Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhồi tính toán, kiểm nghiệm hệ phao nổi

Trong suốt quá trình vừa qua, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường đại Học GTVT TP HCM, đặc biệt là sự quan tâm dạy bảo của các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí cùng với những nỗ lực học tập của bản thân em đã được giao nhận, hoàn thành đồ án tốt nghiệp - môn học cuối cùng trước khi trở thành một kỹ sư. Hiện nay và trong tương lai, ở nước ta cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, ngành xây dựng đang phát triển với tốc độ nhanh chóng, nước ta đang rất cần có những công nghệ hiện đại, áp dụng những thành quả khoa học kỹ thuật vào công cuộc xây dựng phát triển các đô thị hiện đại, các công trình lớn như nhà cao tầng, cầu cống, sân bay, bến cảng trong đó việc giải quyết xử lý nền móng cho các công trình lớn là một vấn đề rất quan trọng và cần thiết. Công nghệ thi công khoan cọc nhồi có tác dụng rất hữu ích trong việc xử lý các vấn đề trên. Công nghệ khoan cọc nhồi (cọc đổ bê tông tại chỗ) có thể giải quyết được các vấn đề kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loại cọc đóng bằng búa xung kích, búa rung, loại cọc ống thép không thực hiện được hoặc đòi hỏi kinh phí rất cao, tiến độ thi công kéo dài không đảm bảo tiến độ công trình. Công nghệ thi công khoan cọc nhồi đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng của nước ta không những trong thi công các công trình cầu lớn mà cho cả các công trình cảng biển, cảng sông, nhà cao tầng Thấy rõ được vai trò quan trọng trong công nghệ thi công khoan cọc nhồi đối với các công trình giao thông, được sự phân công của bộ môn Máy Xây Dựng trường ĐH GTVT TP HCM, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo trực tiếp của thầy giáo Ts. Lê Thiện Thành em đã được nhận làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhồi. tính toán, kiểm nghiệm hệ phao nổi”

Lời nói đầu .1 Phần I: Đặc trưng công nghệ thi công cọc khoan nhồi 2 Chương1: Giới thiệu về công ty TNHH kỹ thuật nền móng&xây dựng Hồng Đức 2 1.1. Giới thiệu chung 2 1.2.Các ngành kinh doanh: .2 1.3.Cơ cấu tổ chức 2 1.4.Danh mục thiết bị .3 1.5.Công trình đã tham gia .5 Chương 2:Tổng quát công nghệ khoan cọc nhồi .10 2.1. Giới thiệi chung .10 2.2.Công nghệ thi công khoan cọc nhồi .13 2.7.Các loại thiết bị phục vụ thi công : 31 Phần II: Tính toán máy khoan và hệ phao nổi .33 Chương 3: Lựa chọn phương án .33 3.1. Phương án I: Lắp cần giàn lên máy cơ sở là máy xúc thuỷ lực 33 3.2. Phương án 2: Lắp cần hộp lên máy xúc thuỷ lực 34 Chương 4: Tính toán kết cấu thép cần .36 4.1. Khái niệm về kết cấu thép .36 4.2. Vật liệu chế tạo 36 4.3. Hình thức kết cấu 36 4.4. các trường hợp tảI trọng và tổ hợp tảI trọng .38 4.5. TảI trọng tính .39 4.6.Phương pháp tính kết cấu thép .54 4.7. Xác định nội lực trong giàn .55 4.8. Kiểm nghiệm lại trọng lượng bản thân kết cấu thép : .67 4.9.Tính mối ghép : 67 Chương 5 Tính toán cơ cấu nâng .72 5.1. Xác định chế độ làm việc của cơ cấu nâng .72 5.2. Sơ đồ độngcơ cấu nâng .73 5.3. Chọn cáp nâng .73 5.4. Tính toán tang và puly .74 5.5. Tính chọn động cơ thủy lực : 84 5.6. Chọn hộp giảm tốc 85 1 5.7. Tính toán chọn phanh 86 5.8. Tính toán chọn khớp nối .86 Chương 6: Tính toán cơ cấu quay cần kelly .90 6.1.Phân tích chung 90 6.2. Phân tính toán các chi tiết của cơ cấu xoay cần kelly .95 Chương 7: Hệ nổi và cách bố trí các thiết bị khoan cọc nhồi trên hệ .123 7.1.Hệ nổi, neo giữ hệ nổi 123 7.2. Tính toán hệ nổi 137 Tài liệu tham khảo .148 Lời nói đầu Trong suốt quá trình vừa qua, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường đại Học GTVT TP HCM, đặc biệt là sự quan tâm dạy bảo của các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí cùng với những nỗ lực học tập của bản thân em đã được giao nhận, hoàn thành đồ án tốt nghiệp - môn học cuối cùng trước khi trở thành một kỹ sư. Hiện nay và trong tương lai, ở nước ta cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, ngành xây dựng đang phát triển với tốc độ nhanh chóng, nước ta đang rất cần có những công nghệ hiện đại, áp dụng những thành quả khoa học kỹ thuật vào công cuộc xây dựng phát triển các đô thị hiện đại, các công trình lớn như nhà cao tầng, cầu cống, sân bay, bến cảng trong đó việc giải quyết xử lý nền móng cho các công trình lớn là một vấn đề rất quan trọng và cần thiết. Công nghệ thi công khoan cọc nhồi có tác dụng rất hữu ích trong việc xử lý các vấn đề trên. Công nghệ khoan cọc nhồi (cọc đổ bê tông tại chỗ) có thể giải quyết được các vấn đề kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loại cọc đóng bằng búa xung kích, búa rung, loại cọc ống thép không thực hiện được hoặc đòi hỏi kinh phí rất cao, tiến độ thi công kéo dài không đảm bảo tiến độ công trình. Công nghệ thi công khoan cọc nhồi đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng của nước ta không những trong thi công các công trình cầu lớn mà cho cả các công trình cảng biển, cảng sông, nhà cao tầng 2 Thấy rõ được vai trò quan trọng trong công nghệ thi công khoan cọc nhồi đối với các công trình giao thông, được sự phân công của bộ môn Máy Xây Dựng trường ĐH GTVT TP HCM, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo trực tiếp của thầy giáo Ts. Lê Thiện Thành em đã được nhận làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhồi. tính toán, kiểm nghiệm hệ phao nổi” Một lần nữa, em xin trân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường đại Học GTVT TP HCM, Khoa Cơ Khí, bộ môn Máy Xây Dựng, đặc biệt là thầy giáo T.s Lê Thiện Thành đã tạo điều kiện, trực tiếp giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này. Em xin trân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: PHẦN I: ĐẶC TRƯNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH KĨ THUẬT NỀN MÓNG VÀ XÂY DỰNG HỒNG ĐỨC 1.1. Giới thiệu chung Công ty TNHH Kỹ thuật nền móng & Xây dựng Hồng Đức (HD Foundation Engineering & Construction Co., Ltd.) được thành lập năm 2000 theo Giấy phép kinh doanh số 4102002561 do Sở Kế hoạch và Đầu tư Tp. Hồ Chí Minh cấp. 1.2.Các ngành kinh doanh:  Khảo sát địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn  Thăm dò và khai thác nước ngầm  Xử lý nước thải và nước cấp  Xử lý nền móng  Xây dựng công trình công nghiệp và dân dụng  Tư vấn xây dựng  Sản xuất, mua bán vật liệu xây dựng và máy móc thiết bị ngành xây dựng, nguyên vật liệu và máy móc thiết bị ngành khai thác và xử lý nước 3 Từ khi thành lập cho đến đầu năm 2003 công ty hoạt động chủ yếu trên các lĩnh vực Khảo sát địa chất công trình, Khảo sát địa hình, Địa chất thủy văn, Xử lý nền đất yếu (bơm hút chân không), Khai thác và xử lý nước ngầm, Thi công móng công trình (cọc nhồi). Từ năm 2003, Công ty đã và đang đầu tư thêm trang thiết bị, mở rộng các lĩnh vực hoạt động sang các hạng mục gần gũi về chuyên môn như thi công ép cọc, đóng cọc, thi công kè, bãi, xây lắp cơ khí, . Tình hình hoạt động trong các năm 2003, 2004 và 2005 cho thấy sự phát triển đáng kể về số lượng các công trình thực hiện, doanh thu và quan trọng nhất là sự mở rộng các lĩnh vực hoạt động của Công ty. Với nhiều năm kinh nghiệm cùng với đội ngũ kỹ sư có năng lực và nhân viên tay nghề cao, các dự án chúng tôi tham gia được phía đối tác đánh giá cao và tin tưởng. 1.3.Cơ cấu tổ chức 1.3.1.Ban Lãnh đạo Ông Nguyễn Trọng Khanh: Giám đốc Ông Đặng Đức Hiệp: Phó Giám đốc Kỹ thuật Ông Lê Văn Đồng: Phó Giám đốc Thi công Bà Ngô Thị Cẩm: Kế toán trưởng 1.3.2. Đội khảo sát địa chất và địa chất thủy văn Ông Nguyễn Văn Vinh: Đội trưởng Ông Đào Tấn Thóa: Đội phó 1.3.3. Đội khảo sát địa hình Ông Võ Minh Tuấn: Đội trưởng Ông Lê Quang Trí: Đội phó Ông Nguyễn Quốc Chính: Đội phó 1.3.4.Phòng thí nghiệm Ông Đặng Đức Hiệp: Trưởng phòng Cô Nguyễn Hoàng Vân: Phó phòng Đội thi công cọc nhồi 1 Ông Phan Văn Bích: Đội trưởng 4 Đội thi công cọc nhồi 2 Ông Huỳnh Thanh Việt: Đội trưởng Đội thi công cọc nhồi 3 Ông Văn Thành Hưởng: Đội trưởng Đội thi công cọc nhồi 4 Ông Bùi Văn Thuận: Đội trưởng Đội thi công ép cọc: Ông Lý Hồng Lợi: Đội trưởng 1.4.Danh mục thiết bị Trong các năm 2002, 2003, 2004 và 2005, Công ty đã liên tục đầu tư một số trang thiết bị mới như các máy khoan cọc nhồi (Sumitomo, Hitachi) với khả năng khoan cọc với đường kính từ 1.0 đến 2.5m, độ sâu khoan đến 60 - 70m, phục vụ thi công cọc khoan nhồi, trang thiết bị phòng thí nghiệm cơ học đất, các máy phục vụ khác (máy đào, máy ủi, máy phát điện .) cùng một loạt các máy móc cơ khí cho xưởng cơ khí của Công ty. Công ty cũng đã đầu tư các trang thiết bị mới cho Phòng thí nghiệm Cơ học đất và các thiết bị thí nghiệm hiện trường kỹ thuật cao như thiết bị xuyên tĩnh điện (Electric cone penetration), thí nghiệm nén hông (Pressuremeter), 1.4.1Thiết bị thi công 1. Máy cẩu thi công cọc khoan nhồi (06 cái) - Sumitomo, Hitachi, Nippon Sharyo (Nhật) Cẩu 30-40 tấn (khoan sâu 50-75 m, đường kính 1.0-2.5m) 2. Thiết bị ép cọc (2 bộ) 200 tấn 3. Thiết bị đóng cọc Nhật Bản K45 và M45 4. Thiết bị thi công bấc thấm Độ sâu đến 25m 5. Máy bơm chân không - Nhật, Mỹ - Tổng công suất 100 kWh 6. Máy đào, máy ủi - Nhật 7. Máy phát điện - Mỹ 8. Máy bơm các loại - Mỹ, Nhật 1.4.2.Thiết bị thi công xử lý nền 1. Máy phụt vửa cement áp lực tối đa đến 5 MPa, lưu lượng bơm 100-350 lít/ph 5 2. Máy trộn 3. Máy hàn nhiệt (thi công geomembrane) Thụy sĩ 1.4.3.Thiết bị khảo sát địa chất 1. Máy khoan và các dụng cụ đi kèm (XJ, XY, UGB, URB) - Trung Quốc, Nga - Khoan sâu đến 200m, đường kính đến 600mm 2. Thiết bị xuyên tĩnh hiện trường - CPT (cơ và điện) Geotech - Thụy ĐiểnGouda - Hà Lan Sâu 50 - 60 máy lực ép 10 - 20 tấn 3. Thiết bị cắt cánh hiện trường (Vane shear) - ấn Độ, Trung Quốc - Sâu 40 m 4. Thiết bị thí nghiệm nén hông trong hố khoan (Pressuremeter) - Pháp - Sâu 60 m 5. Thiết bị thí nghiệm độ chặt bằng nón cát Gilson, Mỹ 6. Thiết bị thí nghiệm nén tĩnh (cọc, đĩa) 7. Thiết bị thí nghiệm CBR hiện trường USA 8. Thiết bị đo sâu điện Diapir-10R - Hungary 1.4.4.Thiết bị quan trắc địa kỹ thuật 1. Máy đo áp lực nước lỗ rỗng dùng khí Mỹ, Canada Độ chính xác 1 kPa 2. Máy đo áp lực nước lỗ rỗng dùng nước Anh Độ chính xác 1 kPa 3. Máy đo lún sâu (Magnetic Extensometer) SINCO, Geokon (Mỹ) Đo sâu 50 m 4. Máy đo chuyển vị ngang (Inclinometer) Geokon (Mỹ) Đo sâu 50 m 5. Máy đo đa năng bằng dây rung (Vibrating wire readout) Geokon (Mỹ) 6. Máy đo mực nước (Water level meter) SysGeo (ý) Đo sâu 50 m 1.4.5.Thiết bị khảo sát địa hình 1. Máy định vị GPS SR 9400, Trimble 4800 Leica (Thụy Sĩ), Trimble (Mỹ) 2. 1ppm±Máy toàn đạc điện tử TCA 2003, TCR 705, TC 600 Leica (Thụy Sĩ) Độ chính xác 0.5" - 3"0.5 - 3 mm 3. Máy kinh vĩ : Wild T2, THEO 020, THEO 010, C 100 Leica (Thụy sĩ), Đức, Nikkon (Japan) Độ chính xác 1", 5",3mm + 3ppm 4. Máy thủy bình Na 2, Na 28 Na 720 Leica (Thụy Sĩ) Độ chính xác 0.5 - 3mm/1km 5. Máy đo sâu SYMRAP E300 USA Độ chính xác 0.1m 6 6. Thước thép, mia Invar, micrometer 1.4.6.Thiết bị thí nghiệm trong phòng và hiện trường 1. Máy nén ba trục - Trung Quốc 2. Máy cắt ứng biến - Trung Quốc, Mỹ - áp lực đến 16 kg/cm2 3. Máy nén một trục - Trung Quốc - áp lực đến 40 kg/cm2 4. Thiết bị nén đơn - Mỹ, Trung Quốc 5. Thiết bị thí nghiệm CBR 6. Thiết bị đầm nện (tiêu chuẩn, hiệu chỉnh) 7. Cần Benkelman 1.5.Công trình đã tham gia 1.5.1.Thi công xây dựng 1. Nhà cao tầng Me Linh Point 2. Cầu Gia Hội - Huế 3. Cầu Chợ Dinh - Huế 4. Cảng Nghi Sơn - Thanh Hóa 5. Công ty Vạn Đức - Trảng Bàng 6. Cầu Vàm Đình - Cà Mau 7. Nhà máy Hyunjin - KCN Trảng Bàng 8. Cảng dầu thực vật, quận 7 - TpHCM 9. Cầu Lăng Cô - Huế 10.Cầu A1 - Điện Biên Phủ - Lai Châu 11.Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 3 12.Cầu Cái Tư - Kiên Giang 13.Nhà máy xi măng Hà Tiên 2 - Trạm phân phối Cần Thơ 14.Cầu vượt Hòa Cầm - Đà Nẵng 15.Đập Thảo Long - Huế 16.Nhà xưởng số 2 Cty giày Khải Hoàn 17.Nhà xưởng số 3 Cty giày Khải Hoàn 18.Cty bảo hiểm PJICO Cần Thơ 19.Cầu Rạch Miễu - Bến Tre 7 20.C/c 50 Lê Hồng Phong - Nha Trang 21.Nhà máy đóng tàu Hyundai - Vinashin (Ninh Hòa - Nha Trang) 22.Cầu Tư Hiền (Thừa Thiên - Huế) 23.Cầu Thuận An (Thừa Thiên - Huế) 24.Cầu Hiệp Thượng (Hải Dương) 25.Cầu Kênh Ngang (TP. HCM) 26.Đường cao tốc TpHCM - Trung Lương - Cầu Bến Lức - Cầu Bà Tồn 27.C/c Phước Long - Nha Trang 28.Cầu Thầy Tiêu, Quận 7, TpHCM 1.5.2.Xử lý nền móng 1. Thi công khoan phụt đập Thác Mơ 2. Thi công khoan phụt đập Đồng nai 4 3. Cty dầu nhờn Mekong - Vĩnh Long 4. Dự án Bourbon Bến Lức - Long An 5. Cảng dầu thực vật Vocarimex, Quận 7, TpHCM 6. Cảng dầu thực vật Vocarimex, Quận 7, TpHCM 7. Gia cố nền nhà xưởng Công ty P&G 8. Khu chế xuất Linh Trung 2 9. Nh/máy thủy điện Srok Phumiêng 10.Nhà máy thủy điện Cần Đơn 1.5.3.Khảo sát địa hình và địa chất công trình 1. KCN AMATA - Đồng Nai 2. Khu công nghiệp Cát Lái - TpHCM 3. Nhà máy Wall Ice cream - TpHCM 4. Hệ thống cầu thuộc quận 9 TpHCM 5. Nhà m nhiệt điện Trà Nóc - Cần Thơ 6. Hệ thống giao thông Định Quán 7. Dự án Bourbon Bến Lức - Long An 8. Khu Công nghiệp Tân Bình TpHCM 9. Cty Tainan Spinning - Đồng Nai 8 10.Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 - Tuyến kênh lấy nước sạch 11.Khu chế xuất Linh Trung 2 12.Cầu Câu Lâu - Quảng Nam 13.Dự án Lyonnaise cấp nước sạch 14.Khu dân cư Bình Phú, Q.6, TpHCM 15.Dự án mở rộng sân bay Tân Sơn nhất 16.Dự án đuôi hơi nhà máy Phú Mỹ 2.2 17.Khu chế xuất Linh trung 3 18.Nhà máy cement Hà Tiên 2.2 19.Cảng Kỳ Hà - Tỉnh Quảng Nam 20.Cảng Thị Nại - Tỉnh Bình Định 21.Đập nước Sông Tho - Bình Thuận 22.Cảng Sa Kỳ - Tỉnh Quảng Ngãi 23.Đập nước Ba Ha - Bình Thuận 24.Cảng Hòn Khói - Tỉnh Khánh Hòa 25.Cảng Tịnh Hòa - Tỉnh Quảng Ngãi 26.NM điện Nghi Sơn - Thanh Hóa 27.Nhà máy cement Hà Tiên 2.2 - Đợt 2 28.Đường Hồ Chí Minh, A Đớt - A Tép 29.Nhà máy nước giải khát San Miguel - KCN AMATA Đồng Nai 30.Khu du lịch LIFE Resort - Huế 31.Đường và cầu vào Khu du lịch Đại Phước - Nhơn Trạch - Đồng Nai 32.Dự án Khí điện đạm Cà Mau - GĐ 1 33.Cầu Đại Phước, Đồng Nai 34.Cảng Thị Vải - Bà Rịa - Vũng Tàu 35.Nhà máy điện Cà Mau 36.Khu dân cư Tây Tăng Long 37.NM lọc dầu Dung Quất - Quảng Ngãi 38.NM bán dẫn Intel - KCN cao TpHCM 39.NM nhiệt điện Ô Môn 9 40.NM nhiệt điện Ô Môn 2 41.Bể đúc hầm vượt sông Sài Gòn - Dự án Xa lộ Đông - Tây 1.5.4.Quan trắc địa kỹ thuật 1. Tuyến đường Cà Mau - Năm Căn 2. Cảng FLDC - TpHCM 3. Trạm phân phối cement Nghi Sơn Hiệp Phước, Nhà Bè, TpHCM 4. Cầu Câu Lâu 5. Nhà máy phân đạm Phú Mỹ - Dự án Khí điện đạm Phú Mỹ 6. Nhà máy thủy điện Cần Đơn - Bình Phước 7. Ký túc xác công nhân Tân Thuận 8. Khu căn hộ cao tầng Mỹ Thuận 9. Trạm nạp bình LPG 10.Nhà máy điện Cà Mau - Dự án Khí Điện Đạm Cà mau 11.Tuyến đường ống dẫn khí PM3 - Cà Mau 1.5.5.Dự án khai thác nước ngầm 1. Nhà máy sữa Foremost 2. Nhà máy Wall Ice cream - TpHCM 3. Nhà máy giấy Vĩnh Huê 4. Nhà máy superphoshat Long Thành 5. Sân bay Tân Sơn Nhất 6. Khu công nghiệp Tân Bình 7. Khu công nghiệp Trảng Bàng 8. Khu dân cư Hiệp Bình Chánh 9. Siêu thị METRO An Phú 10.Khu du lịch Giang Điền 11.Nhà máy sữa Nutifood 12.Siêu thị METRO Cần Thơ 13.Dự án cấp nước nh/m HOLCIM 14.Khảo sát địa chất 15.Khảo sát địa chất công trình, Khảo sát địa hình, Địa chất thủy văn 10 . Ts. Lê Thi n Thành em đã được nhận làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhồi. tính toán, kiểm nghiệm hệ phao nổi . lượng cọc tương đối cao, thí nghiệm thử tải cọc phức tạp và giá thành cao. 2.2 .Công nghệ thi công khoan cọc nhồi. Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và