nghiên cứu thiết kế bộ công tác thi công cọc vít lắp trên máy đào NCKH 2013

Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay, với mức độ phát triển khoa học kĩ thuật tiên tiến, ngành xây dựng chiếm
một vai trò vô cùng quan trọng, các nhà sản xuất và thi công không ngừng củng cố và
phát triển các phương thức thi công nhằm nâng cao chất lượng công trình cũng như thể
hiện mức độ hiện đại hóa trình độ xây dựng.
Để thực hiện được một công trình xây dựng chất lượng cao như đã nêu, khâu gia
cố nền móng chiếm một vai trò hết sức quan trọng, bởi vì nền móng công trình là bộ
phận chịu lực quan trọng nhất của toàn bộ công trình, nền móng công trình vững
chắc là cơ sở đảm bảo chất lượng và an toàn của công trình trong quá trình sử dụng.
Phần móng công trình chiếm tỷ trọng rất lớn từ 10% đến 30% nên việc đảm bảo chất
lượng móng là yêu cầu tối quan trọng trong việc thi công. Để đảm nhận vai trò quan
trọng đó, phụ thuộc rất nhiều vào các phương tiện gia cố nền móng.
Trong tình hình hiện nay, có ít loại máy gia cố ở nước ta thực sự phù hợp với đặc
điểm địa chất của nước ta, tạo hiệu quả cao trong gia cố nền móng vì Việt Nam là
một quốc gia có hệ thống sông ngòi dày đặc và chứa nhiều mạch nước ngầm. Với sự
phát triển tân tiến hơn rất nhiều, các nước phương Tây đã nghiên cứu, tạo ra bộ công
tác thi công cọc vít có rất nhiều ưu điểm, khắc phục được các khuyết điểm của phần
lớn các máy gia cố và tương đối phù hợp với đặc điểm địa chất Việt Nam.
Trong bài nghiên cứu này, chúng em xin được trình bày nội dung quá trình
nghiên cứu, tính toán và thiết kế bộ công tác thi công cọc vít, với mong muốn giới
thiệu đến những ai quan tâm bộ thiết bị gia cố nền móng này, đưa nó vào thực tiễn
cho ngành xây dựng nước nhà, góp phần vào các thành tựu kĩ thuật trong tương lai.
Bài nghiên cứu được thực hiện dựa trên các cơ sở lý thuyết khoa học chính xác và có
tính ứng dụng cao, vì vậy mong quý thầy cô và các bạn chú ý tham khảo.
Trong quá trình nghiên cứu, không thể tránh được một số sai sót ngoài ý muốn do
năng lực có phần hạn chế và thiếu kinh nghiệm thực tế. Do vậy, chúng em rất mong
nhận được sự đóng góp, chỉ bảo của quý thầy trong Bộ Môn. Cuối cùng, chúng em
xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Hữu Chí trong quá trình hoàn
thiện bài nghiên cứu.
Nhóm SV lớp CGH-K52

1
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam, là một quốc gia có bờ đất liền trải dài theo đường bờ biển, do đó trong
đất liền có hệ thống sông ngòi chằng chịt, đồng thời lớp địa chất dưới đất nền có nhiều
mạch nước ngầm. Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều,
đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các
vấn đề phải giải quyết như: sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả
diện tích lớn.
Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều khu vực có nền đất yếu, đặc biệt lưu vực
sông Hồng và sông Mê Kông. Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành
và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc
theo các dòng sông và bờ biển. Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển
các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu. Việc xử lý nền đất yếu là
vấn đề bức thiết và quan trọng hàng đầu trong ngành Xây dựng hiện đại.
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một
số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ
chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất đảm bảo điều kiện
khai thác bình thường cho công trình.
Vì những lý do như vậy, nền đất của nước ta có độ cứng tương đối thấp, đất yếu,
khó gia cố nền móng cũng như gặp nhiều trở ngại trong công tác neo giữ các công
trình lớn nhỏ khác nhau như: Cầu, nhà máy, nhà xưởng, cột điện cao thế, các khu
chung cư, đê, đập…Vì vậy, tìm ra các máy móc, thiết bị thi công làm việc có hiệu quả
tối ưu ở khâu gia cố nền móng trong ngành xây dựng đối với đặc điểm địa chất của
nước ta như vậy là vô cùng cần thiết và quan trọng.
Mặt khác, phần lớn các máy thi công gia công nền móng hiện nay ở Việt Nam và trên
thế giới có các nhược điểm như sau:
- Công suất thấp do hao phí bởi các phần không góp phần vào công tác thi
công, lượng chi phí tăng đáng kể.

- Gây ô nhiễm môi trường do lượng khí thải sinh ra lớn.
- Gây ô nhiễm tiếng ồn với cường độ cao, ảnh hưởng tới sức khỏe con người
và các hoạt động đời sống sinh hoạt khác.
Nhóm SV lớp CGH-K52
2
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
- Khi thi công phát ra độ rung lớn ảnh hưởng tới các công trình khác cũng
như sức khỏe con người.
- Các máy thi công này đều có kích thước lớn do vậy chỉ có thể làm việc ở
những nơi có không gian rộng và xa dân cư vì những ảnh hưởng do nó gây
ra.
Những điều trên, đều là những vấn đề cấp thiết hàng đầu mà các hãng công
nghệ kĩ thuật đang cần phải giải quyết để tăng hiệu quả công tác và giảm ô
nhiễm đối với môi trường, để có thể giúp kĩ thuật gia công nền móng nói riêng
và kĩ thuật xây dựng nói chung trở nên tiên tiến hơn. Với sự phát triển của khoa
học kĩ thuật trên thế giới hiện nay, người ta đã nghiên cứu ra bộ công tác thi
công cọc vít, phương pháp gia cố nền móng bằng cọc vít đang được áp dụng
ngày một phổ biến bởi nó có các công dụng nổi bậc: neo giữ, gia cố nền móng
công trình xây dựng; gia cố nền đất yếu; thay thế đối trọng trong máy ép cọc….
. Nó có những ưu điểm như: Hiệu suất làm việc cao, tiêu hao nhiên liệu thấp,
giảm chi phí đáng kể, lượng khí thải, tiếng ồn và độ rung sinh ra rất ít, và nổi
bật hơn cả là với kích thước nhỏ gọn của nó, có thể làm việc trong môi trường
có không gian chật hẹp, ở các khu dân cư, giúp neo giữ các công trình lớn, đê,
điều…một cách hiệu quả và thể hiện mức độ kĩ thuật hiện đại, có thể khắc phục
được tất cả các khuyết điểm đã nêu như trên.
Với đặc điểm địa chất của nước ta, bộ máy công tác thi công cọc vít có
thể khắc phục ở mức độ tương đối các khuyết điểm của nền móng. Tuy nhiên,
việc ứng dụng cọc vít trong xây dựng ở nước ta hiện nay còn nhiều hạn chế và
chưa được phổ biến rộng rãi. Với nhiều tính năng ưu việt cọc vít có thể đáp ứng
được phần nào các yêu cầu về neo giữ và gia cố nền đất. Vì thế việc áp dụng

cọc vít vào lĩnh vực xây dựng ở nước ta là việc làm cần thiết và nên được ứng
dụng rộng rãi trong tương lai, hứa hẹn sẽ là một loại máy gia cố nền móng thích
hợp nhất cho các công trình ở Việt Nam và đủ để nâng tầm cỡ công nghệ kĩ
thuật nước ta lên một tầm cao trên trường quốc tế.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
2. 1 Mục đích phần lý thuyết:
- Nghiên cứu và xây dựng phương án neo giữ và gia cố nền đất yếu bằng cọc
vít phù hợp với điều kiện thi công và điều kiện kinh tế của Việt Nam.
Nhóm SV lớp CGH-K52
3
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
- Tính toán, thiết kế bộ công tác thi công cọc vít và lựa chọn máy đào cơ sở
phù hợp cho việc khoan cọc vít vào đất.
2. 2 Mục đích chung của đề tài:
Từ việc khảo sát các thông số cơ bản của cọc vít từ đó đề xuất phương
án thiết kế bộ công tác thi công cọc vít và lựa chọn máy đào cơ sở phù hợp với
điều kiện thi công, nhằm mang lại hiệu quả cao nhất. Tạo điều kiện thuận lợi
cho quá trình thi công, giảm thời gian và giá thành cho công tác gia cố nền
móng cho các công trình xây dựng. Thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi cọc vít vào
lĩnh vực xây dựng. Góp phần thay thế các phương pháp gia cố nền móng
truyền thống và thúc đẩy kinh tế phát triển. Từ nhu cầu sản xuất thực tế,
nghiên cứu, tính toán, thiết kế bộ công tác thi công cọc vít phù hợp với điều
kiện sử dụng ở Việt Nam, cụ thể đảm bảo các yêu cầu sau:
-Chi phí vận hành, lắp đặt là nhỏ nhất.
- Đảm bảo an toàn, không gây nguy hiểm cho người sử dụng.
- Đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật thi công.
- Vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng.
- Tuổi thọ của thiết bị cao.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
3. 1 Đối tượng nghiên cứu: cọc vít, bộ công tác thi công cọc vít và các loại máy

đào cơ sở có thể lắp bộ công tác thi công cọc vít.
3. 2. Nội dung nghiên cứu cụ thể của đề tài như sau:
- Tìm hiểu sơ lược về cọc vít.
- Khảo sát bộ công tác thi công cọc vít.
- Khảo sát các loại máy đào cơ sở.
- Lựa chọn và tính toán sơ lược các thông số cơ bản của cọc vít.
- Thiết kế, tính toán bộ công tác thi công cọc vít.
- Lựa chọn động cơ thủy lực.
- Chọn máy đào cơ sở phù hợp.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
4. 1 Ý nghĩa khoa học: lựa chọn được bộ công tác thi công và máy đào cơ sở
phù hợp với điều kiện thiết kế, tính toán và thi công.
4. 2. Ý nghĩa thực tiễn: giúp các đơn vị thiết kế, thi công công trình lựa chọn
các loại cọc vít và máy đào phù hợp để công tác gia cố nền móng đạt chất
lượng đồng thời mang lại hiệu quả về mặt kinh tế - kỹ thuật trong xây dựng
công trình.
5. Giới thiệu sơ lược các phương pháp gia cố nền móng hiện nay:
Để gia cố và neo giữ nền móng ta có nhiều phương pháp khác nhau như sau:
Nhóm SV lớp CGH-K52
4
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
5.1. Đóng cọc: Phương pháp này là dùng đầu búa tạo ra lực xung kích để
đóng cọc xuống đất. Loại máy này đang được sử dụng rất rộng rãi ở nước ta
hiện nay. Có rất nhiều loại búa máy dùng để đóng cọc xuống đất: búa Diezel,
búa rung, búa thủy lực.
+Ưu điểm: cơ động, mang tính độc lập cao không phụ thuộc vào nguồn
nặng lượng bên ngoài, giá thành đầu tư nhỏ.
+Nhược điểm: công thực tế đóng cọc nhỏ, tốc độ đóng cọc chậm, hiệu quả
thấp, gây ồn, tạo độ rung động lớn nên có thể gây ảnh hưởng đến các công
trình bên cạnh, khí thải gây ô nhiễm môi trường, khi đóng cọc phải tiến hành ở

vùng xa dân cư, nếu lực đóng cọc quá lớn thì dễ làm vỡ đầu cọc.
Hình 1. Thi công gia cố nền bằng máy đóng cọc (cọc bê tông)
5. 2. Ép cọc: Là phương pháp sử dụng lực ép tĩnh để hạ cọc. Để tạo ra áp lực
tĩnh người ta sử dụng các xilanh thuỷ lực để ép cọc đi sâu vào nền.
+Ưu điểm: ít gây ồn, độ rung động nhỏ nên không gây chấn động cho các
công trình khác, khả năng kiểm tra chất lượng tốt hơn: từng đoạn cọc được ép
thử dưới lực ép và ta xác định được sức chịu tải của cọc qua lực ép cuối cùng.
Nhóm SV lớp CGH-K52
5
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
+Nhược điểm: không thi công được cọc có sức chịu tải lớn hoặc lớp đất
xấu cọc phải xuyên qua quá dày; trước khi đem cọc đi ép đại trà phải ép thử
một số cọc, nếu cọc nào không đảm bảo chất lượng phải loại bỏ; trước khi ép
cọc phải tiến hành khảo sát địa chất công trình; cần đối trọng lớn.
5. 3. Cọc khoan gia cố xi măng đất:
+Ưu điểm:khả năng xử lý sâu, thích hợp cho các loại đấ tyếu; thi công nhanh, kĩ
thuật thi công không phức tạp, ít rủi ro; tiết kiệm thời gian thi công do không
phải chờ thời gian đúc cọc, tốc độ thi công cọc nhanh; hiệu quả kinh tế cao giá
thành thấp; thi công được trong điều kiện chật hẹp ,mặt bằng ngập nước (vùng
ven sông, ven biển, bãi bồi…)
+Nhược điểm: xi măng có thể tràn ra ngoài gây ô nhiễm môi trường; không thi
công được ở những công trình lớn; bộ công tác phức tạp; nếu lắp trên máy cơ sở
thì chiều cao cọc không được lớn; khả năng chống cắt kém; sau khi thi công cọc
xong phải chờ cho cọc khô rồi mới tiến hành giai đoạn tiếp theo.
Nhóm SV lớp CGH-K52
6
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 3
5. 4. Máy khoan cọc nhồi:
Trong các công nghệ thi công cọc hiện nay thì không thể không nói đến công

nghệ thi công cọc khoan nhồi. Cọc nhồi được đổ bê tong tại chỗ trong các lỗ tạo s{n
bằng phương pháp khoan. Phương pháp này tạo ra được các cọc lớn có đường kính
cọc có thể lên đến hơn 200cm. Chiều sâu của cọc đạt tới hơn 60m. Các loại cọc này rất
thích ứng cho các tòa nhà cao tầng lớn bởi sức chịu tải của cọc lớn, có thể chịu được
hàng chục nghìn KN. Tuy nhiên cọc cũng có nhược điểm về vấn đề khuyết tật của cọc
trong quá trình thi công. Thời gian để thi công cọc không phải là ít, bao gồm thời gian
khoan tạo lỗ, làm sạch hố khoang, thả cốt thép,đổ bê tông…Để có được một cọc khoan
nhồi thì còn phải k|m theo nhiều thiết bị phụ trợ khác: máy nén khí, máy phát điện,
máy bơm, thùng chứa dung dịch Bentonite…Hơn nữa về vấn đề kinh tế cũng rất lớn
cho quá trình thi công một cọc. Giá thành của cọc khoan nhồi là rất lớn. Trong quá
trình thi công vấn đề về công tác môi trường và an toàn lao động cũng cần được quan
tâm rất nhiều. Chính vì vậy cọc khoan nhồi hiện nay dang được thi công nhiều ở
những nơi có nền đất yếu và các công trình lớn.
Các loại máy khoan:
+Máy khoang dùng ống vách: sử dụng gầu ngoạm.
+Máy khoan tuần hoàn: sử dụng dung dịch khoang.
Nhóm SV lớp CGH-K52
7
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
+Máy khoan đất: sử dụng thùng khoang, vít xoắn.
Hình 4
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CỌC VÍT
1.1 Đặt vấn đề
Việc gia cố nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp,
giao thông hay những tòa nhà cao tầng có mặt bằng thi công chật hẹp trong nội
Nhóm SV lớp CGH-K52
8
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
thành để cho công trình có tuổi thọ cao, an toàn cho người ở là rất quan trọng và

mang tính cấp thiết rất lớn.
Hiện nay, việc gia cố nền móng thường dùng thiết bị ép cọc loại sử dụng neo vít
khi ép, thiết bị này được thiết kế với kết cấu nhỏ gọn, ép được cọc sát biên công
trình kết cấu thiết bị chia thành nhiều modul nhỏ phù hợp với việc thi công và di
chuyển vào công trình có mặt bằng thi công chật hẹp. Ngoài vấn đề kết cấu thiết
bị ra thì vấn đề rất quan trọng hiện nay cần giải quyết là nghiên cứu, tính toán,
thiết kế bộ công tác thi công để vận hành thiết bị hiệu quả nhất, tăng năng suất,
giảm chi phí gia cố nền móng.
1.2 Giới thiệu về cọc và cọc vít:
1.2.1 Giới thiệu chung về cọc:
Cọc là vật thể dạng thanh, dạng trụ hoặc bản được cắm vào đất theo phương
trục của nó. Cọc là kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, được
đóng hay thi công tại chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống
các tầng đất, đá, sâu hơn nhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng
thái giới hạn quy định (TCXD 205:1998). Trong xây dựng, cọc được dùng với
nhiều mục đích khác nhau như để gia cố nền đất (Cọc tre, cọc tràm, cọc cát, vv. );
làm móng cho công trình (cọc bê tông, cọc thép, vv. ); làm vách đứng ngăn đất
hoặc nước (cọc ván, cọc cừ, ví dụ: cừ ván bê tông cốt thép, cừ ván thép); để định
vị trên mặt đất (cọc tiêu, cọc mốc, vv. ). Cắm cọc vào đất thường dùng các cách:
đóng cọc nhờ lực va chạm của búa đóng cọc; búa rung và ấn cọc nhờ thiết bị
chuyên dùng; ép cọc bằng các lực tĩnh.
1.2.2 Tổng quan về cọc vít:
Cọc vít là loại cọc thép được bố trí các cánh vít xung quanh trên thân cọc với
các bước vít xác định. Cọc vít có độ bền cao và khả năng chịu tải trọng lớn.
Lịch sử hình thành: Cọc vít được phát triển đầu tiên bởi kỹ sư Alexander Mitchell
năm 1848, trên nền tảng đó chúng được sử dụng để neo các ngọn Hải đăng và
được sử dụng rộng rãi để neo cho các trụ cầu ở các bến cảng, từ những năm 1950-
1980 thì có hơn 100 ngọn hải đăng sử dụng neo bằng cọc vít được dựng lên ở bờ
biển phía đông của Hoa kỳ và được phát triển, sử dụng rộng rãi đến ngày nay.
1.3 Tình hình sử dụng cọc vít:

1.3.1 Tình hình sử dụng cọc vít trên thế giới:
Nhóm SV lớp CGH-K52
9
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Công nghệ dùng cọc vít được sử dụng phổ biến đầu tiên ở các nước Tây Âu, với
mức độ tiên tiến khoa học và hiệu quả của nó đem lại, quy mô sử dụng ngày càng
được mở rộng, cọc vít tỏ ra là một phương pháp gia cố nền móng hứa hẹn sẽ được
sử dụng rông rãi trên thế giới trong ngành xây dựng.
1.3.2 Tình hình sử dụng cọc vít trong nước:
Việt Nam, là một quốc gia có khí hậu nhiệt đới nên có nhiều mưa và hệ thống
sông ngòi chằng chịt, vì vậy mà nền đất nơi đây thực sự cần có công nghệ gia cố
nền móng hiệu quả. Việc tiến hành đánh giá và phân tích để tìm được phương
pháp gia cố nền đất yếu thực sự không đơn giản. Công việc này không chỉ đòi hỏi
cao về mặt kỹ thuật mà còn nhiều kinh nghiệm trong thực tế của người nghiên
cứu, để có thể đánh giá, phân tích một cách đúng đắn nhất. Bộ công tác khoang
cọc vít hoàn toàn có thể đáp ứng được nhu cầu của các nhà xây dựng Việt Nam,
nhưng do công nghệ này còn mới mẻ và nhiều vấn đề chưa được tìm hiểu cặn kẽ,
đồng thời với hạn chế về phát triển kinh tế nên ở nước ta, công nghệ này chưa
đươc sử dụng rộng rãi.
Hình 1. 1 Ngọn Hải đăng sử dụng neo bằng cọc vít
 Các loại cọc vít điển hình trong xây dựng:
Nhóm SV lớp CGH-K52
10
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 1. 2 Các loại cọc vít hay dùng trong xây dựng
1.4 Phân loại Cọc vít
• Phân loại theo kích thước trục;
- Loại trục lớn (đường kính từ 300mm đến 600mm);
- Loại trục trung bình (đường kính từ 120mm đến 300mm);
- Loại trục nhỏ (đường kính từ 120mm đến 300mm).

• Phân loại theo tiết diện trục:
- Trục có tiết diện tròn.
- Trục có tiết diện vuông.
Nhóm SV lớp CGH-K52
11
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 1. 3 Tiết diện của các loại cọc vít hay dùng trong xây dựng
• Phân loại theo cách bố trí cánh vít:
- Cánh vít liên tục.
- Cánh vít rời.
• Phân loại theo số lượng cánh vít:
- Trục có nhiều cánh vít.
- Trục chỉ có một cánh vít.
Hình 1. 4 Kết cấu một số loại cọc vít hay
dùng trong xây dựng
• Phân loại theo chiều dài trục:
Nhóm SV lớp CGH-K52
12
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
- Loại dài (kích thước từ 18m đến 40m).
- Loại trung bình (kích thước từ 7m đến 17m).
- Loại ngắn (kích thước từ 3m đến 7m).
1. 5 Công dụng và ưu điểm của cọc vít:
- Thay thế đối trọng cho máy ép cọc (Hình 1. 6).
Hình 1. 5 Thiết bị ép cọc bê tông sử dụng neo vít
1. Xi lanh ép; 2. Giá ép; 3. Đòn ép; 4. Dầm phụ (04 cái); 5. Bộ nguồn cung cấp
dầu có áp cho 2 xilanh; 6. Dầm chính (02 cái); 7. Vít me neo (04 bộ); 8. Neo vít
(04 bộ)
- Giúp gia cố nền móng cho nền đất yếu (neo giữ công trình, nhà ở dân dụng, các
loại nhà xưởng kiên cố như hình 1. 7).

Nhóm SV lớp CGH-K52
13
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 1. 6 Sử dụng neo vít để neo giữ công trình
- Khoan lỗ để đúc cọc bê tông.
Hình 1. 7 Dùng cọc vít để khoan lỗ đổ bê tông cọc móng
- Neo giữ các cột điện cao thế, các trụ phát sóng. . .
Nhóm SV lớp CGH-K52
14
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 1. 8 Sử dụng neo vít để để thi công móng đỡ cột điện
- Neo giữ các khối đất ở các triền núi chống sạc lở đất.
Hình 1.9 Sử dụng neo vít để neo giữ các tường đất
Nhóm SV lớp CGH-K52
15
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 1. 10 Sử dụng neo vít để neo giữ các tường chắn đất bằng bê tông xi măng
- Khả năng chịu tải trọng đứng, tải trọng ngang và chịu nhổ lớn.
Hình 1. 11 Sơ đồ lực giữ neo
1. Cánh vít; 2. Ống vít; 3. Khối đất nón cụt giữ neo r là bán kính phần
đáy lớn của khối đất giữ neo; ro là bán kính cánh vít; D là đường kính neo;
H là chiều sâu của neo; G là trọng lượng khối đất nón cụt giữ neo; R
m
là
lực cản do ma sát ở bề mặt chung quanh khối đất bị cắt; R
d
là lực dính ở bề
mặt chung quanh khối đất bị cắt; N là lực nhổ neo.
Nhóm SV lớp CGH-K52
16

Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
 Dưới tác dụng của lực nhổ neo N, cánh vít của neo sẽ bị kéo lên cùng với khối
đất hình nón cụt (hình 1. 12).
- Thân thiện với môi trường: độ rung và tiếng ồn thấp, lượng bùn, đất thải ra khi
thi công là rất nhỏ;
- Thi công được trong khu vực đô thị với không gian chật hẹp và không phát sinh
tiếng ồn như cọc đóng;
- Dễ kiểm soát cao độ đầu cọc;
- Có thể tháo rời và tái sử dụng;
- Lắp đặt nhanh chóng.
1. 6 Cách chế tạo cánh vít và các kích thước đường kính tiêu chuẩn:
Cánh vít được chế tạo từ tấm thép có dạng hình tròn với đường kính D và bề
dày b, ở giữa có khoét lỗ để lắp với trục. Thông thường cánh vít được hàn dính
vào trục.
Trên bề mặt tấm thép người ta cắt tạo hở cho cánh vít 1 đoạn là x nhỏ (không
đáng kể) để tạo độ xoắn khi hàn nhằm tạo điều kiện cho vít dễ ăn sâu vào đất
trong quá trình làm việc.
Bảng 1. 1 Thông số cơ bản của các cọc vít thông dụng [VI]
Đường kính cánh vít và diện tích tương ứng
Đường kính D Diện tích
inch cm
ft
2
m
2
6 15 0. 185 0. 0172
8 20 0. 336 0. 0312
10 25 0. 531 0. 0493
12 30 0. 771 0. 0716
14 35 1. 049 0. 0974

16 40 1. 385 0. 1286
Nhóm SV lớp CGH-K52
17
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 1. 12 Kết cấu của cánh vít
1. 7 Vật liệu chế tạo trục vít và cánh vít.
Cọc vít (cánh) được chế tạo từ thanh thép vuông cứng chắc hoặc thép ống. Được
hàn vào thân cọc vít là 1 hay nhiều các tấm cánh vít. Các tấm này có thể có nhiều
đường kính từ 6 inch tới 14 inch và có độ dày 3/8 inch hay 1/2 inch phụ thuộc vào loại
đất (mà nó khoang vào) và ứng dụng của nó. Thường thì đường kính tấm thép tăng dần
từ phần đáy cọc (mũi cọc) lên trên đầu cọc và cọc vít được tạo khoảng cách giữa các
cánh vít bằng 3 lần đường kính của tấm cánh vít phía dưới gần nhất. Ngoài ra có
những phương diện khác được xác định bởi người kĩ sư. Bề dày tiêu chuẩn các tấm
cánh vít là 3/8 inch. Nhưng nếu được sử dụng trong cho các ứng dụng truyền tải lớn
thì bề dày được xác định là 1/2 inch. Bước vít của cánh vít là 3 inch.
Thông thường vật liệu chế tạo trục vít cũng như cánh vít phải đảm bảo điều kiện
có độ cứng tương đối để thuận tiện cho quá trình gia công chế tạo, hiện nay người ta
hay sử dụng loại vật liệu là thép 45.
Chọn vật chế tạo cánh và trục là thép 45
Thép
ứng suất bền
(MPa)
ứng suất tiếp τ
(N/cm
2
)
ứng suất cắt
(MPa)
45 60 7371 430
Bảng 1. 2 – Bảng ứng suất thép 45

CHƯƠNG II
Nhóm SV lớp CGH-K52
18
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
THIẾT BỊ THI CÔNG CỌC VÍT
2.1 Nguyên lý và các loại máy thông dụng trong thi công cọc vít.
Thiết bị thi công cọc vít là một tổ hợp của nhiều thiết bị gồm: máy đào cơ
sở, động cơ thủy lực, cọc vít.
Cộng dụng:
-Máy đào cơ sở:
+Giữ ổn định cho bộ công tác làm việc.
+Truyền năng lượng cho động cơ thủy lực làm việc.
+Di chuyển khi thi công giúp cho việc thi công được dễ dàng hơn, giúp cho
việc thi công có tính cơ động cao.
Cọc vít được thi công vào đất nhờ các loại máy cơ sở, thông thường
người ta hay dùng máy đào thủy lực. Máy đào khi dùng làm máy thi công
cọc vít thường dùng phương án tháo gầu đào và thay thế bằng một động cơ
thủy lực làm bộ công tác xoay cọc vít. Công suất từ máy đào cơ sở được
truyền đến bộ công tác thông qua hệ thống truyền động thủy lực. Cung cấp
momen xoắn để xoay cọc vít là động cơ thủy lực sau đó truyền mômen xoắn
cho đầu trục (được gắn bu lông) và đưa trục vít ăn sâu vào đất.
Thông thường có 2 cách lắp bộ công tác cho máy đào:
Cách 1: Hệ thống thủy lực của máy đào cơ sở được giữ nguyên và hệ
thống thủy lực điều khiển xi lanh thủy lực điều khiển xoay gầu sẽ được lắp
để điều khiển góc nghiêng của bộ công tác.
Cách 2: Toàn bộ hệ thống thủy lực của máy đào được giữ nguyên còn
dòng thủy lực cung cấp cho động cơ thủy lực (bộ công tác) sẽ được trích ra
từ đường truyền thủy lực chính từ hệ thống bơm.

Nhóm SV lớp CGH-K52

19
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 2. 1 Bộ công tác thi công cọc vít lắp trên máy đào
Hình 2. 2 Máy thi công cọc vít gia cố móng nhà gần bờ biển
Nhóm SV lớp CGH-K52
20
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
2.2 Các bộ phận chính
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo của máy khoan cọc vít lắp trên máy đào
1. Cánh vít; 2. Thân cọc vít; 3. Đầu trục; 4. Bộ công tác; 5, 6. Đường dẫn
dầu thủy lực cho bộ công tác; 7. Xi lanh điều khiển bộ công tác; 8. Xi lanh
điều khiển tay cần; 9 Xi lanh nâng hạ cần. ; 10. Ca bin; 11. Buồng máy;12.
Ống xả; 13. Đối trọng; 14. Bánh Xích; 15. Mâm quay
Hình 2. 4 Hình ảnh thực tế của máy khoan cọc vít lắp trên máy đào
Nhóm SV lớp CGH-K52
21
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Ghi chú: Torque Motor: động cơ truyền mô men xoắn; Torque Indicator:
đồng hồ hiển thị giá trị mô men; Crowd: lực nén cọc của máy; Machine: máy đào
cơ sở
Hình 2. 5 Động cơ thủy lực dẫn động xoay cọc vít
Động cơ: đầu vào gắn với máy đào cơ sở sẽ nhận nặng lượng từ máy tạo ra
momen xoắn xoay cọc. Đầu ra gắn với đầu cọc momen này sẽ tiến hành
khoan cọc xuống đất.
Nhóm SV lớp CGH-K52
22
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
Hình 2. 6 Cơ cấu dùng để kết nối động cơ thủy lực và cọc vít
Bộ công tác được kết nối với động cơ và đầu trục. Phần đầu của trục vít được
khoan lỗ để lắp bu lông với bộ công tác, thông thường khoan 1 hoặc 2 lỗ,

trong những trường hợp cần tăng mô men xoắn hay đảm bảo độ bền cho trục
thì đầu trục được khoan 3 lỗ để lắp với 3 bu lông.
Tùy theo tiết diện trục mà người ta thiết kế các kết cấu kết nối với đầu trục
khác nhau.
- Động cơ được nối với trục có tiết diện vuông (Hình 2. 7).
- Động cơ được nối với trục có tiết diện tròn (Hình 2. 8).
Hình 2. 7 Hình 2. 8
- Cọc vít: đây là bộ phận quan trọng, cọc vít sẽ nhận momen từ động cơ và được
khoan xuống đất. Mũi cọc vít thường được vát nhọn để cho việc khoan cọc
xuống đất dễ dàng hơn.
Nhóm SV lớp CGH-K52
23
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN LỰC CẢN QUAY KHI ĐƯA CỌC VÀO ĐẤT VÀ
CHỌN ĐỘNG CƠ THỦY LỰC ĐỂ THI CÔNG
3. 1 Tính toán lực cản khi đưa cọc vào đất:
Quá trình cắt đất là biện pháp phá vỡ liên kết của đất, trong quá trình cắt thì
cánh vít chịu tác dụng của các lực như: lực cản cắt của đất, lực ma sát giữa đất
và thép và phản lực của đất tác dụng thẳng góc vào mặt cánh vít.
Trong quá trình nghiên cứu tính toán lực cản khi khoan cọc vào đất ta tiến
hành chọn loại cọc vít có các thông số như sau:
- Đường kính cánh: D=0,3m.
- Đường kính trục: d= 9cm.
- Bước vít: p=8cm.
- Bề dày cánh: 10mm.
- Góc xoắn của cánh: α=10°.
 Tính toán lực cản:
 Xác định lực cản cắt theo phương pháp của N. G. Dombropxki [II]:
Phương pháp này được tính theo công thức:

(2. 1)
Trong đó:
- lực cản tiếp tuyến với quỹ đạo cắt, trị số của nó được xác định theo
công thức:
=k. B. h (2. 2)
Với: k- Hệ số lực cản cắt thuần túy.
B- Chiều rộng của phôi cắt.
h- Bề dày của phôi cắt.
Trong quá trình nghiên cứu ta chọn cấp đất IV, theo bảng giá trị hệ số của
hệ số lực cản cắt k và hệ số lực cản đào và tích đất ta có k = (17÷24)
N/cm
2
.
Nhóm SV lớp CGH-K52
24
Đề tài Nghiên cứu Khoa học Sinh viên 2013-2014
 Chọn k=20 N/cm
2
Chiều rộng và chiều dày phôi cắt:
B×h= bán kính cánh vít × bước vít.
Vậy lực cản tiếp tuyến với quỹ đạo cắt:
= k. B. h = 20. 15. 8 = 2400 (N) = 2,4 (KN)
- Lực cản pháp tuyến với quỹ đạo cắt, trị số của nó được xác định theo
công thức:
= ѱ. (2. 3)
Với ѱ- là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào đặc điểm của dao cắt và chế độ làm
việc của máy, thường lấy ѱ = (0,15÷0,45).
Xét cho trường hợp lưỡi của cánh vít bị mòn cùn ta chọn giá trị ѱ = 0,45.
=> = ѱ. = 0,45x2,4 = 1,08 (KN)
Lực cản cắt đất :

=> P= = = 2,63 (KN)
Hình 2. 7 Sơ đồ tính lực cản tác dụng vào đầu cánh vít
3.2 Tính toán momen cản của cọc:
Momen cản của đất được tính theo công thức sau:
Nhóm SV lớp CGH-K52
25