Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Mục lục
Trang
Lời nói đầu. 4
Chơng I. Giới thiệu về công tác thi công nền móng. 5
1.1. Giới thiệu 5
1.2. Các phơng pháp gia cố nền móng . 6
1.2.1. Phơng pháp khoan cọc nhồi 6
1.2.2. Phơng pháp đóng cọc bằng búa điezel 7
1.2.3.Phơng pháp xử lý nền bằng bấc thấm 7
1.2.4. Phơng pháp ép cọc tĩnh . 8
Chơng II. Các phơng án và lựa chọn phơng án thiết kếmáy ép
cọc tĩnh . 9
2.1. Máy ép cọc kiểu vít me . 11
2.2. Máy ép thuỷ lực bắt bulông 12
2.3. Máy ép kiểu quang treo 13
Chơng III. Thiết kế tổng thể 16
3.1. Xác định kích thớc khối bê tông 16
3.2. Xác định kích thớc của máy 17
3.2.1. Tính chiều dài máy 17
3.2.2. Xác địng chiều rộng máy 19
3.2.3. Xác định chiều cao của khung tĩnh và khung động 19
Chơng IV. tính toán thiết kế hệ thống
truyền động thuỷ lực 20
4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu thiết kế 20
4.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống truyền động thuỷ lực 20
4.1.2. Yêu cầu của hệ thống truyền động thuỷ lực . 20
4.2. Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực 20
4.3. Các thông số của hệ thống truyền động thuỷ lực . 21
4.4. Tính chọn các bộ phận của hệ thống truyền động thuỷ lực 21
4.4.1. Tính chọn xylanh 21

Tính quang treo . 62
Tính chọn mặt cắt quang treo . 62
. 64
Tính đòn gánh 65
tính toán thiết kế dầm . 69
Tính toán thiết kế dầm trung gian 69
Đặc điểm kết cấu và hình thức lực chọn kết cấu 69
69
70
Tính chọn mặt cắt cánh dầm 71
Tính chọn sơ bộ mặt cắt dầm . 71
Kiểm tra mặt cắt đã chọn 74
Tính toán thiết kế quang treo 76
Tính toán thiết kế dầm đáy (dầm ngang) 77
Đặc điểm kết cấu và hình thức lựa chọn kết cấu 77
Lực tác dụng lên dầm 77
78
Tính chọn mặt cắt dầm 79
Quy trình lắp dựng 82
Công tác chuẩn bị để thi công máy ép cọc tĩnh 82
Quy trình lắp dựng 82
Quy trình thi công ép cọc . 87
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Để đảm bảo tính hợp lý trong quá trình thiết kế thì em xin trình bày thêm phần tính
. 90
90
90
Tính toán giá thành của các bản thép chế tạo khung 91

có nhiều u điểm hơn các loại cọc khác. Đó là điều kiện áp dụng không phụ thuộc
vào tình hình mực nớc ngầm (tuy nhiên khi dùng cọc ở những nơi nớc mặn thì phải
chú ý tới hiện tợng ăn mòn cốt thép trong cọc) giá thành của cọc nhỏ hơn nhiều so
với cọc thép, sức chịu tải của cọc cao Hầu hết các công trình hiện nay đều dùng
cách gia cố nền móng bằng cọc.
Xuất phát từ yêu cầu đó trong lần làm đồ án tốt nghiệp này em đã đợc giao
nhiệm vụ tính toán thiết kế máy ép cọc tĩnh với lực ép là 150 Tấn. Trong quá trình
làm đồ án em xin cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của PGS.TS: Nguyễn Bính và kỹ s
Phạm Anh Tuấn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Do trình độ và thời gian có
hạn, kinh nghiệm thực tế còn quá ít, việc tìm tài liệu thiết bị còn hạn chế nên trong
quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi thiếu sót. Vì thế em rất mong đợc sự
giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo để sau này trong thực tế khỏi bỡ ngỡ, và có thể
vận dụng tốt những kiến thức đã học vào trong thực tế. Em xin chân thành cảm ơn
các thầy.
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh

Chơng I: giới thiệu về công tác thi công
nền móng
1.1. Giới thiệu.
Đất nớc ta đang trong thời kỳ phát triển hợp tác và hội nhập với các nớc trong
khu vực, cũng nh các nớc trên thế giới. Để có nền kinh tế phát triển nhanh thì cần
có nền kinh tế ổn định, vững chắc và để phát triển nhanh thì cần phải có cơ sở hạ
tầng vững chắc và hiện đại. Do đó hàng loạt các công trình xây dựng dân dụng cũng
nh các công trình giao thông đã và đang, sắp đợc xây dựng. Trong các công trình
lớn cũng nh nhỏ thì việc sử lý nền móng là yếu tố hết sức quan trọng vì nó quyết
định đến chất lợng cũng nh tuổi thọ của công trình.
Việc sử lý nền móng đã có từ rất lâu, nhất là sử lý nền móng bằng các loại cọc,
ban đầu là các loại cọc nguyên thuỷ có sẵn nh : Cọc tre, cọc gỗ, và với quy mô công

1.2.1. Phơng pháp khoan cọc nhồi.
Cọc nhồi đợc chế tạo bằng cách rót trực tiếp vật liệu (bê tông , cát ) vào những lỗ
cọc đã đợc khoan sẵn.
- Ưu điểm của phơng pháp này là:
+ Cọc đợc chế tạo tại chỗ có kích thớc và chiều dài tuỳ ý, không mất công
vận chuyển hay phải làm công tác phụ khác nh : Ca, cắt, nối cọc
+ Thi công cọc khoan nhồi tránh đợc các lực xung kích gây ảnh hởng xấu đến các
công trình xung quanh, không gây tiếng ồn
- Nhợc điểm :
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
6
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
+ Chi phí đàu t, thiết bị máy móc ban đầu lớn nên giá thành tơng đối cao, khó kiểm
tra chính xác chất lợng cọc sau khi thi công
+ Gây ô nhiễm môi trờng do chất thải bentonit gây ra
1.2.2. Phơng pháp đóng cọc bằng búa diezel.
Búa đóng cọc Diezel dùng để đóng cọc bê tông cốt thép, ống thép và cọc gỗ và
chỉ đóng cọc trên nền thông thờng (không phải nền yếu hoặc cứng ). Phơng pháp
này có các u nhợc điểm sau :
- Ưu điểm :
Trọng lợng tổng các thiết bị nhỏ, không cần một số thiết bị trung gian nh: Máy
nén khí, nồi hơi, động cơ điện
- Nhợc điểm :
Tốn 50-60% công suất để nén không khí trong xi lanh. Cần có nhiên liệu Diezel,
năng suất thấp gây tiếng ồn lớn, chấn động mạnh, vì gây chấn động lớn nên phù
hợp với các công trình xa nơi dân c , xa các công trình đã có .
1.2.3. Phơng pháp sử lý nền bằng bấc thấm.
Bấc thấm là một phơng pháp nhân tạo, cải tạo nền đất bằng thiết bị tiêu nớc thẳng
đứng. Để sử lý đất yếu, đợc dùng để thay thế cọc cát làm phơng tiện dẫn nớc từ dới
nền đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thoát ra ngoài. Phơng pháp này có những -

phụ đi kèm theo nh : (Động cơ điện, bơm thuỷ lực, thùng dầu thuỷ lực) do vậy cần
phải có máy phát điện nếu xa nguồn điện để tạo ra nguồn điện dẫn động động cơ
điện và bơm thuỷ lực Và một hạn chế khác nữa là khi thi công bằng máy ép cọc
tĩnh thì cần phải có nhiều công nhân và cần phải có cần cẩu để cẩu cọc và phục vụ
việc di chuyển khi đóng cọc.
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Chơng II : các phơng án và lựa chọn
phơng án thiết kế máy ép cọc tĩnh
Máy ép cọc là loại máy hoạt động dựa trên áp lực của dầu thuỷ lực. áp suất cao
của dầu thuỷ lực sẽ tạo ra lực ép để ép cọc sâu vào lòng đất, vì vậy nó hoạt động rất
êm, không gây ảnh hởng đến những công trình xung quanh, và nó không gây ra
tiếng ồn khi hoạt động. Kết cấu của máy gồm có khung tĩnh, khung động, 2 xi lanh
dùng để ép cọc và dầm chính và phụ. Khung động thì trợt trong khung tĩnh.
*Nguyên lý hoạt động của nó nh sau:
Cọc đợc đa vào khung động (bằng cẩu)

cọc

Hình 2.1
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
sau đó dùng đòn để giữ cọc với khung động

cọc
Hình 2.2
Sau khi đã cố định cọc với khung động thì ta cho xy lanh duỗi ra và ép cọc xuống
đất. Khi hết hành trình của xi lanh thì xi lanh sẽ đợc co lại và ta lại cố định cọc với

5 . Xi lanh thuỷ lực, 6 . Khung động
2.2. Phơng án 2: Máy ép thuỷ lực bắt bulông.
Máy ép thuỷ lực loại này dùng 2 xi lanh thuỷ lực, và có dầm trung gian thì liên
kết bằng bulông với dầm chính. Trên dầm chính thì có dãnh trợt để có thể bắt đợc
bulông với dầm trung gian
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Khung tĩnh thì đợc liên kết bằng bulông với dầm trung gian.
Máy ép cọc loại này có những u nhợc điểm sau
*Ưu điểm:
Đối với loại máy này thì khả năng dịch chuyển khi đóng cọc là tơng đối nhanh, và
khi tháo lắp cũng nhanh do giá trung gian có thể di chuyển dọc theo dầm chính và
khung tĩnh có thể di chuyển dọc theo giá trung gian
*Nhợc điểm:
Đối với loại máy này thì có các nhợc điểm sau
- Kết cấu của dầm chính và giá trung gian là tơng đối phức tạp, do phải làm dãnh để
bắt bulông
-Kết cấu nh vậy dẫn đến khối lợng của máy lớn
-Khả năng vận chuyển khó vì trọng lợng lớn và kết cấu cồng kềnh
Hình vẽ của máy: (Không vẽ đối trọng)

Hình 2.4
2.3. Phơng án 3: Máy ép thuỷ lực kiểu quang treo.
Đối với máy kiểu này thì kết cấu của nó gồm có:
+ Dầm trung gian thì đợc liên kết với dầm chính (dầm ngang ) nhờ bằng quang treo
+ Khung tĩnh cũng đợc liên kết với dầm trung gian bằng quang treo
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
13
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh

3.1. Xác định kích thớc của các khối bê tông.ợng theo yêu cầu là 5 (T/khối). Khối
bê tông để làm đối trọng thì gồm có các khối bê tông dài và các khối bê tông ngắn.
Khối bê tông có chiều dài lớn thì đợc đặt ở dới cùng, còn các khối bê tông có chiều
dài ngắn thì đợc đặt trên khối bê tông dài. Các khối bê tông có hình dáng nh sau

Hình 3.1
* Chọn kích thớc của khối bê tông dài
Ta có
Khối lợng của khối bê tông
m = a
2
*b*

= 5

: Khối lợng riêng của bê tông


= 2,5 (T/m
3
)


a
2
*b =
2
5,2
5
=

Hình 3.3
Chiều dài của máy
L = L
1
+L
2
+L
3
(*)
Nhận xét
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
17
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Khoảng cách L
1
và L
3
để bố trí xếp tải trọng (L
1
= L
3
)
Kích thớc của L
1
, L
3
đợc xác định theo kích thớc của tải trọng dài, vì khối đối trọng
dài đợc xếp đầu tiên và số lợng khối đối trọng dài đợc xếp ở mỗi bên là 2 khối. Sơ
đồ xếp đối trọng nh sau.


=2L
at
+n*d
Trong đó:
L
at
: Khoảng cách an toàn từ giá đóng cọc đến đối trọng
Chọn L
at
=1000 (mm)
d: Khoảng cách giữa các cọc đợc đóng
Theo thiết kế d = 900 (mm)
n: Số khoảng cách
Vì số lợng cọc đợc đóng là 4 cọc nên ta có n = 3
Vậy
L
2
=2L
at
+n*d = 2*1000 + 3*900 = 4700 (mm)
Ta chọn L
2
= 4800 (mm)
Ta thay L
1
, L
2
, L
3
vào công thức (*) ta đợc chiều dài của máy

Vậy ta có bảng kê các thông số tổng thể của máy
Thông số Chiều dài máy Chiều rộng
máy
Chiều cao
khung động
Chiều cao của
khung tĩnh
Giá trị
(mm)
8000 3400 7000 5550
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
19
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Chơng IV: tính toán thiết kế hệ thống truyền
động thuỷ lực
4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu thiết kế.
4.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống truyền động thuỷ lực (TĐTL).
Vai trò, nhiệm vụ của hệ thống TĐTL là truyền công suất từ động cơ đến hệ
xylanh để sinh công ép cọc xuống nền đất, ngoài ra hệ thống còn dùng để điều
khiển xylanh trong quá trình ép cọc của máy.
4.1.2. Yêu cầu của hệ thống truyền động thuỷ lực.
Việc thiết kế, tính toán, lựa chọn các thiết bị thuỷ lực của hệ thống yêu cầu cần
đảm bảo:
- Đảm bảo cho máy ép đạt đợc lực ép theo yêu cầu thiết kế .
Q
ép Max
=150 (tấn)
- Thiết bị chọn phải đảm bảo độ tin cậy, độ bền, tuổi thọ cao và thoả mãn đợc yêu
cầu kỹ thuật.
4.2 - Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực.

max
=150 (Tấn).
4.4. Tính chọn các bộ phận của hệ thống truyền động thuỷ lực.
4.4.1. Tính chọn xylanh.
Mô hình của xylanh ép cọc

Trong đó:
D : Đờng kính pistong (m).
d : Đờng kính cán pistong (m).
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
21
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
P
1
, P
2
: áp lực dầu công tác (KPa).
Q
1
, Q
2
: Lu lợng dầu.
Khi pistong chuyển động để ép cọc thì lực đẩy T đợc xác định theo biểu thức

T=
( )
[ ]
c
dPDPP


Công thức (3.49,TL[V]).
Chọn

= 1,6
Thay vào ta có :
T=
( )
2 2 2
1 2
4
c
PD P D d


=
2
2
2
1
4 1,6
c
P D
PD





P
2
=0,6 (MPa) = 600 (KN/m
2
).
Thay P
1
,P
2
, T,
c

vào ta có :
D

0,25(m).
Chọn D =0,3 (m)
Vậy đờng kính cán pistong là:
d =
6,1
*6,0
2
D
= 0,19 (m).
Vậy xylanh thuỷ lực đã chọn có các thông số sau
Đờng kính pistong D=30 (cm) = 300 (mm)
Đờng kính cán pistong d = 19 (cm) = 190 (mm)
4.4.2. Tính chọn bơm và công suất động cơ.
* Sơ bộ chọn công suất động cơ.
Ta có công suất tiêu thụ của xylanh lực:

p
=2*N
*
p
=2*12,5 =25 (KW)
Công suât động cơ chọn phải thoả mãn
N
dm


lv
N
Trong đó:
N
lv
: Công suât làm việc của hệ thống.
SV:Nguyễn văn Thiệm Lớp Máy xây dựng k41
23
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh


: Hiệu suất truyền

=0,92
ữ
0,95
Ta có N
lv
=N
p

D
Q


*
*
*4
2
1


Q
1
=
q
p
DV


*4
**
2
V
p
: Tốc độ dịch chuyển của cán pistong (m/ph)
V
p
=1 (m/ph)
D : Đờng kính pistong (m)
D=0,3 (m)

24
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy ép cọc tĩnh
Q
B
=(1,1- 1,2) Q
ct


Q
B
=1,1*0,14 =0,154 (m
3
/ph) =154 (lít/phút)
+ Xác định áp lực dầu để đẩy đợc hệ xylanh
áp dụng công thức (3.36,TL[V]) ta có:
Lực đẩy pistong (áp lực dầu)
T=
( )
[ ]
c
dPDPP


**221
4
22
+

c

=0,98
P
2
=0,6 (MPa) =0,6*10
6
(N/m
2
)


P
1



2
4
3,0*14,3*98,0
10*75*4
+
6,1
10*6,0
6


P
1