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

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

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

- 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

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

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

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

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.

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

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

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.

- 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.

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

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 -

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

[ ]
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.

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= + + +