Máy xây dựng - Chương V: Thiết bị gia cố nền móng

Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 1 HỌC PHẦN MÁY XÂY DỰNG Giảng viên phụ trách Thạc sĩ ĐẶNG XUÂN TRƯỜNG Email: dangxuantruong@hcmutrans.edu.vn dangxuantruong@hcmut.edu.vn Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 2 CHƯƠNG V: THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN MÓNG I. Búa đóng cọc Diesel Búa diesel kiểu ống dẫn : Piston là vật nặng rơi trong ống dẫn hướng (xilanh) để tạo ra lực đóng cọc. Nguyên lý hoạt động : Giai đoạn 1: Khởi động búa Dùng móc kéo piston lên cao, không khí nạp vào xi lanh qua lỗ, rãnh sẽ điều khiển bơm bơm dầu vào lõm với áp suất khoảng 1,5 đến 2 kG/cm2. Khi móc va chạm vào cò thì móc trượt khỏi piston, piston rơi tự do. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 3 Giai đoạn 2: Piston rơi và nén không khí ‰ Piston rơi xuống đóng kín lỗ thoát nạp khí thì không khí trong xilanh bắt đầu được nén, áp suất và nhiệt độ tăng, vào cuối hành trình, áp suất khoảng 30 kG/cm2, nhiệt độ khoảng 600C. ‰ Khi phần lồi trên piston va đập vào phần lõm trên đế búa thì truyền lực đóng cọc, đồng thời làm cho dầu văng tung toé thành những hạt nhỏ. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 4 Giai đoạn 3: Hỗn hợp nhiên liệu cháy và giãn nở sinh công ‰ Dầu diesel ở trạng thái những hạt nhỏ hoà trộn với không khí ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ tự bốc cháy, áp suất và nhiệt độ trong xilanh tăng nhanh. ‰ Một phần áp lực khí cháy sẽ đẩy piston lên cao, phần còn lại tác dụng lên đế búa và truyền xuống cọc. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 5 Giai đoạn 4: thải khí cháy, nạp khí mới, điều khiển bơm dầu ‰ Khi piston văng lên đi qua lỗ thoát nạp khí thì khí cháy thoát nhanh ra ngoài, piston tiếp tục đi lên theo quán tính lại hút không khí vào xilanh, rãnh trên piston lại điều khiển bơm bơm dầu vào lõm. Vận tốc piston giảm dần đến không rồi rơi xuống tiếp tục một chu kỳ khác. ‰ Muốn cho búa dừng thì giật dây điều khiển cho bơm dầu ngừng hoạt động. Với nguyên lý hoạt động như trên, trong một chu kỳ có hai thành phần lực tác dụng lên cọc : lực động do piston va đập vào đế búa và lực do hỗn hợp khí cháy giãn nở sinh công. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 6 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 7 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 8 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 9 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 10 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 11 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 12 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 13 II. Búa rung Nguyên lý hoạt động: ‰ Nguyên lý chìm cọc khi đóng bằng búa rung lợi dụng lực gây rung do trục lệch tâm hay đĩa lệch tâm sinh ra để truyền vào cọc. ‰ Búa rung đặt trên đỉnh cọc và truyền lực rung động cho cọc, cọc dao động sẽ làm giảm lực ma sát giữa cọc và nền. Phân loại: Có 3 loại búa rung: búa rung nối cứng, búa rung nối mềm và búa rung – va đập (búa va rung). Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 14 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 15 Ưu điểm: ‰ Búa rung có kích thước đầu búa nhỏ gọn, tính cơ động cao, dễ điều khiển, làm việc tin cậy. ‰ Đóng cọc bằng búa rung ít gặp hiện tượng chối giả, cọc không bị vỡ như khi dùng búa va đập. ‰ Có thể dùng búa rung để nhổ cọc. ‰ Khi đóng cọc có thể không dùng giá dẫn hướng đầu búa. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 16 Nhược điểm: ‰ Lực rung động làm giảm tuổi thọ của động cơ và gây ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận. Để giảm lực rung động truyền ra các công trình lân cận, có thể đào đường hào để ngăn cách. ‰ Thay vì dùng giá dẫn hướng thì búa rung phải dùng cần trục tự hành để nâng hạ búa khi đóng cọc; phải sử dụng các thiết bị phát lực như máy phát điện, máy bơm thuỷ lực. ‰ Máy phát điện cung cấp năng lượng điện cho đầu búa hoạt động, máy bơm thuỷ lực cung cấp dầu thuỷ lực có áp suất cao cho bộ phận xilanh kẹp cọc dưới đầu búa. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 17 Phạm vi sử dụng: ‰ Búa rung thường dùng để đóng cọc có tiết diện nhỏ vào nền đất ít có độ dẻo dính. ‰ Các loại cọc thường được đóng bằng búa rung như: Cọc ván thép, cọc ống thép, cọc thép hình, cọc bêtông cốt thép tiết diện nhỏ (100x100 đến 300x300). ‰ Búa rung nhổ cọc rất hiệu quả nên được dùng để đóng và nhổ ống vách khi thi công cọc khoan nhồi; đóng và nhổ dùi dẫn bấc thấm hay ống dẫn cát để xử lý nền đất yếu. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 18 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 19 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 20 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 21 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 22 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 23 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 24 III. Búa đóng cọc thủy lực 1. Búa hơi đơn động: ‰ Là búa hơi chỉ dùng áp lực của khí nén hay hơi nước nâng búa lên độ cao đóng cọc, sau đó xả nhanh khí ra từ xi – lanh cho búa rơi xuống và hạ cọc. ‰ Búa là xi – lanh nặng từ 1 – 9 tấn được treo trên giá nhờ tời cáp. Độ cao nâng búa từ 0,7m – 1,6m. ‰ Loại này có ưu điểm là đơn giản, trọng lượng hiệu dung đóng cọc cao, độ nâng thấp, có thể không cần giá búa. Tuy nhiên lại tốn thiết bị trung gian như nồi hơi, máy nén, ống dẫn Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 25 1. Xi lanh - búa 2. Đầu búa (cán pittong) 3. Khe không chế độ cao nâng búa 4. Pittong 5. Van điều khối khí. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 26 2. Búa hơi song động: ‰ Là búa hơi khi nâng và hạ búa đều dùng áp lực của hơi nước hay khí nén. ‰ Búa có thể dùng để đóng cọc đường kính lớn tới 50cm hoặc có thể nhổ cọc nếu lắp bộ kẹp vào đầu búa. ‰ Búa song động cũng có công dụng như búa đơn động nhưng cọc được đóng có đường kính lớn hơn. ‰ Búa có ưu điểm là hạ cọc nhanh, có thể đóng từ 200 – 500 nhát1 phút, ít phá đầu cọc, có thể tăng giảm lực đóng cọc, có thể nhổ cọc. Tuy nhiên máy có nhược điểm là trọng lượng hữu ích của búa nhỏ (25%), thiết bị trung gian công kềnh. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 27 1. Xi lanh 2. Pittong - búa 3. Đầu búa – Cán pittong 4. Mũ cọc 5. Cọc 6. Khe nạp – thải khí trên 7. Khe nạp - thải khí dưới 8. Lớp đệm Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 28 IV. Máy khoan cọc nhồi Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 29 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 30 1. Máy khoan xoắn ruột gà ‰ Dùng để khoan sâu đến hàng trăm mét với đường kính lỗ đến 2m xuống đất và đá cứng. ‰ Khi khoan dùng xi – lanh điều chỉnh vá ấn định hướng đường tâm lỗ khoan, cho mũi khoan ruột gà quay tồi thả cáp hạ mũi khoan xuống dần. ‰ Tới độ sâu cần thiết thì cuộn cáp nâng dần ruột gà lên. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 31 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 32 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 33 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 34 2. Máy khoan ống vách kiểu dao động ‰ Loại ống vách có mũi khoan hình ống, có thể nối dài bởi nhiều đoạn. Hai bên thành ống được gắn với các đầu pittong của hai xi lanh dao động. Khoảng dao động là khoang ¼ góc vuông. ‰ Có một xi lanh ấn để hạ ống cắt dần dần. ‰ Máy khoan ống vách khoan sâu đến 75m phù hợp nền đất phức tạp. ‰ Đường kính lỗ khoan đến 2m. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 35 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 36 3. Máy khoan kiểu quay tròn ‰ Loại này mũi khoan hay còn được gọi là đầu cắt được truyền động từ bộ dẫn động cơ khí hay động cơ thủy lực. ‰ Đầu cắt sẽ quay tròn 360 độ liên tục nên tốc độ quay nhanh. Quay liên tục nên răng cắt đỡ mòn. ‰ Máy có cơ cấu cũng giống như máy khoan ruột gà, riêng mũi khoan ở dạng ống xoay, chân ống có răng và rãnh cắt. ‰ Điển hình nhất là máy khoan RDM của Đức với lực nén từ 1900 – 3700kN và momen quay từ 1800 – 4200kNm. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 37 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 38 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 39 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 40 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 41 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 42 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 43 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 44 4. Máy khoan tường vách ‰ Dùng để khoan tường vách dạng rãnh, được khoan đào bằng gàu ngoạm với lực kẹp rất lớn. ‰ Bề dày tường vách có thể khoan từ 400 – 1500mm. ‰ Loại này thường dùng trong các trường hợp không sử dụng cọc làm nền móng để tránh choán chỗ. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 45 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 46 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 47 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 48 Ñaøo coïc barrette baèng gaøu töï ñoäng hydrofraise (coù gia cöôøng vaùch baèng bentonite) Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 49 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 50 V. THIẾT BỊ ÉP CỌC 1. Thiết bị ép tải: ‰ Máy ép tải đang được sử dụng ở Việt Nam có sức ép từ 60 đến 200 tấn. ‰ Máy có thể ép cọc cách công trình cũ 60cm. ‰ Máy ép cọc gồm các bộ phận: Bệ máy, kích thủy lực, khung dẫn hướng và đối trọng. ƒ Bệ máy được sản xuất từ thép hình chữ I, U. ƒ Khung dẫn được sản xuất từ thép hình và có cấu tạo ống lồng: Phần bên ngoài cố định, phần trong di động lên xuống trong quá trình ép cọc. ƒ Đối trọng là các khối bê tông cốt thép. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 51 MẶT BẰNG MÁY ÉP CỌC 1. Bệ máy; 2. Cơ cấu di chuyển dọc bệ máy; 3. Bu lông liên kết; 4. Ống lồng trong dẫn hướng cọc; 5. Vị trí xếp đối trọng; 6. Khối BTCT đối trọng; 7. Ống ngoài; 8. Cọc Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 52 SƠ ĐỒ MÁY ÉP CỌC 1. Cọc ép; 2. Khung dẫn di động; 3. Khung dẫn cố định; 4. Kích thủy lực; 5. Đối trọng; 6. Ồng dẫn dầu; 7. Bệ máy; 8. Cần trục Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 53 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 54 Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 55 2. Thiết bị ép neo: ‰ Máy ép neo đang được sử dụng ở Việt Nam có sức ép từ 20 đến 40 tấn. ‰ Máy có thể ép cọc cách công trình cũ 20cm. ‰ Máy ép cọc gồm các bộ phận: Bệ máy, kích thủy lực, khung dẫn hướng và neo đất. ‰ Máy ép cọc loại này thích hợp cho những công trình loại nhỏ, những công trình xây chen có mặt bằng hẹp, xử lý lún nứt cho các công trình cũ hoặc ép cọc cho các công trình thi công theo phương pháp ép sau. ‰ Máy nhỏ gọn, đơn giản, dễ thi công. Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 56 MÁY ÉP NEO 1. Bệ máy; 2. Khung dẫn hướng; 3. Máy thủy lực; 4. Gỗ kê; 5. Neo đất; 6. Cọc bê tông cốt thép Giảng viên, ThS. Đặng Xuân Trường MÁY XÂY DỰNG – Chương V: Thiết bị gia cố nền móng 57 KẾT THÚC CHƯƠNG 5