đồ án kỹ thuật cơ khí Xây dựng phương án đóng hạ cọc bằng rung

Lời nói Đầu Xử lý nền móng là một công tác không thể thiếu được đối với bất kỳ một công trình xây dựng nào. Công cụ để làm công tác này gồm rất nhiều loại máy khác nhau. Trong số đó máy đóng hạ cọc vô cùng đa dạng về chủng loại, thuyết minh đồ án tốt nghiệt này sẽ trình bày về máy đóng cọc va rung. Thi công nền móng là một trong các lĩnh vực phức tạp và tốn kém nhất khi xây dựng các hạng mục trong công trình cầu, đặc biệt đối với những cầu qua những sông lớn. Trong trường hợp điều kiện địa chất phức tạp, riêng giá thành xây dựng móng đã có thể chiếm tới 35 - 45% tổng giá thành công trình (mức trung bình cũng vào khoảng 24 - 30%). Trong đó riêng vật liệu xây dựng móng chỉ chiếm 20 - 30%, phần còn lại là chi phí cho nhân lực và trang thiết bị công nghệ thi công. Về phương diện thời gian, xây dựng móng nói chung và xây dựng móng cầu nói riêng thường chiếm qúa nửa thời gian xây dựng toàn công trình. Những năm gần đây, nhiều công nghệ mới trong thi công nền móng đã xuất hiện, thay thế một số phương thức thi công cũ, tốn kém tiền của, kéo dài thời gian và thiếu an toàn lao động. Tuy nhiên không phải tất cả các loại móng nói chung móng cầu nói riêng điều áp dụng hiệu quả với công nghệ mới. Vì thế, những giải pháp thi công truyền thống và kinh điển vẩn áp dụng một cách hữu hiệu, nhất là những công trình cầu vừa và nhỏ. Những công trình này là chiếm một tỷ lệ lớn trong các tuyến đường địa phương và quốc lộ. Trong đó số móng cọc chiếm đại bộ phận, sau là móng nông và móng giếng chìm. Để giúp chúng ta có một kiến thức tổng hợp về công nghệ và kỹ thuật thi công móng, bằng những thiết bị máy móc hiện đại để mang lại những lợi Ých kinh tế (đạt được năng xuất, hiệu quả, chất lượng cao). Nhất là trong công cuộc đổi mới nước ta hiện nay rất nhiều công trình đã và đang được xây dựng. đặc biệt là ở các thành phố lớn như Thành Phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, và các các Thành Phố lớn khác, đang ra sức tiến hành xây những cơ sở hạ tầng như đường xá, nhà ga, bến tầu, khách sạn, sân vận động, sân bay. 1 Mét trong những công tác không thể thiếu được của việc xây dựng là xử lý nền móng, cụ thể là công tác đóng, hạ cọc. Mỗi công trình cần hàng trăm đến hàng vạn cọc . Nh vậy nhu cầu đóng cọc ở nước ta là rất lớn. Vì vậy nhu cầu của máy móc thiết bị phục vụ cho công tác xây dựng là rất lớn và không thể thiếu được trong bất cứ công trình xây dựng nào. Do vậy trong đồ án này, cũng với sự hiểu biết về máy xây dựng. Em xin mạnh dạn tiến hành tính toán thiết kế “ máy đóng cọc va rung”. Nội dung thuyết minh sẽ trình bày các phần gồm các chương: - Các phương án đóng hạ cọc. Giới thiệu máy thiết kế. - Cơ sở lý thuyết tính toán máy đóng cọc va rung . - Tính toán các thông số động học và chọn công suất động cơ của máy va rung. - Thiết kế và tính bền các chi tiết chính của máy va rung đã chọn. Vì khối lượng công việc lớn nên trong quá trìng tiến hành trắc không thể tránh được sai sót. Em mong được sự chỉ dẫn giúp đỡ của các thầy, cô. Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy. 2 Chương I Xây dựng phương án đóng hạ cọc bằng rung. Giới thiệu máy thiết kế I. Giới thiệu về công tác đóng, hạ cọc 1.Giới thiệu về cọc. Trong công cuộc đổi mới nước ta hiện nay rất nhiều công trình đã và đang và sẽ được xây dựng. Đặc biệt là ở Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh và các thành phố lớn khác đang ra sức tiến hành xây những cơ sỡ hạ tầng nh đường xá, nhà ga, bến tầu, khách sạn, sân vận động, sân bay . Mét trong những công tác không thể thiếu được của việc xây dựng là xử lý nền móng, cụ thể là công tác đóng, hạ cọc. Mỗi công trình cần hàng trăm đến hàng vạn cọc. Nh vậy nhu cầu đóng cọc ở nước ta là rất lớn. Cọc có rất nhiều loại: 3 + Căn cứ vào đặc tính làm việc của cọc có : - Cọc trống - Cọc treo (cọc ma sát) + Căn cứ vào vật liệu làm cọc thì có các loại sau: - Cọc tre - Cọc gỗ - Cọc bê tông cốt thép. Được dùng phổ biến và sử dụng nhất hiện nay là cọc bê tông cốt thép. Chiều rộng (a) của cọc thường từ 50-300 mm hoặc có thể lớn hơn, chiều dài L thường từ 6 -18 m . 2.Cách hạ cọc. Để đóng, hạ cọc có các phương pháp: - Va đập - Rung động. - Ðp - Các phương pháp kết hợp : Va rung (rung kết hợp với va đập) 3. Thiết bị hạ cọc. 3.1. Máy cơ sở: Các máy cơ sở thường dùng là Máy kéo, Ôtô, Cần trục xích, Cần trục ôtô, Máy súc. 3.2. Giá búa: Là thiết bị công tác dùng để phục vụ các thao tác: Đóng cọc, cẩu cọc, chỉnh cọc, cẩu và dẫn hướng quả búa khi đóng cọc. Trên thực tế giá búa được sử dụng rất đa dạng, tuỳ thuộc vào công nghệ đóng cọc. Đơn giản nhất là sử dụng cần trục, có giá cần đóng búa treo (không có dẫn hướng), cách này sử dụng khá phổ biến tại các tỉnh miền nam, tuy nhiên năng suất thấp, khó đóng cọc xiên và hay dùng để đóng cọc thép hoặc cọc ván thép. Người ta thường dùng quả búa thuỷ lực hoặc rung để đóng, búa treo trên những cần trục thông thường ( chỉ có một móc cẩu ) do khả năng khởi động từ xa của 4 quả búa, còn khi dùng quả búa diêzen cần trục phải có hai móc cẩu (một móc cẩu giữ, cẩu quả búa còn móc kia kéo pít tông khởi động nổ quả búa). Để tăng khả năng đóng búa treo nhất là trong các trường hợp không thể dùng các thiết bị đóng cọc khác ( đóng cọc lớn ở điều kiện thời tiết khắc nhiệt : sóng, gió, dòng chảy lớn ) người ta thiết kế thêm thiết bị dẫn hướng lắp trên sàn đạo có thể xoay bốn phía với bốn góc nghiêng khác nhau cho phép đóng cọc xiên theo các chiều khác nhau. Sàn đạo được chế tạo theo mođun, lắp trên các đầu cọc bằng chính cần trục phục vụ đóng cọc, nhờ vậy có thể đóng cọc dọc chiều dài tuyến mà không cần thiết bị hỗ trợ khác. Giá búa bao gồm các bộ phận chủ yếu sau: + Bệ gía búa : Gồm khung sàn, có thể di động theo đường ray đặt trên mặt đất, trên sàn giáo hoặc phao nổi, một số gía búa có thể quay 360 0 xung quanh trục đứng, bản thân bánh răng cũng có thể quay trục đứng và điều chỉnh được cao độ. + Khung giằng: Để giữ cần giá búa, thường cấu tạo bởi thép ống và thép hình tạo thành một khung không gian hình tháp, hoặc kết hợp với cột dẫn cọc thành kết cấu có dạng cần trục. Đơn giản hơn khung giằng chỉ gồm hai thanh chống bằng thép ống, điều chỉnh được chiều dài khi đóng cọc xiên âm hoặc dương. + Cần giá búa hoặc cột dẫn gồm hai thanh so đũa song song, kéo dài từ bệ khung sàn tới đỉnh giá búa, dùng để dẫn hướng búa và cọc theo chiều thẳng đứng hoặc xiên đã quy định trong thiết kế. Khi đóng cọc dài, cần giá búa có thể kéo dài kiểu ống nhòm lên phía đỉnh. Nhưng nếu giá búa đặt trên sàn đạo cao hoặc trên sà lan, cần giá búa có thể nối một đoạn cột dẫn phụ, về phía dưới khung sàn và liên kết bằng bu lông. + Thiết bị treo trục: Giá búa có thể gắn một bộ ròng rọc trên đỉnh, vừa để nâng hạ búa, vừa sách đặt cọc dựng vào cần. Nhưng thông thường giá búa được trang bị hệ ba ròng rọc trên đỉnh. Bộ giữa phục vụ búa, hai bé kia dành cho cọc. 5 Trên sàn giá búa kết hợp bố trí bàn tời, trang thiết bị cung cấp năng lượng, trạm điều khiển .v. v. Khi thi công đóng hạ cọc nên lưu ý một số vấn đề liên quan đến giá búa sau : - khẳng định giá búa luôn luôn ở tư thế chính xác và vững chắc khi đóng cọc. Nếu cần búa không thẳng đứng và còn lắc ngang, búa sẽ giáng lệch tâm xuống đầu cọc và nguy cơ gãy cọc hoặc đóng lệch tim rất dễ xẩy ra. - Độ lún lệch của giá búa trong khi đóng cọc cũng ảnh hưởng đến chất lượng của thi công. Đặc biệt đối với cọc xiên, ngoài vấn đề kiểm tra theo dõi độ xiên và tim cọc, còn phải khống chế giá búa không cho lún dù là lún đều. Nếu không, trong khi đóng cọc trọng lượng giá búa có thể trực tiếp ảnh hưởng tới cọc đang đóng và càng tăng thêm nguy cơ gãy cọc. Trường hợp không cần thiết phải điều động giá búa đặc chủng, chẳng hạn khi đóng các loại cọc nhẹ (cọc gỗ, cọc ray), cọc thử hoặc cọc ván loại nhỏ, dùng với búa nhẹ, có thể tự tạo ra các loại búa thô sơ bằng gỗ, hoặc kết hợp với thép hình. Nguyên tắc cấu tạo là nhẹ nhàng, dễ di chuyển, dễ tháo lắp, dùng được nhiều lần và đa năng. Vừa nâng vừa hạ, vừa cẩu và dẫn cọc, có thể đóng nhiều loại cọc, nhiều kiểu bố trí cọc, trong nhiều tình huống khác nhau. Giá búa đóng cọc — thường được chọn cùng với búa và căn cứ vào chiều dài cọc, hướng đóng (cọc thẳng hay cọc xiên theo chiều âm hay dương), trọng lượng búa và cọc. Nếu đóng cọc xiên, giá búa phải có cần phù hợp, tránh tình trạng Ðp buộc. Độ cao hữu hiệu của giá búa phải lớn hơn chiều dài cọc đóng, cộng với độ an toàn khoảng 0,5m trở lên. Nếu đóng cọc ở nơi có nước mặt hoặc giá búa đứng trên bờ hồ móng đã đào, có thể giảm bớt độ cao đó một đoạn bằng độ sâu mực nước hoặc hố đào. Ngoài vấn đề chiều cao, chọn giá búa còn phải tính đến khả năng về sức nâng sao cho phù hợp với trọng lượng cọc và búa. Nếu không lại phải dùng cần trục khác, cẩu và lắp cọc vào giá búa. 6 Riờng giỏ bỳa h cc ng ng kớnh ln n nay cha c ch to c chng, vỡ h cc ng thng ch cn s dng cỏc khung dn, cũn i vi cc ng xiờn cú th dựng loi giỏ bỳa ln vn nng, trng ti 20 tn tr lờn. Nu khụng, cng cú th t to bng cỏch lp rỏp cỏc thanh vn nng ( chng hn cỏc thanh U, Y, K, M ), ghộp thnh giỏ bỳa vi cn dn cc nghiờng v gin b, ni vi nhau bi thanh chng cú tng iu chnh bng xiờn úng cc . Ta cú s phõn loi giỏ bỳa nh sau: Cn c vo s trờn ta thy cú ba loi giỏ bỳa c bn: 1.Giỏ bỳa ghộp trờn mỏy c s: 7 Giá búa Giá búa chuyên dùng Giá búa ghép trên máy cơ sở Giá búa cấu tạo trên máy cơ sở Đóng cọc trên bờ Đóng cọc trên sông biển Trên máy kéo Trên cần trục Trên máy xúc Cố định Di chuyển Tự hành Không tự hành Là thiết bị được lắp thêm vào một máy cơ sở sẵn có nào đó (thường là một cần trục bằng xích hoặc bánh hơi), thiết bị lắp thêm vào là phần dẫn hướng quả búa khi đóng cọc. Sử dụng giá búa loại này rất tiện lợi, tiết kiệm đầu tư do có thể sử dụng máy cơ sở vào việc khác được . 2. Giá búa cấu tạo trên máy cơ sở : Là thiết bị được thiết kế và chế tạo trên một máy cơ sở ( máy kéo, cần trục, máy xúc ). Trên cơ sở sử dụng nguồn năng lượng, các kết cấu và cơ cấu của máy cơ sở, người ta cải tạo và cấu tạo thêm một số bộ phận như khung gầm, hệ thống thuỷ lực, điều khiển của máy cơ sở cho phù hợp với sự làm việc của giá búa. Sự cải tạo này không ảnh hưởng đến các chức năng chính của máy, do đó củng như giá búa ghép trên máy cơ sở, sử dụng giá búa loại này rất tiện lợi và tiết kiệm. 3. Giá búa chuyên dùng: Là thiết bị được thiết kế và chế tạo chuyên dùng để đóng cọc, đơn giản nhất là các loại giá búa cố định tháo lắp nhanh, loại nhỏ (dùng đóng cọc dài đến 12m). Giá búa điện di chuyển trên đường ray dùng quả búa diêzen 2,5T, 3,5T đóng được cọc bê tông cốt thép dài đến 18m được sử dụng khá phổ biến ở nước ta. Giá búa lắp trên phao nổi, đóng cọc dưới nước phục vụ thi công các công trình đường thuỷ, cảng các giá búa này có loại rất lớn còn được gọi là tàu đóng cọc có thể đóng được cọc dài đến 70m . 3.3.Máy búa. a. Các loại máy Ðp cọc: Ở nước ta hiện nay thường có hai kiểu Ðp: - Ðp bằng kích thuỷ lực ( Hình 1) - Ðp bằng tời cuốn (Hình 2). Ưu điểm của phương pháp Ðp cọc là tải Ðp cọc tĩnh không gây chấn động cho những công trình bên cạnh. Có thể Ðp nối nhiều cọc. Nhược điểm là điều khiển cho cọc đứng thẳng khó khăn với kiểu Ðp bằng tời cuốn, đưa cọc vào lồng để Ðp khó khăn với kiểu Ðp thuỷ lực. 8 Phải nâng chuyển một khối lựơng lớn các khối đối trọng khi máy di chuyển vị trí Ðp cọc. Hình 1. Máy Ðp cọc thuỷ lực 1. Xilanh thuỷ lực 2. Lồng chứa cọc 9 3. Đối trọng 4. Giá tú 5. Cọc 6. Chốt đầu cọc Hình.2. Máy Ðp cọc bằng tời cuốn 1. Pa lăng di động 10 [...]... ng xung kớch cú hai tỏc dng va úng va rung h cc v cú th iu chnh lc xung kớch, do ú hiu sut h cc khỏ cao nhng nhc im l mụ t chu lc rung, do ú chúng hng 30 Hình 12 Búa rung nối cứng - 1 Đĩa lệch tâm - 2 Động cơ - 3 Bộ truyền đai - 4 Kẹp cọc Hình 13 Búa rung nối mềm - 1 Đĩa lệch tâm - 2 Lò xo - 3 Bệ gia trọng 1 - 4 Động cơ - 5 Bộ truyền đai 2 3 4 Hình 14 Búa va rung 1 Đĩa lệch tâm 2 Vấu va đập 3 Lò xo... khi úng cc di v thanh mnh (thao tỏc bng cỏc van iu chnh, nờn cú th dựng th cụng hoc theo ch iu khin t ng ) 25 26 Hỡnh 10 Bỳa iờzen loi ng dn 1 Xilanh 2 Pittụng 3 B 27 +Qu bỳa lm vic theo nguyờn lý rung: Nguyờn lý lm vic ca bỳa rung l li dng lc gõy rung do trc lch tõm hoc do a lch tõm gõy ra chuyn vo cc Trong quỏ trỡnh úng cc, cc lỳn do rung ng vi mt tn sut no ú, vỡ th m gim c ma sỏt sinh ra gia cc v... phỏt trin mỏy bỳa theo nguyờn tc rung ng T nhng nm 1949 nhng mỏy bỳa rung u tiờn ó c ch to v s dng ti nc Nga theo nguyờn tc ca tin s D D Barcan, ú l nhng mỏy bỳa rung loi BT5 s dng khi lch tõm Loi bỳa ny cú lc kớch l 214kN v tn s dao ng 41,67Hz, mỏy c trang b mt mụ t in 28kw Nhng mỏy bỳa u tiờn ó c s dng xõy dng cụng trỡnh thu in Gorki (bõy gi l Nizhni Novgorod), bỳa ó c dựng úng 3700 cc di t 9 n 12 một... thu lc cú b phn ng cc nng, ti 37,4 tn (ton nhúm 60 tn) v sn ra nng lng 540 kNm mi nhỏt Bỳa thu lc dựng hp lý trong trng hp úng cc di nc cú b múng nm trong t sõu di mt nc, nh vy khi úng khụng phi dựng cc m ni thờm, gim bt trng lng úng, nõng cao nng sut v gim thi gian thi cụng, hoc khụng phi ct bt cc nh khi dựng cỏc loi bỳa khỏc nh bỳa n, bỳa iờzen vv Ngoi ra, bỳa thu lc cũn cú kh nng iu chnh nng lng... khụng khớ nộn khụng nhng dựng nõng u bỳa lờn cao m cú tỏc dng y nhanh chúng ri xung u cc 1 Bỳa n ng: (Hỡnh 5) Bỳa n ng loi thụng thng gm: - Qu bỳa, mt khi thộp nng cú dng xi lanh, di ng dc theo cn dn hng ca giỏ bỳa ( nhiu nc gi l con cu vỡ nhy lờn xung liờn tc ) ú l b phn xung kớch ca bỳa - Pittụng, trong lũng xi lanh, cú cn di gn vi trung tõm ca u cc Nguyờn lý lm vic ca bỳa l dựng hi nc cú ỏp lc y... trng lng bn thõn gia cc v bỳa lm cc lỳn sõu vo nn t Bỳa rung ra i sau cỏc loi bỳa trờn v ang c s dng rng ri úng cc nhng nn t dớnh u im ca loi bỳa ny: Kt cu n gin, kớch thc nh gn, tớnh c ng cao, lm vic chc chn, cc khụng b v nh khi dựng cỏc loi bỳa va p Do ú giỏ thnh úng cc r hn 2 n 3 ln so vi cỏc loi bỳa khỏc Nhc im: trong quỏ trỡnh lm vic lc gõy rung lm nh hng ln n cỏc cụng trỡnh bờn cnh Bỳa chn ng... cc, ít phỏ v u cc Vỡ bỳa kộp cú v kớn nờn cú th dựng úng cc trong nc sõu ti 20 n 25 m Dựng bỳa hi song ng cn chỳ ý nht l vn liờn kt chc vi u cc, trỏnh cho bỳa khụng b ny bt tung ra khi u cc, ng thi cn t bỳa v cc sao cho trựng tõm v thng hng, trỏnh lc ngang rt bt li Nu bỳa kộp c trang b thờm mt li c, cú th s dng bỳa phỏ ỏ cng Nu gỏ thờm mt b hm kp, cú th dựng bỳa nh cc Trong cỏc loi bỳa hi kiu xung... xilanh 9 Vũi dn hi 19 +Bỳa úng cc thu lc: Lm vic nh cht lng hoc khớ ép (Hỡnh 7) - Bỳa n ng: Dựng cht lng cú ỏp lc a bỳa lờn cao, sau ú bỳa ri xung nh trng lng bn thõn Trng lng bỳa t 1,5 n 8 tn S nhỏt úng c trong mt phỳt khong 25 n 30 nhỏt Cu to bỳa n gin d s dng - Bỳa song ng: Dựng cht lng a bỳa lờn ri sau ú li dựng cht lng cú ỏp lc h bỳa xung u im nng sut cao, mi phỳt úng c t 200 n 300 nhỏt, lm vic... cho xilanh ( qu bỳa ) ny lờn v ri xung nhp nhng, úng vo cc Nh vy, ch cú phn xi lanh v qu bỳa to ra ng nng khi ri t do nh bỳa trng lc nõng th bỳa lờn v to ra th nng, trong buỏ ó dựng hi cao ỏp thay cho sc kộo th cụng hoc ti in dựng trong bỳa trng lc Do ú hi nc hoc khớ nộn ch cú tỏc dng mt chiu : bỳa ỏnh n hoc bỳa n ng 15 Hin nay bỳa n ng cú nhiu mu mó ci tin c bit l b phõn phi kớ nộn ó cú th iu khin... cng cú khi dựng loi bỳa ny úng cc th, vỡ nu thuờ hoc iu ng cỏc loi buỏ hin i hn úng vi ba cc s khụng kinh t 13 Hỡnh 4 Bỳa trng lc 1 Cỏp 2 M qu 3 Thanh so a 4 Cht 5 Bỳa 14 + Bỳa hi : S dng nng lng hi nc hoc khụng khớ nộn Qu bỳa hi c chia lm hai loi : Qu bỳa tỏc ng n v qu bỳa tỏc ng kộp, cc c ấn vo nn do nng lng ri t do ca u bỳa tỏc dng trc tip lờn cc, nng lng ca hi nc hoc khụng khớ nộn ch dựng nõng . kế “ máy đóng cọc va rung . Nội dung thuyết minh sẽ trình bày các phần gồm các chương: - Các phương án đóng hạ cọc. Giới thiệu máy thiết kế. - Cơ sở lý thuyết tính toán máy đóng cọc va rung . -. trắc không thể tránh được sai sót. Em mong được sự chỉ dẫn giúp đỡ của các thầy, cô. Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy. 2 Chương I Xây dựng phương án đóng hạ cọc bằng rung. Giới thiệu máy. của cọc thường từ 50-300 mm hoặc có thể lớn hơn, chiều dài L thường từ 6 -18 m . 2.Cách hạ cọc. Để đóng, hạ cọc có các phương pháp: - Va đập - Rung động. - Ðp - Các phương pháp kết hợp : Va rung