ĐỒ ÁN MÁY LÀM ĐẤT MÁY ĐÓNG CỌC BARRET

ĐỒ ÁN MÁY LÀM ĐẤT MÁY ĐÓNG CỌC BARRET, đồ án tham khảo số liệu đã cho có thể thay đổi theo thời gian thực tế, đồ án tại Đại Học Xây Dựng,nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại học Xây dựng Độc lập – Tự – Hạnh Phúc Khoa: Cơ khí xây dựng Bộ môn: Máy xây dựng NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MƠN HỌC MÁY LÀM ĐẤT Sớ: 311/ 2012 Họ và tên : Nguyễn Văn Phú Mssv: 176061 Lớp : 61KM2 Năm thứ: Chuyên ngành: Máy xây dựng I Đầu đề thiết kế: Máy khoan cọc nhồi hình tru II Các số liệu cho trước: Dung tích gầu q = 1,25 m3 Kích thước hố đào: dxH = 1900x55000 Đất cấp II Máy sở: ED6200H Dẫn động thủy lực III Nội dung các phần tính toán: III Tính toán chung Công nghệ thi công cọc khoan nhồi hình tru Xác định sơ bộ các kích thước hình học của máy thiết kế Tính lực cản công tác gầu tiến hành đào và tích đất vào gầu Tính toán chung các cấu Tính công suất chung máy thiết kế và kiểm tra công suất máy sở Tính suất máy thiết kế III Tính toán riêng: Gầu Tính lực tác dung lên Gầu Tính bền và thiết kế Gầu IV Các bản vẽ: 1 Bản vẽ hình chung máy thiết kế : A0 Bản vẽ Gầu : A1(A0) Bản vẽ chi tiết : A4 Cán bộ hướng dẫn: ThS Nguyễn Tiến Nam Ngày giao nhiệm vu thiết kế : Ngày hoàn thành : Bộ môn duyệt Cán bộ hướng dẫn MỤC LỤC Trang Lời nói đầu .4 Chương I Tổng quan về khoan cọc nhồi…………………………………………5 1.1 Giới thiệu về khoan cọc nhồi.….….….….….….….….…… ….….…5 1.2 Công nghệ thi công cọc nhồi……………………………….……….…6 1.3 Chế tạo dung dịch BENTONITE (bùn khoan)……………… …… 12 1.4 Chọn phương pháp thi công công trình…………………………….…16 1.5 Các thiết bị và bộ phận công tác chính………………………….…….26 1.6 Các phương án thiết kế …………………………………………… 32 1.7 Lựa chọn phương án thiết kế ……………………………… …… 35 1.8 Giới thiệu máy thiết kế …………………………………… …………36 Chương II Tính toán chung máy thiết kế…………………………………….……38 2.1 Thông số bản của máy thiết kế 38 2.2 Tính lực cản công tác gầu tiến hành đào và tích đất vào gầu…… 40 2.3 Tính toán chung các cấu 46 2.4 Tính công suất chung máy và kiểm tra công suất máy sở 57 2.5 Năng suất máy thiết kế 60 Chương III Tính toán Gầu…………………………………………………………61 3.1 Chế độ làm việc của Gầu khoan……………………………………… 61 3.2 Tính toán lực tác dung lên Gầu 62 3.3 Kiểm tra bền và thiết kế Gầu 66 LỜI NĨI ĐẦU Cơng c̣c đởi mới và hiện đại hoá đất nước diễn mạnh mẽ đời sống xã hội đặc biệt là lĩnh vực kinh tế Sự phát triển mạnh của kinh tế đòi hỏi ngày càng cấp bách việc xây dựng sở hạ tầng Đó là công việc xây dựng mới và hiện đại hoá các khu công nghiệp, các nhà máy, các khu dân cư, các công trình giao thông như: cầu cống, đường xá v.v Trong xây dựng các công trình đó thì công tác xử lý nền móng là một công việc vô quan trọng Sự ổn định vững nền móng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình sau này Thi công nền móng phương pháp cọc khoan nhồi là một tiến bộ của khoa học kỹ thuật áp dung rộng rãi ở các nước thế giới và năm gần thi công nền móng phương pháp cọc khoan nhồi áp dung ở Việt Nam Phương pháp cọc khoan nhời cịn rất thích hợp cho việc tạo móng xây chen các khu dân cư mà ít làm ảnh hưởng tới các công trình xung quanh (Bằng cách sử dung ống vách ngăn rung động và chống lở vách), tránh ô nhiễm môi trường xung quanh Việc chế tạo cọc tại nền móng công trình tránh chi phí cho vận chuyển cọc từ nơi sản xuất cọc tới chân công trình v.v Vì việc áp dung kỹ thuật tạo cọc cho nền móng công trình phương pháp cọc khoan nhồi đảm bảo về mặt chất lượng, tính kinh tế, điều kiện môi trường đảm bảo là một yếu tố mà nhiều công ty, các đơn vị thi công đặc biệt quan tâm việc sử dung các thiết bị khoan cọc nhồi Xuất phát từ lý trên, em nhận thấy đề tài: “Thiết kế máy khoan cọc nhồi hình tru ” là đề tài rất hay có ý nghĩa thiết thực đối với nước ta hiện và bản thân em Qua đồ án này em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Tiến Nam toàn thể các thầy bộ môn máy xây dựng tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Hà Nội, ngày tháng năm Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Phú CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ KHOAN CỌC NHỒI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ KHOAN CỌ NHỒI 1.1 Cọc nhồi Cọc nhồi là loại cọc chế tạo tại chỗ cách khoan hố khoan nền đất, sau đó trực tiếp rót vật liệu (bê tông, bê tong cốt thép cát) vào các hố đó để tạo cọc Loại cọc này khắc phuc nhiều nhược điểm của cách phương pháp hạ cọc cứng vào nền đất như: chiều sâu thiết diện cọc giới hạn, yếu tố môi trường… Vì yêu cầu đường kính cọc và chiều sâu cọc lớn thì tốt nhất sử dung cọc khoan nhồi Kích thước cọc khoan nhồi hiện cho phép đường kích cọc tới 3m, qua mọi địa tầng với chiều sâu từ 10m tới 120m Công nghệ thi công cọc khoan nhồi với đường kính lớn giải quyết các vấn đề kỹ thuật móng sâu điều kiện địa chất phức tạp Cọc khoan nhồi xem hệ thống móng tin cậy nhất ngành xây dựng thế giới Được áp dung cho hầu hết các công trình chịu tải trọng lớn nhà cao tầng, móng tru cầu Trong quá trình sử dung, nhiều công nghệ thi công thích hợp áp dung nhằm nâng cao sức mang tải của cọc khoan nhồi và giảm đáng kể giá thành của móng Giải pháp cọc khoan nhồi thuộc loại móng công trình khuất có nhiều ưu điểm thi công ít ồn, ít rung động, thiết kế có kích thước cọc linh hoạt phù hợp với các loại tải trọng công trình và địa tầng xây dựng thay đổi nên có thể cho móng bè,móng hộp,móng khối,móng tru và cả móng cọc đúc sẵn không đủ lượng để đóng tới tầng đất sâu 1.1.2 Các dạng cọc nhồi thường gặp Cọc nhồi đơn giản ( cọc tru): Tiết diện cọc hình tru và không thay đổi khắp chiều dài cọc Cọc nhồi mở rộng đáy : Cọc có hình tru khoan bình thường gần đến đáy thì gầu đặc biệt để mở rộng đáy hố khoan, có thể sử dung một lượng nhỏ thuốc nổ để mở rộng đáy Cọc barret : Đây là một loại cọc nhồi có tiết diện hình chữ nhật, chữ L, chữ I, chữ H, thực chất là những tầng hầm và vừa là tường cừ chống sập lở xung quanh nhà vừa chống nước cho các tầng hầm 1.1.3 Phạm vi áp dụng khoan cọc nhồi Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang casto Thích hợp cho các công trình cầu lớn, tải trọng nặng, địa chất nền móng là đất yếu có địa tầng thay đổi phực tạp Thích hợp cho các nền móng công trình cầu vượt xây dựng thành phố hay qua khu dân cư đông đúc vì nó đảm bảo môi trường tiến độ thi công cầu Thích hợp cho nền móng tải trọng lớn như: Nhà cao tầng có tầng ngầm, các công trình cầu (cầu dầm tải đơn, cầu khung T, Cầu dầm liên hợp liên tuc, cầu treo dây xiên, nhất là kết cấu nhịp siêu tỉnh vượt độ lớn, tải trọng chuyền xuống móng lớn mà lại yêu cầu lún rất ít hay hầu khơng lún) 1.2 CƠNG NGHỆ THI CƠNG KHOAN CỌC NHỒI 1.2.1 Công nghệ khoan nhồi đơn giản 1.2.1.1 Các đặc điểm thi công Phương pháp này không dùng ống vách mà sử dung trường hợp đất nền có đủ độ dính, chặt và nằm mực nước ngầm Các thành hố khoan không cần có sự bảo vệ nào, trừ đoạn đầu tiên Phương pháp này có thể liên quan đến các loại cọc và các baret với tất cả các kích thước Do đó việc áp dung tương đối hạn chế, vì các loại đất nền làm móng cọc thường ngâm nước ngầm Do độ sâu của loại cọc này ít vượt quá 20 m Hố khoan thi công đất nền các thiết bị khí Guồng xoắn, gàu đào … việc chủ yếu là phải giữ thành hố khoan Mỗi công trình phải làm một thí nghiệm khoan thử Tiết diện hố khoan có thể là hình tròn (cọc) có thể là hình dạng bất kỳ (baret) Trong trường hợp bị sut lở, có thể dùng phương pháp thi công khác, nói chung là khoan dung dịch sét (bentonite) 1.2.1.2Các quy định cấu tạo Các cọc có thể không cần đặt cốt thép một phần (thường là 1/3 đầu cọc) nếu tải trọng của công trình của đất nền gây áp lực tâm truc lý thuyết của cọc Vấn đề này người thiết kế quyết định Khi cọc không bố trí cốt thép thì có thể đặt thành thép chờ cấy vào bê tông tươi Thông thường, cọc chịu nén dùng các thép chờ để giữ vị trí của cọc xác định nền đất, cho tới bê tông đủ khả chịu lực, các thép chờ này định vị chính xác bê tông san phẳng ít nhất m dưới mặt của nơi thao tác Các cọc chịu các lực uốn, các cọc xiên và các cọc chịu kéo thì phải đặt cốt thép suốt chiều dài cọc Các lồng cốt thép của cọc cấu tạo các cốt thép dọc phân bố theo dạng hình tru, gắn chặt xung quanh với các thép đai vịng đai xoắn ớc Chiều dài lồng cốt thép cho phép đủ liên kết chính xác với kết cấu phù hợp với số liệu của việc thiết kế Số lượng cốt thép dọc của cọc tối thiểu là và đường kính không nhỏ 12 mm Tiết diện tổng cộng của cốt thép tối thiểu phải 0.5% tiết diện cọc nếu tiết diện này 0.5 m2 1.2.2 Công nghệ thi công khoan cọc nhồi có ớng vách 1.2.2.1 Các đặc điểm thi công: Khi dùng dung dịch sét pha bentonite mà vẫn không giữ thành hố khoan khỏi sut lở mất dung dịch (có hang cactơ) thì phải dùng toàn bộ ống vách để bảo vệ thành hố Việc khoan thực hiện đất phương tiện giới (máy khoan, gầu goạm…) dưới sự bảo vệ của ống vách mà đáy luôn nằm phía dưới đáy của lỗ khoan ống vách có thể cắm tới độ sâu cuối cách rung ép xuống đồng thời xoay dần theo sự tiến triển của việc khoan Đường kính của cọc là đường kính ngoài của đầu bịt ống vách Lỗ khoan chứa một phần toàn bộ bê tông có độ linh động cao, sau đó ống rút cho chân ống vách nằm thấp ít nhất 1m dưới mức bê tông trừ ở cốt san phẳng 1.2.2 Thi công Đáy của ống vách luôn nằm ở dưới đáy của lỗ khoan Trong lúc khoan, việc giữ đất và nước không vào ống vách, có xét tới khả hút của mũi khoan phải cho đạt một áp suất dư ở đáy của ống vách Lỗ khoan nạo vét ít giờ trước lúc bắt đầu đổ bê tông, trừ có biện pháp đặc biệt chống sự lắng đọng Mức nước hố khoan lúc đổ bê tông phải thường xuyên cao mức tĩnh cao của các lớp có nước ngầm bên cạnh Nếu việc khoan qua một lớp đất ở dạng cát bui ngập nước, người ta kiểm tra để không tạo thành các túi rỗng xung quanh ống vách Liên quan với điều ấy, sát với cọc đầu tiên của công trường, người ta thực hiện khoan thăm dò đường kính nhỏ qua các lớp nguy hiểm (cát bui) Việc thăm dò này có tác dung: + Thứ nhất là dò tìm các túi rỗng cách nhận xét sự tự rơi dung cu khoan + Thứ hai là cho phép nước thoát không làm phân tầng bê tông Khi cần thiết thì việc khoan thăm dò thực hiện sau khoan và trước lúc đổ bê tông ở sát gần với ống vách đặt • Lưu ý: nếu không có các mũi khoan thăm dò thì có thể các hiện tượng sau sẽ xảy ra: rút ống vách chứa đầy bê tông, nước sẽ nhanh chóng chiếm chỗ các túi và gây áp lực lớn, lúc đó người ta thấy nước đẩy ra, thời gian nào đó, ở ngoại vi của bê tông cả theo các thép dọc cách hình thành các mạch nước phun nhỏ Một phần bê tông bị phân tầng Thi công đổ bê tông: + Nếu nhận thấy nước ở đáy hố khoan không có, có thể đổ bê tông hố khoan ống độc lập + Nếu có nước ở hố khoan, người ta phải sử dung hệ ống đổ bê tông Hệ ống đổ bê tông là hệ ống kim loại gồm nhiều đoạn ống và bên có phễu máng nghiêng Các mối nối các đoạn đều kín khít Đường kính của ống ít nhất là 15 cm Hệ ống đổ bê tông có chiều dài toàn bộ chiều dài cọc Trước lúc đổ bê tông người ta hạ nó đến đáy sau đó người ta nâng cao lên nhiều nhất là 15 cm Sau mồi (mẻ đổ bê tông đầu tiên vào máng nghiêng) cần tránh phân tầng bê tông cách đặt một cái nút ở giữa, chân của ống đổ bê tông không bao giờ nằm dưới mặt bê tông tươi cọc ít 2m • Lưu ý: Khi mồi ống đổ bê tông nên tránh + Đổ trực tiếp bê tông + Sử dung giấy làm nút + Việc nhấc nút lên (thường là cái xẻng) trước mợt vịm đủ hình thành ở phễu + Trong đổ bê tông, nếu bê tông xuống ống cắm ở dưới phễu, phải đổ từ từ để tránh sự hình thành một túi không khí Việc rút ống lên làm sau đo mức cao của bề mặt bê tông và chắn có lớp bảo vệ tối thiểu m Người ta dùng các ống đổ bê tông hoàn toàn cọ rửa sạch Xác định vị trí tâm của cọc Khoan tạo lỗ hết lớp đất dính Hạ ống vách qua hết lớp đất rời Lấy hết vữa sét và làm khô lỗ khoan Tiếp tuc khoan cho tới độ sâu thiết kế lớp đất “khô” Đổ bê tông bịt đáy Hạ lồng thép Đúc nốt phần cịn lại và rút ớng vách 8 9 Hình 1.1– Trình tự thi công khoan cọc nhồi ống vách 1.2.3 Công nghệ thi công khoan cọc nhồi dung dịch 1.2.3.1 Các đặc điểm thi công: Việc khoan đất thực hiện bở các phương tiện giới (Máy khoan, gầu goạm…) dưới sự bảo vệ của dung dịch khoan, tiết diện khoan hình tròn (cọc) hình dạng bất kỳ (baret) Đường kính của cọc (chiều rộng các baret) là các kích thước của dung cu khoan Lỗ khoan nhồi đầy bê tông có độ linh động cao, cách dùng hệ thống đổ bê tông Việc đổ bê tông thực hiện với hệ ống kỹ thuật rút ống 1.2.3.2 Công nghệ thi công: Mức của dung dịch lỗ khoan luôn nằm ở ít nhất m mức tĩnh cao nhất của nước ngầm mà mũi khoan qua gần sát lúc thi cơng • Lưu ý: các mức của nước ngầm đóng vai trị quan trọng việc ởn định dưới dung dịch Sự biến động nhanh của mức này có thể sinh các khó khăn việc giữ ổn định thành bên, chính vì hồ sơ khảo sát phải cho tất cả các điều dẫn liên quan đến nước ngầm và sự biến động có thể xảy lúc tiến hành các công việc Việc sử dung các ống vách ở đầu là bắt buộc để ngăn ngừa sự sut lở của đầu hố khoan Việc lấy ống vách ở đầu sau đổ bê tông cần phải làm không có sự biến đổi đột ngột của mức bê tông Trong trường hợp các baret, người ta phải giới hạn và bảo vệ phần của chỗ đào các tường dẫn hướng cấu tương đương (ví du cốp pha kim loại thu hồi được) mợt chiều sâu ít nhất là 80 cm • Lưu ý: + Chiều cao của các cấu bảo vệ đầu (nắp bịt, các tường dẫn hướng…) cần phải phù hợp với bản chất của các loại đất Nói chung chiều cao 80 cm là đủ + Việc lấy đột ngột ống vách ở đầu, nhất là lúc bê tông bắt đầu ninh kết, có thể gây sự co thắt của cọc Thi công đổ bê tông: + Lỗ khoan vét ít giờ trước lúc bắt đầu đổ bê tông và các đặc tính của dung dịch kiểm tra Nếu việc khoan kéo dài quá, thì việc lấy mẫu dung dịch ở đáy hố khoan phải thực hiện lúc kết thúc khoan Nếu các đặc tính của dung dịch tốt, thì việc đổ bê tông có thế tiến hành Nếu không, nguời ta phải tiến hành lưu chuyển lại cho tới lúc đạt các đặc tính tốt theo yêu cầu kỹ thuật • Lưu ý: Việc nạo vét đáy hố để loại trừ các bùn đất đào nằm ở đáy hố khoan là cần thiết để đạt một sự tiếp xúc tốt của cọc với đất Đối với các cọc và các baret thi công dưới dung dịch sét tĩnh, việc nạo vét này thường liền với sự lưu chuyển lại với một dung dịch mới xử lý dưới sự lưu chuyển cưỡng bức cách bơm Thời hạn giờ cầm nạo vét buổi tối để đổ bê tông vào sáng hôm sau Hệ ống đổ bê tông: Việc thi công bê tông làm nhờ hệ ống đổ bê tông, hệ ống đổ này là một hệ ống kim loại tạo bởi nhiều phần tử và lắp ở phía một phễu máng nghiêng Các mối nối các phần tử rất kín, đường kính của ống ít nhất lần đường kính của cấp phối bê tông mà nó phuc vu để thi công và không bao giờ nhỏ dưới 115 mm Đường kính bên ngoài của nó phải nhỏ 1/2 đườn 10 Paxl+Gkl MTC Mg QTG QTG Ggx+Gd Pc θ P1 Mg P0 Hình 3.1 – Các lực tác dụng lên gầu khoan q trình làm việc Mơmen quay gầu (kNm) Paxl Lực ấn xi lanh (kN) Gkl Trọng lượng kelly tác dun Ggx Trọng lượng gầu xoay (kN) Gd Trọng lượng đất gầu (kN) θ Góc tạo bởi truc gầu khoan và đ Mcc Mômen cản cắt đất (kNm) P1 Lực cản cắt đất (N) Qtg Lực cản ma sát thành gầu (N) Pc Lực cản lưỡi cắt biên (N) P0 Lực cản theo phương thẳng đứn Trong quá trình làm việc tuỳ theo yêu cầu của công trình mà cần đường kính lỗ khoan khác có các loại gầu khoan khác Hơn thế thông số của gầu khoan là theo tiêu chuẩn.Theo phương án thiết kế gầu khoan cọc nhồi hinh tru theo mẫu gầu khoan sẵn có với các thông số có bảng sau: Thông số mm 63 Đường kính thành gầu D1 (mm) 1780 Đường kính lỗ khoan D2 (mm) 1900 Đường kính mở rộng lỗ khoan D3 (mm) 2200 Dung tích gầu khoan (m3) 1,25 Khối lượng gầu (kg) 1810 Chiều cao gầu H (mm) 530 Bề dày thành gầu (mm) 20 Số gầu 16 Bề rộng gầu (mm) 50 Bảng 3.2 - Thông số gầu khoan thiết kế 3.2.2 Ngoại lực tác dụng lên gầu Trọng lượng cần kelly Gkl = 60 (kN) Trọng lượng gầu Gg = 18,1 (kN) Trọng lượng đất chứa gầu Gđ = 18 (kN) Lực ấn xilanh Pxl = 20 (kN) Momen cản cắt đất Mcc = 5,77 (kN.m) 3.2.3 Tính lực nền tác dụng lên gầu xoay Theo nguyên lý về máy khoan thì lưỡi khoan tiếp xúc với đất đá và cát, với chiều cao là “h” Khi dùng gầu khoan có nhiều lưỡi cắt, mặt khác gầu khoan làm việc ln xoay trịn thì đất sẽ quấn vào thùng theo hình xoắn ốc Mỗi lưỡi cắt là một ngạnh khoan, quá trình tính toán ta xác định các lực tác dung mợt ngạnh khoan, cịn các ngạnh khoan cịn lại tính tương tự Khi khoan xoay, dung cu khoan xoay xung quanh truc trùng với truc của lỗ khoan dưới một áp lực dọc truc tác dung lên lỗ khoan Giá trị của lực dọc truc phải lớn giới hạn bền nén của đất đá mặt tiếp xúc dung cu khoan với đất đá Đất đá bị cắt theo lớp xoắn vít tác dung của lực dọc truc và mô men xoay Sản 64 phẩm phá vỡ đưa vào gầu sau đó đưa ngoài cách mở gầu, đó đất sẽ xả ngoài Hình 3.2 – Sơ đồ tiến hành khoan đất Cáp treo kelly Cần kelly Ống vách tạm Gầu đào Cơ cấu quay cần kelly Trong quá trình cắt đất gầu khoan luân quay với tốc độ góc ω quanh truc khoan, quay thì gầu chịu lực quán tính ly tâm phân bố đều chiều cao thành gầu “H” Do thành gầu luân tiếp xúc với đất, nên có lực ma sát làm cản trở lại mômen quay gầu Lực quán tính ly tâm xác định theo công thức sau: q qt = γ.F ω R g Lực cản tác dung lên thành gầu: γ.F ω R.f dt g 78,5.2,96 Q tg = 2,12.0,89.0,5 = 45,6(kN) 10 Q tg = q qt f dt = Trong đó: F: diện tích tiếp xúc đất và thành gầu 65 F = 2.π.R.H = 2.3,14.0,89.0,53 = 2,96(m ) R: bán kính gầu R = 0,89 (m) H: chiều cao thành gầu H = 0,53(m) fdt: hệ số ma sát đất và thép, chọn fdt = 0,5 γ : trọng lượng riêng của thép γ = 78,5(kN / m ) g: gia tốc trọng trường g = 10(m/s2) ω : vận tốc góc quay của gầu ω= 2π.n 2.3,14.20 = = 2,1(rad / s) 60 60 Trong quá trình khoan gầu khoan xoay quanh truc khoan, đó có mômen cản tác dung lên thành gầu là: M tg = 2.Q tg D1 1,78 = 2.45,6 = 81,17(kN.m) 2 => Tổng momen cản tác dung lên gầu là : M = M cc + M tg = 5, 77 + 81,17 = 86,94( kN m) 3.3 Kiểm tra bền thiết kế Gầu 3.3.1 Khái niệm lý thuyết vỏ Vỏ là loại vật thể có một kích thước nhỏ nhiều so với kích thước lại Mặt cách đều hai mặt bên của vỏ gọi là mặt trung gian Khoảng cách hai mặt bên đo theo phương vuông góc với mặt trung gian là chiều dày vỏ Trong tính toán vỏ mỏng người ta thường sử dung hai lý thuyết khác đó là lý thuyết mômen và lý thuyết không mô men Lý thuyết không mô men là lý thuyết vỏ dựa giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của mô men uốn, có nghĩa là coi ứng suất pháp phân bố đều bề dày vỏ Lý thuyết mômen là lý thuyết vỏ có kể đến tác dung của mô men uốn.Nếu bề dày vỏ là khá nhỏ so với bán kính chính khúc, nếu độ cong của kinh tuyến không có sự thay đổi đột ngột và nếu vỏ không chịu tác dung của các lực tập trung mặt phẳng 66 kinh tuyến thì ứng suất pháp uốn gây là không đáng kể đó ta áp dung lý thuyết không mô men 3.3.2 Chọn vật liệu làm vỏ gầu tính bền 3.3.2.1 Chọn vật liệu Trong quá trình cắt đất gầu khoan quay với tốc độ góc ω quanh truc khoan, quay thì gầu chịu lực quán tính ly tâm phân bố đều chiều cao thành gầu H Do thành gầu tiếp xúc với đất nên có lực ma sát làm cản trở lại mômen quay gầu Đặc điểm của thành gầu là tích đất đá, làm việc môi trường nước và dung dịch Bentonite Căn cứ vào thực tế chọn vật liệu chế tạo là thép C45 có : σk = 850 Mpa , σch= 580MPa tương ứng với độ dày nhỏ 50mm 3.3.2.2 Kiểm tra theo điều kiện bền Mặt cắt ngang của gầu khoan theo hai phương có dạng sau: σk σv R P t P Hình 3.3 – Mặt cắt gầu khoan Theo tính toán ở thì trọng lượng của đất gầu: Gđ = 18 (kN) 67 Đối với vỏ mỏng ta tính ứng suất theo phương kinh tuyến σk và phương vĩ tuyến σv Ta có phương trình Laplace: σv σk p + = rk rv t Với kết cấu của gầu có dạng thì kinh tuyến của gầu có dạng đường thẳng nên rk = ∞ Từ phương trình ta có σv = p.R t Trong đó: p: áp lực trung bình lên bề mặt gầu p= G d 4.G d 4.18 = = = 7, 24(kN / m ) 2 Sd π.D1 3,14.1,78 R: khoảng cách từ mặt trung gian tới mặt bên Đối với thùng có kết cấu trên, thì khoảng cách này có giá trị là: D1 1,78 = = 0,89(m) 2 R= t: bề dày của gầu t = 20(mm) Ứng suất theo phương vĩ tuyến là: σv = p.R 7, 24.0,89 = = 322,18(kN / m ) −3 t 20.10 = 0,322(Mpa) σv < [ σ] Để tính ứng suất theo phương kinh tún σk ta cắt hình tru trịn mợt mặt cắt vuông góc với truc của gầu, và xét sự cân của phần gầu theo phương truc của gầu 68 Ta có: σk 2.π.R.t − p.π.R = → σk = p.R 7, 24.0,89 = = 161,09(kN / m ) = 0,161(MPa) 2.t 2.0,02 σk < [ σ] k Như bề dày của gầu đảm bảo điều kiện bền 3.3.3 Kiểm tra theo xoắn nén Paxl1+Gkl Mz Nz Paxl+Gkl Mg qd+qgx P +G -Po+Q Po axl Hình 3.4 – Biểu đồ momen nội lực Gọi qđ, qgx là trọng lượng phân bố đều của đất và gầu: qd = Gd 18 = = 33,96(kN / m) H 0,53 q gx = G gx h = 18,1 = 34,15(kN / m) 0,53 Ứng suất tiếp mômen xoắn gây nên ở thành gầu : τz = M max ≤ 0,6.[ σ ] u w0 69 kl Trong đó: Mmax = 60 (kN.m) momen xoắn quay gầu lớn nhất Wo : momen chống xoắn W0 = 0, 2.D13 (1 − α ) d: đường kính gầu d = D1 − 2.t = 1,78 − 2.0,02 = 1,74(m) α= d 1,74 = = 0,97 D1 1,78 ⇒ τz = 60 = 463,74(kN / m ) = 0, 463(MPa) 0, 2.1,78 (1 − 0,97 ) τz < 0,6.[ σ] k = 0,6.850 = 510(MPa) Để kiểm tra ứng nén, ta kiểm cho hai trường hợp tính toán ở Từ biểu đồ nội lực ta xác định nội lực : N1 = Pxl + Gkl = 20 + 60 = 80(kN) N2 = Pxl + Gkl - Po+ Q Trong đó: P0: phản lực theo phương đứng của đất tác dung lên gầu P0 = 22,02(kN) Q = ( q d + q gx ) H = (33,96 + 34,15).0,53 = 36,1(kN) N2 = 20 + 60 - 22,02 +36,1 = 94,08(kN) Ứng suất nén: σn = N2 ≤ [ σ] F Trong đó: F: diện tích mặt cắt vỏ gầu π 3,14 F = ( D12 − d ) = (1,782 − 1,74 ) = 0,11(m ) 4 70 σn = 94,08 = 855, 27(kN / m ) = 0,855(MPa) 0,11 Vì vỏ gầu chịu ứng suất phức tạp vừa chịu nén và xoắn đó phải tính ứng suất tương đương σtđ và kiểm tra theo điều kiện : Theo thuyết bền thứ ta có: σ td = σn + 3.τ2z ≤ [ σ ] σ td = 0,8552 + 3.0, 4632 = 1,17(Mpa) ≤ [ σ ] Kết luận: Gầu làm thép C45 đủ điều kiện bền xoắn và nén 3.4.3Kiểm tra bền gầu Răng coi gắn cứng với gầu, đó một dầm cơngxơn F 11 F 12 F1 Hình 3.5– Phấn tích lực tác dụng lên gầu M 60 F1max = max = = 500(kN) rmin 0,12 Trong đó: Mmax: momen xoay gầu lớn nhất Mmax = 60(kN.m) rmin: khoảng cách từ gầu gần nhất đến tâm gầu rmin = 0,12(m) F12 P12 P F 4,18.500 = → F12 = 12 = = 98,08(kN) F1 P1 P1 21,31 Chọn bề dày chân là 30mm đó : 71 σa = F 98,08 = = 65384(kN / m ) < [ σ] A 0,05.0,03 Chọn thép làm chân là thép C45 là thỏa mãn yêu cầu 3.5.3 Tính chốt liên kết gầu Kelly Chốt liên kết gầu và Kelly là chi tiết có nhiệm vu liên kết gầu và Kelly, quá trình làm việc của máy thì nó chịu uốn và chịu dập là chủ yếu Theo kinh nghiệm thực tế thì ta chọn các kích thước hình học của chớt sau: Hình 3.6 – Kích thước hình học chốt Chọn vật liệu chế tạo là thép C45 có đặc tính sau: Ứng suất bền uốn là: [σ]u = 600(N/mm2) Ứng suất bền chảy: [σ]ch = 300(N/mm2) Ứng suất bền dập: [σ]d = 280(N/mm2) Trọng lượng riêng của thép là: γ = 78500(N/m3) Trong quá trình làm việc của chốt thì nó chủ yếu chịu ứng suất uốn và ứng suất dập nên ta chọn sơ đồ tính cho chốt là sơ đồ tính dầm giản đơn chịu tác dung của lực tập trung Sơ đồ hình dưới đây: 72 P 140 VA VB Mu Qc Hình 3.7 – Sơ đồ tính tốn liên kết gầu chốt Kelly Trong quá trình làm việc của máy thì trạng thái nguy hiểm nhất đối với chốt là trường hợp đào hố ở độ sâu lớn nhất, gầu tích đầy đất và bắt đầu kéo cáp lên Khi này các thành phần tải trọng tác dung lên chốt gồm có: Trọng lượng bản thân chốt Tổng trọng lượng của toàn bộ gầu chứa đầy đất Lực ma sát sinh lượng chất lỏng chảy x́ng dưới lịng hớ khoan với thành gầu khoan Tuy vậy, trọng lượng bản thân của chốt nhỏ, ảnh hưởng không đáng kể đến khả chịu lực của chốt nên ta bỏ qua Và giá trị của lực ma sát chất lỏng và thành gầu lấy theo kinh nghiệm, lấy 30% tổng trọng lượng của gầu chứa đất Ta có tổng trọng lượng của gầu chứa đầy đất là: G = Gg+Gd = 18,1 + 18 = 36,1(kN) Lực tập trung tác dung lên chốt có giá trị là: P = 1,3.G = 1,3.36,1 = 46,93(kN) Phản lực tại gối tựa xác định sau: VA = VB = P 46,93 = = 23, 47(kN) 2 Mômen uốn sinh lớn nhất chốt là tại mặt cắt dầm : 73 Mu = P.l 46,93.0,14 = = 1,64(kN.m) 4 Do đó ứng suất lớn nhất sinh chốt có giá trị là : σu = Mu 1,64 = = 256250(kN / m ) −6 Wu 6, 4.10 Trong đó: Wu: là mô men chống uốn của chốt ; Wu = 0,1.d3 = 0,1.0,053 = 6,4.10-6 m3 Kết luận : chốt đảm bảo về độ bền uốn Từ giá trị nội lực tính ta vẽ biểu đồ mômen uốn và lực cắt 3.6.3 Kiểm tra chốt về độ bền dập Ta có diện tích chịu dập của chốt là diện tích hình chữ nhật có chiều dài là 0,155m và chiều rộng là đường kính của chốt : Fd = 0,155.0,02 = 0,003(m2 ) Ứng suất dập lớn nhất sinh chốt sẽ là : σd = P 46,93 = = 15643,33(kN / m ) Fd 0,003 Vậy ta thấy ứng suất dập lớn nhất sinh chốt có giá trị nhỏ ứng suất dập cho phép, nó đảm bảo về độ bền dập Kiểm tra chốt về độ bền cắt theo công thức : τc = Qc ≤ [ τ] c Fc Trong đó: Qc: là lực cắt lớn nhất sinh tại mặt cắt chốt Qc = VA = 23,47(kN) Fc: diện tích chịu lực cắt, là diện tích mặt cắt ngang của chốt Fc = π d2 0,022 = 3,14 = 3,14.10−4 (m ) 4 74 τc = 23, 47 = 74745,22(kN / m ) −4 3,14.10 So sánh với ứng suất cắt cho phép của chốt thì ta thấy ứng suất cắt lớn nhất sinh chốt nhỏ giá trị cho phép nên nó đảm bảo về độ bền cắt.Do chốt ta chọn đảm bảo độ bền 75 KẾT LUẬN Sau tuần thực hiện và nghiên cứu về nội dung đồ án với đề tài : " Thiết kế máy khoan cọc nhồi hình tru " Đến em hoàn thành nhiệm vu thiết kế của mình Qua đó em tiếp thu rất nhiều kinh nghiệm quý báu phuc vu cho quá trình làm việc sau này Từ nội dung đồ án em học hỏi kiến thức về công nghệ thi công nền móng cọc khoan nhồi, phương thức tính toán thiết kế máy và quy trình công nghệ gia công chế tạo các chi tiết máy Trong quá trình thực hiện đờ án, cịn thiếu nhiều kinh nghiệm thực tế, thời gian quan sát thực tế và tham khảo tài liệu hướng dẫn hạn chế Nên nội dung đồ án của em không thể tránh sai sót Em mong các thầy bỏ qua và dạy em nhiều TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 [ ] Hoa Văn Ngũ, Lưu Bá Thuận Hướng dẫn đồ án đặc tính kĩ thuật Máy Làm Đất, Nhà xuất bản Xây dựng [ ] TS Trương Quốc Thành, Đặng Thế Hiếu ( 1992 ), Hướng dẫn đồ án máy nâng, Trường đại học Xây dựng [ ] PGS.TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Ủn, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, Nhà xuất bản giáo duc [ ] PGS.TS Lê Ngọc Hồng ( 2006 ) Sức bền vật liệu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [ ] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy, Nhà xuất bản giáo duc [ ] Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng ( 2004 ), Máy thiết bị nâng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [ ] PGS.TS Nguyễn Viết Trung, ThS Lê Thanh Liêm ( 2003 ), Cọc khoan nhồi công trình giao thông, Nhà xuất bản Xây dựng [ ] Giới thiệu thiết bị hãng NIPPON – SHARYO ( Nhật Bản ) [ ] Cataloge hãng Dego – Hydraulik ( Đức ) [ 10 ] Cataloge hãng POCLAIN – Hydraulik ( Đức ) [ 11 ] Cataloge hãng China – INI ( Trung Quốc ) 77 ... ống vách 1.4.1 Sơ đồ thi cụng khoan coc nhi Lắ p ráp cơgiớ i, định vịvà câ n chỉnh máy Thi công hạ ống vách Bơm cấp Bentonite Đ ổbê tông cọc san lấp bềmặ t Khoan đến cao độ đáy cọc Thổi rửa,vét... khoan cần hộp lắp máy sở là máy xúc thuỷ lực 1.6.1 PHƯƠNG ÁN I: LẮP CẦN GIÀN LÊN MÁY CƠ SỞ LÀ MÁY XÚC THUỶ LỰC 31 Hình 1.18 - Sơ đồ máy thi cơng khoan cọc nhồi kiểu cần giàn Trong đó: –... cắt ở lưỡi cắt cạnh gầu P2 Tính lực P1 39 Hình 2.1 – Sơ đồ tính tốn lực cản cắt đất B-B h2 B2 h Rg Rc Hình 2.2 – Sơ đồ phoi đất lưỡi cắt đáy gầu Lưỡi cắt đáy gầu P1: lực cản cắt lưỡi