Nghiên cứu động lực học và mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực dẫn động bộ công tác của máy khoan cọc nhồi lắp trên cần trục bánh xích

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN VĂN NGHĨA

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG BỘ CÔNG TÁC CỦA MÁY
KHOAN CỌC NHỒI LẮP TRÊN CẦN TRỤC BÁNH XÍCH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI 2012

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN
ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG BỘ CÔNG TÁC CỦA MÁY KHOAN CỌC
NHỒI LẮP TRÊN CẦN TRỤC BÁNH XÍCH

CHUYÊN NGÀNH: MÁY XÂY DỰNG - XẾP DỠ
Mã số : 60.52.10

Học viên

: Nguyễn Văn Nghĩa

Lớp

: MXD & XD - K19

Giảng viên hướng dẫn

: PGS-TS. Nguyễn Văn Vịnh

HÀ NỘI 2012

2


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG.....................................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ................................................................................6
PHẦN MỞ ĐẦU....................................................................................................................9
CHƯƠNG I..........................................................................................................................11
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI................................11
1.1.

Tổng quan về thi công nghệ thi công cọc khoan nhồi...........................................11

1.1.1.

Ứng dụng........................................................................................................11

1.1.2. Công tác chuẩn bị...............................................................................................14
1.1.3.Các bước thi công:..............................................................................................16
1.2.

Tổng quan về máy khoan cọc khoan nhồi.................................................................28

1.3.

1.3. Tổng quan về máy khoan cọc khoan nhồi lắp trên cần trục bánh xích...........31

1.4.

1.4. Đặt vấn đề nghiên cứu:...................................................................................34

CHƯƠNG II.........................................................................................................................36
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC DẪN ĐỘNG
BỘ CÔNG TÁC CỦA MÁY KHOAN CỌC NHỒI............................................................36
1.5.

2.1. Lựa chọn phương án thiết kế máy khoan cọc nhồi lắp trên cần trục bánh xích
36

1.6.

2.2. Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực dẫn động công tác............45

2.1.1. Tổng quan về hệ thống thủy lực trên máy cơ sở IHI DCH800..........................45
2.2.2. Lựa chọn phương án dẫn động cho bộ công tác khoan......................................48
2.2.3. Tính chọn các xi lanh phục vụ bộ công tác........................................................50

2.2.4. Lựa chọn van phân phối cho hệ thống...............................................................54
2.2.5. Lựa chọn phương án trích và kiểm tra công suất động cơ.................................55
2.2.6. Mạch thủy lực của máy khoan cọc nhồi IHI DCH 800......................................56
2.2.7. Các phần tử thủy lực lắp thêm trên hệ thống thủy lực của cần trục cơ sở IHI
DCH800.......................................................................................................................58
1.7. 2.3.Mô phỏng và nghiên cứu các động lực học hệ thống truyền động thủy lực dẫn
động bộ công tác..............................................................................................................59
2.3.1. Giới thiệu phần mềm Automation studio 5.0.....................................................59
2.3.2. Ứng dụng phần mềm Automation Studio để mô phỏng.....................................64
2.3.3. Một số kết quả đạt được.....................................................................................69

3


2.3.4. Nghiên cứu sự thay đổi của áp suất dầu trong xi lanh thủy lực nâng hạ mâm
khoan............................................................................................................................71
2.3.5. Nghiên cứu động lực học của hệ thống truyền động thủy lực dẫn động động cơ
thủy lực quay thanh Kelly............................................................................................74
2.3.6. Xây dựng mô hình toán nghiên cứu động lực học.............................................76
2.3.7. Xây dựng chương trình tính toán mô phỏng động lực học...............................83
2.3.8. Tính toán xác định các thông số đầu vào của bài toán.......................................85
2.3.9. Chạy chương trình tính toán mô phỏng............................................................102
CHƯƠNG III.....................................................................................................................108
1.8. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC
CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC........................................................108
1.9.
1.10.

DẪN ĐỘNG BỘ CÔNG TÁC............................................................................108
3.1.1. Mục đích của đo đạc thực nghiệm tại hiện trường................................108

3.1.2. Trình tự đo đạc.................................................................................................110
1.11.

3.2. Đo đạc, xác định các thông số làm việc của bộ công tác..........................111

3.2.1. Lựa chọn đầu đo và thiết bị đo.........................................................................111
1.12.

3.3. Các bước tiến hành đo đạc........................................................................114

1.13.

3.4. Kết quả đo đạc thực nghiệm.....................................................................118

3.4.1. Địa chất công trình...........................................................................................118
3.4.2. Kết quả đo đạc thực nghiệm.............................................................................123
1.14.
3.5. Đề xuất các thông số làm việc hợp lý của máy và thông số kết cấu hợp lý
của bộ công tác...............................................................................................................131
3.5.1. Thông số kết cấu hợp lý của bộ công tác.........................................................131
3.5.2. Thông số làm việc hợp lý của máy...................................................................132
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................135

4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn các thành phần hàm lượng Bentonite................................................16
Bảng 2.1. Thống kê một số loại cần trục bánh xích của các hãng khác nhau trên thế giới có

mặt tại Việt Nam trong thời gian gần đây.............................................................................35
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của một số cần trục bánh xích của các hãng trên...................40
Bảng 2.3. Các thông số kỹ thuậ của máy IHI DCH800.......................................................43
Bảng 2.4. Bảng thông số kỹ thuật của các bơm thủy lực trên máy cơ sở............................44
Bảng 2.5. Bảng các phần tử lắp thêm vào bộ công tác khoan..............................................57
Bảng 2.6. Mô men quán tính của trục trung tâm..................................................................94
Bảng 2.7. Bảng thông số của đường ống thủy lực...............................................................99
Bảng 2.8. Bảng các giá trị thông số chạy chương trình.......................................................99
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của một số loại cần trục bánh xích được lựa chọn làm máy cơ
sở để lắp bộ công tác khoan...............................................................................................132

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Công tác chuẩn bị và công tác gia công lồng thép...............................................14
Hình 1.2. Xác định vị trí tâm trụ và tâm cọc khoan.............................................................14
Hình 1.3. Dụng cụ đo tỷ trọng và độ nhớt của Bentoinite...................................................17
Hình 1.4. Đo độ sau của hố khoan bằng phương pháp thủ công..........................................18
Hình 1.5. Quá trình đưa lồng thép vào hố khoan và nối lồng thép bằng cóc.......................20
Hình 1.6. Quá trình thổi rửa hố khoan.................................................................................22
Hình 1.7. Phễu hứng bê tông trong quá trình đổ bê tông.....................................................23
Hình 1.8. Quá trình đổ bê tông và rút ống trong khi đổ bê tông..........................................23
Hình 1.9. Phương pháp siêu âm kiểm tra đầu cọc và tính đồng đều của bê tông................27
Hình 1.10. Máy khoan lấy lõi (lấy mẫu bê tông ép, nén thử kiểm tra chất lượng...............27
Hình 1.11. Máy khoan cọc nhồi dùng gầu đào kiểu BS.......................................................28
Hình 2.1. Một số hình ảnh cầu trục bánh xích của các hãng khác nhau đang có mặt tại Việt
Nam......................................................................................................................................39
Hình 2.2. IHI DCH800.........................................................................................................42
Hình 2.3. Mạch thủy lực của cần trục bánh xích IHI DCH800............................................46

Hình 2.4. Trích công suất dẫn động cho Bộ công tác khoan từ động cơ..............................47
Hình 2.5. Nguồn động lực của Bộ công tác khoan độc lập với máy cơ sở..........................48
Hình 2.6. Sơ đồ mạch thủy lực của Máy khoan cọc nhồi có máy cơ sở là Cần trục bánh
xích IHI DCH800................................................................................................................56
Hình 2.7. Máy khoan cọc nhồi có máy cơ sở là cần trục bánh xích IHI DCH800..............58
Hình 2.8. Hình logol khi khởi động phần mềm...................................................................58
Hình 2.9. Giao diện làm việc................................................................................................59
Hình 2.10. Giao diện làm việc.............................................................................................60
Hình 2.11. Thư viện chứa các phần tử của mạch thủy lực...................................................63
Hình 2.12. Phần tử thùng dầu...............................................................................................63
Hình 2.13. Phần tử bầu lọc...................................................................................................64
Hình 2.14. Phần tử bơm thủy lực.........................................................................................64
Hình 2.15. Phần tử van phân phối........................................................................................64
Hình 2.16. Phần tử van an toàn............................................................................................65
Hình 2.17. Phần tử xy lanh thủy lực....................................................................................65
Hình 2.18. Phần tử thủy lực khác.........................................................................................66
Hình 2.19. Cụm bơm thủy lực và van phân phối điều khiển...............................................66
6


Hình 2.20. Cụm động cơ và xi lanh thủy lực.......................................................................67
Hình 2.21. Xây dựng mạch thủy lực của máy (đã cải hoán)................................................67
Hình 2.22. Mô phỏng hoạt động mạch thủy lực của máy (đã cải hoán)..............................68
Hình 2.23. Các thông số của bơm thủy lực thay đổi theo thời gian.....................................68
Hình 2.24. Các thông số của xi lanh thủy lực ép mâm khoan thay đổi theo thời gian.........69
Hình 2.25. Các thông số của động cơ thủy lực quay mâm khoan thay đổi theo thời gian...70
Hình 2.26. Sơ đồ xi lanh thủy lực........................................................................................70
Hình 2.27. Mô hình bài toán trên Matlab - Simulink...........................................................71
Hình 2.28. Sự thay đổi của lực đẩy xi lanh theo thời gian...................................................72
Hình 2.29. Sơ đồ hệ thống thủy lực dẫn độ mô tơ quay mâm khoan...................................74

Hình 2.30. Đặc tính thay đổi lưu lượng của bơm.................................................................75
Hình 2.31. Mô hình nghiên cứu động lực học hệ truyền động thủy lực dẫn động mô tơ
thủy lực quay mâm khoan....................................................................................................77
Hình 2.32. Sơ đồ khối chương trình mô phỏng....................................................................83
Hình 2.33. Sơ đồ cấu tạo của trục trung tâm........................................................................94
Hình 2.34. Sơ đồ cấu tạo của bánh răng nhỏ........................................................................95
Hình 2.35. Sơ đồ cấu tạo của bơm thủy lực và kết cấu của bơm thủy lực...........................97
Hình 2.36. Sơ đồ lắp ráp đường ống thủy lực từ bơm đến động cơ quay mâm khoan........98
Hình 2.37. Các kết quả tính toán khi máy làm việc ở chế độ không tải............................102
Hình 2.38. Sơ đồ mô men cản và hệ số điều chỉnh lưu lượng bơm thay đổi.....................103
Hình 2.39. Các kết quả tính toán khi máy làm việc ở chế độ tải thay đổi.........................103
Hình 3.1. Một số hảnh đo đạc tại Hà Nội...........................................................................108
Hình 3.2. Một số hình ảnh đo đạc tại Kiên Giang..............................................................108
Hình 3.3. Hình ảnh và thông số kỹ thuật của đầu đo áp suất.............................................110
Hình 3.4. Đầu đo lưu lượng kiểu hiển thị bằng vạch, bằng kim và hiển thị số kiểu Led...111
Hình 3.5. Đầu đo lưu lượng kiểu siêu âm và kiểu chênh áp...............................................111
Hình 3.6. Thước quang đo dịch chuyển của hãng Jenix.....................................................112
Hình 3.7. Đầu đo dịch chuyển kiểu quay của hãng Coretech và RengStler.......................113
Hình 3.8. Chuẩn bị 01 máy khoan cọc nhồi tại Hà Nội và tại Kiên Giang........................114
Hình 3.9. Chuẩn bị thiết bị đo lưu lượng, áp suất, hành trình............................................114
Hình 3.10. Kết nối thiết bị đo với bộ công tác...................................................................115
Hình 3.11. Chạy thử không tải bộ công tác khoan và thiết bị đo.......................................115
Hình 3.12. Thử nghiệm bộ công tác khoan tại Hà Nội.......................................................116
Hình 3.13. Thử nghiệm bộ công tác khoan tại Kiên Giang................................................116
7


Hình 3.14. Bản vẽ tổng thể cầu đường sắt trên cao tuyến Cát Linh – Hà Đông; phố Hào
Nam – Hà Nội.....................................................................................................................118
Hình 3.15. Cột địa chất vị trí điển hình tuyến cát linh- hà đông tại phố Hào Nam – Hà Nội

............................................................................................................................................119
Hình 3.16. Bản vẽ tổng thể cầu Cái Lớn – Kiên Giang.....................................................120
Hình 3.17. Bản vẽ tổng thể cầu Cái Lớn – Kiên Giang.....................................................121
Hình 3.18. Sơ đồ mô phỏng phần mềm DaSyLab 10 đo thực nghiệm..............................122
Hình 3.19. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 01 tại Hà Nội..........................................123
Hình 3.20. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 02 tại Hà Nội..........................................123
Hình 3.21. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 32 tại Hà Nội..........................................124
Hình 3.22. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 33 tại Hà Nội..........................................124
Hình 3.23. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 50 tại Hà Nội..........................................125
Hình 3.24. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 51 tại Hà Nội..........................................125
Hình 3.25. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 52 tại Hà Nội..........................................126
Hình 3.26. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 01 tại Kiên Giang...................................126
Hình 3.27. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 03 tại Kiên Giang...................................127
Hình 3.28. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 04 tại Kiên Giang...................................127
Hình 3.29. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 11 tại Kiên Giang...................................128
Hình 3.30. Kết quả đo đạc thực nghiệm lần thứ 12 tại Kiên Giang...................................128

8


PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay công tác xây dựng nền móng công trình nói chung, xây dựng nền
móng công trình giao thông nói riêng đang phát triển rất nhanh và mạnh mẽ. Để thi
công nền móng các loại công trình trên nền đất yếu ở nước ta hiện nay, người ta sử
dụng rất nhiều loại thiết bị khác nhau như: máy khoan cọc nhồi, máy đóng cọc cát,
máy ép bấc thấm, máy ép cọc tĩnh, máy gia cố cọc xi măng đất, búa đóng cọc …
Tuy nhiên để thi công các móng nhà cao tầng cũng như thi công các mố trụ cầu
người ta sử dụng phổ biến nhất là các thiết bị khoan cọc nhồi. Trong các loại máy
khoan cọc nhồi đang sử dụng ở Việt Nam hiện nay, loại máy khoan cọc nhồi lắp

trên cần trục bánh xích là loại phổ biến nhất, vì ưu điểm nổi bật của nó là: Tính cơ
động cao, di chuyển tốt trên nền đất không bằng phẳng, làm được nhiều công việc,
thao tác khác nhau như vừa khoan, vừa tự phục vụ cẩn hạ hàng mà không cần phải
có thêm thiết bị khác phục vụ.Chính vì tính tiện ích và tính cơ động nên hiện nay,
thiết bị này được sử dụng ở hầu hết các đơn vị thi công.
Để có được các loại máy khoan kiểu này, các đơn vị thi công chủ yếu phải
nhập ngoại với giá thành cao vì khó khăn nhất trong việc “nội địa hóa” sản phẩm là
chế tạo các bộ công tác của máy. Trong đó hệ thống dẫn động thủy lực, quyết định
chất lượng làm việc của thiết bị, đảm bảo cho kết cấu của bộ công tác gọn nhẹ, làm
việc ít gây rung động, hiệu suất cao, tổn thất công suất bởi ma sát nhỏ…., vì vậy
thường có giá thành cao. Để giảm bớt khó khăn về tài chính trong việc đầu tư thiết
bị do khả năng tài chính hạn hẹp, một số đơn vị thi công, đơn vị chế tạo cơ khí đang
tìm cách nghiên cứu, tính toán thiết kế bộ công tác của máy để thay thế thiết bị nhập
ngoại, tuy nhiên, nhìn chung vẫn là sao chép một cách đơn thuần, chưa có những
công trình nghiên cứucơ bản làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo loại thiết bị này.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế sản xuất, thi công đã nêu ở trên, một số đơn vị
đang mong muốn tiến hành hợp tác với các nhà khoa học của các trường đại học để
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ công tác này nhằm thay thế thiết bị nhập ngoại. Nhu
9


cầu cung cấp sản phẩm này cho thị trường Việt Nam là rất lớn, chính vì vậy Bộ
môn Máy xây dựng – Xếp dỡ đã giao cho tôi thực hiện để tài “ Nghiên cứu động
lực học và mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực dẫn động bộ công tác của máy
khoan cọc nhồi lắp trên cần trục bánh xích”. Đề tài có tính thực tiễn và tính cấp thiết
cao.
II.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề tài được tiến hành nhằmmục đích tạo cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế

tạo trong nước bộ công tác của máy khoan cọc nhồi lắp trên cần trục bánh
xích, cũng như trong khai thác sử dụng chúng ở điều kiện Việt Nam.

III.

Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là bộ công tác của máy khoan cọc nhồi lắp trên cần
trục bánh xích.

IV.

Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực dẫn động bộ công
tác của hai loại máy khoan cọc nhồi lắp trên cần trục bánh xích là cẩu
LIEFBHERR - HS833 vàIHI DCH800

V.

Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết ( Phương pháp phân tích,
phương pháp số, phương pháp thống kê, phương pháp chuyên gia …)
- Ứng dụng các công cụ mô phỏng, tính toán hiện đại với sự trợ giúp của
máy tính để tính toán, thiết kế hệ thống truyền động thủy lực dẫn động của
bộ công tác.

10


CHƯƠNG I.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI
1.1.

Tổng quan về thi công nghệ thi công cọc khoan nhồi
Cọc khoan nhồi là loại cọc bê tông được đổ tại chỗ trong các lỗ được tạo ra

trong long đất bằng phương pháp khoan hoặc ống thiết bị, đào đất …tới cao độ
thiết kế.
Cọc khoan nhồi được thi công theo phương pháp tuần hoàn dung dịch, là
phương pháp giá cố nền móng có nhiều ưu điểm về mặt thiết kế, theo đó căn cứ
vào địa chất, địa tầng của từng lớp đất mà người thiết kế có thể xác định được chiều
sâu cọc sao cho chịu tải của đất nền tương đương với sức chịu tải vật liệu của cọc,
điều này không thể đạt được khi sử dụng phương pháp cọc hoặc ép tĩnh, do vậy
mang lại giải pháp nền móng hợp lý và kinh tế hơn.

1.1.1. Ứng dụng
Cọc khoan nhồi dùng để gia cố nền đất và liên kết với móng giữ ổn định cho
công trình. Đây là một phương pháp tiên tiến nó có thể đỡ được các công trình lớn
trên các nền đất yếu.
Cọc khoan nhồi là một trong những giải pháp móng được áp dụng rộng rãi
trong xây dựng nhà cao tầng ở trên thế giới và ở Việt Nam. Chúng thường được
thiết kế để mang tải lớn nên chất lượng của cọc luôn luôn là vấn đề được quan tâm
nhất. Khâu quan trọng nhất để quyết định chất lượng của cọc là khâu thi công, nó
bao gồm cả kỹ thuật, thiết bị, năng lực của đơn vị thi công, sự nghiêm túc thực hiên
qui trình công nghệ chặt chẽ, kinh nghiệm xử lý khi gặp các trường hợp cụ thể.
Trong hơn mười năm qua, công nghệ cọc khoan nhồi đã được áp dụng mạnh mẽ
trong xây dựng công trình ở nước ta. Hiện nay, ước tính hàng năm chúng ta thực
hiện khoảng 60 ÷ 90 nghìn mét dài cọc khoan nhồi có đường kính 0,8 ÷ 2,5m, với

11

chi phí khoảng 1500 ÷ 1800 tỷ đồng. Sau đây là một số công trình tiêu biểu ở nước
ta gần đây có sử dụng phương pháp cọc khoan nhồi
Bảng 1.1. Bảng thống kê các công trình sử dụng phương pháp khoan
cọc nhồi

Tên công trình

Năm

Chủ đầu tư

1

Thuỷ điện Trị An

1989

Liên Xô - Viêt Nam

2

Thức ăn gia súc Đồng Nai

1994

Thái lan

3

Nhà máy giấy Đồng Nai

1994

Trung Quốc

4

Cầu Quán Hàu

1996

Bộ GTVT

5

Cầu Mỹ Thuận

1997

Úc

6

Cầu Tân Đệ

1999

Ban QLDA 18

7

Cầu Thanh Trì

2002

Bộ GTVT

8

Cầu Bính

2002

Ban QLDA Hải Phòng

9

Cầu Kiền

2002

Ban QLDA Hải Phòng

10

Cầu Đá Bạc

2002

Ban QLDA Hải Phòng

11

Cầu Thuận Phước

2003

TP Đà Nẵng

12

Cầu Cần Thơ

2004

Bộ GTVT

13

Cầu Vĩnh Tuy

2005

UBND TP Hà Nội

14

Cầu Trần Thị Lý

2012

TP Đà Nẵng

15

Cầu vượt Nam Hồng

2012

Ban Dự án TPHN

16

Cầu đường sắt trên cao

2012

Trung Quốc

TT

a. Ưu điểm của phương pháp cọc khoan nhồi
- Về mặt kết cấu Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất, người thiết kế có thể
xác định được chiều sâu cọc sao cho sức chịu tải của đất nền tương đương
với sức chịu tải do vật liệu làm cọc (Pvl≈ Pđn). Điều này với phương pháp
12

cọc đóng, nén tĩnh hoặc ép neo không thực hiện được. Đó là điều kiện đưa
đến giải pháp nền móng hợp lý và kinh tế hơn.
- Khả năng chịu lực cao hơn 1,2 lần so với các công nghệ khác
- Cọc khoan nhồi có thể được đặt vào những lớp đất rất cứng, thậm chí tới
lớp đá mà cọc đóng không thể tới được
- Có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc chế sẵn do vậy
sức chịu tải lớn hơn nhiều so với cọc chế tạo sẵn.
- Số lượng cọc trong một đài cọc ít, việc bố trí các đài cọc (Cùng các công
trình ngầm) trong công trình được dễ dàng hơn.
- Sức chịu tải ngang của cọc khoan nhồi là rất lớn, việc thi công cọc nhồi có
chấn dung nhỏ hơn nhiều so với cọc đóng, thi công cọc nhồi không gây hiện
tược trồi đất ở xung quanh, không đẩy các cọc sắn có xung quanh sang
ngang.
- Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ
- Thích hợp với các công trình lớn, tải trọng nặng, địa chất nền móng là đất
hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp.
- Không gây ảnh hưởng đến các công trình xây dựng liền kề (lún nứt, hiện
tượng chồi đất, lún sụt cục bộ). Xây dựng nhà cao tầng tại các khu dân cư
đông đúc, nhà xây chen, nhà xây liền kề mặt phố, nhà biệt thự vì nó khắc
phục được các sự cố lún nứt các nhà liền kề, lấy lại thăng bằng các nhà đã
xây dựng bị nghiêng lún trong khi sử dụng, gia cố móng nhà bị yếu, có thể
thi công tại các địa điểm chật hẹp hoặc trong ngõ ngách nhỏ.
- Công nghệ này tạo ra một khối cọc bê tông đúc liền khối (không phải hàn
nối như công nghệ đóng cọc khác), cho nên tăng khả năng chịu lực và độ bền
co móng của các công trình công nghiệp, cầu giao thông quy mô nhỏ,..
13


- Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính lớn đã giải quyết các vấn
đề kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loại

cọc đóng bằng bú xung kích hay búa rung có mặt cắt vuông hoặc tròn có
đường kính D<60cm. thể được thực hiện tại những địa hình chật hẹp, tuy
nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế và khuyết điểm .

b. Khuyết điểm của phương pháp thi công cọc khoan nhồi
Về quản lý thi công, khó kiểm tra được chất lượng bê tông nhồi vào cọc, do
đó đòi hỏi kinh nghiệm và tay nghề của nhà thầu và giám sát thi công, việc
giám sát thi công phải thật chặt chẽ, tuân thủ đầy đủ các qui trình quy chuẩn.
1.1.2. Công tác chuẩn bị
a. Chuẩn bị mặt bằng
Mặt bằng gia công thép: Trước khi tiến hành tập kết thép và gia công thép thì
bãi gia công phải được san phẳng, vệ sinh sạch sẽ, có đầy đủ con kê thép, bạt
che…
Mặt bằng thi công hố khoan: Mặt bằng cũng phải được san phẳng bề mặt
trước khi tiến hành đưa máy vào khoan.
Mặt bằng đảm bảo cứng không bị lún khi thiết bị máy làm việc
Đảm bảo đường rãnh thoát nước phòng khi trời mưa to.
b. Tập kết thiết bị vật tư:
Sau khi công tác chuẩn bị mặt bằng hoàn chỉnh tiến hành tập kết thiết bị vật
tư. Thiết bị được tập kết gọn gàng, bố trí vị trí ống đổ bê tông , cần khoan,
máy bơm nước, máy bơm tuần hoàn Ben,cần khoan …. Vật tư sắt thép đảm
bảo để nơi cao ráo, tránh ngập nước và lẫn sình đất.

14


Hình 1.1. Công tác chuẩn bị và công tác gia công lồng thép

c. Định vị tim mốc
Xác định vị trí tim trụ, xác định vị trí tim cọc, dùng cọc tre được sơn để đánh

dấu vị trí tim của cọc và của trụ bằng máy toàn đạc.
Bố trí các tim cột, các mốc phụ trên tường vách . Trong quá trình làm việc
trên công trường các điểm đánh dấu rễ bị mất do lẫn đất bùn và quá trình máy
di chuyển..., khi đó ta có thể dùng phương pháp căng dây để phục hồi lại
những tim bị mất.
Sai số tim cọc sau khi thi công xong nhỏ hơn D/4 nhưng không lớn hơn 15 cm
đối với cọc giữa và nhỏ hơn D/6 nhưng không lớn quá 10cm đối với cọc biên.

Hình 1.2. Xác định vị trí tâm trụ và tâm cọc khoan.
15


1.1.3.Các bước thi công:
a. Bố trí sơ đồ khoan
Mỗi máy khoan được bố trí ở một khu vực nhất định để bán kính làm
việc không bị chồng chéo khi thi công, bố trí hợp lý quá trình khoan của từng
cọc để khi khoan các cọc tiếp theo xe không chạy trên đầu cọc mới đổ bê tông
xong.
Chuẩn bị gầu khoan: Thông thường khi khoan mỗi máy kèm theo ít
nhất 03 gầu đó là 02gầu khoan và 01gầu vét, vì khi khoan nếu gặp phải vật
cản lớn hoặc địa tầng đất cát, sỏi làm gầu khoan gãy dao cắt hoặc mòn nhanh
thì phải có gầu khác thay thế, hoặc phải sửa chữa lại dao cắt. Gầu vét dùng để
vét lắng cuối cùng sau khi khoan xong.
Cọc khoan kế tiếp phải đảm bảo không quá gần cọc vừa khoan với
khoảng cách ít nhất là 3D.
Công tác khoan: Khi đưa máy vào vị trí, căn chỉnh đúng tim mốc đã
định vị trước đó.
Kê kích máy đảm bảo không bị lún nghiêng khi đang hoạt động (sử
dụng tôn tấm để kê máy)
Kiểm tra độ thẳng đứng của cần khoan và cần máy cơ sở bằng 2 bọt

thuỷ chuẩn được gắn ở hai bên thân tháp khoan (trong quá trình khoan cần
phải liên tục theo dõi hai bọt thuỷ này).
Sau khi cân chỉnh máy xong dùng mũi khoan phá khoan một đoạn sâu
khoản 2m và hạ ống sinh (ống vách có chiều dài phục thuộc vào nền đất và vị
trí khoan) để chống sạt lở và mất nước trong khi khoan.
Tiến hành khoan bằng mũi khoan phá tới cao độ thiết kế của cọc.
16


Khi khoan theo dõi địa chất và ghi lại, nếu có khác biệt nhiều so với tài
liệu thăm dò địa chất thì báo ngay cho chủ đầu tư và tư vấn thiết kế biết để
điều chỉnh chiều sâu cọc.
Trong khi khoan cần kiểm tra lượng bentonite phù hợp.
Đối với cọc đường kính từ 500mm trở lên thì phải kiểm tra bằng các thí
nghiệm tỷ trọng dung dịch, độ nhớt, độ lắng cát theo tiêu chuẩn quy định (Do
khoan bằng phương pháp tuần hoàn dung dịch nên ta thường kiểm tra khi thổi
rửa, vệ sinh hố khoan)
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn các thành phần hàm lượng Bentonite
TT

Tiêu chuẩn

Chỉ tiêu tính năng

Phương pháp kiểm tra

1

Khối lượng riêng

1.05 ÷ 1.15 g/cm3

Cân đo tỷ trọng

2

Độ nhớt

18 ÷45 giây

Phễu 500/700 cc

3

Hàm lượng cát

< 6%

4

Tỷ lệ chất keo

> 95 %

5

Hàm lượng cát

< 6%

6

Tỷ lệ chất keo

> 95 %

Đong cốc

7

Lượng mất nước

< 30 ml / 30phút

Dụng cụ đo lượng mất nước

8

Độ dày áo sét

1÷ 3mm/30phút

Dụng cụ đo lượng mất nước

Đong cốc

1phút : 20÷ 30 mg/cm2

9

Lực cắt tĩnh

Lực kế cắt tĩnh
10phút 50 ÷100mg/cm2

10 Tính ổn định

< 0.03 g/cm2

11 Độ PH

7÷ 9

Giấy thử PH
17


Hình 1.3. Dụng cụ đo tỷ trọng và độ nhớt của Bentoinite

Dung dịch bentonite có tác dụng đưa mùn khoan từ đáy hố khoan trồi
lên hố dung dịch và có tác dụng giữ thành hố khoan không bị sập. Do đó
trong mọi trường hợp ngừng thi công do thời tiết, phải dừng qua đêm do hết
giờ làm việc ... thì vẫn phải đảm bảo hố khoan luôn được bơm đầy dung dịch.
Trong quá trình khoan nếu qua tầng thấm lớn thấy mất nước nhanh thì
phải nhanh chóng cho thêm bentonite vào dung dịch để chống thấm .
Thi công trong mực nước ngầm cao cần chú ý không khoan hai tim cọc
gần nhau để tránh xông nước giữa cọc nọ qua cọc kia dẫn đến sạt lở thành
vách.
Sau khi khoan xong lần 1 tiến hành hạ mũi khoan núp B xuống để kéo
hết sình đất còn lại lên. Công đoạn này có thể làm từ 1 đến 2 lần.

Khi hạ mũi khoan núp B vẫn thao tác như khi khoan mũi phá, nhưng khi
kéo lên thì không được xoay mũi khoan để tránh sình đất lọt xuống lại hố
khoan.
b. Kiểm tra độ sâu hố khoan:

18


Hình 1.4. Đo độ sau của hố khoan bằng phương pháp thủ công

Dùng thước dây có treo quả dọi thả xuống hố khoan hoặc đo theo chiều
dài của cần khoan hay ống đổ bê tông.
Trong khi khoan một số mùn khoan còn nằm lại trong hố khoan nên
không thể thả dọi để kiểm tra được, lúc này kiểm tra cao độ hố khoan dựa vào
chiều dài và số lượng cần khoan để tính, chiều dài mỗi cần khoan là 3.05m.
Trong quá trình khoan phải kiểm tra chiều sâu hố khoan thường xuyên
bằng thước dây.
Tiến hành hạ lồng thép sau khi hố khoan đạt chiều sâu theo thiết kế
Khi thả xong lồng thép và ống đổ bê tông, tiến hành thả dọi đo lại cao
độ hố khoan để xác định chiều dày lớp cặn lắng.
Sau khi tiến hành thổi rửa vệ sinh hố khoan, thả dọi đo cao độ hố khoan
một lần nữa để xác định lại lớp cặn lắng phải đảm bảo < 10cm.
Nếu trường hợp thổi rửa vệ sinh xong mà chưa có bê tông đổ ngay thì
trước khi đổ bê tông phải kiểm tra lại lần nữa để đảm bảo lớp cặn lắng nằm
trong giới hạn cho phép.
19


Sau khi tiến hành thổi rửa vệ sinh hố khoan, thả dọi đo cao độ hố khoan
một lần nữa để xác định lại lớp cặn lắng phải đảm bảo < 10cm.

c. Gia công cốt thép
Gia công cốt thép phải được tiến hành trước khi khoan và song song
trong quá trình khoan để đảm bảo sau khi khoan xong hố khoan phải có lồng
thép ngay để tiến hành các bước tiếp theo.
Công tác gia công cốt thép được thực hiện ở nơi khô ráo và được kiểm
tra, nghiệm thu trước khi hạ xuống hố khoan.
Lồng thép được gia công thành từng lồng dài 5,8m hay11,7m tuỳ thuộc
vào thiết kế và được buộc đầy đủ các con kê bằng bê tông đảm bảo lớp bê
tông bảo vệ bằng bánh xe trượt.
Khi hạ lồng thép phải giữ cho lồng thẳng đứng, đoạn nọ nối với đoạn
kia phải đảm bảo đúng tâm lồng thép.
Mối nối cốt thép sử dụng mối nối bằng bắt cóc, chiều dài đoạn nối
chồng cốt thép là 30D và được nối bằng hai cóc xiết. Số thanh cần nối là 50%
tổng số mối nối, các thanh còn lại được buộc bằng dây kẽm.
Khi thả lồng thép phải chú ý không để đầu lồng thép chọc vào thành
vách.
Lồng thép khi thả không được để chạm đáy và phải cách đáy hố khoan
khoảng 100 mm như trong bản vẽ thiết kế.

20


Hình 1.5. Quá trình đưa lồng thép vào hố khoan và nối lồng thép bằng cóc

Để kiểm tra chất lượng của cọc khoan,cần tiến hành siêu âm sau khi
khoan.
Cần chuẩn bị ống siêu âm để thực hiện siêu âm. Ống siêu âm được làm
bằng thép hoặc nhựa PVC có đường kính là 49mm, chiều dày là 3mm. Bố trí
hai ống đối xứng nhau qua tim cọc suốt chiều dài từ đầu cọc tới đáy cọc.
Ống thép siêu âm được buộc vào cốt thép chủ bằng dây kẽm và được

nối với nhau bằng măng xông có ren đảm bảo kín khít tránh bê tông chảy vào
làm tắc ống. Riêng ở lồng thép dưới cùng được đính hàn vào thép chủ để đảm
bảo định vị đúng vị trí.
Trong khi hạ ống siêu âm cần bịt kín hai đầu dưới và hạ tới đâu phải
bơm đầy nước tới đó. Sau khi hạ xong và bơm đầy nước vào ống,bịt kín nốt
đầu trên lại để khi đổ bê tông tránh bê tông rới vào làm tắc ống.
d. Vệ sinh hố khoan
Sau khi hạ xong lồng thép, tiến hành thổi rửa vệ sinh hố khoan bằng
máy nén khí có công suất lớn.Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quá
trình thi công khoan nhồi. Sau khi khoan đến độ sâu thiết kế lượng phôi
21


khoan không thể trồi lên hết. Khi ngừng khoan, những phôi khoan lơ lửng
trong dung dịch hoặc những phôi khoan có kích thước lớn mà dung dịch
không đưa lên khỏi hố khoan sẽ lắng trở lại trong đáy hố khoan.
Ta chia công đoạn xử lý cặn lắng làm 2 bước. Các công đoạn xử lý như
sau :
+ Xử lý cặn lắng bước 1 : Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính lớn.
Công tác này làm ngay sau khi khoan tạo lỗ xong. Sau khi khoan tới
cao độ thiết kế không nâng ngay thiết bị khoan lên mà để vậy tiếp tục bơm
nước thải đất lên. Sau đó kéo mũi khoan lên và đưa mũi khoan có núp B
xuống để kéo những cặn lắng là những cục đất lớn lên công tác này làm cho
tới khi không thấy đất được kéo lên nữa ( thường kéo mũi khoan núp B
khoảng 1-2 lần)
+ Xử lý cặn lắng bước 2 : Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính nhỏ
Công tác này làm trước khi đổ bê tông. Sau khi xử lý cặn lắng bước 1,
đưa lồng thép và ống đổ bê tông xuống dưới tới đáy hố khoan, đưa một ống
dẫn khí vào trong lòng ống đổ BT tới cách đáy 2 m dùng khí nén bơm ngược
dung dịch hố khoan ra ngoài bằng đường ống đổ BT, các phôi khoan có xu

hướng lắng xuống sẽ bị hút vào trong ống đổ BT đẩy ngược lên và thoát ra
ngoài miệng ống đổcho đến khi không còn cặn lắng lẫn lộn và đạt yêu cầu.

22


Hình 1.6. Quá trình thổi rửa hố khoan

Dùng thước có quả dọi để kiểm tra cặn lắng hố khoan phải <10 cm.
Sau khi xử lý xong phải tiến hành đổ bê tông ngay.
Chú ý : Trong quá trình bơm khí nén, hố khoan phải luôn luôn được cấp
dung dịch đầy để đảm bảo hố khoan không bị sạt lở. Trong thực hành giám sát
hai bên sẽ tiến hành đổ vào hố khoan một số đá mi hoặc đá 1*2, khi bơm lên
dùng giỏ lưới hứng lại để kiểm tra. Nếu lượng đá 1*2 từ đáy hố khoan mà ống
bơm dung dịch có thể bơm ra được một phần lớn của lượng đá đổ vào hố
khoan và không có bùn đất kèm theo thì chấp nhận công tác vệ sinh đạt yêu
cầu.
e. Công tác đổ bê tông cọc
Ống đổ bê tông là một ống thép đường kính từ 114mm đến 138 mm tuỳ
vào đường kính cọc được nối bởi nhiều đoạn mỗi đoạn dài 1.5 m miệng ống
đổ được lắp một phiễu để rót bê tông.
Đối với thi công cọc đường kính từ 400 đến 500mm cho các công trình
lớn, trước khi đổ bê tông cần làm quả bóng ngăn nước.Quả bóng ngăn nước
được làm bằng xi măng nhào dẻo và được bọc bằng một lớp vải mỏng. Khi
23


xuống tới đáy lớp vải mỏng sẽ bung ra và xi măng sẽ hòa lẫn vào bê tông sẽ
tốt hơn cho bê tông đáy cọc.
Khi bắt đầu đổ bê tông không được nhồi và kéo ống đổ lên cho tới khi

bê tông đầy lên miệng phễu đổ.
Về nguyên tắc, công trình bê tông làm cọc khoan nhồi phải tuân theo
các qui định về đổ bê tông dưới nước. Phương pháp thi công bê tông đổ dưới
nước của cọc khoan nhồi là dùng ống dẫn.

Hình 1.7. Phễu hứng bê tông trong quá trình đổ bê tông

Hình 1.8. Quá trình đổ bê tông và rút ống trong khi đổ bê tông
24


Trước khi đổ bêtông phải kiểm tra các công cụ đo lường cấp phối để
quy ngược lại lượng bêtông tương ứng cần thiết.Tổng lượng bê tông đổ vào
cọc thực tế không được lớn quá 20% lượng bê tông tính theo đường kính danh
định của cọc
Bê tông được đưa xuống đáy hố khoan thông qua ống đổ, bê tông dâng
cao dần lên và đẩy nước dung dịch trào lên trên miệng hố khoan. Ống đổ bê
tông luôn ngập trong bê tông tối thiểu là 2.0 m để đảm bảo bê tông không bị
lẫn dung dịch.
Công tác đầm bê tông được thực hiện bằng chính ống đổ bê tông thông
qua động tác nhắp ống.
Thời gian đổ bêtông cho cọc không được kéo dài quá 4 giờ (để đảm
bảo chất lượng, cường độ bêtông suốt chiều dài cọc). Nếu quá trình thi công
đổ bêtông ống bị nghẹt thì cần có biện pháp xử lý nhanh chóng, thời gian xử
lý không vượt quá giới hạn trên. Trong trường hợp không xử lý được thì phải
ngừng thi công ít nhất là 24 giờ, sau đó vệ sinh hố khoan lại một lần nữa mới
tiếp tục đổ bêtông.
* Quy trình cắt ống đổ : Kỹ thuật viên và giám sát có thể theo dõi cao
độ của mức bêtông dâng lên trong hố khoan bằng cách tính sơ bộ lượng
bêtông được bơm vào cọc theo đường kính danh định của cọc, nhưng thực tế

đường kính sẽ lớn từ 10% đến 20% tuỳ theo tầng khoan hoặc kiểm tra trực
tiếp bằng cách thả quả rọi xuống đo.
Trong thực hành trước khi cắt ống đổ phải thả chùng cáp , nâng ống đổ
để xác định “độ ngồi” của ống đổ trong bêtông thì cho cắt ống đổ.
Sau khi bê tông lên tới miệng ống sinh cách mặt đất 20cm ta kéo cao
ống sinh lên cách mặt đất là 1m và tiếp tục đổ bê tông.

25