ trên lưỡi cắt 43

2.2.3 Tính lực cản cắt đất 45

2.2.4 Công suất thiết bị cọc khoan nhồi 48

2.2.5 Năng suất thiết bị mở rộng đáy cọc khoan nhồi 51

2.2.6 Tính toán xy lanh của gầu mở rộng đáy 53

Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH THỦY LỰC DẪN ĐỘNG THIẾT BỊ MỞ RỘNG ĐÁY 57

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ THỦY LỰC 57

3.2 THIẾT KẾ MẠCH THỦY LỰC DẪN ĐỘNG CỤM TANG CUỐN TUYO THỦY LỰC 58

3.2.1 Sơ đồ mạch thủy lực 58

3.2.2 Tính chọn thiết bị hệ thống thủy lực 61

3.3 Thiết kế mạch thủy lực dẫn động gầu mở rộng đáy 68

3.3.1 Sơ đồ mạch thủy lực 68

3.3.2 Tính chọn các thiết bị của hệ thống thủy lực 69

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỤM KẾT NỐI TRUNG TÂM PHÂN PHỐI DÒNG

THỦY LỰC.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THIẾT BỊ 75

4.1 CẤU TẠO CỤM TRUNG TÂM THỦY LỰC 75

4.1.1 Công dụng 75

4.1.2 Điều kiện làm việc 75

4.1.3 Cấu tạo chung 75

4.1.4 Cấu tạo vỏ cố định 77

4.1.5 Cấu tạo ống quay 78

4.1.6 Kiểm tra khả năng chịu lực dọc trục của ổ lăn 78

4.2 CÁC PHƯƠNG ÁN LẮP CỤM TRUNG TÂM TRÊN MÁY CƠ SỞ 81 4.2.1 Phương án 1: Lắp trên máy cơ sở nguyên bản 81

4.2.2 Phương án 2: Lắp trên máy cơ sở đã cải tạo 86

4.3 PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG 96

4.4 QUY TRÌNH GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT 96

4.4.1 Quy trình gia công vỏ ngoài 96

4.4.2 Quy trình gia công ống quay 102

Kết luận chung 107

Tài liệu tham khảo 108

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu xâydựng các công trình dân dụng ngày càng cao Tuy nhiên đối với công trình cao tâng thìviệc gia cố nền móng lại rất quan trọng Có rất nhiều phương pháp gia cố nền móngkhác nhau áp dụng cho từng loại công trình và từng loại địa tầng, trong đó có cọckhoan nhồi mở rộng đáy mang lại nhiêu lợi ích to lớn về mặt kinh tế cũng như thờigian thi công so với các loại cọc khác áp dụng cho cùng loại công trình và cùng loại địatầng Loại cọc này trên thế giới được sử dụng rất phổ biến trong khi ở Việt Nam cọckhoan nhồi mở rộng đáy và thiết bị mở rộng đáy vẫn còn mới, chỉ mới áp dụng vào xâydựng chưa lâu và chưa sản xuất chế tạo được thiết bị vận hành cọc khoan nhồi mở rộngđáy

Với đầu đề :Thiết kế thiết bị phục vụ thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy lắptrên máy khoan gầu xoay” em đã tìm hiểu được các yêu cầu để lắp thiết bị trên cácdạng máy khoan hiện nay ở Việt Nam; cấu tạo các thiết bị chính; phương pháp lắp cácthiết bị đó trên máy cơ sở đã chọn; và tìm hiểu quy trình công nghệ chế tạo cụm chiadầu trung tâm

Trong quá trình làm Đồ án tốt nghiệp được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình củacác thầy trong khoa và đặc biệt là hướng dẫn chính thầy giáo PGS.TS.Trương QuốcThành, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn và đầy đủ khối lượng mà bộ môn đãgiao 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 và các bạn để kiến thức khoa học kỹ thuật của

em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2012

Sinh viên

Dương Công Sáng

CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT

BỊ KHOAN CỌC NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY.

1.1 TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI.

1.1.1 Khái niệm về thi công cọc khoan nhồi.

1.1.1.1 Khái niệm cọc khoan nhồi.

Cọc khoan nhồi là loại cọc tiết diện tròn, được thi công tại chỗ bằng cách khoantạo lỗ trong đất sau đó lấp đầy bằng bê tông cốt thép.Việc tạo lỗ được thực hiện bằngphương pháp khoan, đóng ống hay các phương pháp đào khác Cọc khoan nhồi cóđường kính bằng và nhỏ hơn 600mm được gọi là cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, cọc

có đường kính lớn hơn 600mm được gọi là cọc khoan nhồi đường kính lớn

a Ưu, nhược điểm của cọc khoan nhồi:

 Ưu điểm:

 Rút bớt được công đoạn đúc sẵn cọc;

 Có khả năng thay đổi kích thước hình học và mở rộng chân cọc;

 Có thể sử dụng trong mọi loại địa tầng khác nhau;

 Có thể đặt chân cọc tại bất kỳ độ sâu nào;

 Tận dụng hết khả năng chịu lực theo vật liệu;

 Không gây tiếng ồn và chấn động mạnh;

 Cho phép trực quan kiểm tra các lớp địa tầng bằng mẫu thí nghiệm đất lấy lên từ

hố đào

 Nhược điểm:

 Khó kiểm soát chất lượng;

 Khó có thể kéo dài chân cọc lên phía trên;

 Rất dễ xảy ra các khuyết tật;

 Phụ thuộc nhiều vào thời tiết;

 Hiện trường thi công lầy lội;

 Đối với đất cát thì khó mở rộng chân cọc;

 Cọc tựa hình trụ còn gọi là cọc thẳng;

 Cọc mở rộng đáy: loại cọc này ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi

vì nó có những ưu điểm lớn về khả năng chịu lực và kinh tế

b2 Đáy mở rộng dạng vòm

Tầng đất

yếu

Tầng đất yếu

Tầng đất cứng Tầng đất

thô và ráp

Vách hố thô và ráp Không có áp lực

áp lực đầu cọc

Hỡnh 1.1: Cỏc loại cọc khoan nhồi.

1.1.1.2 Trình tự thi công cọc khoan nhồi.

Trình tự thi công cọc khoan nhồi gồm 5 công đoạn chính:

 Công tác chuẩn bị;

 Khoan tạo lỗ trong nền;

 Chế tạo và gia công lồng thép;

 Đổ bê tông đúc cọc;

 Hoàn thiện

1.1.2 Các phương pháp thi công cọc khoan nhồi.

Có nhiều cách phân loại phương pháp thi công cọc khoan nhồi, có thể phân loạitheo những cách sau:

1.1.2.1 Theo nguyên lý thi công:

 Phương pháp thi công dùng dung dịch giữ thành hố đào;

 Phương pháp thi công dùng ống vách giữ toàn bộ thành hố đào

a Phương pháp thi công dùng dung dịch giữ thành hố đào.

Phương pháp của công nghệ này là dùng thiết bị tạo lỗ lấy đất lên khỏi lỗ Đồngthời bơm vào lỗ một loại dung dịch có khả năng tạo màng giữ thành vách hố đào và cótrọng lượng riêng lớn hơn nước ngầm trong đất một chút để cân bằng áp lực khi lấy đấtlên Tiếp theo làm sạch cặn lắng (bùn lắng và đất đá rời) rơi dưới đáy lỗ, đảm bảo sựtiếp xúc trực tiếp của mũi cọc bê tông sau này vào vùng đất nền chịu lực tốt, tăng sứckháng mũi cọc Sau đó tiến hành đổ bê tông hay bê tông cốt thép bằng phương pháp đổ

bê tông dưới nước, nghĩa là đổ bê tông liên tục từ dưới đáy lỗ lên, không cho bê tôngmới đổ tiếp xúc trực tiếp với dung dịch giữ thành hố (ống đổ bê tông luôn nằm tronglòng khối bê tông vừa đổ, để bê tông vừa đổ không trực tiếp tiếp xúc với dung dịch), bêtông đùn dần lên chiếm chỗ của dung dịch giữ thành, đẩy dung dịch này trào ra ngoàimiệng lỗ Sau cùng, khi bê tông cọc đã ninh kết, đóng rắn và đạt một cường độ nhấtđịnh, tiến hành đào hở phần đỉnh cọc và phá hủy phần đỉnh cọc này, thông thường làphần bê tông chất lượng kém do lẫn với dung dịch giữ thành khi bắt đầu đổ bê tông

được đẩy dần lên đỉnh cọc trong quá trình đổ bê tông.

c Phương pháp thi công dùng ống vách giữ toàn bộ thành hố đào.

Phương pháp này chỉ khác phương pháp thi công dùng dung dịch ở chỗ: tạo lỗđến đâu thì phải hạ đồng thời hệ thống ống vách (bằng bê tông hay bằng thép), baoquanh thành hố đào đến độ sâu đó Sau khi khoan hay đào xong hố đào, thì toàn bộ độsâu hố đào được bao bởi ống vách (hay casing) tạo thành lớp vỏ khuôn đúc bê tôngvững chắc để đúc cọc nhồi Trong hố khoan (đào) cọc nhồi, khi lấy đất lên, có thể là cónước ngầm chiếm chỗ, mà hoàn toàn không cần có bentonite

1.1.2.2 Theo phương pháp tạo lỗ khoan.

 Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan guồng xoắn hoặc hệ guồng xoắn (tạo cọc khoannhồi, tường vây);

 Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan thùng đào (tạo cọc khoan nhồi);

 Tạo lỗ cọc bằng thiết bị đào gầu tròn;

 Tạo lỗ bằng thiết bị đào gầu dẹt cơ cấu thủy lực (tạo cọc barrette, tường vây);

 Tạo lỗ bằng máy khoan cọc nhồi kiểu bơm phản tuần hoàn;

 Tạo lỗ bằng phương pháp xói nước bơm phản tuần hoàn

Ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng 3 phương pháp khoan cọc nhồi với các loạithiết bị và quy trình như sau:

 Phương pháp khoan thổi rửa (còn gọi là phương pháp khoan phản tuần hoàn);

 Phương pháp khoan dùng ống vách;

 Phương pháp khoan gầu trong dung dịch bentonite

1.1.3 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy.

1.1.3.1 Đặc điểm cọc khoan nhồi mở rộng đáy.

Cọc có hình trụ khoan bình thường nhưng khi gần đến đáy thì dùng gầu đặc biệt

để mở rộng đáy hố khoan, cũng có thể sử dụng một lượng nhỏ thuốc nổ để mở rộngđáy Người ta cũng có thể mở rộng nhiều đợt bằng khoan hoặc thuốc nổ trên suốt chiềudài thân cọc

Hiện nay cọc khoan nhồi mở rộng đáy có thể có đường kính tới 6m, xuống chiềusâu 80m với khả năng mở rộng đáy với đường kính tới 10m Sức chịu tải của các cọcnày có thể lên tới từ 3000 tấn đến 4000 tấn so với cọc thẳng và từ 1000 tấn đến 2000tấn.

 Rút ngắn được thời gian thi công và giảm giá thành xây dựng

 Tăng khả năng chống nhổ của cọc

d Phạm vi áp dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy.

Trong thực tế người ta ít khi tạo đáy mở rộng đối với những cọc có đường kính béhơn 760mm Cọc khoan nhồi mở rộng đát thường áp dụng cho loại đất đồng nhất vớisức chịu tải tính toán từ 100 đến 500 tấn, hoặc cho đất cứng với sức chịu tải tính toán

từ 500 đến 400 tấn Một cọc khoan nhồi trong đất đồng nhất có được năng lực chịu tảinhờ tổ hợp sức tăng thành phần sức chịu tải đáy cọc

Kỹ thuật mở rộng đáy cọc khoan nhồi trong quá trình tạo lỗ thường được áp dụngcho các loại đất có khả năng tự ổn định không cần chống giữ, tốt nhất là trong đất sétdẻo đến cứng

Nhìn chung không thể tạo được phần mở rộng đáy trong đất thoát nước dạng hạtnằm dưới mực nước ngầm Ngoài ra cũng nên tránh lựa chọn làm cọc mở rộng đáytrong đất kém ổn định hay ngập nước, luôn luôn có nguy cơ sập lở phần đáy mở rộngtrong quá trình tạo lỗ cũng như đổ bê tông

Những điều kiện có thể không thích hợp với cọc mở rộng đáy:

 Lớp địa chất quá mềm yếu;

 Đất pha cát, lẫn sỏi rời rạc;

 Cuội sỏi có đường kính  1015 hoặc lớn hơn;

 Lớp chịu tải nằm nghiêng 300 hoặc dốc hơn;

 Chịu áp lực bên dưới mực nước ngầm;

 Dưới dòng nước chảy ngầm (hơn 3m/ph);

 Lớp mang tải quá cứng

1.1.3.3 Các phương pháp mở rộng đáy cọc.

a Nổ mìn mở rộng đáy.

Sau khi khoan tới độ sâu thiết kế, tiến hành hạ ống chống vào trong đất, làm sạchđất trong ống, rồi đặt một khối lượng nhỏ thuốc nổ vào đáy lỗ Cho khối thuốc nổ tạophần mở rộng cho đáy cọc, làm sạch hố và tiến hành đổ bê tông

e Khoan mở rộng đáy.

Có 2 phương pháp khoan mở rộng đáy đang được ứng dụng chủ yếu hiện nay làphương pháp khoan tuần hoàn ngược và phương pháp khoan gầu

 Mở rộng đáy hố bằng phương pháp khoan tuần hoàn ngược

Đây là phương pháp khoan được sử dụng sớm nhất vào đến nay vẫn còn sử dụngrộng rãi trong việc khoan mở rộng đáy cọc Công đoạn khoan mở rộng đáy hố khoancọc nhồi được tiến hành khi đã khoan hoàn tất cọc nhồi theo đường kính quy định

 Hệ thống bơm hút: đất cắt ra được bơm lên cùng với nước thùng chứa, ở thùngchứa, đất sẽ được lắng xuống đáy, còn nước sẽ được bơm trở lại hố khoan

 Hệ thống bơm khí nén: được ứng dụng trong trường hợp hố khoan quá sâu, nếu

sử dụng bơm hút sẽ gặp khó khăn khi vận chuyển đất lên, người ta dùng hệ thống khínén Khí nén được cung cấp qua ống dẫn khí chạy song song với ống hút Khí nénđược bơm vào ống hút qua vòi bơm đặt phía đáy ống khoan Như vậy, trọng lượngriêng của hỗn hợp khí và nước trong ống giảm và nhỏ hơn trọng lượng riêng của nướcbên ngoài ống khoan Nói cách khác là ta đã tạo ra sư chênh lệch áp suất giữa trong vàngoài ống hút Và như vậy, hỗn hợp đất và nước ở trong ống bị đẩy lên Hỗn hợp nàyđược đưa vào bể chứa, ở đây, đất sẽ lắng lại trong thùng chứa còn nước sẽ được bơmtrở lại hố khoan Hiện nay đã có rất nhiều loại thiết bị khoan được trang bị bơm chìm

đặt ở dưới đáy cùng với việc ứng dụng các lưỡi cắt cải tiến, đất cắt ra được đẩy lên trênthùng chứa.

 Thi công mở rông đáy cọc khoan nhồi bằng phương pháp khoan tuần hoànngược đã được ứng dụng rất sớm và phổ biến vì nó có những ưu điểm nổi bật sau:Hiệu suất làm việc cao, đất được đẩy lên cùng với nước nên hiệu suất khoan cao và

giảm được thời gian thi công;

Không gây ồn, rung động ảnh hưởng đến môi trường xung quanh;

Không cần ống chống do sử dụng ống định hướng và bùn khoan;

Có thể khoan những hố khoan có đường kính lớn, qua tầng đất cứng khi sử dụng những

lưỡi khoan đặc biệt;

Có thể khoan móng cạnh các công trình khác, do áp suất thủy tĩnh không đổi lên thành

hố khoan nên không ảnh hưởng đến mực nước ngầm và giữ ổn định cho vùng đất ngay

bên cạnh;

Có thể áp dụng cho nhiều loại đất, nhiều loại công trình lớn nhỏ khác nhau vì thiết bị

khoan được dễ dành tháo lắp vào máy cơ sở

 Những hạn chế của phương pháp này:

Đòi hỏi công trường có diện tích lớn, cần phải bố trí thùng lắng đất, hệ thống bơm và

hệ thống tuần hoàn cho nước quay trở lại hố khoan;

Giá thành cọc khoan nhồi bằng phương pháp khoan tuần hoàn ngược đắt hơn giá thành

cọc khoan nhồi bằng phương pháp khoan gầu;

Đất đào khó có thể tái sử dụng vào những nơi khác

 Mở rộng đáy hố bằng phương pháp khoan gầu (Nội dung chính của đồ án)

Đây là phương pháp mở rộng đáy hố bằng gầu khoan Trong phương pháp này,đất được cắt ra rơi vào bên trong gầu gọi là thùng chứa Sau khi đầy thùng chứa, cáccánh cắt của gàu đóng lại, gầu được nâng lên và xả đất

Quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy dùng phương phápkhoan gầu:

Hình 1.2: Quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy dung phương

pháp khoan gầu.

1.2 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT BỊ KHOAN CỌC NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY.

1.2.1 Cấu tạo chung và NLLV của máy khoan cọc nhồi có lắp gầu mở rộng đáy.

1.2.1.1. Cấu tạo chung máy khoan cọc nhồi mở rộng đáy.

Hình 1.3: Cấu tạo máy khoan cọc nhồi mở rộng đáy.

6 Cụm kết nối trung tâm;

7 Tang cuốn tuyo thủy lực;

8 Bàn quay;

9 Gầu mở rộng đáy;

10 Xy lanh nâng hạ giá đỡ đầu khoan;

11 Tang cuốn sensor;

12 Giá đỡ đầu khoan

Hình 1.4: Cụm kết nối trung tâm và tang cuốn tuyo.

a Gầu mở rộng đáy.

Cơ cấu điều chỉnh góc mở của cánh khoan được điều khiển bằng xi lanh thủy lựcthông qua hệ thống điều khiển điện tử với sensor giám sát góc mở của cánh khoan.Dạng này có kết cấu phức tạp do phải bố trí xi lanh thủy lực và snsor trong gầu khoan.Tuy nhiên nó có những ưu điểm nổi bật sau:

 Lực mở cánh khoan lớn nhờ xi lanh thủy lực;

 Điều chỉnh góc mở của cánh khoan dễ dàng;

 Giám sát và hiển thị liên tục góc mở cánh khoan;

 Chất lượng lỗ khoan mở đáy ổn định ở các địa chất khác nhau;

 Đảm bảo chất lượng lỗ khoan đúng yêu cầu thiết kế khi kết thúc công việckhoan mở rộng đáy

 Cấu tạo chung:

Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo gầu mở rộng đáy.

 Cắt lớp đất phía đáy hố khoan tạo ra khoảng mở rộng phía dưới đáy cọc nhồi

 Lấy phần đất đào mở rộng đáy và bùn lắng ở đáy hố khoan

 Yêu cầu:

 Đảm bảo góc mở đáy và đường kính chính xác theo yêu cầu thiết kế

 Kết cấu vững chắc

 Sơ đồ thủy lực dẫn động gầu mở rộng đáy:

 Động cơ điện truyền mômen cho bơm thủy lực làm dầu được hút lên từ thùngdầu, van phân phối 4/3 có tác dụng làm cho gầu lên, xuống hoặc làm cho cánh gầuđóng lại, mở ra Đồng thời với chuyển động lên xuống của gầu là chuyển động quay

quanh trục của tang cuốn tuyo thủy lực Nhờ có bộ chuyển đổi dầu từ phần tĩnh sangphần động mà dầu được dẫn đến các bộ phận công tác như xilanh đóng mở cánh gầu,gầu.

 Các van tràn và van một chiều có tác dụng như van an toàn, đảm bảo cho quátrình làm việc của thiết bị

 Đường dầu hồi về thùng được qua bộ lọc dầu để lọc bẩn cho dầu, đáp ứng choquá trình tái sử dụng

Hai sơ đồ thủy lực được sử dụng đều là sơ đồ mạch hở

3

3 9

11

3

3 9

14

15

15

8 7

1 11

Hình 1.6: Sơ đồ thủy lực dẫn động gầu và cánh gầu.

1 Thùng dầu, 2 Lọc dầu, 3 Van tràn, 4 Động cơ điện, 5 Khớp nối, 6 Van tiết lưu, 7 Xilanh công tác, 8 Pittong, 9 Van một chiều, 10 Van phân phối 4/3, 11 Bơm thủy lực quay một chiều, 12 Tang cuốn tuyo thủy lực, 13 Động cơ thủy lực quay hai chiều, 14 Xilanh-Pittong mở cánh gầu, 15 Bộ chung chuyển dầu trung tâm.

f Cụm kết nối trung tâm.

 Cấu tạo chung

Hình 1.7: Cấu tạo cụm kết nối trung tâm.

6 Chốt liên kết với cụm

đỡ đầu khoan;

7 Khung treo;

8 Đường dầu hồi;

9 Đường dẫn dầu từ tang cuốn tuyo.

 Nhiệm vụ

Truyền dầu thủy lực từ phần quay sang phần không quay để thực hiện công tácđóng mở cánh gầu và quay tang cuốn tuyo

 Yêu cầu.

 Đảm bảo độ kín khít, dầu không bị rò rỉ, không bị sụt áp

 Chịu được áp lực của dầu thực hiện các công tác

 Đảm bảo độ đồng tâm so với đầu khoan

 Không gây lực cản quay lớn làm giảm hiệu suất của đầu khoan

g Tang cuốn tuyo thủy lực.

 Cấu tạo chung

5

6 7

bị xoắn, chuyển động quay thứ 2 là chuyển động quay quanh trục của nó để cuốn vànhả dây tuyo thủy lực cho phù hợp với chuyển động lên, xuống của gầu.

 Dẫn dòng dầu thủy lực xuống gầu mở rộng đáy để đóng mở cánh gầu Khi gầu

đi xuống, động cơ thủy lực 1 quay tang cuốn thả ống tuyo đi xuống cùng gầu Dòngthủy lực qua đầu 7 vào ống tuyo và dẫn xuống gầu thực hiện việc đóng mở gầu Khigầu đi lên, động cơ thủy lực 1 lại quay tang cuốn ống tuyo lại

 Yêu cầu

 Khi cuốn ống tuyo lên phải đảm bảo độ căng nhất định, không để quá trùng

 Ống tuyo phải chịu được áp lực dầu và lực căng khi máy làm việc

 Cơ cấu tang phải đảm bảo độ vững chắc

1.2.1.2. Nguyên lý làm việc máy khoan cọc nhồi mở rộng đáy.

Thiết bị công tác được dẫn động quay bằng trục khoan thông qua cần Kelly.Dùngcáp nâng hạ cần Kelly điều khiển cho gầu đi xuống đáy hố khoan Cụm dẫn động quaycần Kelly, gầu sẽ được quay.Thông qua cụm chung chuyển trung tâm và tang cuốntuyo thì dòng dầu thủy lực được đưa xuống gầu, đẩy xilanh mở cánh gầu Quá trình mởcánh gầu từ từ, cánh gầu sẽ cắt đất và tích vào thùng Khi gầu đầy đất thì điều khiểnđóng cánh gầu lại và cáp nâng hạ cần 3 kéo gầu cùng cần Kelly lên, sau đó mở đáy gầubằng tay thông qua nẫy chốt mở để xả đất Muốn đóng gầu thì hạ gầu tỳ xuống mặt đất

1.2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và các thông số kĩ thuật gầu mở rộng đáy của hãng Nippon Sharyo.

Gầu mở rộng đáy được mở ra và đóng lại dựa vào 2 xilanh thủy lực, dầu thủy lực

từ máy cơ sở được đưa lên phần tĩnh của máy cơ sở, từ đây dầu được chuyển qua phầnđộng( phần quay) ở cụm trung tâm, tại cụm trung tâm dầu được chia thành 2 nhánh vào

2 tuyo thủy lực (cuốn vào 2 tang cuốn) nhờ cơ cấu phân phối dầu

Kết cấu gầu khoan mở rộng đáy:

Hình 1.9: Kết cấu gầu khoan mở rộng đáy.

Nguyên lý hoạt động gầu khoan mở rộng đáy:

1.Cánh gầu, 2 Răng gầu, 3 Chốt liên kết thanh đẩy với cánh gầu, 4 Thanh đẩy mở cánh gầu, 5.Khung dẫn hướng, 6.Xy lanh đóng mở cánh gầu, 7 Vòng định vị, 8 Bàn đẩy, 9 Chốt liên kết thanh đẩy với bàn đẩy, 10 Đáy gầu, 11 Bản lề trụ liên kết cánh gầu, 12 Chốt liên kết xy lanh với gầu, 13 Chốt mở đáy.

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt

động gầu khoan mở rộng đáy.

 Thông qua hệ thống điều khiển, khi dầu thủy lực đẩy cần xilanh thủy lực 4 duỗi

ra, bệ đẩy 6 di chuyển xuống, kết quả là cánh khoan 1 mở ra nhờ tay đòn 2 Ta có thểđiều chỉnh đường kính mở đáy( tức là điều chỉnh góc mở tối đa của cánh khoan) nhờhạn chế hành trình Sensor hành trình đo hành trình của xilanh và gửi tín hiệu về hệthống điều khiển, qua đó ta biết được góc mở α của cánh gầu

 Khi co cần xilanh lại thì cánh gầu sẽ đóng lại

Thông số gầu mở rộng đáy hãng Nippon Sharyo:

Hình 1.11: Kích thước cơ bản của gầu khoan mở rộng đáy.

BK1 0

Chiều cao tổng cánh gầu H2

Bảng1.1: Thông số một số gầu khoan của hãng NIPPON SHARYO.

H4 (mm)

Chiều cao cánh gầu H6 (mm) 2050 2190 2430 2380 2680 3160

Chiều cao tổng cánh gầu H2 (mm) 3180 3180 3900 4400 4900

Chiều cao vai đáy cọc mở rộng H4

(mm)

1.2.3 Giới thiệu về các loại máy khoan cọc nhồi hiện nay.

 Các công trường thi công khoan cọc nhồi trong thành phố Hà Nội hiện nay đa số

sử dụng các loại máy khoan cọc nhồi dạng cần giàn của các hãng Hitachi, Nippon,Nissha như : KH125, KH125-3, KH180, KH180-3, Nippon DH500, Nissha ED500,ED5500, ED5800H Các máy khoan cọc nhồi loại này do sử dụng cần giàn nên chịulực cản gió nhỏ, cơ cấu cần nhẹ nhàng, sau khi khoan có thể chuyển thành cẩu trục để

hạ lồng thép , thổi rửa và đổ bê tông Máy rất thích hợp với các công trường có mặtbằng thi công và không gian xung quanh hẹp

 Máy khoan cọc nhồi dạng cần hộp được sử dụng ít hơn, chủ yếu là của hãngBauer và Soilmec như: Soilmec SR80, Soilmec SR90, Bauer BC 28, BC 30, BC 40.Máy khoan dạng này có cơ cấu cần hộp gọn gàng, di chuyển thuận tiện nhưng ngượclại khối lượng cần lớn và chịu lực cản gió lớn (do kết cấu cần dạng hộp nên diện tíchmặt chịu gió lớn)

 Máy khoan cọc nhồi dạng cần giàn và máy khoan cọc nhồi dạng càn hộp đều cócác đặc điểm chung

 Máy cơ sở có cơ cấu di chuyển bằng bánh xích

 Cần Kelly sử dụng có tiết diện ngang hình tròn, cần có 4 ÷5 đoạn lồng vào nhaunhư dạng ăng ten Chiều dài của cần khi co lại từ 16,6 ÷19,5 m

 Cơ cấu quay: Cơ cấu quay được dẫn động bằng 1÷2 mô tơ thủy lực (tùy theocông suất), thông qua hộp giảm tốc truyền mô men xoắn tới cơ cấu dẫn động cần Kelly

1.2.3.1 Máy khoan cọc nhồi dạng cần nghiêng.

Kiểu máy này được chia làm 2 loại, loại cần giàn và cần hộp

a Loại cần giàn.

 Ưu điểm

 Thuận tiện cho việc lắp đặt và tháo lắp

 Cơ cấu cần đơn giản dễ dàng tháo lắp,chế tạo dễ dàng

 Ổn định máy

 Lực cản gió khi làm việc nhỏ

 Cụm đầu khoan được điều chỉnh bằng xi lanh nên đạt được độ chính xác cao vềphương thẳng đứng khi khoan.

 Mất thời gian tháo lắp trên công trường do cần khá cồng kềnh

 Di chuyển máy trên đường khó khăn

 Các loại máy thường gặp.

 Hãng Nippon Sharyo: ED4000, ED5500, ED5800H, ED6200H, ED6500,ED8200, DH300, DH350, DH400

 Cơ cấu cần gọn nhẹ, dễ tháo lắp,dễ di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác

 Dễ dàng nâng hạ hay điều chỉnh cụm đầu khoan nhờ xi lanh được gắn với khungcần

 Nhược điểm

 Việc chế tạo cần rất khó khăn, phức tạp

 Lực cản gió do cần là tương đối lớn

 Máy cơ sở hạn chế và không khoan được độ sâu lớn

 Các loại máy thường gặp

 Hãng Nippon Sharyo: TE4000-2, TE4300

 Hãng Sumitomo: SDX207, SDX407, SD205-2, SD206

 Hãng Kato: KE1500III

Thông số các loại máy này xem ở phần Phụ Lục

KATO KE-1500III HITACHI SUMITOMO

SDX-207

Hình 1.13: Máy khoan cọc nhồi loại cần hộp.

1.2.3.2 Máy khoan cọc nhồi dạng cần cột buồm.

 Ưu điểm

 Cơ cấu cần gọn nhẹ, dễ tháo lắp,dễ di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác

 Dễ dàng nâng hạ hay điều chỉnh cụm đầu khoan nhờ xi lanh được gắn với khung

cần

 Nhược điểm:

 Việc chế tạo cần rất khó khăn, phức tạp

 Lực cản gió do cần là tương đối lớn

 Máy cơ sở lớn về kích thước,thu hẹp điều kiện làm việc,tốc độ khoan chậm

 Hãng Bauer: BG12H-BT35, BG15H-SV, BG18H-BT50, BG20H-BT60,BG24H-BS70C, BG25H-BS80B, BG28H-BS80B, BG36-BS80B, BG40-BS100,BG48-BS180…

 Hãng Soilmec: R930, R1240, R825, R620, R516, R3-ST, SR40, SR80…

 Hãng Casagrande: B105NG, B125XP, B135, B175XP, B300XP, B400,

B400-HT, C850-H50…

 Hãng IMT: A125, AF110D, AF130, AF180D, AF460…

Thông số các loại máy trên xem tại phần Phụ lục

1.2.4 Phân tích khả năng lắp thiết bị mở rộng đáy.

Trước hết ta cần phân biệt giữa máy lắp thiết bị mở rộng đáy và máy lắp gầuthường có cấu tạo gì khác nhau và máy lắp gầu thường cần thêm những thiết bị gì để

có thể lắp được gầu mở rộng đáy

Máy khoan thường

5 Đầu khoan,

6 Gầu khoan thường,

7 Xy lanh nâng hạ giá đỡ đầu khoan,

8 Giá đỡ đầu khoan.

5 Đầu khoan,

6 Cụm kết nối trung tâm,

7 Tang cuốn tuyo thủy lực,

8 Bàn quay,

9 Gầu mở rộng đáy,

10 Xy lanh nâng hạ giá đỡ đầu khoan,

11 Tang cuốn sensor,

12 Giá đỡ đầu khoan.

 Ta nhận thấy rằng muốn lắp gầu mở rộng đáy cần lắp thêm những bộ phận sau:

 Cụm kết nối trung tâm

 Bàn quay trên đó có tang cuốn tuyo thủy lực và tang cuốn cáp điện sensor

 Gầu mở rộng đáy

Vì vậy một máy lắp gầu thường muốn lắp được gầu mở rộng đáy cần đảm bảoyêu cầu lắp được các thiết bị trên Điều kiện để lắp các thiết bị bao gồm:

 Khả năng về kích thước hình học và bố trí thiết bị: Cần đảm bảo được chiều cao

từ mặt đất đến đầu quay cũng như từ mép gầu đến máy cơ sở

 Khả năng làm việc:

 Khả năng làm việc của các cơ cấu công tác và công suất động cơ dẫn động củamáy cơ sở

 Kiểm tra độ ổn định khi máy làm việc, khi di chuyển thẳng và quay vòng

Trước tiên ta xét điều kiện về kích thước hình học và bố trí thiết bị đối với cácloại máy

a Đối với máy khoan cần nghiêng dạng dàn và hộp.

Điều kiện về hình học là khoảng cách từ mặt đất đến đầu quay dẫn động cầnKelly Bản thân gầu mở rộng đáy đã có cấu tạo về chiều dài lớn hơn khá nhiều so vớigầu thông thường, khi lắp thêm nhưng thiết bị trên sẽ cần phải đảm bảo được chiều cao

để gầu có thể được đưa cao hơn khỏi mặt đất thực hiện quá trình xả đất bình thường

Công thức:

Hm ≥ Hyc = H1 + H2 + H3

Trong đó:

Hm : Chiều cao từ mặt đất đến đầu

khoan của máy

Hyc : Chiều cao từ mặt đất đến đầu

khoan để đảm bảo lắp được thiết bị

mở rộng đáy

H1 : Chiều cao từ mặt đất đến đáy gầu

khoan đảm bảo gầu mở rộng đáy xả

được đất bình thường

H2 : Chiều cao của gầu mở rộng đáy

H3 : Chiều cao từ chốt liên kết gầu với

cần Kelly đến đầu khoan

H2 : Phụ thuộc vào từng loại gầu

H1 : Chiều cao xả phụ thuộc vào

đường kính đáy của từng loại gầu

H3 : Chọn H3 = 2400mm Hình 1.16: Sơ đồ điều kiện hình

học lắp thiết bị khoan mở rộng đáy.

Bảng 1.2: H yc của từng loại gầu.

Do đặc điểm cấu tạo là đầu

khoan được gắn trên cần hộp và

được điểu khiển lên xuống nhờ xi

lanh thủy lực gắn song song với cần,

vì vậy ở loại máy này thì yêu cầu về

hình học là:

 Khoảng cách từ mặt đất đến

đầu khoan (ở vị trí cao nhất) phải

lớn hơn chiều cao yêu cầu

Hm ≥ Hyc

Hyc đối với từng loại gầu đã

được thống kê ở trên

 Khoảng cách từ tâm cần

Kelly đến mép cần hộp phải lớn hơn

đường kính của gầu mở rộng đáy

cũng như đường kính của bàn quay

Lm ≥ D1 + 100 mm

Trong đó:

Hình 1.17: Sơ đồ điều kiện hình học lắp thiết bị khoan mở rộng đáy.

Lm : Khoảng cách từ tâm cần Kelly đến mép cần hộp.

D1 : Đường kính của gầu

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN CHUNG.

2.1 THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY THIẾT KẾ.

Theo những phân tích ở mục 1.2.3 ta nhận thấy máy kiểu cần dàn có nhiều đặc

điểm nổi trội hơn và cũng dễ dàng hơn trong việc lắp thiết bị phục vụ thi công cọc mởrộng đáy nên ta chọn máy cơ sở kiểu cần dàn

Chọn các thông số cơ bản của máy thiết kế theo máy tương tự sẵn có là máySumitomo SD507 và thiết bị gầu khoan mở rộng đáy có sẵn là BK12-2 của NIPPONSHARYO làm thông số đầu vào để tính toán chung cho máy thiết kế Hai máy SD507nguyên bản và máy SD507 cải tạo có kết cấu khung đỡ đầu khoan khác nhau

2100 950

9

8 7 6 5

Hình 2.1 Hình chung máy cơ sở đã cải tạo

Nguyên lý làm việc: Thiết bị công tác được dẫn động quay bằng trục khoan thôngqua cần Kelly, gầu khoan cắt đất là nhờ các dao cắt được bố trí ở phần dưới gầu khoan,phôi đất được tách ra có chu kỳ và xảy ra ở không gian kín của khu vực cắt Khi gầuđầy đất thì cáp nâng hạ cần 3 kéo gầu cùng với cần lên, sau đó mở đáy gầu bằng tayđòn để xả đất, muốn đóng gầu thì hạ gầu tỳ xuống mặt đất.

Các xilanh điều chỉnh có tác dụng điều chỉnh cho cần Kelly luôn thẳngđứng,xilanh nâng dùng để nâng khung trước và cụm đầu khoan và cụm kết nối trungtâm cùng cụm tang cuốn tuy ô và cáp điện sensor

j Thiết bị mở rộng đáy ( gầu khoan ): BK12-2

Đường kính nhỏ nhất của gầu (D1) 1080 mm

Đường kính lớn nhất của gầu (D2) 2100 mm

Chiều cao gầu (H1) 3500 mm

Chiều cao bộ ổn định (H3) 620 mm

Chiều cao phần trụ giữa (H5) 220 mm

Chiều cao toàn thân cánh (H6) 2680 mm

2.1.4 Cấu tạo một số bộ phận của máy cơ sở.

Do nhiệm vụ thiết kế thiết bị khoan mở rộng đáy trên máy có sẵn là SD507 đã cảitạo nên một số bộ phận của máy khác so với máy của nhà sản suất Cụ thể phần khungtrước và đầu khoan đã được thay thế Sau đây là chi tiết cấu tạo của khung trước và đầukhoan thay thế

2.1.4.1 Khung đỡ cụm đầu khoan.