(Thuyết minh+Bản vẽ) Đồ án tốt nghiệp thiết kế thiết bị cọc xi măng trộn trong gia cố nền đất yếu

* Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nớc cùng với sự phát triển cơ sở hạtầng rất lớn và cấp thiết, trong đó nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông, đ ờng trên đất yếubền vững

-0O0 -

-0O0 -Khoa : Cơ khí Xây dựng

Bộ môn : Cơ giới hoá xây dựng

nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp

Thiết kế thiết bị thi công cọc trộn xi măng trong gia cố nền đất yếu

II Các số liệu ban đầu để làm thiết kế:

+ Đờng kính cọc : 500 mm+ Chiều sâu cọc : 15 m

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1) Các phơng án gia cố nền đất yếu(các loại cọc cứng ,cọc cát,đệm cát ,cọc

trộn xi măng…) )

2) Công nghệ và thiết bị thi công cọc trộn xi măng

3) Tính toán máy thiết kế

- Giới thiệu chung máy thiết kế

7 Bản vẽ cụm và chi tiết (2 bản)

- Cán bộ hớng dẫn : Th.s Phan văn thảo

- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : Ngày 25 tháng 9 năm 2007

- Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế : Ngày 05 tháng 1 năm 2007

Trởng bộ môn Cán bộ hớng dẫn tốt nghiệp

( Ký tên và ghi rõ họ tên) ( Ký tên và ghi rõ họ tên)

Sinh viên làm thiết kế tốt nghiệp

( Ký tên và ghi rõ họ tên)

Mục lục Lời nói đầu …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) .10

Phần I: Giới thiệu một số biện pháp gia có nền đất yếu 11

Chơng I: Giới thiệu chung về một số biện pháp xử lý nền bằng cọc cứng 11

1) Xử lý nền bằng cọc gỗ 12

2) Xử lý nền bằng cọc bê tông 12

3)Xử lý nền bằng cọc thép 13

4) Xử lý nền bằng các loại cọc đặc biệt 13

Chơng II: Một số phơng pháp xử lý nền bằng cát 14

I Biện pháp xử lý bằng đệm cát 14

1) Nguyên lý 14

2) Công dụng 14

3) Phạm vi ứng dụng 15

4) Yêu cầu kỹ thuật 15

5) Thi công 15

II.Biện pháp xử lý nền bằng cọc cát 16

1) Nguyên lý 16

2) Công dụng 16

3) Phạm vi ứng dụng 16

4) Yêu cầu kỹ thuật 17

Chơng III: Biện pháp gia cố nền bằng cọc trộn xi măng 17

1) Nguyên lý 17

2) Công dụng 18

3) Phạm vi ứng dụng 18

4) Yêu cầu kỹ thuật 19

5) Yêu cầu vật liệu 19

6) Thiết kế cọc trộn xi măng 20

Phần II: Công nghệ và thiết bị thi công cọc trộn xi măng 22

Chơng I: Quy trình công nghệ thi công cọc trộn xi măng 22

1) Sơ đồ thi công cọc trộn xi măng 22

2) Công tác chuẩn bị 23

3) Định vị cọc 24

4) Công tác khoan cọc 25

5) Quay rút cần khoan đồng thời phun xi măng 27

6) Dung sai 27

7) Lý lịch cọc 28

8) Nhật ký thi công, kiểm tra và nghiệm thu cọc 28

Chơng II: Tính chọn phơng án bơm xi măng 30

I Phơng án bơm xi măng trộn khô 30

II Phơng án bơm xi măng trộn ớt 30

Phần III: Tính toán máy thiết kế 33

Chơng I: Giới thiệu chung máy thiết kế,Lập phơng án tính Phơng án di chuyển của thiết bị…) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) …) .33

I Giới thiệu chung máy thiết kế 33

II Lập phơng án di chuyển của thiết bị thi công 34

1) Máy cơ sở là xe tải 35

2) Máy cơ sở là cần trục cần 35

3) Máy cơ sở là xe xích 36

4) Máy cơ sở di chuyển trên ray 36

5) Máy cơ sở là xe ro moóc 36

III Một số chi tiết của máy 37

1) Giá dẫn hớng động cơ 37

2) Động cơ 37

3) Đặc tính chung của máy thiết kế 38

IV Lập phơng án tính 38

1) Phơng án cần dàn lắp trên máy cơ sở 39

a) Ưu điểm 39

b) Nhợc điểm 39

2) Phơng án cần hộp lắp trên máy cơ sở 41

a) Ưu điểm 42

b) Nhợc điểm 42

V Mô tả kết cấu 42

1) Kích thớc, kết cấu hình học 42

2) Các liên kết 43

Chơng II: Bố trí mặt bằng thiết bị .45

I) Các yêu cầu về bố trí mặt bằng thi công 45

II) Mặt bằng bố trí thiết bị 48

Phần IV: Tính các lực tác dụng lên hệ,Thiết kế hệ dẫn động cần khoan 46

Chơng I: Tính các lực tác dụng lên hệ 46

I Nội dung tính toán 46

1) Tính các thông số cơ bản 46

2) Các số liệu thiết kế 47

II Chọn lý thuyết khoan để tính 47

Chơng II: Thiết kế cụm cơ cấu quay dẫn động cần khoan 49

I Lựa chọn thiết bị 49

1) Chọn động cơ 49

a) Mô tơ điện 49

b) Mô tơ thuỷ lực 49

2) Hộp giảm tốc 49

II Tính toán chung 50

1) Tính chọn động cơ điện 50

a) Các thông số đầu ra của bộ truyền 50

b) Chọn động cơ điện 50

2) Sơ đồ dẫn động và phân phối tỷ số truyền 50

a) Sơ đồ dẫn động 50

b) Xác định và phân phối tỷ số truyền 51

3) Thiết kế bộ truyền bánh răng hành tinh hai cấp 52

a) Sơ đồ truyền động của bộ truyền bánh răng hành tinh hai cấp 52

b) Xác định công suất,mô men và số vòng quay trên các trục 53

c) Tính toán thiết kế truyền động bánh răng hành tinh 53

4) Tính toán trục 70

a) Chọn vật liệu 70

b) Xác định sơ bộ đờng kính trục 70

c) Xác định khoảng cách gối đỡ và điểm đặt lực 71

d) Xác định trị số và chiều các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục 73

e) Kiểm nghiệm trục 73

5) Chọn loại ổ 81

6) Thiết kế đĩa truyền mô men 85

7) Thiết kế bôi trơn hộp giảm tốc 86

8) Thiết kế vỏ hộp giảm tốc 87

9) Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài 88

9.1) Sơ đồ dẫn động 88

9.2) Các số liệu ban đầu 88

9.3) Chọn vật liệu 88

9.4) Xác định ứng suất cho phép 88

9.5) Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền 90

9.6) Kiểm nghiệm răng 92

9.7) Tính toán trục 96

9.8) Tính mối ghép ren ở đầu trục bánh răng lớn 101

9.9) Tính mối ghép bu lông ở vành răng bánh lớn 103

9.10) Chọn ổ 104

Phần V:Thiết kế kết cấu thép 105

Chơng I: Thiết kế cần khoan 105

I Mô tả kết cấu cần khoan và liên kết 105

1) Kết cấu mũi cần khoan 105

2) Kết cấu thân cần khoan 105

3) Liên kết cơ cấu quay với cần khoan 106

II Tính các lực tác dụng lên cần khoan 106

III Chọn kích thớc và kiểm tra bền 107

1) Chọn kích thớc cần khoan 107

2) Kiểm tra cần khoan 109

a) Kiểm tra điều kiện bền cần khoan khi ép cần 109

b) Kiểm tra điều kiện bền cần khoan khi ta rút cần 112

c) Kiểm tra điều kiện ổn định 114

Chơng II: Thiết kế cần hộp 116

I Tính các lực tác dụng lên cần hộp 117

1) Tính chiều cao của cần hộp 117

2) Tính các lực tác dụng lên cần hộp 118

a) Trờng hợp 1: Trờng hợp khi máy hạ cần khoan vào đất 118

b) Trờng hợp 2: Trờng hợp khi rút cần khoan lên 122

II Thiết kế cần dẫn hớng 125

1) Các biểu đồ nội lực 125

- Trờng hợp 1: khi hạ cần khoan 125

- Trờng hợp 2: khi rút cần khoan 126

2) Thiết kế cần hộp 127

Chơng III: Tính chọn máy cơ sở, năng xuất máy 130

I Yêu cầu của máy cơ sở 130

II Tính chọn, kiểm tra máy cơ sở 130

1) Tính chọn máy cơ sở 130

2) Kiểm tra công suất máy cơ sở theo điều kiện di chuyển 131

a) Xác định lực cản di chuyển của máy cơ sở 131

b) Kiểm tra công suất máy 133

Chơng IV: Thiết kế tính chọn các cơ cấu khác 134

I Tính chọn cáp và puly 134

1) Tính chọn cáp 134

2) Tính chọn puly 134

3) Tính chọn ổ đỡ puly 136

Chơng V: Tính ổn định của máy khi làm việc 137

I Các trờng hợp máy làm việc 137

1) Trờng hợp 1: Máy làm việc theo dọc 137

2) Trờng hợp 2: Máy quay một góc 900 để làm việc 139

3) Trờng hợp 3: Máy quay một góc 450 để làm việc 140

II Một số quy định khi lắp dựng và sử dụng máy An toàn lao động 143

1) Các quy định về lắp dựng máy 143

2) Một số quy định khi sử dụng máy 143

3) An toàn lao động trong thi công cọc trộn xi măng 143

Kết luận chung 145

Tài liệu tham khảo 146

Lời nói đầu

Công tác xây dựng có một vị trí quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá

đất nớc Trong những năm gần đây và trong tơng lai công tác xây dựng đã, đang và sẽ pháttriển rất nhanh, có thể nói cả nớc là một đại công trờng Các công trình xây dựng có quymô lớn, nhiều nhà cao tầng xây dựng trong các đô thị đông dân c đòi hỏi phải có kỹ thuậtxây dựng nền móng thích hợp và hiện đại Để đáp ứng những yêu cầu đó ngành xây dựngkhông những cần đến trình độ tay nghề bậc cao của công nhân, trình độ quản lý của các kỹ

s mà còn phải đầu t những trang thiết bị máy móc kỹ thuật hiện đại phục vụ cho công việcngày càng cao này Vì vậy cơ giới hoá xây dựng là một phần tất yếu cho quá trình pháttriển của ngành xây dựng nói riêng và các ngành kỹ thuật khác nói chung

Công tác cải tạo và thiết kế các máy xây dựng một cách hợp lý và khoa học phù hợpvới đặc thù công việc, thuận lợi cho công việc tổ chức thi công các công trình xây dựngnhằm phát huy lợi thế thi công là một trong những yếu tố vô cùng quan trọng cấu thànhnên sự thành công của một công trình xây dựng

Làm đồ án tốt nghiệp là vấn đề then chốt để sinh viên có thể tổng hợp những kiếnthức đã đợc tích lũy sau 5 năm học và bớc đầu làm quen đợc việc đa lý thuyết vào thực tế

để có thể xây dựng cho mình những cơ sở căn bản cũng nh cách nhìn nhận một cách hợp lý

về công việc sau này

Cũng qua đồ án này em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cơ khíXây Dựng đã hết lòng chỉ bảo, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 5 năm học qua, đặcbiệt là thầy Th.s Phan Văn Thảo đã trực tiếp hớng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốtnghiệp này

Tuy nhiên, do thời gian, trình độ có hạn chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, emrất mong sự chỉ bảo của các thầy cô để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Phần I: giới thiệu một số biện pháp gia cố nền đất yếu

Chơng I: Giới thiệu chung về một số biện pháp Gia cố nền đất

yếu bằng cọc cứng

* Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nớc cùng với sự phát triển cơ sở hạtầng rất lớn và cấp thiết, trong đó nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông, đ ờng trên đất yếubền vững và hiệu quả đòi hỏi phải nghiên cứu phát triển một số công nghệ mới trong thi xâydựng công trình giao thông để kiểm soát đợc biến dạng lún và độ ổn định ở một số côngtrình giao thông quan trọng nh đờng cao tốc, đờng hạ cánh của sân bay, đờng đầu cầu đắpcao, bãi cảng chứa container hoặc cống hộp băng qua đờng trên nền đất yếu chúng ta thờng

sử dụng các giải pháp thông dụng nh đệm cát, giếng cát, cọc cát, bấc thâm, vải địa kỹ thuật,sàn giảm tải BTCT trên nền cọc BTCT Những công nghệ đợc sử dụng thì thờng khó kiểmsoát đợc biến dạng lún và ổn định công trình, thời gian thi công kéo dài hoặc không thể thicông trên diện rộng, kéo dài theo tuyến đờng nh sàn giảm tải trên nền cọc BTCT có giáthành rất đắt mà vẫn sử lý chuyển tiếp giữa cứng và mềm Để giải quyết vấn đề này hiệnnay ta sử dụng giải pháp đât gia cố vôi, vôi xi măng, xi mang chịu ngập lụt và các biện phápcọc

- Nguyên lý cọc cứng: Vật liệu đất gia cố thi công cọc cứng có cờng độ chịu nén nởhông tự do, modun đàn hồi biến dạng cao Trong công nghệ thi công khi chịu tải ngang lớn

có thể gia cố tăng cờng ống thép thành mỏng ở tâm cọc gia cố

- Nguyên lý cọc nữa cứng hay cọc mềm: Vật liệu đất gia cố thi công cọc nửa cứng cócờng độ chịu nén nữa hông tự do, module biến dạng không cao Cọc đất gia cố và vật liệu

đất xung quanh cọc không gia cố đợc xem nh một khối làm việc đồng nhất, biến dạng củacọc và đất xung quanh cọc xem nh bằng nhau, cọc không làm việc nh cọc chống mà xem

nh cọc treo Hiện nay cọc nửa cứng hay cọc mềm đợc sử dụng nhiều trong thi công côngtrình không quan trọng lắm vì chi phí thấp, nhng sức chịu tải của cọc không cao Thờng đợc

sử dụng trong việc sử lý nền đất yếu hoặc quá yếu nh ao hồ đồng ruộng…)

I gia cố nền bằng CọC Gỗ:

- Loại cọc gõ điển hình đợc sử dụng có chiều dài từ 9 đến 18m và có thể chịu tải trọng từ 90

–Tự do – Hạnh phúc 445kN Loại cọc này phần lớn đợc hạ bằng cách đóng và đợc sử dụng thích hợp nhất làcọc ma sát trong đất có cấu trúc hạt

- Cọc gỗ đợc sử dụng cho một số điều kiện sau:

+ Cọc gỗ chỉ đợc sử dụng với công trình nhỏ (nhà từ 3 đến 4 tầng)

+ ở những nơi mực nớc ngầm cách mặt đất vào khoảng 1 đến 1,5m

+ Cọc phải tơng đối thẳng đờng kính không nhỏ hơn 4cm

+ Số cọc trên 1m2 có thể thay đổi tuỳ theo điều kiện của đất nền, đờng kính và chiềudài cọc thông thờng vào khoảng 15; 20; 25; 30; 35 cây

- u điểm: chi phí ban đầu thấp, dễ vận chuyển và không bị mục khi chúng nằm ngập

cố định dới nớc

- Nhợc điểm: rất khó ghép nối, có thể bị h hỏng khi đóng mạnh và dễ bị mục nát nếukhông đợc sử lý Cần sử lý khi cọc này nằm dới nớc

II gia cố nền bằng cọc bê tông:

- Cọc bê tông đúc sẵn: cọc bể tông đúc sẵn điển hình dài từ 12 đến 15m, trong khicọc bê tông đúc sẵn ứng suất trớc điển hình dài từ 18 đến 30m Cọc bể tông có thể thiết kếcho những tải trọng trong phạm vi lớn Dù sao, phạm vi tải trọng điển hình là từ 365 –Tự do – Hạnh phúc3560kN ứng suất tối đa đối với tiết diện đúc sẵn không nên vựot quá 33% cờng độ bê tông

+ Nhợc điểm: khó nối sau khi đổ bê tông, khuôn mỏng có thể bị h hỏng trong quátrình đóng mà không đợc đóng lại Nói chung ứng suất trong cốt thép không vợt quá 0,35ứng suất chảy của thép

+u điểm: chi phí ban đầu thấp và cọc hình tháp có thể chịu đợc lực chống cao hơntrong tầng đất dạng hạt Loại cọc này sử dụng thích hợp nhất là cọc ma sát chịu tải trongtrung bình trong đất dạng hạt

III gia cố nền bằng cọc thép:

- Cọc ống thép nhồi bê tông có thể hạ tới chiều dài bất kỳ Dù sao chiều dài sử dụngphổ biến của loại cọc này là từ 12 đến 36m ứng suất tối đa trong bê tông phải nhỏ hơn 0,33cờng độ bê tông 28 ngày và ứng suất cốt thép không nên vợt quá 0,4 cờng độ chảy Tảitrọng thiết kế của loại cọc không lõi từ 715 –Tự do – Hạnh phúc 1070kN, và cọc lõi từ 4450 đến13350kN

+ Nhợc điểm: chi phí ban đầu cao và làm dịch chuyển đất nếu là cọc ống bịt đầu.+ Ưu điểm: có thể giám sát tốt nhất trong quá trình hạ cọc, có thể làm sạch và có thể

đóng sâu hơn, có khả năng chịu tải cao và dễ dàng nối ghép Loại cọc này cũng có độ bềnchống uốn cao đối với những đoạn ở trên mặt đất chịu tải trọng bên

- Cọc thép chữ H điển hình đợc hạ với chiều dài từ 12 đến 49m Dù sao, cũng có thể

hạ cọc hài hơn cho phù hợp với điều kiện đất Tải trọng thiếu kế từ 350 –Tự do – Hạnh phúc 1070kN, ứngsuất tối đa không đợc vợt quá giá trị quy định

+ Nhợc điểm: dễ bị ăn mòn và tiết diện HP cũng có thể bị hỏng khi đóng qua những

vật cản

+ Ưu điểm: có thể nối dài dễ dàng, có sẵn một chiều dài và kích thớc khác nhau, cókhả năng chịu tả cao, mức độ dịch chuyển đất nhỏ khi thi công và sử dụng, phù hợp nhấtcho cọc chống vào đá.

IV gia cố nền bằng các loại cọc đặc biệt:

* Cọc nén mở rộng đáy (cọc Franki):

- Loại cọc này còn gọi là cọc chân đế cột đợc phun áp lực do công ty cọc Franki pháttriển đầu tiên và đợc công nhận bản quyền bằng sử dụng những thiết bị đặc biệt để thi công.Trong cọc này, đầu tiên hạ một ống thép tới một độ sâu yêu cầu và sau đó tạo chân đế rộngbằng cách bơm vào một lợng bê tông có độ sụt bằng không Mỗi lợng bê tông đợc dồnxuống đất bằng các nhát đập của búa cho đến khi chân cọc đợc hình thành nh yêu cầu Sau

đó thân cọc đợc hình thành bằng cách nhồi các lợng bê tông có độ sụt bằng không xuốngcác ống đã hạ Mỗi lần lợng bê tông đợc nén và ép vào đất thì ống lại đợc rút dần lên

- Những loại cọc này thích hợp nhất với loại đất cấu trúc hạt mà tầng đất đã đợc nén chặt quanh thân cọc mở rộng chịu đợc lực chống Không khuyến nghị sử dụng loại cọcnày trong đất dính vì không thể hình thành đợc việc nén mở rộng chân cọc Chiều dài sửdụng của cọc nói chung từ 6 đến 18m, và đờng kính thân cọc từ 300 đến 600 mm Nhữngloại cọc này thờng có tải trọng thiết kế từ 60 đến 120 tấn Dùng loại cọc này có khả năngchịu lực cao mà không phải đào hố hoặc tát nớc

* Cọc khoan trong ống: Loại cọc này đợc hình thành bằng cách xoay một vỏ thép

nặng (cọc ống) có lỡi cắt vào đất Đất bị cắt đợc chuyển lên cùng với chất lỏng khoan chạytheo chu trình Sau đó ngời ta bơm vữa xi măng - cát lỏng qua ống đổ bê tông dới nớc Cóthể đặt cốt thép để chịu lực ngang và lực kéo Khuôn thép có thể rút ra trong khi đổ vữa.Loại cọc này có thể dùng ở nơi khi có những tảng đá mồ côi và vật cản khác

Chơng ii: Một số biện pháp gia cố nền đất yếu bằng cát

2 công dụng:

- Đệm cát có khả năng giảm lún, tăng khả năng chịu tải, tăng tốc độ cố kết của nền

đất

- Đệm cát đóng vai trò là một lớp chịu lực, truyền tải xuống đất chịu lực phía dới

- Làm tăng ổn định khi công trình có tải trọng ngang (do lực ma sát của cát rất lớn)

- Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều, đồng thời giúp rút ngắn thời gian cốkết của nền (vì cát trong đệm cát có hệ số thấm lớn).

- Kích thớng và chiều sâu chôn móng giảm vì áp lực tiêu chuẩn truyền lên lớp đệmcát tăng lên

- Thi công đơn giản vì không cần các thiết bị phức tạp

3 phạm vi ứng dụng:

- Đệm cát đợc ứng dụng đối với những công trình tải trọng nhỏ, công trình xây dựng

đờng, sử dụng làm đờng cao tốc trên nền đất yếu, có lớp đất bên trên không dày Lớp đệmcát dùng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bảo hoà nớc và chiều dày của nó nhỏhơn 3m

4 yêu cầu kỹ thuật:

- Thờng dùng cát đen hoặc cát vàng

- Chiều dày lớp cát, chiều rộng và độ chặt của đệm cát do nhà thiết kế quy định

- Chiều dày lớp đất không quá 3 đến 5m

có sẳn nh các loại máy đầm, các loại đầm tay Trong khi đầm cát phải có độ ẩm thích hợptheo thiết kế, cát khô quá thì cần phải phun nớc đến độ ẩm tiêu chuẩn, ngợc lại nếu nếu cátquá ớt thì phải khô cát đến tiêu chuẩn Khi thi công đồng thời tiến hành kiểm tra độ chặt và

độ ẩm của cát

iv Biện pháp gia cố nền bằng cọc cát:

1 nguyên lý:

- Lèn chặt lớp đất xốp bên trên bằng ống kín (đờng kính d) với lực dung lắc, tạo

thành những hố rỗng trong đất rồi nhồi cát, sỏi, đá dăm vào hố, đồng thời đầm hay rung

2 công dụng:

- Làm nh thế đất chặt lên e0 → enc Ngoài ra cọc cát có thể có công dụng thoát nớc

đặc biệt các mạch nớc ngầm, tăng khả năng chịu tải (R0 → Rnc) giảm lún (E0 → Enc) → tăngnhanh tốc độ cố kết của nền Sau khi thi công cọc cát xong thì ta tiến hành gia tải bằngcách san cát trên bề mặt vừa thi công để tạo điều kiện thoát n ớc tốt cho nền Việc gia tải

phải có tính toán trớc tránh trờng hợp gia tải quá làm biến dạng nền đất Khi gia tải cũngphải tính đến trờng hợp nền đờng 2 bên yếu có thể bị phồng lên, khi đó ta phải dùng bệphản áp.

3 pham vi ứng dụng:

- Nền gia cố cọc cát thích hợp với trờng hợp tải công trình không lớn, lớp trên mềm

xốp nhng không thuộc loại nhạy cảm với tải trọng động

- Cọc cát hiện nay đợc sử dụng nhiều trong xây dựng dân dụng, cọc cát dùng để gia

cố nền đất yếu có mạch nớc ngầm vì cọc cát có công dụng thoát nớc cho nền đất, cọc cát

đ-ợc áp dụng sử lý nền với những công trình không lớn lắm, tải trọng lên nền nhỏ

- Cọc cát đợc sử dụng trong những công trình với nền đất phía trên là yếu nh nền đấtruộng nhng phía dới là nền đất tốt để ta cho mũi cọc tựa lên nền đất tốt đó

- Cọc cát đợc sử dụng trong giao thông, dùng để gia cố nền đờng cao tốc vì có giáthành rẻ, tải trọng lên nền nhỏ

- Cọc cát đợc sử dụng với những loại đất có hàm lợng sét cao, cố kết chậm, đất bảohoà…)

- Cọc cát đợc dùng trong các công trình thuỷ lợi Dùng để tiêu nớc, gia cờng tăng độ

ổn định, giảm biến dạng của nền hay khối đắp…)

4 yêu cầu kỹ thuật:

- Cọc cát chỉ thích hợp với đất dính

- Đất có hệ số thấm k lớn (đất cát pha, đất sét, bùn pha cát)

- Tác dụng của cọc cát là làm chặt đất để tăng khả năng chịu tải của nền Thờng tăng

từ 2 đến 2,5 lần

Chơng III:biện pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc trộn xi măng

* Nớc ta đang bớc vào thời kỳ công nghiệp hoá,hiện đại hoá,các khu công nghiệp tậptrung,cơ sở hạ tầng kỹ thuật,khu đô thị mới…) đang đợc xây dựng với tốc độ ngày cànglớn.Các công trình xây dựng thừơng đợc tập trung ở những nơi có điều kiện kinh tế,giaothông thuận lợi nhng lại bất lợi về mặt địa chất.Tại đây cấu trúc thờng rất phức tạp gồmnhiều lớp đất yếu có chiều dày phức tạp phân bố ngay trên mặt.Khi xây dựng các công trình

có quy mô vừa và nhỏ việc lựa chọn giải pháp nền móng thờng gặp nhiều khó khăn.Khókhăn là ở chỗ chọn giải pháp cọc bê tông cốt thép thì giá thành cao,chọn giải pháp cọctre,cọc tràm thì cơ sở lý thuyết cha rõ ràng,chiều sâu gia cố hạn chế thi công bằng phơngpháp thủ công nên tiến độ chậm,hiệu quả kinh tế không cao.Vì vậy nghiên cứu giải pháp gia

cố nền móng thích hợp cho các công trình có quy mô,tải trọng vừa và nhỏ xây dựng trênnền đất yếu là nhu cầu cấp bách và thiết thực.Tại nhiều nớc trên thế giới việc sử dụng công

nghệ thi công cọc trộn xi măng đất để gia cố nền đất yếu trong các công trình đã cho hiệuquả rất cao.

I nguyên lý:

Dùng thiết bị khoan xuống nền đất yếu sao cho tới độ sâu thiết kế.ở đây ta sử dụng máykhoan ống rỗng.Sau đó cần khoan sẽ quay theo chiều ngơc lại vừa quay vừa phun ximăng.Cánh trộn sẽ trộn đều xi măng và đất cho đến khi cần khoan lên tới mặt đất

II công dụng:

-Phun vào trong lòng đất một lợng xi măng để tạo ra sự liên kết gắn chặt các hạt đất vớinhau

-Gia cố bằng phơng pháp này,cờng độ của nền đất sẽ tăng lên đồng thời hệ số thấm sẽ giảm

đi nhiều làm tăng khả năng chống xói ngầm

-Nếu tỷ lệ xi măng đất hợp lý cọc trộn sau khi đông cứng vẫn có thể cho n ớc thoát qua vàlàm việc tơng tự nh một giếng thu nớc thẳng đứng giống nh cọc cát.Dới tác dụng của tảitrọng ngoài,cùng với thời gian,ứng suet hữu hiệu tăng lên ứng suất trung tính giảm đi nớctrong lỗ rống của đất sẽ thấm theo phơng ngang vào cọc rồi sau đó thoát ra ngoài dọc theochiều dài cọc

-Gia cờng móng nhà cũ ,nhà cổ bị lún quá định mức hoặc lún không đều

-Đặc biệt là giải bài toán sử lý nền móng cho các công trình ngầm nói chung và công trìnhngầm trong thành phố nói riêng nơi có nhiều đất ngậm nớc ,nhiều công trình hàng trăm nămtuổi với móng yếu đã và đang tồn tại trên mặt đất

IV yêu cầu kỹ thuật:

-Cọc trộn xi măng thích hợp với những loại đất có hệ số thấm nhỏ hơn 100-200m/ngày đêm

và nền đá nứt nẻ có chiều rộng khe nứt lớn hơn 0.1-0.2mm

-áp lực phun của xi măng phải chọn thích hợp.Với áp lực cao,xi măng có thể chui vào cáckhe rất nhỏ và phạm vi ảnh hởng của một lỗ phun sẽ lớn ,tốc độ phun sẽ nhanh.Tuy nhiênnếu áp lực phun quá lớn thì nền có thể bị phá hoại.Do đó ở gần mặt đất thờng dùng áp lựcnhỏ còn ở dới sâu thì dùng áp lực cao

V yêu cầu của vật liệu:

Vật liệu trong công nghệ cọc trộn xi măng là ximăng và cát có thể có thêm phụ gia làm

-Các cỡ hạt đợc nghiền mịn hơn của loại I đợc a dùng

-Loại II bình thờng thì không cần thiết cho xi măng phun khi nhiệt thuỷ hoá thấp nhng cóthể dùng nếu cần có tính kháng sunfat vừa phải

-Loại III (để có cờng độ cao sớm) nói chung không đợc khuyến cáo.Sự bắt đầu và kết thúcninh kết đợc thúc đẩy thờng đòi hỏi tại những vùng ẩm ớt và ở phía trên đầu hơn khả năngcủa bản thân loại III.Nhiều loại phụ gia thúc đẩy đông cứng không tơng hợp với loại III -Loại IV,sản xuất nhằm sinh ít nhiệt thuỷ hoá trong bê tông khối lớn(nhờ ninh kết từ từ)không phù hợp với xi măng phun

-Loại V chấp nhận đợc khi cần có tính chống sunfat cao

Vậy ở đây ta nên chọn xi măng loại I là hợp lý trong công tác thi công cọc trộn xi măng

VI thiết kế cọc trộn xi măng:

-Khi thiết kế sơ bộ cọc trộn xi măng ta tính toán dựa trên cơ sơ lý thuyết sau:

Kiểm tra sức chịu tải của lớp đất yếu cần đợc xử lý bằng công thức:

γ,γ’ :Dung trọng tự nhiên của lớp đất

Rn : Cờng độ chịu tải của đất nền

D: Đờng kính móng

C: Lực dính của đất nền

H: Chiều dày tầng đất yếu

Fs: Hệ số an toàn

Nÿ,Nq,Nc:Thôg số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền

Kiểm tra sức chịu tải của cọc trộn xi măng sau khi đợc gia cố:

Rc=2 c 3 h (Móng cọc trong xây dựng)

Trong đó:

Rc:Cờng độ chịu tải của cọc

τc :Cờng độ kháng cắt của cọc dự kiến là 17T/m2

σh :Giá trị ứng suất ngang tác dụng lên thành cọc(thí nghiệm nén ngang)

-Phơng pháp tạo lỗ để phun xi măng là phơng pháp khoan xoay.Do đó đất đợc làm tơi -Dụng cụ:ống thép khoan tới độ sâu thiết kế.Trong quá trình khoan lỡi đợc thiết kế để trộn

đều đất và xi măng ,xi măng khô đợc phun định lợng liên tục và trộn đều tạo thành nhữngcọc trộn xi măng

Sau khi khoan xong toàn bộ diện tích móng các cọc trộn xi măng đợc đào hở đầu cọc vàlàm bằng phẳng.Vải địa kỹ thuật đợc trải lên trên để phân bố tải trọng đều cho móng.Xâydựng các mốc chuẩn và các mốc đo theo dõi lún.Quá trình tiếp theo là chất tải.Việc chất tảinén trớc và theo dõi lún tuân thủ theo quy trình quy phạm tiêu chuẩn Việt Nam

Phơng pháp gia tải nén trớc nhằm mục đích:

-Tăng cờng sức chịu tải của đất nền và khối móng

-Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền và toàn bộ khối móng có độ lún ổn định trongthời gian ngắn.

* Chú ý: sau khi thiết kế cọc trộn xi măng → khảo sát nền đã gia cố (Ví dụ khoan lấy mẫuxuyên, bàn nén…) → nếu không đạt thì điều chỉnh lại thiết kế.)

* trình tự thiết kế cọc trộn xi măng:

- Tài liệu: + Công trình

+ Địa chất + Các tiêu chuẩn

- Các đặc trng của nền và cọc trộn xi măng:

+ Mục đích của công trình, tầm quan trọng của công trình

+ Vật liệu cọc: xi măng loại I, sạch và thi công bằng phơng pháp

khoan xoay ống rỗng theo quy trình đảm bảo sau gia cố

+ Chọn kích thớc của cọc: đờng kính và độ dài cọc

Hình 2: Các bớc thi công1.Khoan xuống độ sâu thiết kế

2.Đổi chiều quay vừa lên vừa phun xi măng;

- Chuẩn bị mặt bằng tổ chức thi công, xác định vị trí các tim mốc, hệ trục công trình,

đờng vào, hệ thống đặt các thiết bị cơ sở, kho các công trình phụ trợ Các cán bộ kĩ thuậtphải nắm chắc hồ sơ thiết kế cọc nh địa chất công trình, đờng kính, cấu tạo , đáy cọc đáy

đài, cao độ cắt cọc cấu tạo ống siêu âm v.v

- Căn cứ vào các thiết bị có sẵn đã đợc duyệt lập tiến độ thi công chi tiết cho từng cọc

đảm bảo theo đúng yêu cầu bên A và t vấn giám sát từ đó lập tiến độ thi công tổng thể chotoàn bộ khu cọc

- Chuẩn bị các bảng biểu nhật kí công trờng theo dõi quá trình thi công và chất lợngthi công

- Chuẩn bị đầy đủ thiết bị máy móc kiểm tra độ sụt của xi măng đất, kiểm tra độ nénchặt của xi măng đất

- Chuẩn bị vật liệu thi công đầy đủ theo yêu cầu (thờng dùng xi măng loại I )

- Chuẩn bị đầy đủ và đảm bảo nguồn nớc trong quá trình thi công.

- Hệ thống cung cấp điện phải an toàn và đáp ứng đợc công suất của máy móc thiết

bị thi công

- Các thiết bị sử dụng nh máy cẩu, động cơ điện…) phải có đầy đủ tài liệu về tínhnăng kỹ thuật, cũng nh chứng chỉ về chất lợng, đảm bảo an toàn kỹ thuật của nhà chế tạo vàphải đợc đăng kiểm của cơ quan thanh tra an toàn đúng theo quy tắc kỹ thuật an toàn hiệnhành

- Kiểm tra và đảm bảo chắc chắn tất cả các thiết bị trong tình trạng hoạt động tốt vàsẵn sàng làm việc

- Vị trí của máy phải an toàn chắc chắn và thuận tiện

3 định vị cọc:

- Định vị phải căn cứ vào tài liệu thiết kế về quy hoạch tổng thể của dự án và mặtbằng bố trí cọc Việc xác định vị trí tim cọc đợc thực hiện bằng 2 máy kinh vĩ giao hội hoặcmáy kinh vĩ điện tử Khi thực hiện công tác này phải có sự kiểm tra nghiệm thu của kỹ s tvấn

- Sai số cho phép của vị trí tim cọc là:  30 mm

- Đồng thời lập các mốc phụ để xác định và kiểm tra lại tim, cốt cọc

* Định vị tim cọc.

Hình 3: sơ đồ định vị tim cọc

4 công tác khoan cọc:

a Mô tả ống cần khoan:

- cần khoan đợc chế tạo bằng thép bản cuốn và hàn thành từng đoạn ống tại các xởng

cơ khí chuyên dụng Đờng kính ống cần khoan theo yêu cầu thiết kế, chiều dày ống cần khoan thờng 6 –Tự do – Hạnh phúc 16mm, chiều dài các đoạn ống thờng từ 2 –Tự do – Hạnh phúc 10 m phụ thuộc vào đặc

điểm thiết bị, vật t và cẩu lắp, các yêu cầu của cọc

- Tại công trờng, các đoạn ống cần khoan đợc nối bằng ren hoặc bằng mặt bích Việchàn nối ống phải đợc thực hiện trên bệ gá Nếu chiều dài ống cần khoan lớn hơn chiều caocủa cẩu, thì có thể kết hợp giữa việc hạ ống cần khoan và nối ống cần khoan cho đến khi đủchiều cao thiết kế, nhng phải bố trí các giá đỡ ống sau khi nối đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

về độ thẳng đứng, kín và sức chịu tải khi khoan

+ Sử dụng búa thuỷ lực để đóng trực tiếp ống cần khoan xuống và dùng xy lanh thuỷlực để nhổ ống lên

+ Sử dụng búa rung đóng ống xuống và hệ thống thuỷ lực để nhổ ống lên

+ Hạ ống cần khoan bằng phơng pháp khoan xoay(động cơ dẫn động cần quay).+ Hạ ống cần khoan bằng lực ép tĩnh (pa lăng cáp) hoặc kết hợp giữa lực ép tĩnh vàxối nớc (dùng tia nớc đợc phun áp lực cao để hạ cọc)

-ở đây trong thi công cọc trộn xi măng ta dùng phơng pháp khoan xoay

d Tiến hành khoan:

- Sau khi đã chuẩn bị đầy đủ thiết bị thi công, định vị tim cọc ta tiến hành khoan.

ống cần khoan đợc cẩu lắp và liên kết vào thiết bị hạ ống Khi hạ ống cần chú ý các đặc

điểm sau:

+ Trớc khi tiến hành hạ ống cần chỉnh chính xác độ nằm ngang của máy và độ thẳng

đứng của cần dẫn hớng Vị trí máy phải đợc cố định trong suốt quá trình hạ ống

+ Cần dẫn hớng phải luôn thẳng đứng trong suốt quá trình hạ ống, tim ống luôn trùngvới tim cọc và thờng xuyên kiểm tra bằng máy kinh vĩ

+ Công tác hạ ống phải đợc tiến hành liên tục trong phạm vi một cọc Không nêndừng đột ngột giữa chừng nếu không có lý do chính đáng Trong quá trình thi công phảitheo dõi, mô tả mặt cắt địa chất và thể hiện chi tiết trong báo cáo ở các điểm địa tầng saikhác nhiều so với hồ sơ khảo sát địa chất ban đầu phải tiến hành lấy mẫu và ghi chép đầy đủ

vào nhật ký, báo cáo với đơn vị thiết kế công trình để có biện pháp kỹ thuật xử lý trực tiếpphù hợp.

+ Khi hạ ống thì tốc độ hạ phải tơng ứng từng địa tầng mà ống vách đi qua Khôngnên nóng vội mà ảnh hởng đến chất lợc cọc

+ Phải luôn kiểm tra độ thẳng đứng của ống Khi ống bị lệch khỏi vị trí tim cọc hay

bị nghiêng so với thiết kế thì cần báo ngay cho đơn vị giám sát để đ a ra biện pháp khắcphục

5 Quay rút cần khoan đồng thời phun xi măng:

- Sau khi hạ ống cần khoan đến độ sâu thiết kế ta tiến hành quay ngợc cần khoan và

bắt đầu phun xi măng Xi măng phun đợc chuẩn bị sẳn, ban đầu ở dới độ sâu lớn nhất taphun với áp suất cao đến khi gần tới mặt đất thì ta phun với áp suất nhỏ hơn cho tới khihoàn thành cọc trộn xi măng

- Vị trí cọc không đợc sai số quá 30 mm theo bất kỳ hớng nào đồng thời cũng phải

đảm bảo sai số của tâm móng (bao gòm cả các cọc khác) không đợc vuợt quá chỉ số trên

- Độ thẳng đứng: khi bắt đầu công tác thi công, độ thẳng đứng của các cọc phải đ ợckiểm tra theo quy định Dung sai thẳng đứng lớn nhất cho phép là ≤ 1/100

- Trong trờng hợp sau các cọc coi nh là không đạt yêu cầu :

+ Dung sai thi công vợt quá trị số cho phép quy định

+ Sức chịu tải của cọc không đạt yêu cầu thiết kế

7 Lý lịch cọc:

- Lý lịch cọc phải đợc kỹ thuật A- B ký xác nhận ngay trong quá trình thi công vàbao gồm các thông tin sau đây:

+ Ngày và thời gian bắt đầu thi công

+ Mô tả chi tiết đất nền trong quá trình theo thời gian

+ Thời gian thi công hoàn thành cọc

+ Chi tiết về thời tiết

+ Các thông tin khác kèm theo yêu cầu của kỹ thuật bên A và t vấn gián sát

8 nhật ký thi công, kiểm tra và nghiệm thu cọc:

Mỗi tổ máy thi công đều phải có sổ nhật ký quá trình thi công cọc Mẫu nhật ký đ

-ợc soạn theo bản mẫu với tiêu chuẩn có sẳn

- Quá trình thi công cọc phải có sự giám sát chặt chẽ của cán bộ kỹ thuật các bên A,

B và thiết kế

Vì vậy khi thi công một cọc xong cần phải tiến hành nghiệm thu ngay

Nếu cọc đạt yêu cầu kỹ thuật, đại diện các bên đều phải ký vào nhật ký thi công

- Sổ nhật ký phải đóng dấu giáp lai của đơn vị ép cọc

- Cột ghi chú nhật ký cần ghi đầy đủ chất lợng mối nối, lý do thời gian cọc đang thicông phải dừng lại, thời gian tiếp tục thi công Khi đó cần chú ý theo dõi chính xác giá trịlực bắt đầu thi công

- Nhật ký thi công cần ghi theo cụm cọc hoặc dẫy cọc Số hiệu cọc ghi theo nguyêntắc:

Theo chiều kim đồng hồ tính từ góc vuông phần t thứ nhất nếu là cụm cọc có ngã ba,ngã t…)

Từ trái sang phải (hoặc từ trên xuống dới) nếu là dẫy cọc

- Kiểm tra sức chịu tải của cọc đợc thực hiện bằng thí nghiệm nén tĩnh cọc

Sau khi hoàn thành (hoặc trong quá trình) thi công cọc, cần phải tiến hành thí nghiệm néntĩnh cọc theo tiêu chuẩn hiện hành Sau khi đã kiểm tra cọc ta có thể đa ra các phơng an thicông khác nhau sao cho số lợng cọc thi công là ít nhất nếu nh chủ công trình và ngời thiết

kế đồng ý

- Tổ chức giám sát và nghiệm thu công trình cọc

+ Bên A và bên B đều phải cử cán bộ kỹ thuật theo dõi giám sát quá trình thi côngcọc của mỗi tổ máy thi công trên công trờng

+ Sau khi hoàn thành thi công cọc trên toàn công trình, bên A và bên B cùng thiết kế

tổ chức kiểm tra nghiệm thu tại chân công trình

xi măng trong những năm trở lại đây cho kết quả khá tốt ở cả hai phơng pháp

I Phơng án bơm xi măng trộn khô:

Xi măng phun trộn khô đợc nạp vào máy phun ,đa vào một luồng khí với tốc độ đồng đều

để đi qua một ống dẫn tới vòi phun.Nớc thuỷ hoá đợc cho vào tại vòi phun trớc khi phụtvào măt đất.Nớc đợc kiểm soát bằng tay cho phép điều chỉnh để thay đổi độ ớt của bề mặtcần phun.Thêm phụ gia dạng bột vào hỗn hợp khô trong khi nó đợc nạp vào máy phun.Nếu

là dạng lỏng ,phụgia đợc trộn với nớc trớc khi nớc đợc bơm tới vòi phun.Khi dự trữ cốt liệutrộn khô tại hiện trờng,cần phải bảo vệ nó khỏi các yếu tố nh ma,tuyết,băng…) Việc dự trữtheo nhóm kích cỡ hạt cần phải tránh sự chia tách theo kích thớc dới tiêu chuẩn.Tốt nhất

phải duy trì độ ẩm cốt liệu từ 3-6%.Độ ẩm bé hơn sẽ hấp thụ qúa nhiều nớc hoà trộn,nếu lớnhơn sẽ tạo ra tỷ lệ N/X quá cao.Khi sử dụng các bao vật liệu khô tiêu chuẩn đóng sẵn cầnphải đa vật liệu qua một thiết bị gây ẩm trứơc ngay trớc khi đa vào thing đẻ có đợc điềukiện ẩm 3-6%.

II phơng án bơm xi măng trộn ớt:

Quá trình trộn ớt bao gồm việc hoà trộn những khối lợng đã đợc cân đong của cốt liệu,ximăng,nớc,rồi đa hỗn hợp nhận đợc vào một bình chứa để bơm đi bằng khí nén hay cơ khíqua một ống dẫn tới đích cần phun nhờ một vòi phun.Nó có u điểm là kiểm soát chặt chẽ đ-

ợc tỷ lệ N/X của sản phẩm Các thiết bị hiện nay có thể phun đ ợc cỡ cốt liệu lớn nhất là20mm.Hơn nữa những phơng pháp thành công đã đợc phát minh để đa các phụ gia tác dụngnhanh tới ống dẫn Phơng pháp này cho thấy rằng khá thuận tiện khi sử dụng với nhữngcông nhân kém lành nghề,đặc biệt là công trình có không gian hạn chế trong các hầm mỏ

mà đa số trong chúng nói chung là khô

So sánh quá trình trộn ớt và quá trình trộn khô

Quá trình trộn ớt Quá trình trộn khô

1.Nớc trộn đợc kiểm soát tại thiết bị vận

chuyển và có thể đo lòng chính xác

1.Kiểm soát tức thời lợng nớc và độ linh

động của hỗn hợp tại đầu vòi phun để đáp ứng các hiện trờng khác nhau

2.Đảm bảo tốt hơn rằng nớc đợc trộn kỹ với

các thành phần khác

2.Phù hợp tốt hơn khi phun hỗn hợp chứa cốtliệu nhẹ,các vật liệu chịu nhiệt và xi măng phun đòi hỏi còng độ sớm

5.Các đặc điẻm phun lúc bắt đầu và kết thúc

sẽ tốt hơn với hao phí tối thiểu và độ cơ độngkhi phun cao hơn

6.Gây ít bụi hơn và mất mát xi măng đi liền

với thao tác phun

6.Có khả năng truyền đi khoảng cách xa hơn

7.Có thể cho phép cuốn khí và có thể cho

năng suất lớn hơn

7.Dễ phun mặt trần hơn và có thể cho còng

độ cao hơn

NX:Có những khác nhau và những u điểm nhất định của xi măng trộn khô và xi măng trộn

-ớt ngay cả khi sản phẩm cuối cùng có thể gần giống nhau.Kết luận chung không thể chốicãi là hai quá trình trộn đều có vị trí thích đáng của nó trong xây dựng ngầm.Tuy nhiên vớibảng so sánh trên ta thấy công nghệ trộn khô có thiết bị thi công đơn giản,hàm l ợng ximăng sử dụng ít hơn,quy trình kiểm soát chất lợng đơn giản ,phạm vi áp dụng rộng.Vớichiều sâu cọc là 15m công nghệ trộn khô hoàn toàn thi công tốt.Mặt khác với điều kiện địachất ở nớc ta là đá mềm và nền đất yếu thì ta chọn phơng án thi công là bơm xi măng theophơng pháp trộn khô là hợp lý

Hình 4: Phơng án bơm xi măng trộn khô

1 –Tự do – Hạnh phúc Máy cơ sở 9 –Tự do – Hạnh phúc Động cơ

2 –Tự do – Hạnh phúc Liên kết máy cơ sở và xi lanh 10 –Tự do – Hạnh phúcHộp giảm tốc

3 –Tự do – Hạnh phúc Hệ tang cuốn cáp 11 –Tự do – Hạnh phúc Cần khoan

4 –Tự do – Hạnh phúc Xi lanh 12 –Tự do – Hạnh phúcống bơm xi măng

5 –Tự do – Hạnh phúc Liên kết xi lanh và cần giàn 13 –Tự do – Hạnh phúcLiên kết cần và máy cơ sở

6 –Tự do – Hạnh phúc Cụm pu li 14 –Tự do – Hạnh phúc Máy nén khí

7 –Tự do – Hạnh phúc Cáp nâng hạ

8 –Tự do – Hạnh phúc Cần

Phần III: phơng án tính,phơng án di chuyển thiết bị thi công,bố trí mặt bằng

Chơng I:giới thiệu máy thiết kế , lập phơng án tính,phơng án di chuyển của thiết bị

I.giới thiệu chung máy thiết kế:

- Ngày nay một trong những phơng pháp xử lý móng vừa kinh tế vừa đảm bảo yêu

cầu chịu lực, độ bền vững của công trình là dùng phơng pháp đa cọc vào móng công trình

có thể bằng phơng pháp đóng, ép, hạ cọc,khoan trộn Để đa cọc vào nền đất có thể dùngcác phơng pháp: va đập, rung ép tĩnh, xoáy cọc, xối nớc,phun ximăng…)

* Sơ đồ hình chung thiết bị thi công cọc trộn xi măng nh trên hình 5:

- Xy lanh thuỷ lực 4 dùng để điều khiển độ nghiêng của cần 8 Khi làm việc động cơ(có thể là động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lc) quay truyền chuyển động qua hộp giảm tốc

10 là hộp giảm tốc hành tinh Sau đó chuyển động quay đợc truyền qua hệ bánh răng trụ tạo

ra mô men xoắn làm cần khoan 11 quay đồng thời cần khoan còn bị ép xuống nhờ hệ thốngcáp nâng hạ 7 và thực hiện quá trình khoan.Khi khoan tới độ sâu thiết kế mũi khoan quaytheo chiều ngợc lại xi măng đợc bơm vào nền đất bằng áp lực khí nén cho đến khi hoànthành cọc

iI.lập phơng án di chuyển của thiết bị thi công:

Khả năng di chuyển của thiết bị thi công trên công trờng phụ thuộc vào máy cơ sở.Do đó tuỳvào mặt bằng công trờng mà ta có sự lựa chọn thích hợp.Máy cơ sở rất đa dang và phong phú

.Thờng sử dụng cần trục tự hành, máy xúc một gầu hoặc toa quay lắp trên giá di chuyển

chạy trên ray Máy cơ sở phải đủ công suất để đảm bảo nâng, hạ ống thép và ổn định trongmọi điều kiện làm việc của máy có ý nghĩa đảm bảo an toàn cho máy chuyển động với vậntốc cần thiết Máy cơ sở có thể là:

từ 1,2m đến 3m và sâu khoảng 60m Thờng xe tải là những loại xe có hệ bánh lốp

- Sức bám yếu, có hạn, áp suất đè xuống nền đất không đồng đều và tơng đối cao do bề mặttiếp xúc của bánh xuống nền đất nhỏ

- Thời gian làm việc dài, bền có thể đạt tới 30 –Tự do – Hạnh phúc 40 nghìn km

- Vận tốc di chuyển cao tới 60km/h

- Nhẹ nhàng, êm, hiệu suất cao

- Khả năng vợt dốc chỉ tới 25% và tính cơ động trên các loại địa hình kém

2 Máy cơ sở là cần trục cần:

- Máy cơ sở là cần trục thì cần phải chuyên trở đến công trờng Những thiết bị nàykém linh hoạt và khó điều chỉnh để làm những công việc nhỏ Nhng những loại máy thicông cọc có máy cơ sở lắp trên cần trục thì thờng có công suất cao nên có thể thi công đợcnhững cọc có đờng kính lớn và chiều sâu lớn Thiết bị loại này cũng có thể thi công những

hố nghiêng lớn nhất đến 450 Loại máy này ta có thể tận dụng những tháp trên máy cơ sở đểlàm cột dẫn hớng cho thiết bị khoan Có nhiều loại tháp có chiều cao rất lớn nên thi công đ-

ợc những cọc có chiều cao lớn

3 Máy cơ sở là xe xích:

- Máy cơ sở là xe xích cũng phải chuyên trở đến công trờng bằng rơ moóc trọng tảilớn vì thế mà nó kém cơ động hơn Nhng dù sao, thiết bị gắn trên xe xích có khả năng thaotác tuyệt vời Có thể thi công những cọc có đờng kính tới 6m và sâu tới 60m và có nhiềuchủng loại Một đặc tính quan trọng để đạt đợc hiệu quả và tính kinh tế khi thi công nhữnglớp đất cứng là bổ xung lực nén khi thi công Điều này có thể đạt đợc bằng cách thêm mộtvài xi lanh thuỷ lực có thể mang đợc trọng lợng thiết bị khoan Thiết bị di chuyển bánh xích

đợc dùng rộng rãi, phổ biến Thiết bị di chuyển bánh xích cho phép giảm đáng kể áp suấtlên đất, thờng là 0,04 –Tự do – Hạnh phúc 0,1MPa và phân bố tơng đối đều trên bề mặt tựa nên thích hợp vớicác nền đất khác nhau

- Thiết bị di chuyển bánh xích có lực bám lớn, tính năng thông qua tốt, khả năng v ợtdốc lớn, máy cỡ lớn có thể vợt dốc 10 –Tự do – Hạnh phúc 200, máy cỡ vừa lên dốc tới 300, máy cỡ nhỏ có thểvợt dốc 400 Nhợc điểm của thiết bị di chuyển bánh xích là trọng lợng lớn, cấu tạo phức tạp,chế tạo, lắp ráp sửa chữa khó khăn, các chi tiết của thiết bị di chuyển

chóng mòn, vận tốc di chuyển thấp khoảng 6 - 8 km/h

4 Máy cơ sở di chuyển trên ray:

- Loại này có tính cơ động không cao, chỉ di chuyển theo một lộ trình nhất định Tacũng phải vận chuyển đến công trờng bằng rơ moóc Quá trình lắp đặt phức tạp, ta phải lắp

đặt hệ ray Máy loại này chỉ thích hợp với những công trình thi công theo tuyến cố định nhthi công trong hầm Độ ổn định không cao do máy cơ sở chạy trên một đ ờng riêng biệt, tốnmặt bằng thi công Ta chỉ áp dụng với những trờng hợp có sẳn đờng ray và công trình là thicông theo tuyến cố định có sẵn

5 Máy cơ sở là xe rơ moóc:

- Máy cơ sở là xe rơ moóc có tính linh động cao, thao tác dễ dàng Hiện nay ít đ ợc sửdụng.

Nhận xét: Đối với công trình là ta thi công cọc trộn xi mâng trên nền đất yếu nên cần máy

cơ sở thích hợp cho việc thi công trên nền đất này Thời gian thi công một cọc không quádài nên cần máy có độ linh động cao, công suất máy đủ lớn Để đáp ứng những nhu cầu trên

ta có thể chọn máy cơ sở là hệ bánh xích có hệ thuỷ lực => Ta có thể chọn máy đào gầu sấp

điều khiển thuỷ lực sau khi ta bỏ phần gầu đi

iII.Một số chi tiết của máy:

1 Giá dẫn hóng động cơ:

- Giá dẫn hớng động cơ bao gồm hệ thanh –Tự do – Hạnh phúc dàn dẫn hớng động cơ trong quá trình

khoan trộn xi măng Thanh chống xiên, thanh ngang, các thanh này có thể điều chỉnh đợc

để có thể thay đổi góc nghiêng của giá dẫn hớng khoảng 50 nghiêng ra phía trớc, hoặc vềphía sau khi khoan trộn xi măng

- Giá đỡ động cơ phải có bộ phận dẫn hớng thoả mãn 2 mục đích: giữ cần khoan

đúng vị trí và duy trì cần khoan và động cơ trên trục thẳng Yêu cầu bộ phận dẫn hớng nàyphải đủ cứng để đảm bảo cần khoan đợc giữ chặt tại vị trí và trên trục thẳng đứng Giá dẫnhớng phải thoả mãn độ ổn định và đủ chiều cao

- Đỉnh giá dẫn hớng 2 đợc lắp đặt các hệ puli 1 thay đổi hớng cáp

- Giá dẫn hớng có thể dạng dàn hoặc dạng hộp

Giá dẫn hớng đợc chế tạo thành từng đốt một, những

đốt này đợc liên kết với nhau bằng bulông

- Trên giá dẫn hớng có cấu tạo các liên kết

giữa giá dẫn hớng và máy cơ sở và liên kết giữa giá

dẫn hớng với động cơ Liên kết này sao cho động cơ

có thể trợt dọc theo giá dẫn hớng

2 Động cơ:

- Là bộ phận trực tiếp tạo ra mô men xoắn để xoay cần khoan, các loại động cơ phổbiến là động cơ điện và động cơ thuỷ lực

3 Đặc tính chung của máy thiết kế theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế:

- Máy thi công phải thi công trên đợc mọi nền đất (kể cả nền đất yếu), máy phải dichuyển đợc trên mọi địa hình công trờng, có hệ di chuyển phù hợp

- Máy phải có kết cấu phù hợp với yêu cầu thiết kế

- Máy thiết kế phải có đủ công suất di chuyển máy trên những khoảng nhỏ trên phạm

vi công trờng

- Máy thiết kế phải đủ công suất để thi công

- Máy thiết kế phải có kết cấu gọn nhẹ mà đáp ứng đợc nhu cầu cần thiết

- Máy có đủ độ cao để thi công đợc cọc sâu 15m

- Máy thiết kế phải đảm bảo điều kiện ổn định khi thi công

- Máy thiết kế phải thi công đợc trong thực tế

giá động cơ chuyên dụng

Giá gỗ Giá thép Trên máy kéo Trên máy xúc cần

trục

Trên rơ - moóc,

xe goòng

Giá đông cơ

khoan cọc trên sông biển

a Ưu điểm:

- Phơng pháp này thuận tiện cho việc lắp đặt, tháo lắp.

- Cơ cấu cần nhẹ nhàng giúp cho việc thi công đơn giản

- Việc tăng chiều cao cần phức tạp

- Phức tạp khi di chuyển máy

*Phơng án cần dàn có cấu tạo nh hình 7

H×nh 7: Ph¬ng ¸n cÇn dµn

1 –Tù do – H¹nh phóc M¸y c¬ së 8 –Tù do – H¹nh phóc CÇn giµn

2 –Tù do – H¹nh phóc Liªn kÕt m¸y c¬ së vµ xi lanh 9 –Tù do – H¹nh phóc §éng c¬

3 –Tù do – H¹nh phóc HÖ tang cuèn c¸p 10 –Tù do – H¹nh phóc Hép gi¶m tèc

4 –Tù do – H¹nh phóc Xi lanh 11 –Tù do – H¹nh phócCÇn khoan

5 –Tù do – H¹nh phóc Liªn kÕt xi lanh vµ cÇn giµn 12 –Tù do – H¹nh phócèng b¬m xi m¨ng

6 –Tù do – H¹nh phóc Côm pu li 13 –Tù do – H¹nh phócLiªn kÕt cÇn vµ m¸y c¬ së

7 –Tù do – H¹nh phóc C¸p n©ng h¹

2 Ph¬ng ¸n cÇn hép l¾p trªn m¸y c¬ së:

Hình 8: Phơng án cần hộpTrong đó:

1 –Tự do – Hạnh phúc Máy cơ sở 8 –Tự do – Hạnh phúc Cần hộp

2 –Tự do – Hạnh phúc Liên kết máy cơ sở và xi lanh 9 –Tự do – Hạnh phúc Động cơ

3 –Tự do – Hạnh phúc Hệ tang cuốn cáp 10 –Tự do – Hạnh phúc Hộp giảm tốc

- Dễ dàng di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác

- Nhờ hệ thông xilanh thuỷ lực mà cần có thể đa ra phía trớc dễ dàng

- Cần có thể gập lại khi di chuyển

- Dễ dàng thay thế các thiết bị hỏng trên máy

b Nhợc điểm:

- Việc chế tạo hộp khó khăn

* Nhận xét: - Ta thấy rằng việc chế tạo cần hộp lắp trên máy cơ sở có rất nhiều u điểm cũng

nh sự vợt trội hơn hẵn khi thi công so với cần dàn do vậy ta quyết định chọn máy thiết kế làmáy thi công cọc có cần hộp lắp trên máy cơ sở

V mô tả kết cấu:

1.Kích thớc, kết cấu hình học:

- Máy thi công phải có kết cấu kích thớc để đủ điều kiện ổn định của máy

- Máy cơ sở nh ta đã phân tích là chọn máy cơ sở hệ bánh xích Máy cơ sở phải có

đầy đủ các kích thớc về chiều cao, chiều rộng, chiều dài và chiều rộng rãi xích

- Máy cơ sở phải có hệ tang cuốn cáp để phục vụ cho quá trình nâng và hạ cọc khi tathi công

- Máy cơ sở phải có hệ thuỷ lực vì ta điều khiển cần bằng hệ thuỷ lực

- Khung dẫn hớng (cần dẫn hớng) phải thẳng để dẫn hớng khi thi công cọc, khungdẫn hớng phải đủ độ cao để có thể thi công đợc chiều sâu cọc thiết kế

- Khung dẫn hớng có kết cấu từng đoạn để thuận tiện cho việc lắp dựng máy vàkhung dẫn hớng, thuận tiện cho việc chuyên trở khi di chuyển và chế tạo Khi ta muốn nângcao chiều cao của khung dẫn hớng ta chỉ việc lắp thêm một số đoạn cần để đạt chiều caocần thiết

- Đầu khung dẫn hớng phải có kết cấu để lắp đợc hệ puly thay đổi hớng cáp

- Máy thi công đợc bố trí hai xy lanh thuỷ lực nh hình vẽ Các xi lanh thuỷ lực nàymột đầu đợc liên kết với khung dẫn hớng Một đầu đợc liên kết với máy.

- Xy lanh thuỷ lực có phần thân xi lanh đợc chia làm nhiều đoạn, mỗi đoạn xy lanhthuỷ lực tơng ứng với một đoạn cần dẫn hớng Khi ta lắp thêm một đoạn cần dẫn hớng thỉcũng phải nối dày phần thân xy lanh một đoạn

- Động cơ đợc lắp trên giá Còn giá động cơ đợc liên kết với khung dẫn hớng sao chogiá động cơ có thể trợt đợc trên khung dẫn hớng suốt chiều dài của khung dẫn hớng

2.Các liên kết:

* Liên kết giữa thân ống và phần ống cần khoan:

- Thân ống thép liên kết với phần ống cần khoan bằng liên kết hàn Liên kết hàn ở

đây là liên kết hàn đối đầu

* Liên kết giữa ống cần khoan và giá trợt

- ống cần khoan đợc liên kết với giá trợt bằng liên kết bu lông Phần ống cần khoantrên cùng của ống thép có cấu tạo mặt bích để liên kết với giá trợt thông qua hộp giảm tốchành tinh Số bu lông trên mặt bích ống cần khoan phải phù hợp với số lỗ bu lông trên giátrợt

* Liên kết giữa giá trợt và khung dẫn hớng

- Giá trợt đợc liên kết với khung dẫn hớng bằng liên kết ngàm trợt Tức là giá trợt đợcliên kết với khung dẫn hớng bằng các ray để giá trợt có thể trợt dọc theo suốt chiều cao củakhung dẫn hớng Các ray trợt đợc chế tạo trên khung dẫn hớng Giá trợt đợc lắp từ trênxuống theo chiều cao của khung dẫn hớng

* Liên kết giữa khung dẫn hớng với máy cơ sở

- Khung dẫn hớng liên kết với máy cơ sở bằng khớp Trên máy cơ sở có một bộ phận

ôm lấy toàn bộ thân giá dẫn hớng sau đó dùng một trục thép xuyên qua thân giá dẫn hớng.Trục thép này đợc cố định hai đầu Liên kết này cho phép giá dẫn hớng có thể quay quanhtrục thép

Sơ đồ hình chung máy thiết kế:

Hình 9: Sơ đồ hình chung máy thiết kếTrong đó:

1- Máy cơ sở 8- Hộp giảm tốc

2- Hệ xi lanh thuỷ lực 9- Cần khoan

3- Cần hộp 10- ống bơm xi măng

4- Khớp liên kết cần hộp và xy lanh 11- Liên kết cần với máy cơ sở

5- Hệ puli nâng hạ vật 12- Tang cuốn cáp

6- Cáp nâng hạ 13- Hệ tang cuốn cáp

7- Động cơ điện 14- Liên kết giữa xi lanh và máy cơ sở

Chơng II:bố trí mặt bằng thiết bị

i Các yêu cầu về bố trí tổng mặt bằng thi công

- Cần thỏa mãn các yêu cầu công nghệ thi công, giảm diện tích đất dùng để thi công và rút ngắn cự ly vận chuyển nằm ngang trên mặt đất;

- Xung quanh khu vực đang thi công cần bố trí khu cảnh giới nguy hiểm, đờng cảnh giới

đến mép ngoài công trình không nên nhỏ hơn 1/10 chiều cao công trình, cụ thể không nhỏhơn 10[m] Nếu không thỏa mãn yêu cầu, cần phải có biện pháp an toàn phòng hộ;

- Vật kiến trúc tạm thời và bãi để vật liệu… đều phải bố trí ngoài khu cảnh giới Khi cần để vật liệu trong khu cảnh giới thì phải có biện pháp an toàn phòng hộ Đờng ngời đi hoặc đ-ờng vận chuyển qua khu cảnh giới đều phải dùng lán an toàn phòng hộ;

- Bãi để vật liệu cần phải bố trí gần chỗ máy móc vận chuyển thẳng đứng, số lợng cần thỏa mãn yêu cầu của tiến độ thi công;

- Căn cứ điều kiện thi công hiện trờng mà xác định phơng thức cung ứng xi măng Khi bố trí máy nén khí thì cần đặt gần công trình thi công;

- Cấp nớc, cấp điện cần đáp ứng yêu cầu thi công trợt cốp pha liên tục Thi công trong thời gian dài, có nhiều khả năng mất điện nên cần phải có hai đờng dây cấp điện hoặc phải có máy phát diện dự trữ

- Cần phải bố trí trạm quan trắc để đo đạc định vị tim cọc độ thẳng đứng của cọc công trình

 Công suất khoan N.

2 Các số liệu thiết kế:

- Tốc độ khoan 10 V/phút

- Đất cấp IV

- Đầu khoan 2 lỡi cắt

II Chọn lý thuyết khoan để tính toán

Hiện nay có nhiều lý thuyết khoan tạo lỗ nh 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 (lỡi cắt) vào đất đá mềm hơn Lỡi cắt khi khoan dới tác dụng của lực dọc trục và mômen xoắn đợc chuyển động và phá vỡ đất đá do vậy chọn lý thuyết khoan xoay để tính toán là phù hợp với yêu cầu của bài toán

Trong đó:

+ R1 : Bán kính hố khoan R1 = 250 mm

+ R2 : Bán kính tính từ mép ti xoắn tới mép hố khoan

+ R3 : Bán kính ti xoắn R3 = 50 mm

+ f : hệ số ma sát của hợp kim với đất ( f = 0.27  0.5 ) ta chọn f = 0.3

n- giới hạn bền nén của đất đá KG/cm2

K - Hệ số tính đến điều kiện: ở mặt trớc đất đá bị phá vỡ không chỉ do nén

l-1 Chọn động cơ:

a Môtơ điện:

- u điểm:

 Điều kiện làm việc tốt

 Đổi chiều quay dễ dàng

- Nhợc điểm:

N N

Vậy ta chọn môtơ điện nhãn hiệu AO2-42-8 có các thông số sau:

 Số vòng quay của môtơ điện: nMT = 720 V/phút

1- Mô tơ điện 4- Cơ cấu dẫn động cần khoan

2- Hộp giảm tốc hành tinh 5- Bàn quay

3- Hệ bánh răng trụ

b Xác định và phân phối tỉ số truyền.

Hình 12 –Tự do – Hạnh phúc Sơ đồ dẫn động cần khoan

- Tỉ số truyền động chung : 720

72 10

dc c

n i n

+ Bộ truyền bánh răng hành tinh 2 cấp có tỉ số truyền là i1 = 24

+ Tỉ số truyền của bộ bánh răng trụ 1 cấp là i2 = 72/24 = 3

3 Thiết kế bộ truyền bánh răng hành tinh 2 cấp.

a Sơ đồ truyền động của bộ truyền bánh răng hành tinh.

Hình 13 - Sơ đồ truyền động của bộ truyền bánh răng hành tinh 2 cấp

b Xác định công suất, mômen và số vòng quay trên các trục.

Dựa vào công suất làm việc và sơ đồ dẫn động, ta tính đợc trị số của công suất, mômen và

số vòng quay trên các trục

+Công suất trên các trục :