Bài giảng máy xây dựng chương 6 ths nguyễn văn dũng

CHƯƠNG 6 - MÁY VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN MĨNG
6.1 Cơng dụng và phân loại
6.1.1 Cơng dụng
- Trong cơng tác xây dựng các cơng trình, người ta phải xử lý nền móng để
cải thiện sức chịu tải trọng của cơng trình, chống lún, nứt đổ trước khi tiến hành xây
dựng phần trên cơng trình, Cơng tác gia cố nền móng chiếm một tỷ trọng lớn khối
lượng cơng trình, thường gặp khó khăn, phức tạp có ý nghĩa quyết định đến chất
lượng cơng trình
- Hiện nay có 2 dạng gia cố nền
+ Cơng trình chịu tải tại một khu vực ( Cầu, Nhà, Cột, tháp…) phương pháp
xử lý thường sử dụng cọc chịu tải trong lòng đất ( cọc BTCT, cọc BT ống thép, cọc
thép, cọc gỗ…) thiết bị để tạo ra các loại này gồm các loại búa để đóng cọc vào nền,
máy ép cọc, máy khoan tạo lỗ để đúc cọc (Khoan cọc nhồi)
+ Cơng trình chịu tải trên diện rộng (Đường, Sân bay, Quảng trường…)
phương pháp xử lý là tạo độ cứng cho nền trên diện tích rộng, hiện nay người ta
đương sử dụng các phương pháp: khoan cọc cát, cọc bấc thấm, hút chân không (hút
nước tạo độ cố kết cho nền), máy khoan gia cố xi măng đất…


6.1.2 Phân loại
a) Các loại máy đưa cọc đúc sẵn vào nền
- Máy búa đóng cọc tự do: đóng cọc kiểu thô sơ dùng máy kéo vật nặng rồi thả tự do để đóng
cọc
- Máy đóng cọc diesel: Hoạt động như một động cơ diesel, dùng áp lục khí cháy đẩy quả búa
lên cao để đóng cọc
- Máy đóng cọc thủy lực, khí nén: Sử dụng áp lực từ dịng dầu thủy lực, khí nén
- Máy búa rung: Sử dụng lực rung động để giảm ma sát giữa cọc và nền
- Máy ép cọc thủy lực: Sử dụng lực ép tĩnh từ dòng dầu thủy lực
b) Các loại máy tạo cọc trong lòng đất
- Máy khoan cọc nhồi: Khoan tạo lỗ trong lịng đất với đường kính và chiều sâu theo yêu cầu
c) Các loại máy gia cố nền trên diện rộng:

- Máy khoan cọc cát : Sử dụng cọc cát để tiêu nước dưới nền
- Máy ép cọc bấc thấm: Sử dụng bấc thấm để tiêu nước trong lòng đất
- Máy hút chân không: Tạo nên chân không, nhờ sự chênh áp mà nước trong nền
được hút một cánh chủ động
- Máy gia cố nền xi măng đất: Trộn, phun xi măng xuống nền đất để tạo các cọc xi
măng tăng sức chịu tải của nền


6.2 Búa đóng cọc
6.2.1 Cơng dụng, phân loại và phạm vi sử dụng của búa đóng cọc
1. Cơng dụng
Búa đóng cọc dùng để đóng cọc xuống nền đất; nền đất sau khi được xử lý
bằng phương pháp đóng cọc đảm bảo độ bền chắc. Đóng cọc ngồi tác dụng xử lý
nền móng cơng trình cịn có tác dụng chống sụt cho các bờ đê chân đập.
2. Phân loại
- Theo lực tác dụng lên đầu cọc, chia búa đóng cọc thành búa đóng cọc va
đập (búa rơi, búa thủy lực, búa diezen) và búa đóng cọc rung động (rung động nối
cứng, nối mềm và va rung).
- Theo kết cấu của bộ di chuyển, chia thành búa đóng cọc di chuyển trên ray,
di chuyển xích, di chuyển trên phao.
- Theo trọng lượng của quả búa, chia thành loại nhỏ, trung bình và lớn.


3. Phạm vi sử dụng
- Búa rơi cho năng suất thấp nên chỉ dùng để đóng cọc ván ngắn với số
lượng ít.
- Búa thủy lực dùng để đóng cọc ngay cả ở dưới nước.
- Búa diezen dùng để đóng các loại cọc ống, cọc ván thép, cọc BTCT, đóng
cọc thích hợp với các loại đất sét.
- Búa đóng cọc rung động dùng để đóng các loại cọc ván cừ với khối lượng

lớn, đóng cọc hiệu quả với các loại đất rời, cát, cát pha, cát bão hoà nước


6.2.2 Búa đóng cọc diesel
1. Cơng dụng:
Búa đóng cọc diezel dùng để đóng cọc bê tơng cốt thép, cọc ống thép, cọc
gỗ, và thường chỉ đóng trên nền đất thơng thường. Búa loại này dùng dầu diezel và
hoạt động như một động cơ diezel, gây ồn và chấn động mạnh nên chỉ thích hợp với
việc thi cơng nơi xa khu dân cư
2. Phân loại
- Theo cấu tạo của quả búa bao gồm
+ Búa diezel cột dẫn (xi lanh rơi)
+ Búa diezel ống dẫn (piston rơi)
- Theo trọng lượng phần rơi của quả búa bao gồm :
+ Búa nhỏ có trọng lượng phần rơi Q =< 0,6 -1,2 - 1,8 tấn
+ Búa trung bình có trọng lượng phần rơi Q= 2,5 -3,5 - 4,5 tấn
+ Búa lớn có trọng lượng phần rơi Q=5,5 – 6,5 - 10 tấn
- Theo cấu tạo của giá búa bao gồm :
+ Giá búa không chuyên dùng (Hình a)
+ Giá búa chuyên dùng (Hình b)


a

b

2. Ưu nhược của búa đóng cọc diesel
*) Ưu điểm :
- Búa diezen là loại búa có kết cấu gọn nhẹ, cơ động, mang tính độc lập cao khơng
phụ thuộc vào nguồn năng lượng bên ngồi.

- Chi phí đầu tư thiết bị thấp
*) Nhược điểm :
+ Cơng thực tế đóng cọc nhỏ vì phải cần khoảng 50  60% động năng dùng vào việc
nén khí cho búa nổ, cịn lại 40 50% là dùng cho việc đóng cọc.
+ Tốc độ đóng cọc chậm (50 - 60 lần/ph), hiệu quả đóng cọc thấp, khi cần đóng về
mùa đơng búa khó nổ.
+ Sử dụng nhiên liệu đắt tiền.
+ Khi đóng cọc trên nền đất yếu ít có hiệu quả.
+ Khi lực đóng cọc lớn dễ gây vỡ đầu cọc và ảnh hưởng đến các cơng trình xung
quanh.


3. Búa diezen loại hai cột dẫn
14
a, Cấu tạo :

15

chó thÝch

1 - Xi lanh
2 - Thanh tú
3 - Cét dÉn hu\'edng

16

13

17

4 - ổ phun dầu
5 - Piston
6 - Cần bơm
7 - Bơm dầu
8 - Đuờng dẫn dầu
9 - Cọc
1
10 - KĐp cäc
2 11 - BƯ bóa
12 - Chèt treo
13 - Mãc treo
3
14 - Khung bóa
15 - C¸p treo
4 16 - Cần điều khiển móc
17 - Xà ngang

12

5
6
7

11

8

10

9

Hình 5.3 Búa diezel kiểu cột dẫn SP.6
1. Thân đế búa có khoang chứa dầu; 2. Xi lanh quả búa; 3. Cột dẫn; 4. Rùa nâng quả
búa;.5. Khung giằng ngang; 6. Cần khởi động búa; 7. Cần bơm nhiên liệu; 8. đòn.; 9. Vòi
phun nhiên liệu.;10. Ống dẫn dầu; 11. Bộ bơm nhiên liệu; 12. Chụp mũ đầu cọc; 13. Đế
va đập; 14. Chốt ngang;


b, Nguyên lý làm việc:
- Cáp kéo (15) và móc kéo (13) được móc vào chốt (12) sau đó kéo xi lanh và xà
ngang(17) đi lên đến vị trí trên cùng, sau đó điều khiển cần (16) chốt (12) trượt khỏi
móc (13) làm cho xi lanh rơi tự do theo 2 cột dẫn hướng chụp vào piston (5), để
đóng cọc và nén khơng khí trong buồng xi lanh
- Khi đạt tới áp suất và nhiệt độ cao, đồng thanh tỳ (2) đánh vào cần bơm (6) của
bơm dầu, dầu theo đường dẫn (8) vào trong khoang xi lanh dưới dạng sương mù,
gặp khơng khí ở áp suất và nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy, sinh ra áp suất khí cháy
đẩy quả búa đi lên, xi lanh được đẩy lên đến độ cao nhất định sẽ tự rơi xuống và
tiếp tục quá trình làm việc tiếp theo.


4. Búa diezel kiểu ống dẫn
a. Cấu tạo

13

12
11
10

9

chó thÝch

1
8

2

1 - Cơ cấu nâng quả búa(con rùa)
2 - Khoang nhiên liệu
3 - Tay đòn bơm
4 - Bơm dầu
5 - Đế va đập
6 - Thớt búa-chụp đầu cọc
7 - Lổ nạp-xả khí
8 - Xéc măng quả búa
9 - Quả piston
10 - Xi lanh
11 - Khoang chứa dầu bôi trơn
12 - Nút dầu bôi trơn
13 - Đuờng dẩn dầu bôi trơn

7
3
4
5
6
Sơ đồ cấu t¹o bóa Diezel èng dÉn

1. Khối đầu búa va chạm
2. Piston
3. Vỏ xi lanh
4. Vòng đệm giảm chấn
5. Hệ thống bơm dầu
6. Đờng dẫn dầu
7. Bơm dầu bôi trơn
8. Đờng dầu bôi trơn
9. Phần trên xi lanh
10. Mặt bích liên kết thân búa
11. Nắp che
12. Bộ phận di chuyển

1. Thớt búa
2. Vòng đệm piston
3. Thân piston
4. Vòng đệm piston
5. Vòng ngăn piston


b, Nguyên lý làm việc
- Dùng cáp kéo con rùa(1) và piston búa (9) đi lên đến một độ cao nhất định sau đó
thả cho rơi tự do dọc theo xi lanh (10), khi piston bịt kín lỗ khí (7) khơng khí trong
khoang sẽ được nén đến áp suất và nhiệt độ cao
- Quả piston rơi xuống tác dụng vào thớt búa để đóng cọc đồng thời khi đó piston tác
dụng vào cần bơm (3) làm bơm dầu (4) phun dầu vào trong khoang dưới dạng sương
mù gặp khơng khí ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ tự bốc cháy tạo ra áp lực khí cháy đẩy
quả búa đi lên.
- Quả búa đi lên đến một độ cao nhất định sẽ tự rơi xuống và bắt đầu một chu trình

làm việc tiếp theo.


Quá trình nâng
qua búa
1- Hạ con rùa
kéo căng cáp để
chốt ăn khớp vào
gờ
2 Kéo con rùa
Nâng quả búa

3 Kéo dây cáp
Bật chốt, quả búa
rơi xuống


Hành trình làm việc của quả búa


Giá búa



Quả búa đóng cọc


6.2.3 Búa rung
1, Công dụng
- Búa rung được sử dụng phổ biến trong thi cơng đóng cọc, sử dụng có

hiệu quả trên nền đất cát tơ xốp, đất dính, và ở những nơI có địa hình chật hẹp.
- Khi làm việc nó tạo ra lực rung động theo phương thẳng đứng và truyền xuống
cọc cùng với khối lượng đất đá bám quanh cọc, nhờ đó làm giảm ma sát giữa cọc
và nền nhờ vậy mà năng suất đóng cọc cao hơn so với búa diezel khoảng 4- 6 lần
Búa rung là một trong những loại búa được sử dụng rộng rãi để đóng cọc
trên các loại nền đất khác nhau, thích hợp nhất là với các loại nền tơi xốp. Khi sử
dụng búa rung để đóng cọc sẽ làm giảm lực ma sát quanh cọc giúp cho cọc dễ
dàng đóng sâu vào nền đất.
*, Ưu điểm :
- Có kết cấu nhỏ gọn đơn giản
- Tính cơ động cao, làm việc tin cậy, dể điều khiển và cọc không bị vỡ khi đóng cọc
*, Nhược điểm :
- Trong q trình làm việc tạo ra rung động mạnh làm ảnh hưởng đến các cơng
trình xung quang


2, Phân loại
- Theo nguyên lý làm việc, quả búa rung được chia làm hai loại:
+ loại rung thuần túy gồm có: loại nối mềm (Hb) thường ở quả búa có
tần số làm việc cao 7001500 l/ph. Loại này được dùng để đóng các loại cọc nhỏ
như: cọc gỗ, cọc ván thép, cọc thép hình… và loại nối cứng (HaS) ở các quả búa
làm việc tần số thấp 300500 l/ph và được dùng để đóng cọc lớn như: cọc
bêtơng cốt thép (BTCT), cọc ống ..
+ Búa va rung là loại búa kết hợp rung động và va chạm (Hc)

Các loại búa rung


3, Búa rung thuần túy
*)Cấu tạo

1
6

2
5

3

4

H 1 Búa rung nối cứng
H 2 Búa rung nối mềm
1. Động cơ, 2. Bộ truyền đai, Bộ gây rung, 3. Bộ gây rung, 4. Mũ cọc, 5. Bánh
lệch tâm, 6. Giảm chấn



Bộ nguồn động lực
Động cơ – Bơm
thủy lực

Liên kết đường ống
dầu thủy lực

Bộ gây rung
Mô tơ
Bánh lệch tâm

Đường ống dầu
thủy lực

Kẹp đầu cọc
Hệ điều
khiển

Cọc


b) Nguyên lý làm việc
Nguồn động lực từ động cơ (1) thơng qua bộ truyền đai (xích) (2) đến bộ
gây rung bộ gây rung gồm các bánh lệch được đặt trên các trục được dẫn động với
nhau thông qua bộ truyền bánh răng
- Sự rung động được tạo ra do lực ly tâm sinh ra khi các bánh lệch tâm quay, đặc
tính của dao động này phụ thuộc vào mơ men lệch tâm, tổng khối lượng của hệ
thống tham gia dao động và đặc điểm của nền
Nhược điểm của búa rung nối cứng là: tuổi thọ của động cơ không bền; khi
cần gia tải vào đầu búa để tăng áp lực lên đầu cọc thì biên độ rung lại giảm đi rõ rệt
cịn loại rung mềm do có trang bị thêm hệ thống lò xo giảm chấn, nên tuổi thọ động
cơ được nâng cao. Khi cần gia tải lên đầu búa thì biên độ rung có bị giảm nhưng
khơng đáng kể.


1

4). Búa va rung
a) Cấu tạo

5
6
2
3

e

7

8
4

H 3. Búa va rung
1. Động cơ, 2. Bộ truyền đai, 3. Bộ gây rung, 4. Mũ cọc, 5. Bánh lệch tâm,
Đệm lò xo, 7. Đầu búa, 8. Đe


b) Nguyên lý làm việc
Búa va rung làm việc theo nguyên lý vừa rung vừa va đập. Khi biên độ
giao động lớn hơn khoảng cách e giữa đầu búa và đe thì quá trình va đập
được diễn ra, lực xung kích sẽ được truyền xuống cọc, do làm việc theo nguyên
lý hỗn hợp nên búa va rung có năng suất cao
- Có thể thay đổi lực va đập bằng cách thay đổi khe hở giữa đe và đầu búa