Bài giảng “Các máy chuyên dùng” được biên soạn nhằm giới thiệu chức năng, kết cấu và nguyên lý làm việc của các chủng loại máy và thiết bị chủ yếu dùng trong thi công. Ngoài ra bài giảng còn đề cập đến những khái niệm về khai thác sử dụng các loại máy thi công hiện nay
TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI II KHOA CƠ KHÍ – ĐIỆN BÀI GIẢNG CÁC MÁY CHUYÊN DÙNG (Lưu hành nội bộ) Ngành Hệ Biên soạn : Công nghệ kỹ thuật Cơ khí : Cao đẳng : Cao Ánh Dương Phạm Thăng Long Đà Nẵng, năm 2012 LỜI NÓI ĐẦU Để đáp ứng yêu cầu đổi chương trình nội dung đào tạo tín hệ Cao đẳng ngành Công nghệ khí, giảng “Các máy chuyên dùng” biên soạn nhằm giới thiệu chức năng, kết cấu nguyên lý làm việc chủng loại máy thiết bị chủ yếu dùng thi công Ngoài giảng đề cập đến khái niệm khai thác sử dụng loại máy thi công Nội dung giảng gồm có chương Các chương 1, Phạm Thăng Long biên soạn Các chương 3, Cao Ánh Dương biên soạn Bài giảng dùng cho sinh viên ngành Công nghệ khí trường Cao đẳng Giao thông vận tải II Các tác giả biên soạn chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp góp ý kiến cho thảo trình biên soạn giảng Trong trình biên soạn in ấn chắn có thiếu sót, mong góp ý bạn đọc Các tác giả Chương MÁY KHAI THÁC VÀ GIA CÔNG ĐÁ + + + + + + 1.1 Máy nén khí 1.1.1 Ưu, nhược điểm truyền động khí nén Trong máy thi công chuyên dùng, truyền động khí nén không sử dụng phổ biến truyền động khí, thủy lực, điện, đóng vai trò quan trọng việc hỗ trợ hệ thống truyền động đặc biệt hệ thống điều khiển như: phanh hãm, truyền lực loại cần trục, máy đào, máy khoan… đặc biệt máy khoan đá - So với truyền động biết, truyền động khí nén có ưu điểm sau: + Cự ly truyền động tương đối xa + Môi chất công tác không khí có sẵn thiên nhiên + Bộ truyền động Tốc độ truyền động nhanh: Trong ống dẫn (20÷ 40) m/s, tốc độ xilanh khí nén (1÷6) m/s Cấu trúc hệ thống mạch đơn giản nhiều so với truyền động thủy lực khí ép dùng xong xả môi trường không cần dẫn quay bình chứa Chăm sóc kỹ thuật đơn giản - Tuy nhiên truyền động khí nén có nhược điểm sau: Áp lực truyền nhỏ ≤ Mpa Đòi hỏi khắt khe vấn đề đảm bảo an toàn Khó phát rò rỉ 1.1.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc số loại máy nén khí 1.1.2.1 Máy nén khí kiểu piston cấp a) Sơ đồ cấu tạo Thanh truyền Piston Van nạp Van thải Xilanh a) Hành trình hút b) Hành trình nạp Hình 1.1 Sơ đồ máy nén khí piston cấp b) Nguyên lý làm việc Ở kì nạp, piston xuống tới ĐCD, chân không tạo lập phía piston, không khí đẩy vào buồng nén không qua van nạp Van mở tự động chênh lệch áp suất gây chân không bề mặt piston Khi piston bắt đầu lên, không khí vào buồng nén cân áp suất phía nên van nạp đóng lại trình nén khí bắt đầu xảy Van thải mở áp suất buồng nén tăng tới mức đó, khí nén thoát qua van thải để vào bình chứa khí nén Sau piston lên đến ĐCT bắt đầu xuống trở lại, van thải đóng chu trình nén khí bắt đầu Máy nén khí kiểu piston phân loại theo cấp số nén, loại truyền động phương thức làm nguội khí nén Máy nén khí kiểu piston cấp hút lưu lượng đến 10(m3/phút) áp suất nén từ (6÷10)bar Tuy nhiên có nhiều ứng dụng yêu cầu vượt khả thực tế cấp nén đơn lẻ Tỉ số nén cao (áp suất đẩy tuyệt đối/áp suất hút tuyệt đối) làm nhiệt độ cửa đẩy cao mức gây vấn đề thiết kế Điều dẫn đến nhu cầu sử dụng máy nén hai cấp cho yêu cầu áp suất cao với nhiệt độ khí cấp (cửa đẩy) thấp (140÷160 0C) so với máy nén cấp ( 205÷240)0C 1.1.2.2 Máy nén khí kiểu Piston hai cấp loại xilanh a) Sơ đồ cấu tạo Ống hút Buồng xilanh cấp thứ Piston Van giới hạn áp suất Bộ làm mát Buồng xilanh cấp thứ hai Trục khuỷu Van an toàn Đường dẫn khí cao áp Hình 1.2 Sơ đồ máy nén khí piston cấp loại xilanh b) Nguyên lý làm việc Khi trục khuỷu quay, dẫn động làm piston (3) tịnh tiến xuống, thể tích buồng (2) giãn làm cho áp suất phía xilanh giảm xuống, tạo chênh áp với bên ngoài, không khí hút theo đường ống (1), qua van chiều vào buồng (2) Khi Piston (3) tịnh tiến lên, không khí buồng (2) bị nén lại tới áp suất mở van giới hạn áp suất (4) Đến đây, khí nén sản xuất giai đoạn đạt tới áp suất P1 (về mặt lý thuyết, P giới hạn áp lực mở van 4) Sau khỏi (4), khí nén P qua làm mát (5) Ở áp suất khí nén P co lại nhiệt độ giảm áp suất P coi không đổi Đồng thời với Piston (3) chạy lên nén khí buồng (2) thể tích khí buồng (6) giãn hút dòng khí nén P1 làm mát chạy vào (6) Khi Piston (3) chạy xuống, đồng thời với việc hút khí buồng (2) khí nén P1 tiếp tục nén buồng (6) Cuối hành trình nén, khí nén P nén lên áp suát P 2, tương đương với áp suất mở van giới hạn áp suất (8), khí nén P2 theo đường ống (9) bình chứa, kết thúc giai đoạn hai trình sản xuất khí nén Loại máy nén khí hai cấp xilanh có cấu tạo gọn loại máy nén khí hai cấp hai xilanh, nhiên việc chế tạo khó khăn hơn, đòi hỏi trình độ công nghệ cao 1.1.2.3 Máy nén khí kiểu Piston hai cấp (loại xilanh) a) Sơ đồ cấu tạo 4 Bầu lọc Van hút Van xả Piston Xilanh Thanh truyền Trục khuỷu Làm mát Bình chứa Hình 1.3 Sơ đồ máy nén khí piston cấp loại xilanh b) Nguyên lý làm việc Piston chuyển động tịnh tiến xilanh nhờ lực trục khuỷu truyền dẫn từ động (có thể động đốt động điện) Trên nắp xilanh có van hút (2) van xả (3) hoạt động tự động cưỡng Khi Piston từ ĐCT xuống ĐCD van hút (2) mở có chân không xilanh hút không khí vào Khi Piston từ ĐCD đến ĐCT van hút (2) đóng lại, không khí xilanh bị nén lại đạt đến trị số định van xả (3) mở khí nén theo đường ống dẫn vào xilanh cấp (xilanh áp lực cao) tiếp tục nén xilanh cấp (xilanh áp lực thấp) đưa tới bình chứa khí 1.1.2.4 Máy nén khí kiểu trục vít Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích khoảng trống thay đổi trục vít quay Như vậy, tạo trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) cuối trình đẩy Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục: trục trục phụ Số (số đầu mối) trục xác định thể tích làm việc (hút, nén) Số lớn, thể tích hút nén vòng quay giảm Số (số đầu mối) trục trục phụ không cho hiệu suất tốt Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít Hình 1.5 Quá trình hút, nén đẩy máy nén khí kiểu trục vít Lưu lượng tính theo công thức sau: Trong đó: q0 – Lưu lượng / vòng (m3/vòng) n1 – (v/ph): Số vòng quay trục λ – Hiệu suất, phụ thuộc vào số vòng quay n sau: n 4500 5000 6000 0,8 0,82 0,86 γ Lưu lượng q0 xác định sau: Trong đó: L(m): Chiều dài trục vít A1(m): Diện tích mặt cắt trục A2(m): Diện tích mặt cắt trục phụ Z1: Số đầu mối trục Vlo/Vloth: Tỉ số thể tích khe hở theo thực tế − Ưu điểm: Khí nén không bị xung, sạch, tuổi thọ vít cao (15.000÷40.000) giờ, máy nhỏ gọn, chạy êm − Nhược điểm: Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn + + + + 1.2 Máy khoan đá 1.2.1 Công dụng Máy khoan đá dùng để khoan mở đường hầm, khoan lỗ cài mìn phá đá,… Sử dụng máy khoan đá nhằm làm giảm nhẹ cường độ lao động, nâng cao suất công tác, tăng nhanh tiến độ thi công, số công việc khó thực không sử dụng máy khoan đá 1.2.2 Phân loại máy khoan đá - Theo phương pháp khoan: Phương pháp xung kích: Việc phá đá chủ yếu dùng trọng tải mũi choòng, thêm áp lực dọc trục mũi choòng để phá đá Thiết bị khoan sau lần va đập quay góc nhỏ với mô men quay không lớn tiếp tục va đập cho lần sau Phương pháp quay tròn: Sự phá vỡ đá thiết bị khoan quay liên tục mũi khoan vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến vào đá theo đường xoắn ốc Phương pháp xung kích - quay tròn: Kết hợp hai phương pháp Phương pháp sử dụng nhiệt: Phá vỡ lửa có nhiệt độ cao (2500÷3000) oC cho xuyên sâu vào đá với tốc độ siêu âm Tương ứng với phương pháp làm vỡ đá người ta chế tạo loại máy khoan: Xung kích, quay tròn, xung kích - quay tròn, máy khoan nhiệt, máy khoan với thiết bị khoan liên hợp - Theo nguồn lượng: Máy khoan dùng động điện, máy khoan dùng động đốt trong, máy khoan dùng không khí nén, máy khoan liên hợp 1.2.3 Máy khoan 1.2.3.1 Cấu tạo − Hành trình làm việc: (I) A D B F : Lỗ nạp khí nén phía : Lỗ thoát khí nén phía : Lỗ nạp khí nén phía : Lỗ thoát khí thừa phía − Hành trình không làm việc: (II) C : Lỗ nạp khí nén phía A : Lỗ nạp khí nén phía F : Lỗ thoát khí thừa phía E : Lỗ thoát khí thừa phía Piston, Xilanh, Cán khoan Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy khoan 1.2.3.2 Nguyên lý làm việc Không khí nén từ bình chứa qua lỗ khí nạp A vào bên xilanh (2), đẩy piston (1) tịnh tiến lên xuống xilanh (2) không ngừng đập vào cán khoan (3) làm cho mũi khoan đập vỡ đá mà di chuyển xuống sâu hơn, sau lần va đập cán khoan quay góc định, tức mũi khoan vị trí tạo lỗ mìn theo ý muốn Hành trình làm việc: Không khí nén từ lỗ nạp A vào xilanh, đẩy piston tịnh tiến xuống đập vào cán khoan, lúc khí thừa mặt piston qua lỗ thải F ngoài, lỗ khí B D đóng Quá trình gọi trình làm việc Ngược lại, đóng kín lỗ khí C E, mở lỗ khí A F, để khí nén cao áp vào từ A đẩy piston tịnh tiến lên, khí thừa phần theo lỗ thải F trời, piston di chuyển từ lên làm cho mũi khoan quay góc (15 ÷ 20o) để cắt đá Quá trình gọi trình không làm việc 1.2.4 Máy khoan cáp 1.2.4.1 Đặc điểm cấu tạo Kiểu máy thường gọi tắt máy đập cáp, thiết kế sở máy bánh xích di chuyển Dạng máy đập cáp hình có bánh lốp không tự di chuyển Nguyên lý chung kiểu máy nâng hạ liên tục choòng khoan để va đập làm vỡ vụn đất đá đáy lỗ khoan, sau lấy choòng khỏi lỗ khoan thả ống múc phoi (ống có đáy tự đóng mở kiểu cánh bướm) xuống để múc phoi lên; chống sập lỗ khoan ống vách dung dịch bentônít Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo máy khoan cáp Choòng khoan gọi choòng đập hay chày khoan, trọng lượng đến tấn, tùy kích thước đường kính lỗ khoan Choòng gồm phần: ty khoan mũi khoan, ty khoan có dạng hình trụ, đầu có ổ khóa cáp để liên kết với cáp nâng hạ choòng Phần mũi khoan có hình dạng đặc biệt, đuợc làm thép cacbon cường độ cao có khả chịu va đập, chịu mài mòn, mũi khoan có dạng đuôi cá (không nhọn giữa) thiết kế kiểu chấu rãnh chấu rãnh Các chấu có tác dụng va đập thành lỗ khoan trước nén ép đất vào thành lỗ khoan, rãnh khoảng trống để choòng rơi xuống dung dịch khoan chảy lên trên, nâng choòng lên dung dịch từ choòng chảy xuống Phần mũi khoan bị mòn nhanh, người ta dùng viên bi thép hình trụ hàn bù vào mũi khoan dạng để tăng hiệu va đập để trở lại với hình dạng ban đầu mũi khoan Phải sử dụng thợ hàn bậc cao để mối hàn đảm bảo chắc, tránh bong mối hàn rơi bi xuống lỗ khoan 1.2.4.2 Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm cho choòng nâng lên hạ xuống: Từ ổ khóa cáp, cáp vắt qua puli xà ngang đỉnh trụ khoan luồn puli dao động trước kẹp tang tời Puli dao động nhờ cấu tay quay - truyền Như tời phanh để giữ chặt đầu mối cáp cấu tay quay - truyền hoạt động làm cho puli dao động kéo thả cáp liên tục làm cho choòng nâng hạ theo, choong nâng hạ va đập để làm vỡ vụn đất đá Cách thay đổi hành trình va đập: Hành trình va đập choòng phụ thuộc vào bán kính tay quay, để thay đổi hành trình va đập thay đổi vị trí lắp truyền tay quay Bán kính tay quay lớn hành trình va đập lớn ngược lại Cách tăng dần độ sâu: Cáp nâng hạ kẹp tang tời, để hạ choòng xuống thêm để tăng dần độ sâu va đập mớm mở phanh tời để hạ choòng xuống Việc đòi hỏi thợ có kinh nghiệm Nếu mớm mở phanh tời không thời điểm cáp nhả khỏi tang tời nhiều, puli dao động kéo choòng lên Cách làm cho lỗ khoan tròn: Tiết diện choòng khoan không hình tròn, để va đập vị trí tiết diện lỗ khoan người ta làm cho choòng tự xoay góc nhờ phận ổ khóa cáp Mặc khác, lần múc phoi xong, thợ vận hành xoay choòng đễ xoắn cáp lại trước thả xuống lỗ khoan, va đập choòng xoay ngược lại Cách lấy phoi khỏi lỗ khoan: Thợ vận hành đánh dấu cáp theo dõi cáp xuống dần khoảng tương ứng với vài gàu phoi dừng va đập kéo choòng lên khỏi lỗ khoan, dùng tời thả ống múc phoi xuống để múc phoi lên Kiểu máy đùng lực va đập nên thích hợp khoan đá có độ cứng lớn, cấu tạo máy đơn giản, giá thành máy thấp nhiều so vơi kiểu máy khoan chuyên dùng khác Nhưng máy dùng lực va đập nên gây sập lỗ khoan, việc lấy phoi không liên tục, lần lấy phoi nhiều thời gian, lỗ khoan sâu thời gian lấy phoi lớn làm cho suất không cao 1.3 Máy nghiền đá 1.3.1 Khái niệm Nghiền đá trình phá vỡ đá cỡ lớn thành cỡ nhỏ Quá trình gia công tiến hành lần mà phải qua nhiều lần, với nhiều công đoạn để đạt chất lượng sản phẩm đồng mà không tốn nhiều công sức cho suất cao Tùy theo độ lớn sản phẩm nghiền đá ta có hình thức nghiền: Hình thức nghiền D (mm) d (mm) Nghiền sơ (thô) 500 ÷ 1200 125 ÷ 250 Nghiền vừa 100 ÷ 500 20 ÷ 125 Nghiền nhỏ 20 ÷ 100 ÷ 20 Nghiền bột ÷ 20 ≤ 0,3 1.3.2 Các phương pháp phá vỡ đá Hình 1.8 Các phương pháp phá vỡ đá a) Phương pháp ép vỡ: (Hình 1.9a) Đá bị phá vỡ hai mặt nghiền tiến sát vào tạo lực ép có ứng suất vượt giới hạn bền nén b) Phương pháp tách vỡ: (Hình 1.9b) Xảy hai mặt nghiền có gân nhọn, đá bị tách ứng suất tiếp vượt giới hạn bền c) Phương pháp uốn vỡ: (Hình 1.9c) Viên đá làm việc dầm kê gối đỡ bị bẻ gẫy lực tập trung d) Phương pháp miết vỡ: (Hình 1.9d) Khi hai mặt nghiền trượt tương đối lên nhau, lớp mặt đá bị biến dạng bị tách ứng suất tiếp vượt giới hạn bền e) Phương pháp đập vỡ: (Hình 1.9e) Đá bị tải trọng va đập tác động Trong đá xuất đồng thời biến dạng khác 1.3.3 Phân loại máy nghiền 1.3.3.1 Theo kích thước sản phẩm: máy nghiền vỡ máy nghiền bột a Máy nghiền vỡ (nghiền hạt): Theo cấu tạo nguyên tắc làm việc, máy nghiền vỡ phân thành loại sau: − Máy nghiền má (hình 1.10a,b): phận làm việc hai má nghiền, hạt vật liệu bị phá vỡ tác dụng ép, uốn miết vỡ cục hai má tiến sát vào Loại thường dùng để nghiền thô trung bình loại đá rắn, dai với tỉ số nghiền i=(3÷5) − Máy nghiền côn (nón) (hình 1.10c,d): phận làm việc hai nón nghiền, nón bên có chuyển động lệch tâm so với nón Hạt vật liệu nằm khoang nghiền bị phá vỡ đồng thời ép, uốn miết cục Loại dùng để nghiền trung bình nghiền nhỏ loại đá Đây loại máy nghiền liên tục nên suất cao máy nghiền má Tỉ số nghiền loại i = (3 ÷ 6) − Máy nghiền trục hay gọi máy ép đá (hình 1.10e): phận làm việc gồm hai trục nghiền quay ngược chiều Vật liệu nạp vào hai trục bị ép vỡ Khi hai trục quay với tốc độ khác hạt vật liệu bị nghiền miết vỡ Loại máy thường dùng để nghiền trung bình nhỏ loại vật liệu có d ≤ 25mm, dùng có hiệu nghiền vật liệu dòn, sắc có độ bền trung bình như: đá vôi, thạch cao, than đá,… tỉ số nghiền (i = 15 ÷ 30) − Máy nghiền búa (hình 1.10f): Đá búa khoang nghiền va đập phá vỡ Hình 1.9 Các loại máy nghiền hạt b Máy nghiền bột Theo nguyên tắc làm việc máy chia thành loại sau: Hình 1.10 Các loại máy nghiền bột − Máy nghiền bi (hình 1.11a b): phận chủ yếu tang trống quay rung Trong tang trống có chứa cục thép hình cầu hình trụ Vật liệu nghiền mịn tác dụng va đập viên bi thép nghiền miết vỡ hạt vật liệu với hạt vật liệu với lót tang nghiền Máy dùng nhà xưởng, nhà máy xi măng để nghiền nhỏ nghiền bột clanke − Máy xay lắc (hình 1.11c): Ở loại máy vật liệu bị ép miết vỡ lăn thành bên nồi nghiền Con lăn hình trụ lắp với trục quay đứng qua cần lắc khớp quay − Máy nghiền bột va đập (hình 1.11d): phận va đập đầu búa, đầu búa ghép cứng ghép xoay (bản lề) với trục quay Vật liệu ghiền mịn va đập đầu búa quay với tốc độ cao Bột mịn có kích thước xác định lên cao thổi khỏi buồng nghiền nhờ tác dụng dòng khí có tốc độ thích hợp 1.3.3.2 Theo đặc điểm làm việc − Máy nghiền chu kỳ: thường dùng để nghiền thô, sơ loại đá có độ bền lớn vừa − Máy nghiền liên tục: dùng để nghiền đá có kích thước trung bình nhỏ, sản phầm có kích thước tương đối đồng 1.3.4 Máy nghiền má 1.3.4.1 Công dụng phân loại a Công dụng: Máy nghiền đá kiểu má nghiền làm việc có tính chất chu kỳ, dùng để nghiền hạt thô hạt trung bình Lọai máy có lực đập lực ép lớn nên phá vỡ loại đá cứng đá dai Kết cấu máy đơn giản, chăm sóc, bảo dưỡng kỹ thuật đơn giản, sử dụng dễ dàng, cửa nạp đá lớn, suất cao b Phân loại: 10 khoan nhồi 4.8.2.2 Công nghệ dùng ống vách Trình tự thi công mô tả hình vẽ: a Khoan tạo lỗ lớp đất dính (Hình 4.18a) b Thêm vữa sét vào lỗ khoan đến lớp đất rời, đất thấm nước (Hình 4.18b) c Hạ ống vách qua hết lớp đất rời (Hình 4.18c) d Lấy hết vữa sét làm khô lỗ khoan (Hình 4.18d) e Tiếp tục khoan độ sâu thiết kế lớp đất “khô” (Hình 4.18e) g Mở rộng chân cánh xén gá lắp đầu khoan (Hình 4.18g) h Đổ bê tông đồng thời kéo ống vách khỏi lỗ khoan (Hình 4.18h) Hình 4.18 Công nghệ dùng vách ống thi công khoan nhồi Ống vách thường sử dụng trường hợp thi công nơi có nước mặt; lỗ khoan cọc xuyên tầng đất sét nhão, cát sỏi cuội có cấu trúc rời rạc - Nếu để ống vách lại, khoảng vỏ ống vách đất có đầy vữa sét dung dịch khoan, phải thay cách bơm vữa xi măng có chất phụ gia với áp suất cao ống dẫn đưa sâu vào khe, xuống tận 78 đáy lớp vữa sét Vữa xi măng thay chỗ dần đẩy vữa sét (hoặc dung dịch khoan) sót lại khe - Nếu rút ống vách khỏi lỗ khoan, cân phải tiến hành bê tông thể nhão mặt thoáng bê tông tươi ống vách lúc phải cao mặt thoáng vữa sét, để lượng bê tông đủ thay cho vữa sét tồn đọng bên xung quanh ống vách 4.8.2.3 Công nghệ dùng vữa sét dung dịch khoan Trình tự công nghệ thi công thể hình vẽ gồm bước sau a Khoan qua lớp đất dính b Thêm vữa sét gặp lớp đất dễ sạt lở có nước ngầm c Đặt lồng thép vào hố khoan đầy vữa sét d Đổ bê tông nước ống rút thẳng đứng bê tông thay chỗ dồn hết vữa sét bể chứa Hình 4.19 Công nghệ dùng vữa sét dung dịch khoan nhồi 4.8.3 Công nghệ dùng để thay ống vách tình địa chất Trường hợp dùng ống vách không cản triệt để nước ngầm chảy qua lỗ khoan Chẳng hạn gần bãi sông, đầm hồ dùng vữa sét thường đạt hiệu tốt Khi thực cần ý: + Khối lượng vữa sét hoặc dung dịch khoan phải đủ đảm bảo tạo cột dung dịch cao với tỷ trọng lớn nước, áp suất dung dịch thắng đước áp lực nước ngầm áp lực đẩy ngang đất + Phải có biện pháp trì chất lượng vữa sét dung dịch khoan theo thông số quy định cách nghiêm ngặt + Phải có biện pháp xử lý, thu gom vữa sét sau sử dụng để không ô nhiễm đến môi trường Các thiết bị khoan tạo lỗ khoan 4.8.3.1 Thiết bị khoan dùng ống vách Đầu khoan hoạt động theo nguyên tắc gầu ngoạm có khối lượng nặng, bảo đảm suất phá bốc đất đá cao (xuất phát từ máy khoan kiểu 79 Benoto) Hàm ngoạm có bịt hợp kim rắn, khoan tạo lỗ loại đất đá (trừ đá rắn) Trường hợp lực cản lớn, thường dùng kết hợp với máy chấn động chất tải tăng thêm trọng lượng để có suất cao (khoan nước, vữa sét gặp tầng đất đá, sỏi, cuội chặt ) Nếu đất đá cứng dùng đầu khoan choòng khoan xoay với mũi khoan có nhiều loại cấu tạo khác nhau: kiểu lưỡi trổ,kiểu bánh mũi dao cứng Cáp treo gầu đào; Xi lanh nâng hạ ống vách; Mâm xoay ống vách; Gầu ngoạm; Ống vách có vành cắt đất Hình 4.20 Sơ đồ cấu tạo thiết bị khoan dùng ống vách 4.8.3.2 Máy khoan vận hành ngược (Reverse Circulation Drill) Cáp treo; Vòi hút phoi; Ống cấp dung dịch; Giá đỡ; Ống vách; Ống hút; Vòi hút Hình 4.21 Sơ đồ cấu tạo thiết bị khoan vận hành ngược Các đầu khoan máy vận hành ngược có nhiều loại khác tùy theo đất đá Các hoạt động đào đất, hút nước mùn khoan, bổ sung dung dịch khoan v.v theo nguyên tắc tuần hoàn, xuất phát từ máy khoan kiểu PS hãng Salzgitter Mômen quay thường nhỏ loại máy khoan xoay thuộc nhóm Nhiều loại vừa khoan đất, vừa khoan đá cứng Tuy nhiên, việc lựa chọn đầu khoan nên vào cường độ chịu nén đất đá Trục khoan ống thép ống (có đường kính từ 100-300mm) để dung dịch khoan vận hành ngược trở bể chứa sau sàng lọc, lại cho xuống lỗ 80 4.8.4.1 khoan để dùng cho chu trình Vì máy mang tên máy khoan vận hành ngược Các loại cọc khoan nhồi đường kính cực lớn từ 4m trở lên dùng loại đầu khoan phương pháp vận hành ngược, chẳng hạn hãng sản xuất Ishikawashima tổ hợp L−4, L−4S, L−10S, L−1B ; hãng Mitsubishi tổ hợp MD−350, MD−150, MD−450, MD−250 4.8.3.3 Máy khoan đất dùng gầu xoay Máy khoan đất có đầu khoan làm việc theo nguyên tắc xoắn vít gầu xoay dùng hiệu để khoan lỗ cho cọc đường kính lớn đất đá yếu Trường hợp đất dính, dùng đầu khoan kiểu vít xoáy (guồng xoắn), đất phoi khoan sau xén liên tục chuyển Trường hợp đất dẻo ngậm nước, nên dùng loại đầu khoan kiểu gầu, đất khoan cánh xén cắt, gạt vào gầu Khi đầy đất, cánh xén khép lại đầu khoan kéo lên, đổ đất Kết hợp chống vách vữa sét, gầu khoan xoay khắc phục khó khăn khoan đất yếu đất xốp rời mà không dùng ống vách Lắp cần khoan vào ôtô cần trục tạo lỗ khoan sâu 70m Loại máy lớn khoan đường kính tới 4,57m (hoặc nữa), với chân mở rộng tới 7,3m đường kính Loại nhỏ gá lắp ôtô tải khoan lỗ đường kính tới 1,37m sâu 12,5m Do không dùng ống vách nhiều trường hợp không dùng vữa Hình 4.1 sét, nên thông dụng điều kiện địa chất khác nhau, kể đất có rễ cây, đá tảng, đá mồ côi v.v Chỉ với lớp đất ó khả sạt lở vào lỗ khoan chống tạm đoạn ống vách Lúc dùng ống kelly khóa đáy vào đầu ống vách để vặn ép ống vách xuống đất Cáp treo kely; 4.8.4 Một số loại máy khoan cọc nhồi Thanh kely; Mâm xoay Máy khoan cọc nhồi dùng thùng khoan có cần dạng kely; Ống vách dàn tạm; Gầu xoay đào đất 81 Máy sở Cáp cần Cần Puly đầu cần Móc treo Cần khoan (thanh kely) Mâm khoan Thùng khoan 82 Hình 4.22 Máy khoan cọc nhồi RT3-ST hãng Soilmec (Đường kính khoan 2,5 m; chiều sâu khoan 66m) Loại máy khoan sử dụng thùng khoan (gầu khoan) dùng hiệu để khoan lỗ cho cọc đường kính lớn đất đá yếu Khi làm việc, thùng khoan (8) dẫn động động thủy lực từ mâm khoan (7) thông qua cần khoan (6) Khi thùng khoan xoay làm cho cánh xén cắt đất gạt vào gầu Khi đầy đất, cánh xén khép lại thùng khoan kéo 1-Nguồn lên nhờ cáp kéo để đổ đất Cần động lực; khoan loại thanh kely chế 2-Xilanh; tạo từ (3-5) đoạn lồng vào 3- Cáp thép; ăng ten, đoạn từ (12-18)m Khi 4- Cột; khoan đoạn phía tự thò cho 5-Thanh đến hết đoạn nên máy kely; khoan lỗ khoan có độ sâu khác 6-Mâm xoay; nhau, chiều sâu khoan phổ biến từ 30m 7-Mũi khoan 64 m Gầu khoan hình thùng vít xoắn phuy có đường kính loại từ (6002.000)mm Các loại máy khoan cọc nhồi dùng Việt Nam chủ yếu hãng HITACHI, NIPON, SUMITOMO v.v Với điều kiện kinh tế Việt Hình 4.2 Nam Nếu dùng máy khoan Má nguyên nhập từ nước y khó khăn số doanh nghiệp vừa nhỏ Chính có k số đơn vị đưa giải pháp nhập h máy cẩu trục chế tạo phần đầu o khoan Việt Nam cho giảm giá thành a thu hồi vốn nhanh mà chất lương không n ngoại, chủng loại phong c 4.8.4.2 Máy khoan cọc nhồi có mũi ọ khoan vít xoắn c Loại máy khoan có cột hộp thép, khoan trường n hợp có ống vách ống h vách Khi làm việc từ mâm xoay thông qua cần kely làm cho mũi khoan i xoay để cắt đất Phoi đất đưa lên phương pháp vận hành ngược B thuận dung dịch Bentoni Cần kely a u làm từ (4-5) đoạn lồng vào nhau, e đoạn dài (12-18)m Khi khoan r đoạn cần bên thò thò hết chiều dài đoạn Cần 83 B G 2 H kely thường có đường kính từ (100-300)mm, để đặt đường ống bơm phoi máy làm việc 4.8.4.3 Máy khoan dùng gầu khoan ống vách Máy khoan cọc nhồi loại có cần khoan dạng dàn, sử dụng thiết bị xoay ép ống vách, khoan lỗ có đường kính phổ biến từ (1-2,5)m Các máy khoan loại sử dụng gầu ngoạm khí thủy lực Gầu ngoạm thủy lực có lực cắt lớn gầu goạm khí nên có khả làm việc với địa chất cứng tốt Với loại gầu ngoạm thủy lực, gầu khoan treo cần cẩu, việc điều khiển gầu ngoạm thực thủy lực Hệ thống thủy lực truyền đoạn ống dẫn cứng, ống nối mềm tiếp nối ống dẫn với rulô Rulô tuy-ô (4) có nhiệm vụ nhả tuy-ô tương ứng với vận tốc gầu ngoạm Để đo độ sâu lỗ khoan người ta mắc đầu cáp đo vào gầu ngoạm đầu lại mắc vào Rulô quấn cáp (14) Khi gầu xuống rulô nhả cáp vận tốc hạ gầu, thông qua số vòng quay rulô mà chiều sâu lỗ khoan hiển thị hình Nhược điểm phương pháp khoan suất thấp, không thích hợp với địa chất đá cứng Khi gặp địa chất đá cứng ta phải dùng trùy đúc thép nặng (6-8)tấn cho rơi tự để phá đá Do cách thức phá đá nên để khoan địa chất cứng cần (10-15) ngày để hoàn thành lỗ khoan 84 1- Bánh xích di chuyển; 2- Nguồn động lực; 3- Đối trọng; 4- Rulô tuy-ô thủy lực; 5- Cáp treo cần; 6- Tuy-ô thủy lực đóng mở gầu; 7- Cáp tời phụ; 8- Cáp tời chính; 9- Rulô đầu cần; 10- Gầu đào; 11- Cáp đo độ sâu; 12- Cần; 13- Ống vách; 14- Bộ tời đo chiều sâu; 15- Thiết bị xoay ống vách; 16- Cabin 11 12 10 14 13 15 16 Hình 4.23 Máy khoan Bauer BS 680 Bộ xoay ống vách có nhiệm vụ xoay ép rút ống vách tình khoan tạo lỗ Nó xoay ép ống vách có đường kính lên đến 3m Khi làm việc xilanh (9) làm nhiệm vụ kẹp chặt tách ống vách với xoay ống vách (3) Hai xilanh (7) có tác dụng xoay qua xoay lại ống vách, hai xilanh (2) hai bên có tác dụng ép ống vách xuống rút ống vách lên Cơ cấu dẫn hướng điều chỉnh góc nghiêng ống vách cho phép tạo lỗ có độ nghiêng phía trước α=(5-6) 0, phía sau β=(8-10)0 Nguồn thủy lực để xoay ống làm việc lấy từ nguồn trhủy lực từ cần cẩu sử dụng nguồn thủy lực độc lập 85 a) 1- Khung chính; 2- Xilanh ép ống vách; 3- Cơ cấu kẹp chặt ống vách; 4Dẫn hướng ống vách; 5-Cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng ống vách; 6- Khớp cầu; 7- Xilanh xoay ống vách; 8Thanh định vị ống vách xoay; 9Xilanh kẹp chặt ống vách Hình 4.24 Cấu tạo bàn xoay ống vách 4.9 Công nghệ thiết bị gia cố vật liệu rời cọc đất trộn vôi xi măng 4.9.1 Khái niệm chung Các cọc vật liệu rời bao gồm cát sỏi làm chặt chèn vào lớp sét mềm yếu phương pháp thay Thuật ngữ "cọc vật liệu rời" sử dụng có liên quan đến thành phần cọc, thường cát sỏi nén chặt Trong kể cọc đá Đất cải tạo cọc vật liệu rời gọi đất hỗn hợp Khi chất tải, cọc bị biến dạng phình lấn vào tầng đất phân bố lại ứng suất mặt cắt bên đất, truyền ứng suất xuống lớp đất sâu điều làm cho đất chịu ứng suất Kết cường độ khả chịu lực đất hỗn hợp tăng lên tính nén lún giảm Ngoài giảm ứng suất tập trung sinh rên cọc vật liệu rời Thành phần cọc vật liệu rời có tính thấm cao, nên cọc làm tăng nhanh độ lún cố kết giảm trị số độ lún công trình sau xây dựng 4.9.2 Các phương pháp thi công cọc vật liệu rời 4.9.2.1 Phương pháp nén chặt rung động Phương pháp nén chặt rung động sử dụng để nâng cao độ chặt đất rời, không dính phận rung động; phận chìm vào đất nhờ trọng lượng thân với phù trợ nước rung động Sau đạt tới chiều sâu định trước, phận rung động từ từ rút lên chỗ làm đầy lại vật liệu rời, cách gây nên nén chặt đất Hình 4.26 minh họa bước trình nén chặt rung động Phạm vi thành phần cỡ hạt đất có khả áp dụng phương pháp dẫn tài liệu chuyên môn xây dựng 86 Hình 4.25 Sơ thi công cọc vật liệu rời theo phương pháp nén chặt rung động cho không dính a) Rung kết hợp phun nước, b) đổ cát từ từ rút cọc lên từ từ (vẫn rung) c) Rung nén chặt tạo "vùng cọc" nén chặt Máy sở; Cáp treo cần cọc; Cần; Múp treo cọc; Cọc có thiết bị rung động 4.9.2.2 Phương pháp thay rung động Phương pháp thay rung động sử dụng để cải tạo loại đất dính có 18% trọng lượng hạt lọt qua mắt sàng tiêu chuẩn 200US (Tiêu chuẩn Hoa Kỳ- kích thước mặt sàng 0,075mm) Thiết bị sử dụng tương tự phương pháp nén chặt rung động Bộ phận rung động nhấn chìm vào đất tác dụng trọng lượng thân với trợ giúp tia nước khí phun có tác dụng giội rửa đạt chiều sâu dự định Quá trình thực minh hoạ hình 4.26 Phương pháp thực trình khô trình ẩm Trong trình ẩm, lỗ tạo thành đất nhờ phận rung động tới chiều sâu mong muốn có kết hợp với phun xói nước Khi phận rung rút lên, tạo "lỗ khoan" có đường kính lớn Lỗ khoan lấp đầy phần sỏi có kích thước cỡ hạt từ 12mm đến 75 mm Độ hóa chặt tạo nên máy rung hoạt động điện thủy lực gần đáy cuối phận rung động Quá trình ẩm nói chung phù hợp với lỗ khoan không ổn định mực nước ngầm cao Sự khác chủ yếu trình khô ẩm không phun xói nước giai đoạn tạo lỗ ban đầu 4.9.2.3 Phương pháp rung động kết hợp Phương pháp dùng phổ biến Nhật áp dụng để gia cố cho đất sét mềm yếu mực nước ngầm cao Quá trình tiến hành miêu tả (hình 4.28) 87 Hình 4.26 Thi công cọc vật liệu rời theo phương pháp thay rung động cho có tính dính a) Rung tạo lỗ cọc; b) Đổ cát vào lỗ cọc; c) Rung động nén cát Máy sở bánh xích; Giá đỡ puly; Cáp giữ cột; Cột; Cáp treo rung; Thế bị rung tạo lỗ Cọc sử dụng có kết thường cọc cát nén chặt Chúng xây dựng cách đóng ống chống tới chiều sâu mong muốn, dùng búa rung thẳng đứng nặng đặt lên đầu ống đổ vào thể tích cát định kéo ống lên nấc một, dùng búa rung nén chặt cột cát theo nấc với chiều sâu tính từ trước đáy ống chống có cánh tạo thành đáy ống để nén chặt cát Quá trình lặp lại toàn cọc vật liệu rời nén chặt xây dựng xong Cọc tạo có tên gọi cọc cát đầm Hình 4.27 Phương pháp rung động kết hợp (theo Abosin Sunmaisu, 1985) 88 4.9.2.4 Phương pháp khoan tạo lỗ Trong phương pháp này, cọc xây dựng việc đầm nện vật liệu rời lỗ khoan trước, theo giai đoạn, nặng (thường 15−20kN) rơi tự Phương pháp thay phương pháp nén chặt rung động mà lại có giá thành thấp Tuy nhiên, tác dụng phá hoại tái tạo lại đất sau đầm nện mà áp dụng loại đất nhạy cảm bị hạn chế Phương pháp có lợi cho nước phát triển sử dụng thiết bị địa phương, phương pháp miêu tả đòi hỏi thiết bị đặc biệt người vận hành phải đào tạo Quá trình thực miêu tả (hình 4.30) Hình 4.28 Phương pháp khoan tạo lỗ Khoan tạo lỗ; Đổ cát sỏi vào lỗ khoan;3 Đầm chặt vật liệu (đầm rơi tự do); Tiếp tục đổ cốt liệu vào lỗ khoan; Rút ống chống lên đoạn đầm tiếp; Đổ đầy cát sỏi; Rút ống đầm; Đầm búa rơi tự do; Đầm nặng hoàn thiện 4.10 Bài tập Bài tập1 Tính suất lớn mà máy rải Sumitomo HA60C-7CE có thông số: Công suất: 89.2 Kw – 1,200 v/p (Động Izuzu A1 – 4JJ1X) Trọng lượng : 13,800 Kg Chiều rộng lớp rải: 2.3 - 6m Độ dày vệt dải: 280mm (đối với vệt rải vệt rải mở rộng) Khả chứa phễu: 11 T 89 Kích thước tổng quát (DxRxC): 6,470 x 2,490 x 2530 (3,700 có mái che) mm Tốc độ di chuyển rải: 0-0,3km/h Điều chỉnh độ dày vệt rải: tay hay tự động Hệ số sử dụng thời gian ktg=0,7-0,95 Giải Năng suất máy rải tính theo công thức: Q = h.B.vm γ ktg (T / h) Với h=0,28m; B=6m; vm=3km/h=3000m/h; ktg=0,95; γ=2,5T/m3 Thay vào công thức ta có Q = 0, 28.6.0,3.2,5.0,95 = 199,5(T / h) Bài tập 2: Tính chọn búa Diesel để đóng cọc BTCT có tiết (400x400)mm với chiều cao 1200mm Khả chịu tải cọc P=70 Giải: Để búa Diesel đóng cọc có kích thước lượng tối thiểu nhát búa tính theo công thức (4.1) E=1,75.a.P= 1,75*25*70 = 3062,5 kG.m (1) a - hệ số 25 kG.m/tấn P = 70 - khả chịu tải cọc Ta chọn loại búa có lượng tối thiểu nhát phải lớn 3062,5kG.m Chọn búa HD12 có trọng lượng toàn phần Qn = 3110 kg; trọng lượng búa (piston) Q = 1280kg; Năng lượng nhát va đập 4352 kG.m; hành trình piston 3473mm Loại búa chọn với lượng nhát đập Ett phải thoả mãn điều kiện: (2) Qn + q ≤k E tt Trong đó: k = : hệ số thích dụng Qn = 3100 (kg) q = 0,4*0,4*11,5=4,6 Thay vào (2) ta có Qn + q Qn + q 3100 + 4600 = = = 2,39 ≤ k = Ett 0,9Q.H 0,9.1280.2,8 Vậy búa HD12 sử dụng để đóng cọc trường hợp Q - trọng lượng phần đập búa, kG; H =2,8m: Chiều cao rơi thực tế 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Nguyễn Bính Các máy thi công chuyên dùng – NXB Giao thông vận tải 2005 2- Trần Quang Quý – Nguyễn Văn Vịnh – Nguyễn Bính Máy thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng - NXB Giao thông vận tải 2001 3- Nguyễn Văn Hùng – Phạm Quang Dũng – Nguyễn Thị Mai Máy xây dựng - NXB khoa học kỹ thuật 2001 4- Nguyễn Văn Hùng Máy thiết bị xây dựng - NXB khoa học kỹ thuật 2001 5- Nguyễn Đình Thuận Sử dụng máy xây dựng - NXB Giao thông vận tải 1995 91 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 92 ... trước nén ép đất vào thành lỗ khoan, rãnh khoảng trống để choòng rơi xuống dung dịch khoan chảy lên trên, nâng choòng lên dung dịch từ choòng chảy xuống Phần mũi khoan bị mòn nhanh, người ta dùng... liệu cần lực lớn Vì kiểu áp dụng cho loại máy trộn có dung tích thùng < 250 (lít) 2.2.1.2 Máy trộn bê tông hình trám Loại máy trộn thường có dung tích thùng tương đối lớn Đối với máy trộn độc lập... trộn độc lập dỡ liệu theo kiểu lật thùng nhờ xilanh thủy lực ép có dung tích từ (750÷1000) l, thùng lắp xe vận chuyển BTXM có dung tích từ (2500÷8000)l, trộn theo kiểu tự với trình dỡ liệu cách