Tính toán và thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 – 3 của hãng hitachi

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Trờng đại học giao thông vân tải
Khoa cơ khí
Bộ môn máy xây dựng - xếp dỡ
Thuyết minh
đồ án tốt nghiệp đại học

Tên Đề tài:
Tính toán thiết kế máy khoan cọc nhồi
Dựa theo máy kh125 3 của hãng hitachi
Nhiệm vụ II:
1. Giới thiệu công nghệ tạo cọc khoan nhồi
2. Thiết kế bộ thanh kelly và lò xo giảm chấn
3. Quy trình chế tạo bộ thanh kelly
4. Thiết kế kết cấu thép giá khoan
5. Thiết kế bộ truyền cơ khí mâm xoay ( cặp bánh răng cuối )
6. Quy trình lắp dựng và vận hành máy.
Sinh viên : Văn Đình Sơn
Lớp : Máy xây dựng B K 43
GVHD : PGS TS. Nguyễn Bính

Hà Nội 5 / 2007
Lời mở đầu
Đất nớc ta hiện nay đang trong quá trình xây dựng và đổi mới với mục đích
đến năm 2020 nớc ta sẽ trở thành một đất nớc công nghiệp. Trong các nhiệm vụ
chiến lợc của Đảng và Nhà Nớc ta, xây dựng cơ sở hạ tầng là nhiệm vụ nòng cốt và
đợc u tiên hàng đầu.
Hiện nay trên thế giới nói chung và ở nớc ta nói riêng có rất nhiều công trình
Xây dựng dân dụng và công trình Giao thông vận tải quan trọng. Chúng ngày càng
đợc mở rộng về quy mô và số lợng. Do đó đòi hỏi các thiết bị máy móc xây dựng
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43

- 1 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
ngày càng nhiều và hiện đại để đáp ứng đợc sự phát triển của xây dựng cơ sở hạ
tầng, đặc biệt là các máy và thiết bị phục vụ cho công tác gia cố nền móng công
trình. Gia cố nền móng công trình là công tác rất quan trọng và không thể thiếu
trong bất kỳ công trình xây dựng nào. Đây là yếu tố quyết định đến chất lợng và
tuổi thọ của công trình. Để gia cố nền móng cho các công trình trọng điểm quốc gia
nh các cây cầu lớn, các khu trung c cao tầng ở các thành phố có rất nhiều phơng
pháp nh ép cọc bê tông, cọc khoan nhồi, cọc cát, cọc bấc thấm tuy vậy, các năm
gần đây công nghệ tạo cọc khoan nhồi đờng kính lớn là phơng pháp đợc sử dụng
rộng rãi và hiệu quả ở Việt Nam. Phơng pháp này không những đảm bảo về tính kỹ
thuật của công trình mà nó còn cho hiệu quả kinh tế cao, thời gian thi công ngắn.
Việc thiết kế và đầu t máy khoan cọc nhồi sao cho hợp lý là vấn đề khá khó khăn
hiện nay. Để phần nào giải quyết đợc vấn đề này, chúng em đã thực hiện đồ án tốt
nghiệp:
Thiết kế bộ công tác máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3 .
Nhiệm vụ cụ thể nh sau:
Nhiệm vụ I:
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trờng Lớp: Máy xây dựng A K43
1. Giới thiệu về máy KH125 3
2. u nhợc điểm của máy và xu hớng chế tạo từng phần bộ công tác máy
3. Xác định các trạng thái làm việc và trạng thái tính toán của máy.
4. Thiết kế gầu xoay và chốt.
5. Quy trình chế tạo gầu xoay có đờng kính D = 1500 mm
6. Thiết kế bộ khớp xoay
7. Thiết kế bộ truyền động thuỷ lực mâm xoay.
Nhiệm vụ II:
Sinh viên thực hiện: Văn Đình Sơn Lớp: Máy xây dựng B K43
1.Giới thiệu công nghệ tạo cọc khoan nhồi
2. Thiết kế bộ thanh kelly và lò xo giảm chấn

3. Quy trình chế tạo bộ thnah kelly
4. Thiết kế kết cấu thép của giá khoan
5. Thiết kế bộ truyền cơ khí dẫn động cho mâm xoay
6. Quy trình lắp dựng và vận hành máy
Dới sự chỉ dẫn tận tình của PGS TS. Nguyễn Bính và các thầy giáo trong
bộ môn Máy xây dựng và xếp dỡ, cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn
thành nội dung đồ án với thời gian ngắn nhất.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 2 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Trong quá trình em thực hiện đồ án, do sự hiểu biết có hạn và thời gian hạn
hẹp nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót, vậy em mong các thầy
giáo và các đồng nghiệp bổ xung, đóng góp ý kiến để đồ án của em hoàn thiện hơn.
Lời cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS TS. Nguyễn Bính, các
thầy cô giáo trong bộ môn Máy xây dựng Xếp dỡ và Công ty cầu 3 Thăng Long
đã giúp đỡ em tận tình trong quá trình em thực hiện đồ án.
Hà nội, ngày 20 tháng 4 năm 2007
Sinh viên thực hiện
Văn Đình Sơn

Chơng I
công nghệ tạo cọc khoan nhồi
I. Giới thiệu công nghệ tạo cọc khoan nhồi
1. Tổng quan về nền móng tại việt nam:
Nớc ta có hai vùng đồng bằng rộng lớn quan trọng nhất là vùng đồng bằng
Sông Cửu Long và vùng đồng bằng Sông Hồng. Cả hai vùng đồng bằng này đều có
nguồn gốc cơ bản là bồi tụ, thi thoảng mới có đồi núi trọc bị bào mòn từ nguồn gốc
lục địa già. Do vậy cơ bản hai vùng đồng bằng này có nền yếu.
Các vùng đồng bằng là nơi có nhiều công trình nhân tạo tập trung sầm uất,
đây là các công trình lớn, có tầm quan trọng quốc gia. Hầu hết các công trình nhân

tạo đều truyền tải trọng bản thân và hoạt tải qua nền móng xuống đất.
Khu vực thành phố hà nội là vùng đất nằm ở Đông bắc bắc bộ, trung tâm của
đồng bằng Sông Hồng. Địa chất ở đây có nguồn gốc cơ bản là bồi tụ bởi dòng Sông
Hồng. Trung tâm thành phố Hà Nội là vùng tập trung rất đông đúc dân c, ở đây tập
trung rất nhiều các công trình trọng điểm và có quy mô lớn của quốc gia. Hầu hết
các công trình xây dựng này đều truyền tải trọng bản thân và và hoạt tải qua nền
móng xuống nền đất và giá trị của tải trọng này ngày càng có giá trị lớn. Mặt khác
do nền đất của khu vực này là nền đất tự nhiên nên nó không thể thoả mãn đợc các
điều kiện chịu lực của công trình xây dựng trên nó theo các thông số đánh giá nh
tính kháng nén, tính kháng cắt ứng với các điều kiện địa chất, thuỷ văn biến động
khác nhau. Do đó việc gia cố nền móng cho các công trình lớn là rất cần thiết và nó
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 3 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
đóng vai trò rất quan trọng, quyết định chất lợng và tuổi thọ của công trình. Chi phí
cho việc gia cố nền móng trong giá thành công trình chiếm một tỉ lệ đáng kể, thấp
nhất cũng là 15

30%, có khi lên đến 40

50% giá thành công trình.
Tầng đất yếu cần gia cố này phổ biến có độ dày từ 2 đến 40 m, cá biệt tới
200 m với thành phần chủ đạo là á cát, á sét lẫn trầm tích hữu cơ gần nh bão hoà n-
ớc. Theo tài liệu khoan thăm dò thì địa chất tiêu biểu của vùng thủ đô Hà Nội có thể
mô tả theo bảng sau:
Bảng 1.1 : Mặt cắt địa chất vùng Hà Nội
Độ sâu
(m)
0

3,3

20 23,5

29

32

33

40,12

43

53,2
Loại
đất
Sét dẻo
mềm
Cát mịn á cát
á sét
dẻo
chảy
Cát
pha
Sét
chảy
Cát pha
Cát
chảy

Cát pha
Sét
chảy
Cát mịn
bão hoà
Sét
dẻo
Cuội
Sỏi
Cát thô
bão hoà
2. Các phơng pháp gia cố nền móng công trình.
Nh trên ta thấy rằng tình trạng nền móng ở Việt Nam là yếu, không đảm bảo
đợc khả năng chịu tải của công trình, đặc biệt là các công trình lớn, có tính chất
vĩnh cửu và tầm cỡ quốc gia nh các cầu lớn, cảng biển, cảng sông, các thuỷ điện,
các khu trung c Do đó công tác gia cố nền móng đóng vai trò hết sức quan trọng,
không thể thiếu và nó có ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ của công trình.
Ngày nay, các phơng pháp gia cố nền móng khá phong phú và đa dạng.
Ngoài các biện pháp kết cấu tầng dới của công trình để chống lún, sụt đều và không
đều nh móng bè, móng chân vịt, khe lún, giằng tờng, giằng móngcũng nh các biện
pháp gián tiếp nh đắp khối ( tờng ), phản áp ( đối trọng ), tờng chắn còn có các
biện pháp đặc hữu nh gia nhiệt cho nền, trộn vôi, xi măng, silicát hoá, điện hoá
trên bề mặt hoặc sâu trong nền để cải thiện cơ tính của nền.
Ngày nay, trong công tác gia cố nền móng ngời ta sử dụng rộng rãi và có hiệu
quả ba phơng pháp chính, đó là:
a) Phơng pháp cải tạo sự phân bố ứng suất trên nền, bằng cách:
- Dùng đệm cát: phơng pháp này đợc sử dụng khi lớp nền yếu có chiều sâu nhỏ
hơn 3 mét bão hoà nớc. Khi này ta có thể gạt bỏ lớp đất yếu dới chân móng và
thay vào đó là một lớp cát có chiều dày theo thiết kế. Phơng pháp này đơn giản
và không đòi hỏi thiết bị thi công phức tạp nếu khối lợng công việc không lớn.

- Dùng đệm đá sỏi: Phơng pháp này đợc dùng khi lớp đất yếu dới móng có nớc
ngầm với áp lực không cao, không thể đặt đợc đệm cát và dới nó cũng là lớp đất.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 4 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Khả năng chịu tải trọng của đệm đá sỏi lớn hơn nhiều so với đệm cát nên ta có
thể coi nó là một bộ phận của nền móng công trình.
- Dùng đệm đất: Đệm đất đợc sử dụng khi các công trình xây dựng trên các nền
đắp và mực nớc ngầm ở dới sâu.
Tuy nhiên các vật liệu dùng làm đệm phải lựa chọn phù hợp với yêu cầu kỹ thuật
và phải đợc đầm lèn chặt theo yêu cầu thiết kế.
b) Phơng pháp tăng độ chặt của nền bằng biện pháp tiêu nớc thẳng đứng, có các ph-
ơng pháp chính sau:
- Dùng cọc cát, sỏi: Phơng pháp này đợc dùng khi diện tích móng công trình lớn,
lớp nền yếu có chiều dày lớn hơn 3 m. Cọc cát, sỏi sẽ làm cho độ ẩm và độ rỗng
của nền giảm đi. Cọc cát, sỏi có tác dụng nh một giếng tiêu nớc thẳng đứng, làm
cho mô đuyn biến dạng, tính kháng nén, kháng cắt của nền tăng lên. Khi này các
cọc sẽ làm việc đồng thời với nền, do đó tính chất chịu lực của nền gia cố cọc
cát, sỏi tốt hơn nhiều so với các loại cọc khác. Nó có tính bền vĩnh cửu, hoàn
toàn không bị ăn mòn do xâm thực, thiết bị thi công đơn giản và phổ biến. Mặt
khác hiệu quả kinh tế cao. Kinh phí xây dựng có thể giảm đến 40% so với dùng
cọc bê tông, giảm 20% so với dùng đệm cát.
- Dùng bấc thấm: Khác với cọc cát, sỏi; bấc thấm không tham gia vào quá trình
chịu lực truyền tải của công trình xuống nền, nó chỉ có chức năng tiêu nớc thẳng
đứng cho nền và làm cho cơ tính của đất nền đợc nâng cao do tăng cờng tốc độ
cố kết của nó, kết quả là sự chịu tải của đất nền đợc cải thiện.
Bấc thấm có các u điểm nổi bật là:
a) áp dụng cho nền có diện tích lớn
b) Độ sâu tầng cải tạo lớn, có thể đạt đợc 20 30 m.
c) Vật liệu chế tạo sẵn có và gọn nhẹ

d) Công nghệ thi công đơn giản, năng suất cao
e) Hiệu qủa kinh tế cao.
Chính vì những tính u việt nổi trội nh trên mà các năm gần đây phơng pháp này
đợc sử dụng rất rộng rãi trong việc cải tạo và nâng cấp các tuyến đờng quan trọng
nh quốc lộ 1, quốc lộ 5 và các tuyến đờng mới nh đờng Láng hoà lạc
- Phơng pháp gia cố nền móng bằng cọc cứng.
Móng cọc là một kết cấu quan trọng và quen thuộc trong xây dựng. Móng
cọc làm nhiệm vụ truyền tải công trình xuống sâu trong nền đất có lớp địa chất chịu
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 5 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
lực tốt, khắc phục đợc biến dạng lún không đồng đều, chịu đợc tải trọng ngang,
giảm khối lợng đào đắp, rút ngắn thời gian thi công do đã công nghiệp hoá việc chế
tạo cọc và thiết bị thi công.
Hiện nay có nhiều phơng pháp thi công cọc cứng nh dùng máy búa để hạ cọc,
phơng pháp đúc cọc tại chỗ bằng công nghệ cọc khoan nhồi
Tuy vậy, để thi công cọc cứng có đờng kính lớn và chiều sâu cọc là lớn để
đáp ứng các yêu cầu chịu tải trọng lớn ở những công trình lớn thì hiện nay phơng
pháp đúc cọc tại chỗ bằng công nghệ thi công cọc khoan nhồi đợc sử dụng rộng rãi
và có hiệu quả cao, đảm bảo về tính kinh tế và tính kỹ thuật của công trình.
3. Công nghệ tạo cọc khoan nhồi :
Gia cố nền móng bằng phơng pháp đúc cọc tại chỗ bằng công nghệ tạo cọc
khoan nhồi, một phơng pháp có hiệu quả cao, đảm bảo chất lợng công trình và đang
đợc áp dụng rộng rãi ở Việt Nam.
ở nớc ta có hai vùng đồng bằng quan trọng nhất đó là đồng bằng Sông Hồng
và đồng bằng Sông Cửu Long. Cả hai vùng châu thổ này đều có nguồn gốc cơ bản
là bồi tụ, thi thoảng mới có vùng đồi trọc bị bào mòn từ nguồn gốc lục địa già. Do
đó, cơ bản cả hai vùng đồng bằng kể trên là nền yếu, và địa tầng phức tạp.
Khi xây dựng các cầu lớn có khẩu độ lớn trên 50m đến hàng trăm mét, các
cảng biển, cảng sông, các công trình thuỷ điện, các khu nhà cao tầngtrên hệ móng

cọc đờng kính lớn, chiều dài cọc lớn trong điều kiện địa chất phức tạp nh có nhiều
lớp đất yếu, hoặc có các hang castơ, nơi nớc sâu là một trong những thách thức lớn
đối với ngành xây dựng công trình giao thông. Để đáp ứng đợc đòi hỏi đó thì công
nghệ thi công cọc bằng phơng pháp tạo cọc khoan nhồi có đờng kính từ 1
ữ
2,5m
đã đợc phát triển hiệu quả ở nớc ta. Lần đầu tiên ngành xây dựng cầu đã ứng dụng
công nghệ cọc khoan nhồi đờng kính 1,4m hạ sâu 30m khi thi công cầu Việt Trì.
Đến nay việc thi công cọc khoan nhồi có đờng kính từ 1 2 m hạ sâu trong lòng
đất từ 30 60 m, thậm chí sâu đến 80m đang là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ
thuật móng sâu, trong các điều kiện địa chất đất yếu hoặc phức tạp cho các công
trình xây dựng và giao thông lớn.
Các công nghệ thi công cọc khoan nhồi đờng kính lớn đã giải quyết đợc các
vấn đề về kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loại
cọc có mặt cắt vuông hoặc tròn với đờng kính nhỏ hơn 600 mm đóng bằng búa rung
hay búa xung kích, hoặc loại cọc ống thép không thực hiện đợc hoặc chúng đòi hỏi
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 6 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
kinh phí xây dựng rất cao, tiến độ thi công kéo dài và không thể đảm bảo độ bền
của công trình.
4. Các công nghệ tạo cọc khoan nhồi đờng kính lớn.
Trong công nghệ tạo cọc khoan nhồi đờng kính lớn, hiện nay ngời ta thờng sử
dụng ba phơng pháp công nghệ chính, đó là:
4.1 Công nghệ đúc khô .
4.2 Công nghệ dùng ống vách.
4.3 Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan.
Cụ thể các công nghệ nh sau:
4.1 Công nghệ đúc khô :
Công nghệ này thờng đợc sử dụng trong trờng hợp trên suốt chiều sâu khoan

cọc là đất dính, sét chặt. Đối với loại cát pha sét cũng có thể sử dụng phơng pháp
này khi mà mực nớc ngầm thấp hơn đáy của lỗ khoan hoặc lu lợng nớc thấm vào lỗ
khoan không đáng kể, mà ta có khả năng bơm hút cạn nớc, không làm sập vách hố
khoan, không ảnh hởng đến chất lợng bê tông khi nó đổ trực tiếp xuống hố.
Trình tự của công nghệ này nh sau:
- Khoan tạo lỗ.
- Mở rộng chân cọc nếu có yêu cầu.
- Đổ bê tông bịt đáy bằng ống rót thẳng đứng, hoặc bằng vòi voi. Cần chú
ý đến việc hạn chế chiều cao rơi tự do của bê tông, tránh hiện tợng phân
tầng.
- Khi lợng bê tông bịt đáy đạt đến chiều cao quy định thì ta dùng chính
máy khoan cẩu lồng thép đặt vào phần trên của cọc và tiếp tục đổ bê
tông. Chú ý bảo đảm lớp bê tông bảo vệ cốt thép không vợt quá những trị
số đã quy định.
- Đúc nốt phần cọc còn lại .
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 7 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
9
8
6
7
5
4
3
2
1
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ đúc Khô có mở rộng chân cọc
1. Khoan tạo lỗ. 2. Mở rộng chân cọc.
3. Đổ bê tông bịt đáy. 4. Đặt lồng thép vào lỗ khoan.

5. Đúc nốt phần cọc còn lại. 6. Gầu khoan.
7. Cánh xén mở rộng chân cọc. 8. Cọc đổ bê tông thẳng đứng 9.Lồng thép
4.2 Công nghệ dùng ống vách:
Công nghệ này thờng đợc dùng trong trờng hợp thi công ở nơi có nớc mặt,
bùn nhão, hoặc những nơi khoan cọc xuyên qua các tầng đất sét nhão, cát, sỏi
cuội có cấu trúc rời rạc.
Trình tự công nghệ này nh sau:
- Khoan tạo lỗ trong lớp đất dính.
- Thêm vữa sét vào lỗ khi đã khoan đến lớp đất rời và thấm nớc.
- Hạ ống vách xuống khi đã khoan hết lớp đất rời.
- Lấy hết vữa sét và làm khô lỗ khoan.
- Tiếp tục khoan cho đến độ sâu thiết kế trong lớp đất Khô phía dới.
- Thực hiện mở rộng chân cọc bằng cánh xén gá lắp tại đầu khoan ( nếu có
yêu cầu ).
- Đổ bê tông bịt đáy đồng thời phải kéo ống vách lên trên.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 8 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
- Khi đổ bê tông đến chiều cao quy định thì tiến hành hạ lồng thép xuống
và tiếp tục đổ bê tông hết chiều cao cọc thiết kế.
Khi thực hiện công nghệ này thì cần phải chú ý nh sau:
Cần thực hiện đổ bê tông đúng quy trình và trong thời gian cho phép theo
thiết kế, tránh trờng hợp gián đoạn trong quá trình đổ bê tông, tránh hiện t-
ợng phân tầng.
Nếu rút ống vách ra khỏi lỗ khoan thì cần phải tiến hành ngay trong khi bê
tông vẫn còn ở thể nhão và mặt thoáng của bê tông tơi trong ống lúc nào
cũng phải cao hơn mặt thoáng của vữa sét, để lợng bê tông đủ thay thế cho
vữa sét còn tồn đọng ở bên ngoài chung quanh vỏ ống vách.
Nếu để ống vách lại thì khoảng cách giữa vỏ ngoài ống và đất đang có đầy
vữa sét hoặc dung dịch khoan, do đó ta cần phải thay thế bằng vữa xi măng

có chất phụ gia với áp suất cao trong một ống dẫn đa sâu vào khe hở, xuống
tận đáy của lớp vữa sét. Khi đó vữa xi măng sẽ thay thế dần dần và đẩy vữa
sét còn sót lại trong khe ra ngoài.
A
B
A
10
13
12
11
14
9
87
6
54321
Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ đúc cọc khoan nhồi dùng ống vách có mở rộng chân
cọc
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 9 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
1. Khoan lỗ hết lớp đất dính 2. Cho dung dịch bentônit xuống hố khoan
3. Hạ ống vách. 4. Tiếp tục khoan khi đã lấy hết bentônit
5. Mở rộng chân cọc 6. Đổ bê tông bịt đáy.
7.Hạ lồng thép. 8. Đúc nốt phần cọc và rút ống vách.
9. Dung dịch bentônit 10. Gầu khoan.
11.Cánh xén mở rộng chân cọc. 12. Bê tông
13.Lồng thép 14. ống vách
A: Lớp đất dính
B : Lớp đất rời, nhão hoặc nớc ngầm.
4.3 Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan.

Công nghệ này có thể sử dụng để thay thế cho công nghệ dùng ống vách
trong mọi tình huống địa chất. Đặc biệt là trờng hợp dùng ống vách nhng không có
khả năng ngăn cản đợc triệt để nớc ngầm chảy vào trong lỗ khoan. Phơng pháp này
đợc dùng rất hiệu quả tại khu vực gần bãi sông.
Trình tự công nghệ này nh sau:
- Khoan tạo lỗ qua lớp đất dính
- Khi gặp lớp đất dễ sạt lở hoặc có nớc ngầm thì tiến hành cho dung dịch
bentônit xuống liên tục sao cho đảm bảo yêu cầu quy trình công nghệ.
- Thực hiện mở rộng chân cọc nếu có yêu cầu bằng cánh xén gắn vào đầu
cần khoan.
- Khi đã khoan đến chiều sâu thiết kế thì tiến hành đổ bê tông bịt đáy bằng
ống rót thẳng đứng.
- Dùng tời phụ của máy cẩu và đặt lồng thép xuống, và tiếp tục đổ bê tông
xuống cho đến khi bê tông thay thế toàn bộ bentônit. Bố trí máy bơm để
hút bentônit về bể lọc bentônit.
Khi thực hiện công nghệ này cần phải chú ý đến những vấn đề sau:
Khối lợng vữa sét hoặc dung dịch khoan phải đủ lớn đảm bảo tạo ra cột dung
dịch cao có tỉ trọng lớn hơn nớc ngầm, khi đó mới đảm bảo áp suất dung dịch
mới thắng đợc áp suất ngang của nớc và không cho nớc lọt vào lỗ khoan,
cũng nh áp lực đẩy ngang của đất.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 10 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Trong quá trình bơm bentônít xuống thì chất lợng của dung dịch này ngày
càng bị giảm đi nên ta cần phải có biện pháp duy trì chất lợng bentônít hoặc
vữa sét theo các tham số quy định một cách nghiêm ngặt.
8
7
6
54

321
Hình 1.3: Công nghệ tạo cọc khoan nhồi dùng bentônit không mở rộng chân cọc
1. Định vị vị trí của tâm cọc 2. Khoan hố sơ bộ đặt ống vách tạm
3.Hạ ống vách xuống 4. Cho dung dịch bentônit xuống liên tục
5. Khoan hết lớp đất dính 6. Đổ bê tông bịt đáy
7.Hạ lồng cốt thép xuống dới 8. Đúc nốt phần cọc phía trên
5. Sơ đồ công nghệ thi công cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch Bentonit.
Khi thi công cọc khoan nhồi theo công nghệ dùng dung dịch Bentonit, ngời
ta tiến hành các bớc theo sơ đồ công nghệ sau:
Trộn cấp
bêtông
Đổ
bêtông
Đo độ sâu
của cọc
Làm sạch
lần 2
Đặt ống
đổ bêtông
Hạ lồng
cốt thép
Gia công
cốt thép
Đo độ lắng
Tuần hoàn
dung dịch
Xử lý
dung dịch
Dọn sạch
mặt bằng

Dịch máy
Làm sạch
lần 1
Khoan lỗ
Hạ
ống vách
Tổ hợp
ống vách
Định vị trí
tim cọc
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 11 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ thi công cọc khoan nhồi có dùng dung dịch bentônit
Các bớc thực hiện nh sau:
5.1 Xác định vị trí tim cọc:
Ngời ta sử dụng máy đo kinh vĩ để định vị vị trí tim cọc. Nhng do số lợng cọc
trong một đài cọc thờng là nhỏ nên yêu cầu độ chính xác vị trí tim cọc cao.
Việc định vị đợc tiến hành trong quá trình dựng ống vách. ống vách vừa có
tác dụng đảm bảo cố định vị trí của cọc, vừa có tác dụng chống lở và sập thành
hố ở phía trên, bảo vệ hố khoan và nh vậy thì cọc không bị lệch khỏi vị trí,
ngoài ra còn giúp cho việc đa lồng thép xuống hố khoan một cách dễ dàng.
5.2 Hạ ống vách:
Sau khi đã xác định đợc vị trí của tim cọc thì ta sử dụng búa rung hoặc bàn
xoay để hạ ống vách xuống lòng hố. Chiều dài của ống vách thờng là 6,5m nên
ta cần thực hiện rung để ép ống vách xuống đến chiều sâu 6m. Ta thấy rằng với
chiều sâu hạ ống vách nh vậy thì quá trình rung diễn ra dài và ảnh hởng đến các
khu vực xung quanh. Do vậy trớc khi thực hiện rung động thì ta đào trớc một hố
tại vị trí hạ ống vách sâu khoảng 2 3 m để bóc hết lớp đất cứng trên bề mặt
nền.

Trong quá trình hạ ống vách xuống thì công tác kiểm tra độ thẳng đứng của
ống vách đợc thực hiện một cách liên tục bằng cách điều chỉnh vị trí của búa
rung thông qua cần cẩu.
5.3 Khoan đất trong lòng ống vách
Sau khi tiến hành đặt ống vách tạm thì ta thực hiện công tác khoan đất. Quá
trình lấy đất ra khỏi lòng ống vách đợc thực hiện một cách liên tục bằng gầu
xoay.
Trớc khi khoan ngời ta phải điều chỉnh độ thẳng đứng của cần khoan và độ
nằm ngang của máy. Khi đã khoan hết chiều sâu của ống vách tạm thì ngời ta
bơm dung dịch bentônit xuống dới hố liên tục để bảo vệ thành hố khoan không
bị sập. Lợng bentônit đa xuống dới hố phải đủ để đảm bảo áp lực của bentônit
thắng đợc lực đẩy ngang của đất rời xung quanh và nớc ngầm.
Trong quá trình khoan thì cần lu ý, khi khoan sâu vào lòng đất thì các lớp đất
có cơ tính khác nhau, do vậy khi qua các tầng đất khác nhau thì ta phải thay đổi
tốc độ khoan khác nhau và các loại gầu có đờng kính khác nhau. Khi gặp hang
castơ hoặc đá cứng thì ta cần phải tiến hành các biện pháp khác nhau để khắc
phục các sự cố.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 12 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Chất lợng của bentônit trong quá trình khoan bị giảm đi do có sự lắng đọng
của đất bùn trong quá trình khoan. Chính vì thế mà ta cần phải bổ sung liên tục
chất lợng của bentônit.
Khi đã khoan đến chiều sâu thiết kế thì thôi không khoan nữa, tiến hành đổ
bê tông bịt đáy bằng ống thẳng đứng đến chiều cao thiết kế thì tiến hành hạ lồng
cốt thép đã đợc đan sẵn.
5.4 Hạ lồng cốt thép.
Công tác hạ lồng cốt thép đợc thực hiện khi đã đổ bê tông bịt đáy đến chiều
cao thiết kế. Chiều cao của lồng cốt thép phải lớn hơn một nửa chiều cao của
cọc. Lồng cốt thép đợc cấu tạo cho phần trên của cọc, ngời ta sử dụng các biện

pháp móc treo và cố định lồng thép đảm bảo đúng vị trí.
5.5 Thổi rửa lòng hố khoan.
Đây là một công đoạn quan trọng, không thể thiếu đợc vì trong quá trình
khoan đất thì lợng cát hạt mịn, cát bùn ở lòng hố khoan không thể vét sạch đ-
ợc. Để đảm bảo tại phần dới của mũi cọc không tạo thành một lớp đất bùn, ngời
ta phải làm sạch nó bằng phơng pháp thổi rửa liên tục bằng khí nén áp suất cao
khoảng 7 KG/cm
2
qua một ống có đờng kính từ 20 30 cm. ống thổi rửa
chính là ống đổ bê tông thẳng đứng và đợc nối thêm đến tận đáy hố.
Khí nén sẽ đẩy bentônit theo ống về máy lọc cát, ở đáy ống rửa sẽ tạo thành
một áp lực hút đa các vật liệu ở đáy hố cọc nhồi ra ngoài. Quá trình thổi rửa
lòng cọc kết hợp với việc đa bentônit vào liên tục. Việc làm sạch hố khoan đợc
coi là có hiệu quả khi mà chiều sâu đáy hố khoan bằng chiều sâu cần khoan.
Hiện nay ngời ta sử dụng hai loại công nghệ thổi rửa chính đó là công nghệ
thổi rửa theo nguyên tắc tuần hoàn thuận và công nghệ thổi rửa theo nguyên tắc
tuần hoàn nghịch. Tuỳ vào mỗi công trình cụ thể, tuỳ thuộc vào mặt bằng thi
công, điều kiện thi công trên bờ hay dới nớc, số lợng lỗ khoan mà ta dùng ph-
ơng pháp công nghệ nào để đợc năng suất lớn nhất.
5.6 Đổ bê tông.
Dùng cáp tời phụ cẩu và nối các đoạn ống đổ bê tông xuống dới lòng hố
khoan. Chiều sâu của ống đổ bê tông phải đảm bảo sao cho bê tông rơi tự do
không xẩy ra hiện tợng phân tầng.
Trớc khi đổ bê tông vào trong ống, ngời ta cho khoảng 20 lít mùn ca và 10 lít
nớc vào phễu để tạo nút.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 13 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Bê tông đợc đa đến vị trí thi công bằng các xe bồn hoặc bằng hệ thống bơm
nếu có trạm trộn ở cạnh. Bê tông phải có độ sụt lớn hơn 16 cm, cờng độ yêu cầu

của bê tông > 300 kG/cm
2
. Bê tông đợc đổ liên tục, thời gian yêu cầu không quá
2 giờ, ống dẫn bê tông luôn chìm vào trong bê tông từ 1 1,1 m, vì thế mà bê
tông cần có độ linh động rất lớn để phần bê tông rơi từ phễu có thể gây ra một
áp lực đẩy đợc cột bê tông kể trên. Lúc này lợng bê tông đầu tiên đợc đẩy dần
lên trên và để phá bỏ sau này.
Trong quá trình đổ bê tông, bentônit sẽ đợc một bơm hút về bể lọc để sử dụng
lại. ống đổ bê tông đợc tháo dần ra với điều kiện phần ống đổ ngập trong bê
tông giữ cho bê tông mới luôn nằm trong lòng phần bê tông đã đổ trớc.
Chú ý, trớc khi đổ bê tông cần phải kiểm tra nghiêm ngặt chất lợng của bê
tông, bê tông phải đợc đổ liên tục vào hố, tránh hiện tợng phân tầng của bê tông.
Thời gian đổ bê tông không đợc vợt quá thời gian cho phép.
5.7 Rút ống vách.
Sau khi kết thúc công việc đổ bê tông thì rút ống vách lên, quá trình này ng-
ợc với khi hạ ống xuống và phải rút ống vách khi bê tông còn ở thể lỏng.
6. Một số vấn đề về kiểm tra chất lợng cọc khoan nhồi.
Sau khi thực hiện đổ cọc hoàn thành thì ta tiến hành kiểm tra chất lợng của
cọc. Quá trình kiểm tra chất lợng của cọc bao gồm thử tĩnh và thử tải động nhằm
xác định khả năng chịu lực của cọc, xác định độ lún của cọc xem nó nằm trong
giới hạn cho phép hay không. Tuy vậy không cần kiểm tra toàn bộ các cọc mà ta
chỉ cần kiểm tra một số cọc quan trọng, và số lợng cọc thử tĩnh phải lớn hơn 2
cọc, số lợng cọc thử động lớn hơn 5 cọc.
6.1 Phơng pháp thử tĩnh: ngời ta tiến hành gia tải lên cọc đến tải trọng yêu cầu.
Sau thời gian quy định, tiến hành đo khả năng chịu tải của cọc, đo độ lún của
cọc. Sau đó so sánh xem độ lún của cọc có vợt quá giới hạn hay không? hiện
nay có 3 phơng pháp thử tĩnh, đó là thử tĩnh bằng nớc, bằng đối trọng và bằng
kích thuỷ lực.
6.2 Phơng pháp thử động gồm một số phơng pháp chính sau:
- Phơng pháp rung: cọc đợc rung cỡng bức với biên độ không đổi trong khi tần

số thay đổi. Trong quá trình thí nghiệm thì vận tốc dịch chuyển của đầu cọc đ-
ợc theo dõi bằng các đầu đo chuyên dụng.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 14 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
- Phơng pháp đo sóng ứng suất: cơ sở của phơng pháp này là lý thuyết truyền
ứng suất trong thanh đàn hồi. Sóng ứng suất đợc tạo ra bằng cách dùng búa
đóng vào đầu cọc. Sóng này sẽ truyền từ đỉnh cọc xuống phía dới với tốc độ
phụ thuộc vào chất lợng của cọc bê tông. Khi gặp thay đổi kháng trở cơ học,
một phần sóng ứng suất sẽ phản hồi trở lại đầu cọc, và khi đó ta đo đợc sóng
phản hồi bằng các đầu sensơ cảm ứng. Phơng pháp này gồm có hai loại chủ
yếu là:
- Phơng pháp biến dạng nhỏ.
- Phơng pháp biến dạng lớn.
Tuy vậy hiện nay phơng pháp biến dạng nhỏ đợc sử dụng nhiều hơn cả.
II. Quy trình công nghệ tạo cọc khoan nhồi bằng
máy khoan cọc KH125 3
Máy khoan cọc nhồi KH125 3 tạo đợc cọc có đờng kính lớn nhất là D
= 1,7 m và chiều sâu đào lớn nhất của hố là L = 55 m, nếu có nối thêm cần
thì L = 65 m
Quy trình tạo cọc khoan nhồi bằng máy khoan KH125 3 gồm các bớc sau:
1. Sau khi xác định tâm của cọc thì tiến máy đến vị trí thích hợp, sau đó hạ gầu
xuống mặt đất sao cho mũi định tâm của gầu trùng với tâm của cọc.
2. Bắt đầu cho gầu quay với tốc độ rất chậm, n = 15 18 vòng / phút. Đến khi
gầu tích đầy đất thì tiến hành rút gầu lên. Và thực hiện đào đến khi chiều sâu của
hố đạt khoảng 5 m, hết chiều dày của lớp đất dính thì hạ ống vách tạm xuống.
3. Hạ ống vách tạm:
Thực hiện kéo cáp điều chỉnh giá khoan để kéo giá khoan lên vị trí cao nhất
cho phép, sau đó dùng cáp phụ để cẩu ống vách tạm đặt vào hố đã khoan.
4. Tiếp tục cho gầu cắt và tích đất đến chiều sâu H

1
nào đó thì gặp sự cố nh có
mạch nớc ngầm, gặp lớp sỏi cuội vụn thì khi đó ta phải khắc phục sự cố. Đối
với địa chất ở Hà nội thì sự cố hay gặp là hiện tợng có mạch nớc ngầm và lớp đất
đá vụn, rời. Khi này ta khắc phục bằng cách bơm bentônít xuống dới để lực đẩy
ngang của bentônít thắng đợc lực đẩy ngang của nớc ngầm, đất đá rời.
5. Khi gầu đã đào và tích đầy đất thì tiến hành rút gầu lên, quay toa quay để gầu ở
vị trí đổ đất, mở nắp gầu để đổ hết đất ra, sau đó đóng gầu và quay gầu vào vị trí
hố đào.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 15 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
6. Khi đã khắc phục đợc sự cố thì tiếp tục đào đến chiều sâu lớn nhất. Do càng
xuống dới địa chất càng phức tạp và có nhiều sỏi cuội nên cần phải tiến hành
bơm đủ lợng bentônít xuống hố.
7. Tại vị trí chiều sâu hố là lớn nhất thì có hai trạng thái nguy hiểm xảy ra với máy,
đó là:
- Trạng thái khi máy đào đến độ sâu lớn nhất, gầu đã cắt và tích đầy đất thì bị
mắc kẹt vào lớp vật liệu cứng. Khi đó ta phải quay thanh kelly theo chiều
nghịch và rút thanh kelly lên bằng hai xi lanh thuỷ lực.
- Trạng thái thứ hai là khi đào hố đến chiều sâu lớn nhất, khi gầu đã cắt và
tích đầy đất thì ta tiến hành rút gầu lên bằng cáp treo
8. Khi đã thực hiện đào hố đến chiều sâu lớn nhất thì tiến hành thổi rửa lòng hố
khoan, sau đó tiến hành đổ bê tông bịt đáy.
9. Khi đổ bê tông đến chiều sâu thiết kế thì dùng cáp phụ cẩu lồng thép đặt cào
lòng hố khoan và tiếp tục đổ bê tông vào.
10.Đúc nốt phần cọc còn lại và tiến hành rút ống vách lên. cần phải tiến hành ngay
khi bê tông còn ở thể lỏng.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 16 -

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
98
1
2 3
4
5
6 7
Hình 1.5: Quy trình công nghệ tạo cọc khoan nhồi bằng máy khoan KH125 - 3
Chơng Ii
Thiết kế bộ thanh kelly và lò xo giảm chấn
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 17 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
I. thiết kế bộ thanh kelly
1. Giơí thiệu về thanh kelly
Thanh kelly hay còn gọi là cần khoan, nó gồm có các đoạn kelly nối với nhau
theo kiểu ốn lồng dạng cần ăngten. Nó có chức năng truyền mô men xoắn từ bàn
xoay xuống gầu để thực hiện cắt và tích đất vào gầu.
Khi thực hiện đào hố sâu thì đoạn thanh ngoài cùng sẽ đợc kẹp chặt vào bàn
xoay và xoay theo bàn xoay. Khi chiều sâu của hố càng tăng lên thì các đoạn
thanh kelly sẽ duỗi dần ra cho đến khi chiều dài của thanh kelly đạt đến chiều
dài lớn nhất. Còn khi nâng gầu khoan lên thì các đoạn thanh sẽ thu dần lại.
2. Điều kiện làm việc của thanh kelly:
Thanh kelly làm việc chủ yếu trong điều kiện có nớc, dung dịch bentônit, bùn
và cát nên hiện tợng mài mòn xảy ra liên tục. Chính vì vậy mà giữa các đoạn
kelly, tại nơi tiếp xúc giữa chúng thì ngời ta có gắn các các tấm gỗ phíp để làm
nhiệm vụ bôi trơn đồng thời tạo ra tại nơi tiếp xúc hai loại vật liệu khác nhau để
giảm quá trình mài mòn.
Ngoài ra chiều dài của thanh kelly phải đủ lớn để khoan đợc hố có độ sâu và
đờng kính theo yêu cầu thiết kế.

3. Các phơng án thiết kế thanh kelly
Hiện nay ngời ta thờng dùng hai loại thanh kelly phổ biến đó là thanh kelly
có tiết diện hình vuông và thanh kelly tiết diện hình vành khăn.
3.1 Thanh kelly có tiết diện hình vuông:
2
3
4
1
Hình 2.1: Mặt cắt của thanh kelly có tiết diện vuông
1. Đoạn kelly ngoài cùng 3. Đoạn kelly số 3
2. Đoạn kelly số 2 4. Đoạn kelly trong cùng
Loại thanh kelly này có đặc điểm nh sau:
u điểm: so với loại thanh kelly có tiết diện hình vành khăn thì loại thanh kelly
này có những u điểm sau:
- Quy trình chế tạo đơn giản, giá thành rẻ hơn.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 18 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
- Khi truyền mô men xoắn cho gầu khoan thì mô men truyền từ bàn xoay
đến gầu khoan sẽ thông qua các tiết diện tiếp xúc của bốn mặt thanh kelly,
do đó ứng suất cắt sinh ra sẽ nhỏ, tuổi bền của các vấu truyền lực sẽ lớn
hơn so với thanh kelly có tiết diện vành khăn có cùng trạng thái làm việc.
- Thuận tiện cho công tác lắp ráp, sửa chữa và bảo dỡng kỹ thuật.
Nhng trong quá trình làm việc thì loại thanh kelly này cũng có một số các nhợc
điểm sau:
- Khả năng chống xoắn kém hơn so với thanh dạng ống tròn. Tuổi thọ của
thanh nhỏ hơn.
- Làm việc thờng gây ra tiếng ồn lớn do lực động sinh ra lớn giữa các thanh.
- Lực động sinh ra giữa các đoạn thanh là lớn, va đập lớn dễ gây ra biến dạng
và nứt tại nơi tiếp xúc giữa các thanh kelly.

- Sự mài mòn diễn ra nhanh do sự tiếp xúc gữa các đoạn kelly là sự tiếp xúc
mặt.
3.2 Thanh kelly có tiết diện ngang hình vành khăn.
Đây là thanh kelly đợc chế tạo từ các ống thép tròn đặc biệt. Đoạn thanh
kelly trong cùng có tiết diện ngang là hình vuông đặc.
Đối với loại thanh kelly này nó có những đặc điểm sau:
u điểm: So với loại thanh kelly có tiết diện là hình vuông thì loại thanh kelly
này có những u điểm nổi bật nh sau:
- Do tiết diện ngang của các đoạn thanh kelly là hình vành khăn nên mô
men chống xoắn của nó lớn hơn nhiều, do vậy ứng suất xoắn sinh ra là
nhỏ, tuổi thọ của nó lớn hơn nhiều và khả năng làm việc của nó tốt hơn.
- Khả năng chống quá tải lớn, ít gây tiếng ồn trong quá trình làm việc.
- Tính kinh tế và hiệu quả làm việc cao.
Tuy vậy trong quá trình làm việc thì nó cũng tồn tại những nhợc điểm sau:
- Quá trình chế tạo khó khăn và phức tạp hơn nhiều, đòi hỏi chế tạo có độ
chính xác cao, công nghệ cao nên giá thành cao.
- Do khi truyền mômen xoắn từ bàn xoay xuống gầu khoan đợc thực hiện
qua các vấu ống nên ứng suất cắt sinh ra trên các vấu lớn, mài mòn lớn.
- Quá trình bảo dỡng kỹ thuật và sửa chữa gặp nhiều khó khăn.
- Lực động sinh ra tại nơi tiếp xúc giữa các vấu lớn.
Qua phân tích đặc điểm của hai loại thanh kelly nh trên, ta thấy rằng phơng án
thứ hai có tính khả thi và đợc áp dụng rộng rãi hơn cả. Do loại thanh kelly tiết diện
hình vành khăn có độ bền và tuổi thọ của lớn hơn nhiều, hiệu quả kinh tế và khả
năng làm việc theo thống kê cao. Và theo kinh nghiệm thực tế của của nhà thiết kế,
chế tạo máy khoan cọc nhồi KH125 3 thì khi sử dụng thanh kelly dạng tròn sẽ
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 19 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
cho hiệu quả kinh tế cao hơn hẳn loại thanh kelly dạng vuông, và tính khả thi cao
hơn. Chính vì vậy mà em chọn phơng án thiết kế thanh kelly dạng vành khăn.

07
03
02
01
06
05
04
Hình 2.2 : Mặt cắt của thanh kelly có tiết diện hình vành khăn
1. Thanh kelly ngoài cùng 2. Thanh kelly số hai
3. Thanh kelly số ba 4. Thanh kelly trong cùng
5. Vít đầu chìm 6. Tấm gỗ phíp 7. Vấu truyền lực
4. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thanh kelly:
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 20 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
A
A
08
TL: 1:1
B - B
30
184
R10
200
224
280
264
240
28
40

10
100x100
40
03
40
16200
30
B
B
03
02
01
06
05
04
07
TL: 1:1
A - A
16600
03
240
120
240
40
Hình 2.3 : Cấu tạo chung của thanh kelly có mặt cắt ngang dạng vành khăn
4.1 Cấu tạo của thanh kelly dạng tròn:
Qua khảo sát thực tế thì thanh kelly dạng tròn trên máy khoan cọc nhồi
KH125 3 gồm có 4 đoạn đợc lồng vào nhau dạng cần lồng kiểu ăngten.
Ba đoạn ngoài của nó có dạng ống trụ tròn rỗng, còn đoạn thanh trong cùng
có tiết diện ngang là hình vuông đặc. Đoạn ngoài cùng có chiều dài là

1
16400L mm=
, còn đoạn trong cùng dài
4
16600L mm=
. Chúng đợc lồng
vào nhau theo một trình tự nhất định. Chiều dài lớn nhất của toàn bộ thanh kelly
là L
max
= 66,5 m. Thanh kelly trong cùng một đầu đợc mắc vào cáp treo và một
đầu liên kết với gầu khoan nhờ chốt. Thanh kelly ngoài cùng đợc kẹp chặt vào
bàn xoay thanh kelly.
4.2 Nguyên lý làm việc:
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 21 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Khi máy làm việc thì các đoạn ống duỗi ra và thu vào theo kiểu ống lồng.
Thanh kelly trong cùng một đầu đợc nối với cáp treo thanh kelly, còn đầu dới
của nó liên kết với gầu khoan nhờ chốt.
Khi máy ở trạng thái không làm việc thì các đoạn ống đợc lồng vào nhau và
chiều dài thanh kelly là nhỏ nhất.
Khi thực hiện đào hố thì các ống sẽ duỗi dần ra theo chiều sâu của hố khoan.
Khi chiều sâu của hố khoan đạt giá trị lớn nhất thì khi đó các đoạn kelly duỗi ra
là tối đa. Mô men mà bàn xoay truyền xuống cho gầu khoan sẽ thông qua các
vấu truyền lực của các đoạn thanh. Khi này thanh kelly trong cùng quay sẽ làm
cho gầu khoan quay và thực hiện cắt đất.
Khi gầu khoan đã đào, cắt đất và tích đất đầy gầu hoặc đến một giá trị cho
phép nào đó thì ta tiến hành kéo cáp treo thanh kelly lên, khi đó đoạn kelly trong
cùng sẽ đợc kéo lên đầu tiên, khi đoạn thanh kelly trong cùng đợc kéo lên hết thì
thanh kelly thứ hai và các thanh kelly tiếp theo sẽ đợc kéo lên lần lợt. Khi đó gầu

sẽ đợc kéo lên dần và đa lên cao khỏi bề mặt hố khoan.
5. Chọn vật liệu chế tạo thanh kelly.
Trong quá trình máy làm việc thì thanh kelly chịu lực rất phức tạp và điều kiện
làm việc của nó rất khắc nghiệt, nên vật liệu chế tạo thanh kelly phải đảm bảo
các điều kiện sau:
- Có khả năng chịu mài mòn tốt.
- Chịu đợc ứng suất dập lớn.
- Chịu cắt và chịu xoắn tốt.
- Có khả năng làm việc trong điều kiện môi trờng khắc nghiệt.
- Có khả năng chịu đợc lực động lớn.
- Có khả năng chịu uốn
Để chọn đợc vật liệu chế tạo thanh kelly thì ta tham khảo một số loại thép sau:
5.1 Thép kết cấu: CT3
Thép kết cấu là một loại thép các bon, đợc sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp do giá thành rẻ hơn thép kết cấu hợp kim từ 2 đến 3 lần. Có cơ tính đủ
nhng không cao bằng cơ tính của thép hợp kim, có tính công nghệ tốt hơn thép
hợp kim có cùng hàm lợng các bon.
Nhng nó có nhợc điểm là độ thấm tôi nhỏ ( dới 15 mm ) do đó nó chỉ phù
hợp với những chi tiết có kích thớc nhỏ cần cơ tính cao. Quá trình nhiệt luyện
thép các bon đợc tôi trong nớc do đó tốc độ tới hạn lớn dễ gây cong vênh, nứt nẻ.
Khả năng chống ram của nó nhỏ, vì vậy các chi tiết này chỉ làm việc ở nhiệt độ
nhỏ hơn 200
0
C. Nếu lớn hơn nhiệt độ này thép kết cấu các bon sẽ bị ram làm
giảm độ cứng, độ bền, làm giảm khả năng chống mài mòn.
5.2 Thép kết cấu hợp kim:
Hợp kim hoá kết cấu thép nhằm mục đích nâng cao giới hạn chảy, so với thép
các bon thì nó đắt hơn nhng có có độ bền cao hơn và tính công nghệ đủ.
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 22 -

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
Có một số nhóm thép kết cấu hợp kim điển hình nh sau:
5.2.1 Nhóm thép Crôm: có các số hiệu 15X, 20X chứa 1% Cr làm tăng độ thấm
tôi của thép một chút, tôi trong dầu nên biến dạng của nó ít, nhng nó có nhợc
điểm là Cr là nguyên tố tạo ra cácbít ở dạng lới nên gây ra dòn, nhạy cảm với
các vết khía. Các loại thép này đợc dùng để chế tạo các chi tiết có đờng kính
bé hơn 30 mm, trục nhỏ, các bánh răng mô đuyn nhỏ.
5.2.2 Nhóm thép Crôm Niken: có các số hiệu thép là: 20XH, 12XH3A,
12X2H4A tuy nhiên do hàm lợng của Niken nhiều hơn 2 đến 3 lần Crôm
nên nhóm thép này đạt đợc độ thấm tôi lớn, độ bền và đoọ dai cao dùng để
chế tạo các chi tiết chịu tải rất cao, có
( )
6 2
700 10 /
b
N m

ì
và có kích thớc
tiết diện lớn hơn 100 mm. độ dai của nhóm thép này đạt đợc cao nhất trong
các nhóm thép, vì vậy chúng đợc sử dụng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng
tĩnh và tải trọng va đập lớn nhất.
5.2.3 Nhóm thép Crôm mang gan Titan và nhóm thép Crôm mang gan
Molipden.
Các số hiệu thép này gồm có:
18 ,25 , 25 , 30 X T X T X M X T
trong
các số hiệu thép này thì mang gan thay thế cho niken để tăng độ thấm tôi,
làm giảm sự tập trung quá nhiều của các bon ở lớp bề mặt, xong mang gan lại
làm to hạt. Sau khi thấm các bon, tôi và ram thấp thì cơ tính của nó đạt đợc là

rất cao.
5.2.4 Thép hoá tốt: là loại thép có hàm lợng trung bình từ ( 0,3 0,5 )% Các bon.
Các biệt lên tới 0,55 %C dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và tải
trọng va đập cao, yêu cầu độ bền và độ dai cao. Cơ tính cao nhất của thép loại
này đạt đợc bằng phơng pháp nhiệt luyện hoá tốt.
Nhãn hiệu thép
Giới hạn bền
( )
6 2
.10 /
bk
N m

Giới hạn chảy
( )
6 2
.10 /
bk
N m

Độ dai
( )
2
/
k
a KJ m
Độ rắn
HRC
CT3 380 490 210 250 700 1200 59
63

20XH 1060 1200 700 950 900 1000 60
25X T
1150 1200 950 1000 600 900 > 60
40X thờng hoá 780 600 600 58
30X C
1100 850 500 56
40XH 1000 800 700 60
38XH3MA 1208 1100 800 58
Bảng 2.1 : Cơ tính của một số loại thép
Dựa vào sự phân tích cơ tính của các nhóm thép ở trên và yêu cầu làm việc
của thanh kelly thì ta chọn thép làm thanh kelly là thép nhiệt luyện hoá tốt, có số
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 23 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
hiệu là 40X thờng hoá. Sau khi tôi ở nhiệt độ ( 830 850 )
0
C và ram ở nhiệt độ
( 530 580 )
0
C, cơ tính của nó đạt đợc nh sau:
Giới hạn bền kéo
[ ]
2
780 /
b
N mm

=

Giới hạn bền uốn

[ ]
2
180 /
u
N mm

=

Giới hạn chảy
[ ]
2
600 /
ch
N mm

=

Độ dai
( )
2
600 /
k
a KJ m=
6. Tính chọn mặt cắt và kiểm tra thanh kelly:
Quá trình tính toán thanh kelly đợc thực hiện qua các bớc sau:
6.1 Chọn sơ đồ tính toán thanh kelly.
Trong quá trình máy thực hiện khoan hố thì thanh kelly có rất nhiều trạng
thái chịu lực khác nhau. Tuy vậy trạng thái nguy hiểm nhất của thanh kelly là
khi máy thực hiện đào hố đến độ sâu lớn nhất cho phép, gầu cắt và tích đất đầy
gầu.

Trong quá trình làm việc thì thanh kelly chủ yếu chịu tác dụng của mô men
xoắn và lực kéo. Do vậy sơ đồ tính của thanh kelly là sơ đồ tính thanh bị ngàm
một đầu, chịu tác dụng của mô men xoắn và lực kéo nh sơ đồ sau:
q
M
x
P
Hình 2.4: Sơ đồ tính toán thanh kelly với trạng thái gầu bịo kẹt tạm thời trong hố
khoan khi bắt đầu quay gầu theo chiều nghịch, rút gầu lên bằng hai xilanh thuỷ lực
6.2 Phân tích các lực và tổ hợp tải trọng tác dụng lên thanh kelly trong quá trình
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 24 -
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy khoan cọc nhồi dựa theo mẫu máy KH125 3
làm việc:
6.2.1 Trong quá trình làm việc của máy thì thanh kelly chịu tác dụng của các thành
phần lực nh sau:
- Trọng lợng bản thân của thanh kelly phân bố đều trên toàn bộ thanh kelly.
- Trọng lợng của toàn bộ gầu có chứa đầy đất.
- Trọng lợng của khối chất lỏng tác dụng lên gầu.
- Mô men ma sát của chất lỏng ở xung quanh thanh kelly gây lên thanh kelly.
- Mô men xoắn của bàn xoay tác dụng lên thanh kelly.
- Lực quán tính sinh ra khi quay gầu.
- Lực sinh ra do hiệu ứng piston sinh ra khi rút gầu lên khỏi hố khoan.
- Trọng lợng của khối chất lỏng bentônít tác dụng lên gầu.
6.2.2 Các tổ hợp tải trọng tác dụng lên thanh kelly khi thanh kelly làm việc.
Tổ hợp tải trọng tác dụng lên thanh kelly là sự gom nhóm các thành phần tải
trọng cùng đồng thời tác dụng lên kết cấu của thanh kelly.
Nh ta biết thì trong mỗi trạng thái làm việc của thanh kelly đều có một tổ hợp
tải trọng tác dụng lên kết cấu của thanh kelly, tuy vậy trong quá trình làm việc
của thanh thì có hai trạng thái làm việc bất lợi nhất xảy ra đối với thanh kelly,

đó là :
a. Trạng thái làm việc của thanh kelly khi gầu cắt và tích đầy đất:
a.1 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên thanh kelly khi gầu chứa đầy đất và ở độ sâu
lớn nhất cho phép thì thực hiện kéo cáp rút thanh kelly lên. Gầu đang ở trạng
thái lơ lửng, chất lỏng bentônít cha kịp chảy xuống phía dới của gầu khoan.
a.1.1 Khi này các thành phần lực tác dụng lên kết cấu thanh kelly gồm có:
- Trọng lợng tính toán bản thân của thanh kelly:
tt
kl
P
có phơng theo phơng thẳng
đứng, phân bố đều trên toàn bộ thanh kelly, chiều theo chiều của lực trọng trờng.
( )
tt
kl kl
P P N

= ì
( 2.1 )
Trong đó
1,2

=
là hệ số tải trọng động sinh ra khi máy làm việc.
kl
P
là trọng lợng bản thân thanh kelly.
( )
1 2 3 4kl
P P P P P N= + + +

( 2.2 )
Trong đó:

1
P
là trọng lợng của đoạn thanh kelly ngoài cùng. Đợc xác định theo công thức
sau:
( )
1 1 1
P q l N= ì
( 2.3 )
Trong đó :
SVTH : Văn Đình Sơn Lớp: Máy Xây Dựng B K43
- 25 -