tính toán thiết kế “ máy đóng cọc va rung

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 đ• 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 đ• 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 ích 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 đ• 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. Một 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 . Như 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.

Lời nói Đầu Xử lý nền móng là một công tác không thể thiếu đợc 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 trờng 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 phơng diện thời gian, xây dựng móng nói chung và xây dựng móng cầu nói riêng thờng 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 phơng 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 đờng địa phơng 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 ích kinh tế (đạt đợc năng xuất, hiệu quả, chất lợng cao). Nhất là trong công cuộc đổi mới n- ớc ta hiện nay rất nhiều công trình đã và đang đợc xây dựng. đặc biệt là ở các thành phố lớn nh 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 nh đờng xá, nhà ga, bến tầu, khách sạn, sân vận động, sân bay. Một trong những công tác không thể thiếu đợc 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 nớc 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 đợc trong bất cứ công trình xây dựng nào. 1 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 chơng: - Các phơng 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 lợng công việc lớn nên trong quá trìng tiến hành trắc không thể tránh đợc sai sót. Em mong đợc sự chỉ dẫn giúp đỡ của các thầy, cô. Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy. 2 Chơng I Xây dựng phơng 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 nớc ta hiện nay rất nhiều công trình đã và đang và sẽ đợc 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 đờng xá, nhà ga, bến tầu, khách sạn, sân vận động, sân bay . Một trong những công tác không thể thiếu đợc 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 nớc ta là rất lớn. Cọc có rất nhiều loại: + 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. Đợc dùng phổ biến và sử dụng nhất hiện nay là cọc bê tông cốt thép. Chiều rộng (a) của cọc thờng từ 50-300 mm hoặc có thể lớn hơn, chiều dài L th- ờng từ 6 -18 m . 2.Cách hạ cọc. Để đóng, hạ cọc có các phơng pháp: - Va đập - Rung động. - ép - Các phơng pháp kết hợp : Va rung (rung kết hợp với va đập) 3 3. Thiết bị hạ cọc. 3.1. Máy cơ sở: Các máy cơ sở thờng 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 hớng quả búa khi đóng cọc. Trên thực tế giá búa đợc 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 hớng), 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. Ngời ta thờng dùng quả búa thuỷ lực hoặc rung để đóng, búa treo trên những cần trục thông th- ờng ( chỉ có một móc cẩu ) do khả năng khởi động từ xa của 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 trờng 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 ) ngời ta thiết kế thêm thiết bị dẫn hớng 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 đợc 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 đờng 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 đợc cao độ. + Khung giằng: Để giữ cần giá búa, thờng 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 đợc chiều dài khi đóng cọc xiên âm hoặc dơng. + 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 hớng 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. Nh- ng 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 dới khung sàn và liên kết bằng bu lông. 4 + 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. Nhng thông thờng giá búa đợc trang bị hệ ba ròng rọc trên đỉnh. Bộ giữa phục vụ búa, hai bộ kia dành cho cọc. Trên sàn giá búa kết hợp bố trí bàn tời, trang thiết bị cung cấp năng lợng, trạm điều khiển .v. v. Khi thi công đóng hạ cọc nên lu ý một số vấn đề liên quan đến giá búa sau : - khẳng định giá búa luôn luôn ở t 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 hởng đến chất lợng 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 lợng giá búa có thể trực tiếp ảnh hởng tới cọc đang đóng và càng tăng thêm nguy cơ gãy cọc. Trờng 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 đợc 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 thờng đợc chọn cùng với búa và căn cứ vào chiều dài cọc, hớng đóng (cọc thẳng hay cọc xiên theo chiều âm hay dơng), trọng lợng búa và cọc. Nếu đóng cọc xiên, giá búa phải có cần phù hợp, tránh tình trạng ép 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 nớc mặt hoặc giá búa đứng trên bờ hồ móng đã đào, có thể giảm bớt độ cao đó một đoạn bằng độ sâu mực nớc 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 lợng cọc và búa. Nếu không lại phải dùng cần trục khác, cẩu và lắp cọc vào giá búa. Riêng giá búa để hạ cọc ống đờng kính lớn đến nay cha đợc chế tạo đặc chủng, vì hạ cọc ống thẳng chỉ cần sử dụng các khung dẫn, còn đối với cọc ống xiên có thể dùng loại giá búa lớn vạn năng, trọng tải 20 tấn trở lên. Nếu không, cũng có thể tự tạo bằng cách lắp ráp các thanh vạn năng ( chẳng hạn các thanh U, Y, K, 5 M ), để ghép thành giá búa với cần dẫn cọc nghiêng và giàn bệ, nối với nhau bởi thanh chống có tăng đơ điều chỉnh bằng độ xiên đóng cọc . Ta có sơ đồ phân loại giá búa nh sau: Căn cứ vào sơ đồ trên ta thấy có ba loại giá búa cơ bản: 1.Giá búa ghép trên máy cơ sở: Là thiết bị đợc lắp thêm vào một máy cơ sở sẵn có nào đó (thờng là một cần trục bằng xích hoặc bánh hơi), thiết bị lắp thêm vào là phần dẫn hớng quả búa khi đóng cọc. Sử dụng giá búa loại này rất tiện lợi, tiết kiệm đầu t do có thể sử dụng máy cơ sở vào việc khác đợc . 2. Giá búa cấu tạo trên máy cơ sở : Là thiết bị đợc thiết kế và chế tạo trên một máy cơ sở ( máy kéo, cần trục, máy xúc ). Trên cơ sở sử dụng nguồn năng lợng, các kết cấu và cơ cấu của máy cơ sở, ngời ta cải tạo và cấu tạo thêm một số bộ phận nh 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 6 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 không ảnh hởng đến các chức năng chính của máy, do đó củng nh 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 đợc 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 đờng ray dùng quả búa diêzen 2,5T, 3,5T đóng đợc cọc bê tông cốt thép dài đến 18m đợc sử dụng khá phổ biến ở nớc ta. Giá búa lắp trên phao nổi, đóng cọc dới nớc phục vụ thi công các công trình đờng thuỷ, cảng các giá búa này có loại rất lớn còn đợc gọi là tàu đóng cọc có thể đóng đợc cọc dài đến 70m . 3.3.Máy búa. a. Các loại máy ép cọc: ở nớc ta hiện nay thờng có hai kiểu ép: - ép bằng kích thuỷ lực ( Hình 1) - ép bằng tời cuốn (Hình 2). Ưu điểm của phơng pháp ép cọc là tải ép cọc tĩnh không gây chấn động cho những công trình bên cạnh. Có thể ép nối nhiều cọc. Nhợc điểm là điều khiển cho cọc đứng thẳng khó khăn với kiểu ép bằng tời cuốn, đa cọc vào lồng để ép khó khăn với kiểu ép thuỷ lực. Phải nâng chuyển một khối lựơng lớn các khối đối trọng khi máy di chuyển vị trí ép cọc. 7 Hình 1. Máy ép cọc thuỷ lực 1. Xilanh thuỷ lực 2. Lồng chứa cọc 3. Đối trọng 4. Giá tỳ 5. Cọc 6. Chốt đầu cọc 8 Hình.2. Máy ép cọc bằng tời cuốn 1. Pa lăng di động 2. Pa lăng cố định 3. Cột dẫn hớng 4. Móc treo 5. Cọc 6. Giá tỳ 7. Cần trục 8. Đối trọng 9 b. Quả búa làm việc theo nguyên lý va đập: Quả búa hơi, búa treo, búa diêzen, quả búa thuỷ lực. + Búa treo: Là búa chạy bằng tời điện và dây cáp. Búa nặng từ 0,5- 2 tấn. Cấu tạo búa đơn giản bền lâu. Độ cao nâng búa thờng phụ thuộc vào cờng độ chịu nén của cọc từ 2,5 - 4 m . Năng xuất búa thấp mỗi phút chỉ đóng đợc từ 4 đến 10 nhát. Búa treo chỉ dùng khi khối lợng công tác tơng đối nhỏ (Hình 3) Hình.3. Búa treo 1. Máy cơ sở 2. Thanh rằng ngang 3. Giá dẫn hớng 4. Đầu búa 5. Thanh rằng xiên 10