Đồ án Thiết kế máy khoan cọc nhồi KH125-3

Ch­¬ng i tæng quan vÒ m¸y khoan gÇu xoay kh125-3 Trong thi c«ng khoan cäc nhåi ë trªn thÕ giíi còng nh­ ë ViÖt Nam th­êng dïng mét sè lo¹i m¸y khoan cäc nhåi sau ®©y nh­ mét sè m¸y khoan cña h·ng (NIPPON SHANYO, HITACHI…: do NhËt B¶n s¶n xuÊt, BAUER cña §øc, GPS-15, GPS-20HA, QJ250-1…: cña Trung Quèc, mét sè m¸y cña Ph¸p. C«ng cuéc ®æi míi vµ hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt n­íc ®ang diÔn ra m¹nh mÏ trong ®êi sèng x· héi ®Æc biÖt lµ trong lÜnh vùc kinh tÕ. Sù ph¸t triÓn m¹nh cña kinh tÕ ®ßi hái ngµy cµng cÊp b¸ch viÖc x©y dùng c¬ së h¹ tÇng. §ã lµ c«ng viÖc x©y dùng míi vµ hiÖn ®¹i ho¸ c¸c khu c«ng nghiÖp, c¸c nhµ m¸y, c¸c khu d©n c­, c¸c c«ng tr×nh giao th«ng nh­: cÇu cèng, ®­êng x¸…: Trong x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ®ã th× c«ng t¸c xö lý nÒn mãng lµ mét c«ng viÖc v« cïng quan träng. Sù æn ®Þnh v÷ng ch¾c nÒn mãng ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn chÊt l­îng c«ng tr×nh sau nµy. C«ng tr×nh cµng lín cµng hiÖn ®¹i th× chÊt l­îng nÒn mãng cµng ph¶i ®­îc ®¶m b¶o ®iÒu ®ã ®ßi hái ph¶i thi c«ng nÒn mãng b»ng c¸c m¸y mãc vµ thiÕt bÞ hiÖn ®¹i dÉn ®Õn chi phÝ cho c«ng tr×nh lín mµ ë thêi ®iÓm hiÖn nay chóng ta khã ®¸p øng ®­îc. VÊn ®Ò ®Æt ra lµ ph¶i gi¶m gi¸ thµnh khi thi c«ng nÒn mãng ®Ó gãp phÇn h¹ gi¸ thµnh toµn bé c«ng tr×nh. ë n­íc ta hiÖn nay ®Ó xö lý nÒn mãng c«ng tr×nh ng­êi ta cã nhiÒu ph­¬ng ¸n kh¸c nhau nh­ dïng bóa ®ãng cäc Diezel, dïng bóa rung ®éng, dïng m¸y Ðp cäc bÊc thÊm, m¸y Ðp cäc tÜnh, dïng m¸y khoan cäc nhåi… Tuy nhiªn tuú tõng ®iÒu kiÖn kinh tÕ, ®iÒu kiÖn thi c«ng mµ mçi ph­¬ng ph¸p thi c«ng cã c¸c mÆt ­u, nh­îc ®iÓm kh¸c nhau nh­ ph­¬ng ph¸p thi c«ng b»ng bóa ®ãng cäc Diezel th× g©y ån, g©y « nhiÔm m«i tr­êng, lµm ¶nh h­ëng tíi c¸c c«ng tr×nh xung quanh. Víi m¸y khoan cäc th× gi¸ thµnh mçi ®Çu cäc kh¸ cao, víi bóa ®ãng cäc rung ®éng th× g©y chÊn ®éng tíi c¸c c«ng tr×nh xung quanh, víi m¸y Ðp cäc bÊc thÊm th× gi¸ thµnh ®¾t vµ hiÖu qu¶ xö lý nÒn kh«ng cao…: Thi c«ng nÒn mãng b»ng ph­¬ng ph¸p cäc khoan nhåi lµ mét tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt ®· ®­îc ¸p dông réng r·i ë c¸c n­íc trªn thÕ giíi vµ trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y thi c«ng nÒn mãng b»ng ph­¬ng ph¸p cäc khoan nhåi ®· ®­îc ¸p dông ë ViÖt Nam. Kinh nghiÖm vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu khi thi c«ng nÒn mãng b»ng ph­¬ng ph¸p cäc khoan nhåi cã thÓ thÝch hîp víi nhiÒu vïng ®Þa chÊt kh¸c nhau cã kh¶ n¨ng t¹o ra cäc cã chiÒu s©u, ®­êng kÝnh phï hîp víi yªu cÇu khi thi c«ng ®Æt biÖt nã cã thÓ t¹o ra cäc cã chiÒu s©u lín mµ vÉn cho n¨ng suÊt cao mµ chÊt l­îng cäc vÇn ®¶m b¶o. §Æc biÖt b»ng c¸c thiÕt bÞ khoan nh­ mòi khoan ruét gµ, mòi khoan ph¸ ®¸, mòi khoan gÇu xoay…: th× khi khoan cã thÓ xuyªn qua c¸c vïng ®Þa chÊt cøng mµ c¸c thiÕt bÞ thi c«ng kh¸c kh«ng ®¸p øng ®­îc. Ph­¬ng ph¸p cäc khoan nhåi cßn rÊt thÝch hîp cho viÖc t¹o mãng x©y chen gi÷a c¸c khu d©n c­ mµ Ýt lµm ¶nh h­ëng tíi c¸c c«ng tr×nh xung quanh (B»ng c¸ch sö dông èng v¸ch ng¨n rung ®éng vµ chèng lë v¸ch), tr¸nh ®­îc « nhiÔm m«i tr­êng xung quanh. ViÖc chÕ t¹o cäc ngay t¹i nÒn mãng c«ng tr×nh tr¸nh ®­îc chi phÝ cho vËn chuyÓn cäc tõ n¬i s¶n xuÊt cäc tíi ch©n c«ng tr×nh…: V× vËy viÖc ¸p dông kü thuËt t¹o cäc cho nÒn mãng c«ng tr×nh b»ng ph­¬ng ph¸p cäc khoan nhåi ®¶m b¶o vÒ mÆt chÊt l­îng, tÝnh kinh tÕ, ®iÒu kiÖn m«i tr­êng ®­îc ®¶m b¶o lµ mét yÕu tè mµ ®ang ®­îc nhiÒu c«ng ty, còng nh­ c¸c ®¬n vÞ thi c«ng ®Æc biÖt qua t©m trong viÖc sö dông c¸c thiÕt bÞ khoan cäc nhåi. I. Sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ m¸y khoan cäc nhåi ë NhËt B¶n. N¨m 1954 NhËt ®· b¾t ®Çu nghiªn cøu chÕ t¹o chiÕc m¸y khoan cäc nhåi ®Çu tiªn. Sau ®ã trong thËp kû 60 cïng víi sù ph¸t triÓn x©y dùng ®­êng s¾t vµ nhµ cao tÇng nhÊt lµ sau héi nghÞ vËn ®éng sö dông ®¹i trµ cäc khoan nhåi trong x©y dùng n¨m 1964 c¸c lo¹i tæ hîp m¸y khoan ®· liªn tôc ®­îc c¶i tiÕn, ®¸p øng nhu cÇu x©y dùng quy m« lín ®­a NhËt B¶n thµnh n­íc hµng ®Çu thÕ giíi vÒ lÜnh vùc c«ng nghÖ cäc khoan nhåi chã thÓ thèng kª s¬ bé sù ph¸t triÓn nh­ sau N¨m 1960 h·ng Kato ®· chÕ t¹o m¸y 20H t­¬ng tù Calwebd 150A. N¨m1962 h·ng Mitsubishi vµ Benoto (Ph¸p) hîp t¸c s¶n xuÊt tæ hîp BT1 n¨m 1964 tiÕp tôc cho s¶n xuÊt xong tæ hîp m¸y khoan BT2. N¨m 1962 cho ra x­ëng m¸y 20HB c¶i tiÕn. + Còng vµo n¨m 1960 h·ng Hitachi ®· chÕ t¹o tæ khoan kiªu gÇu ngo¹m U-106 ®Ó t¹o cäc ®­êng kÝnh lín. Trªn gÇu ngo¹m cßn l¾p t¹m thêi bé kÝch ®éng khi cÇn thiÕt. Trong ®ã lo¹i U-106A thao t¸c ®¬n gi¶n vµ c¬ ®éng rÊt th«ng dông. N¨m 1965 Hitachi-CHLB §øc hîp t¸c chÕ t¹o PS-150. N¨m 1966 Hitachi- CHLB §øc hîp t¸c chÕ t¹o S -200. N¨m 1971 Hitachi- CHLB §øc hîp t¸c chÕ t¹o S-600. N¨m1973 b¾t ®Çu c¶i tiÕn bé g¸ më réng ch©n cäc. N¨m 1975 Misubishi vµ Hitachi s¶n xuÊt tæ hîp khoan lo¹i lín MD440 vµ S 4804. N¨m 1977 dïng phæ biÕn m¸y khoan vËn hµnh ng­îc ®Ó khoan t¹o lç cho cäc. §Õn nay NhËt B¶n ®· trë thµnh mét c­êng quèc vÒ s¶n xuÊt m¸y khoan víi nh÷ng h·ng næi tiÕng hµng ®Çu thÕ giíi. - M¸y khoan ®Êt: Sumitomo, Nippon Sharyo, Hitachi, Hirabayashi, Seiakusho. - M¸y khoan vËn hµnh ng­îc: cã c¸c h·ng: Koken, Tokimec, Tone, Hitachi. - M¸y khoan dïng èng v¸ch cã c¸c h·ng: Kato, Nippon sharyo, Bauen, Misubishi…: II. Giíi thiÖu m¸y khoan cäc nhåi cña h·ng HITACHI. H·ng HITACHI cña NhËt B¶n chÕ t¹o m¸y khoan cäc nhåi KH100D, KH125-3, KH180-3, CD1500, CD2000…: M¸y khoan cäc nhåi thuû lùc cña h·ng Hitachi cã cÇn khoan kiÓu KELLY-BAR lµ lo¹i thiÕt bÞ cã n¨ng xuÊt cao nhÊt trong tÊt c¶ c¸c lo¹i khoan, ®©y còng lµ lo¹i khoan phï hîp víi tÇng ®Þa chÊt tõ mÒn ®Õn cøng nh­ granÝtte…: trªn c¹n còng nh­ d­íi n­íc, tÝnh c¬ ®éng cao, cã thÓ khoan lç : 0,8-2,0m; s©u max 65m. M«men xo¾n tõ 40-100 kNm. Lùc Ðp th¼ng ®øng vµo cÇn khoan lªn ®Õn 300-400 kN. H×nh 1.1. S¬ ®å bé c«ng t¸c khoan dïng gÇu xoay 1.C¸p treo thanh kely. 2. Thanh kely. 3. M©m xoay thanh kely. 4. èng v¸ch t¹m. 5. GÇu xoay ®µo. Víi thiÕt bÞ nµy, ®Ó cñng cè thµnh v¸ch lç khoan ng­êi ta th­êng ¸p dông v÷a tuÇn hoµn bentonit v× kinh tÕ vµ hiÖu qu¶ h¬n khi sö dông khoan b»ng èng v¸ch thÐp. M¸y khoan cäc nhåi thuû lùc KH125-3 ®­îc l¾p trªn cÇn cÈu, lµ lo¹i ®Çu khoan l¾p trªn cÇn cña cÇn cÈu b¸nh xÝch, cÇn khoan theo kiÓu KELLY-ROAD dïng truyÒn ®éng ma s¸t nªn chñ yÕu dïng ®Ó thi c«ng trong nÒn ®Êt yÕu vµ trung b×nh. NÕu kÕt hîp víi mòi khoan thÝch hîp th× cã thÓ dïng cho ®Þa chÊt ®¸ cã c­êng ®é kh¸ng nÐn 200-400 Mpa, t¹o lç khoan ®­êng kÝnh tõ 0,8-2,0 m víi ®é s©u max 65m; chñ yÕu lµ ®Ó khoan ®Êt do m«nen xo¾n nhá, cÇn khoan theo kiÓu ma s¸t, kh«ng lùc nÐn Ðp mòi khoan. C¸c m¸y sö dông thiÕt bÞ hÖ thèng gÇu ngo¹m thuû lùc hoÆc gÇu ngo¹m c¬ khÝ. GÇu ngo¹m c¬ khÝ cã lùc c¾t tõ 10-20T cßn gÇu thuû lùc cã lùc c¾t lín h¬n nªn cã kh¶ n¨ng lµm viÖc víi ®Þa chÊt cøng tèt h¬n nhiÒu. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ n¨ng suÊt thÊp, kh«ng thÝch hîp víi c¸c ®Þa chÊt ®¸ cøng, kh¶ n¨ng c¬ ®éng kÐm. Khi gÆp ph¶i ®Þa chÊt ®¸ cøng ta ph¶i dïng mét qu¶ truú ®óc b»ng thÐp nÆng tõ 6-8T cho r¬i tù ®Ó ph¸ ®¸. Do c¸ch thøc ph¸ ®¸ nh­ vËy nªn ®Ó khoan vµo ®¸ cøng th­êng cÇn 10-15 ngµy thËm chÝ ®Õn 30 ngµy cho mét lç khoan. Ngoµi ra do chÞu t¸c dông cña lùc r¬i tù do nªn cÇn cÈu th­êng bÞ chÊn ®éng m¹nh, dÉn ®Õn c¸c thiÕt bÞ nh­ têi vµ c¸p nhanh háng. H×nh1.2.S¬ ®å cÊu t¹o cña thiÕt bÞ khoan dïng èng v¸ch. 1.C¸p treo gÇu ®µo. 2. xi lanh n©ng h¹. 3. M©m xoay èng v¸ch 4. GÇu ngo¹m. 5. èng v¸ch cã r¨ng c¾t ®Êt III. Th«ng sè kü thuËt m¸y khoan KH125-3. 3.1. C¸c kÝch th­íc c¬ b¶n. ChiÒu réng gi¸ 3100 ChiÒu réng d¶i xÝch 760 Kho¶ng c¸ch t©m hai b¸nh 4250 ChiÒu dµi b¸nh xÝch 5090 Kho¶ng c¸ch gÇm m¸y ®Õn ®Êt 370 ChiÒu cao toa quay tõ ®Êt 995 ChiÒu cao gi¸ ch÷ A khi di chuyÓn 3175 ChiÒu cao gi¸ ch÷ A khi lµm viÖc 4175 B¸n kÝnh tÝnh tõ t©m m¸y ®Õn phÇn sau m¸y 3800 Kho¶ng c¸ch tõ t©m quay ®Õn chèt l¾p cÇn 900 ChiÒu dµi m¸y c¬ së 6347,5 ChiÒu cao m¸y c¬ së 3005 ChiÒu réng m¸y 4010/3350 Kho¶ng c¸ch tõ t©m m¸y ®Õn ®Õn t©m lµm viÖc R 4300 H×nh1.3. M¸y khoan cäc nhåi KH125-3 3.2. §Æc ®iÓm m¸y khoan KH125-3. ChiÒu s©u khoan + §Êt mïn, ®Êt phï sa, ®Êt sÐt + §Êt chung m 65 58 §­êng kÝnh khoan + §Êt chung + §Êt mïn + Dïng dao më réng lç khoan (mm) 1500 1700 2000 Lùc quay cña gÇu + Quay thuËn + Quay nghÞch kN-m 40,2 49,1 Lùc kÐo giíi h¹n cña d©y c¸p kÐo thïng (kN) 126,3 Tèc ®é v©n hµnh - Tèc ®é quay cña gÇu + Tèc ®é cao + Tèc ®é thÊp v/p 30 15 - Tèc ®é lµm viÖc cña d©y c¸p + Tèc ®é cao + Tèc ®é thÊp + Sö dông ®­êng kÝnh d©y c¸p (mm) m/p 70 35 20 - Tèc ®é thay ®æi gãc nghiªng cña cÇn + Khi th¶ + Khi kÐo m/p 60 60 - Tèc ®é quay toa quay (v/p) 4 - Tèc ®é di chuyÓn (km/h) 1,8 §èi träng (tÊn) 11,6 Tæng khèi l­îng cña m¸y (tÊn) 47 Lùc Ðp xuèng ®Êt (kg/cm2) 0,68 ChiÒu dµi cÇn (m) 22 §éng c¬ + C«ng suÊt theo tû lÖ (m· lùc/ v/p) + Lo¹i ®éng c¬ Hino EM100 (diezel) 150/2000 IV. CÊu t¹o chung, nguyªn lý ho¹t ®éng m¸y khoan KH125-3. 4.1. CÊu t¹o chung. H×nh 1.4. Tæng thÓ m¸y khoan cäc nhåi KH125-3. 1:XÝch di chuyÓn 13: §èt ®Ønh cÇn 2: Ca bin ®iÒu khiÓn 14: Côm puly treo ®Çu khoan 3: GÇu khoan 15: Côm puly ®Ønh cÇn 4: Chèt gÇu víi thanh kelly 16: §èi träng 5: Lß xo 17: Buång ®éng c¬ ®iªzel 6: M« t¬ thuû lùc 18: Chèng lËt cÇn 7: Thanh tr­ît 19: Côm puly treo cÇn 8: C¸p treo ®Çu khoan 20: §o¹n c¸p treo cÇn 9: Puly treo ®Çu khoan 21: C¸p phô 10: Côm puly ®iÒu chØnh gãc nghiªng 22: C¸p chÝnh treo thanh kelly 11: Thanh kelly 23: Xi lanh ®iÒu chØnh treo ®µu khoan 12: Khíp quay 24: Ren vÝt ®iÒu chØnh 4.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng m¸y khoan KH125-3. 4.2.1. C¸c b­íc trong qu¸ tr×nh khoan. Di chuyÓn m¸y khoan ®Õn vÞ trÝ cÇn khoan “vÞ trÝ ®· ®­îc x¸c ®Þnh t©m”. §iÒu quan träng nhÊt cña ho¹t ®éng khoan lµ l¾p r¸p mµ theo ph­¬ng ngang. Sö dông, dông cô ®o mÆt ph¼ng n»m ngang ë trong cabin l¸i ®Ó lÊy mÆt ph¼ng, vµ ®iÒu chØnh b»ng c¸c thiÕt bÞ bÊm giê hoÆc ®Üa thÐp mét c¸ch ch¾c ch¾n ®Ó kÕt cÊu trªn duy tr× ®­îc mÆt b»ng ngay c¶ khi nã quay 3600. T¹o gãc cÇn n©ng theo gãc khoan 82,30 b»ng c¸ch sö dông c«ng t¬ ®o gãc h×nh èng ®Æt trong cabin l¸i. Sau ®ã ®­a c«ng t¬ ®o gãc ë phÝa tr­íc vÒ ®iÓm kh«ng b»ng c¸ch ®iÒu chØnh sù di chuyÓn cña c¸p gi÷. Lóc ®ã kiÓm tra xem thanh kelly treo theo ph­¬ng däc b¨ng c¸ch di chuyÓn thanh lªn xuèng. NÕu cÇn thiÕt sö dông bé phËn chuyÓn tiÕp ®Ó x¸c ®Þnh ph­¬ng däc cña thanh kelly. VÞ trÝ t©m gÇu ph¶i trïng víi t©m lç khoan vµ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch sö dông mét vËt nÆng treo l¬ löng ë t©m gÇu hoÆc mét c¸i cäc ë trªn mÆt ®Êt. Khi x¸c ®Þnh xong vÞ trÝ, h¹ gÇu xuèng nhÑ nhµng vµ b¾t ®Çu khoan líp b·. c¸ch kÐo cÇn xoay gÇu (ph¶i ch¾c ch¾n r»ng kho¸ quay ®· ®ãng). Kh«ng sö dông lùc ®Èy (ph¶n lùc) trong khi vËn tèc m¸y vµ tèc ®é quay cña gÇu thÊp. Nªn chó ý kh«ng, lµm gi¶m tèc ®é ch¹y cña c¸p treo thanh kelly trong suèt qu¸ tr×nh ho¹t ®éng. Gi÷a gÇu quay ë tèc ®é thÊp ®Ó khoan chËm cho ®Õn khi gÇu ®¹t ®é s©u ®ñ lín vµ ch×m d­íi ®Êt. Lç khoan trªn mÆt ®Êt trë thµnh mèc chØ dÉn cho lç khoan tiÕp theo vµ cã ¶nh h­ëng lín ®Õn ®é chÝnh x¸c. Nh÷ng ch­íng ng¹i vËt c¸ch mÆt ®Êt t­ 2-3m: (§Æc biÖt lµ trong khu vùc cã c¸c nhµ bÞ ®æ), sÏ lµm háng gÇu khoan. C¸c ch­íng ng¹i vËt nªn sö dông c¸c m¸y chuyªn dïng: (XÎng ®µo thuû lùc) hoÆc sö dông søc ng­êi ®Ó ®µo. TiÕp tôc khoan ®Õn ®é s©u tõ 3-5m vµ lu«n chó ý ®Õn ph­¬ng ®øng cña lç khoan. Lç khoan tèi ®a cho phÐp kho¶ng tõ 4-5m do tÝnh chÊt tù nhiªn cña ®Êt quyÕt ®Þnh. + Lç khoan s©u tèi ®a nªn sö dông cÇn trôc riªng ®Ó kÐo. NÕu cè g¾ng khoan b»ng thanh kelly cã thÓ lµm lÖch hoÆc ph¸ háng thanh kelly. Khi lç khoan ®­îc ®µo b»ng c¸ch sö dông thïng phô cña m¸y th× ph¶i th¸o gÇu ra. TiÕp tôc khoan b»ng c¸ch t¨ng sè vßng ho¹t ®éng. Lóc ®ã tr¸nh quay gÇu nhiÒu h¬n cÇn thiÕt, bêi v× ®iÒu ®ã v« Ých vµ chØ lµm t¨ng sù bµo mßn cña b¸nh r¨ng. Tr­êng hîp ®Êt cã tÝnh chÊt chung th× gÇu sÏ ®Çy ®Êt sau 2-3 vßng quay. B¾t ®Çu cho chÊt lµm æn ®Þnh vµo thµnh lç khoan: (Bentonit, etc…) ë ®é s©u tõ 4-10m, tuú theo tÝnh chÊt tù nhiªn cña ®Êt. Khi khoan xong ph¶i tiÕn hµnh lµm s¹ch lç khoan 4.2.2. Chó ý ®èi víi ho¹t ®éng cña ®éng c¬ phô. §éng c¬ phô nªn sö dông cho tr­êng hîp khoan ®Êt c¸t hoÆc sái. Sö dông ®éng c¬ phô ®Ó khoan ®Êt sÐt vµ ®Êt phï sa. ChØ lµm n¨ng l­îng dù tr÷, v× sö dông qu¸ nhiÒu n¨ng lùc cã thÓ lµm t¨ng thªm hiÖn t­îng uèn cña thanh kelly vµ lµm gi¶m ®é chÝnh x¸c cña lç khoan. 4.2.3. Chó ý khi n©ng thanh kelly. Khi n©ng thanh kelly, ph¶i dõng quay gÇu, n©ng thanh kelly lªn mét Ýt vµ quay gÇu theo h­íng ng­îc l¹i tr­íc khi n©ng. Thanh kelly cã thÓ kh«ng n©ng dÔ dµng nÕu b¸nh r¨ng gÇu c¾m vµo ®Êt. Trong tr­êng hîp nµy ph¶i gì b¸nh r¨ng ra b»ng c¸ch quay gÇu theo h­íng ng­îc l¹i tr­íc khi n©ng. Mét lý do kh¸c lµm thanh kelly n©ng khã kh¨n lµ do ¸p lùc cña ®Êt t¸c dông lªn gÇu. Sau khi n©ng thanh kelly mét Ýt, trõ bá lùc hót ®ã b»ng c¸ch quay thªm vßng quay ng­îc l¹i tr­íc khi n©ng. Khi thanh kelly bªn ngoµi ®i lªn tr­íc thanh kelly bªn trong vµ thanh kelly thø hai, th­ ba ®­îc c¸p kÐo lªn. Th× ta tiÕn hµnh kiÓm tra n¨ng l­îng quay dù tr÷ hoµn toµn hÕt ch­a vµ khung tr­íc ®Æt chÝnh x¸c ch­a vµ tiÕn hµnh nh÷ng ®iÒu chØnh cÇn thiÕt. + §Æc biÖt chó ý ®Õn viÖc thanh kelly nh« lªn bÊt th­êng do bÞ ®Èy lªn vµ r¬i xuèng. + NÕu thanh kelly thø hai ®­îc n©ng mét c¸ch b×nh th­êng mµ kh«ng cã sù nh« lªn bÊt th­êng th× vËt nÆng ®­îc t¨ng lªn vµ sù chÊn ®éng ®­îc truyÒn ®Õn cÇn trôc vµ bé phËn chÝnh khi thanh kelly thø hai b¾t ®Çu ®i lªn: (§é s©u 24m). Tèc ®é n©ng nªn ®­îc h¹ thÊp nÕu ®Êt cã thÓ ph©n r·. Tr¸nh n©ng khi gÇu ®ang quay vµ tr¸nh n©ng b¾t buéc khi thanh kelly bÞ gi÷a l¹i. 4.2.4. Nh÷ng chó ý khi h¹ thanh kelly. Khi ®é s©u khoan ®¹t ®Õn 10m, thanh kelly ngoµi sÏ ®­îc thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn thanh kelly trî gióp. Khi h¹ thanh kelly trong ®iÒu kiÖn nµy, th× ®ãng phanh tr­íc khi nã ch¹m vµo thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn thanh kelly vµ ch¹m ®Êt nhÑ nhµng. §Æc biÖt lµ khi h¹ tù do thanh kelly ph¶i ®¶m b¶o ®ãng phanh vµ kh«ng bao giê ®­îc ®ãng bÊt ngê, v× nh­ vËy cã thÓ lµm háng thiÕt bÞ gi¶m sãc, thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn thanh kelly vµ xi lanh ®Èy. Khi khoan ®Õn ®é s©u 24m, thanh kelly thø hai ®­îc dùa vµo cuèi thanh kelly ngoµi. Nã ®­îc h¹ xuèng tõ tõ trong khi theo dâi tèc ®é h¹ mét c¸ch cÈn thËn vµ kh«ng bao giê bÊt ngê h¹ ë tèc ®é cao mét có sèc lµm ph¸ huû thiÕt bÞ gi¶m sãc vµ bé phËn ®iÒu khiÓn thanh kelly, xi lanh ®Èy vµ c¸c ®iÓm ®ì ë phÝa d­íi thanh kelly ngoµi vµ mót trªn cña thanh kelly thø hai. §Æc biÖt sù ph¸ háng mót d­íi cña thanh kelly ngoµi vµ mót trªn cña thanh kelly thø hai cã thÓ lµm cho thanh kelly kh«ng n©ng ®­îc. + §iÓm phô cña thanh kelly thø hai nªn ®­îc ®iÒu chØnh bëi c¸p treo thanh kelly vµ kiÓm tra (theo dâi) b»ng c¸ch sö dông g­¬ng ®Æt ë phÝa d­íi cña cÇn trôc d­íi. Khi gÇu ®· ®i ®Õn ®¸y lç khoan, chó ý kh«ng ®­îc lµm c¸p kelly ch¹y chËm l¹i qu¸ nhiÒu. C¸p kelly ch¹y chËm l¹i sÏ g©y sù v­íng m¾c vµ lµm c¸p chãng mßn h¬n. Qu¸ tr×nh khoan nªn b¾t ®Çu sau khi c¸p treo thanh kelly ch¹y chËm l¹i. Khi gÇu ch¹m ®Õn ®¸y lç khoan, tiÕn hµnh khoan ngay chø kh«ng lªn ®Ó l©u. + §Ó m¸y dõng l©u cã thÓ lµm cho nã kh«ng khoan ®­îc do ¸p lùc cña ®Êt. Trong khi h¹ thanh kelly, chØ cã thanh kelly thø hai vµ thanh kelly phÝa trong cã thÓ h¹ xuèng, bëi v× thanh kellly ngoµi thÓ hoµn toµn h¹ xuèng vµ bÞ m¾c kÑt. §iÒu nµy do viÖc ®¹t gãc cÇn trôc vµ phÇn khung tr­íc sai vµ rÊt nguy hiÓm cÇn ph¶i ®iÒu chØnh cho ®óng tr­íc khi h¹ thanh kelly. 4.2.5. C¸c b­íc tiÕn hµnh ho¹t ®éng theo tÝnh chÊt tù nhiªn cña ®Êt. 4.2.5.a. Khoan tÇng sÐt vµ tÇng phï sa. Khi ®Êt khoan t¹o thµnh c¸c khèi nh­ trong qu¸ tr×nh khoan c¸c tÇng sÐt vµ phï sa, th× qu¸ tr×nh khoan sÏ hiÖu qu¶ h¬n nÕu th¸o rêi c¸c tÊm (b¶n kim lo¹i) khái gÇu khoan. Qu¸ tr×nh n©ng nªn ®­îc ®iÒu chØnh riªng, bëi v× lo¹i ®Êt nµy th­êng t¹o ra qu¸ nhiÒu lùc ®Èy vµ sù kh¸ng quay cao bÊt th­êng. Khi mét hiªn t­îng ch©n kh«ng xÈy ra, th× quay gÇu theo chiÒu ng­îc l¹i trong gi©y l¸t råi míi n©ng. NÕu hiÖu qu¶ khoan gi¶m ®¸ng kÓ do tÇng ®Êt sÐt bÞ lón th× cã mét biªn ph¸p ®­îc ®Ò nghÞ lµ nªn khoan theo hai giai ®o¹n b»ng c¸ch sö dông gÇu cã ®­êng kÝnh bÐ h¬n. V× ®Êt phï sa vµ ®Êt sÐt th­êng t¹o ra ph¶n lùc gÇu lín nªn tr¸nh sö dông ®éng c¬ phô ®Ó ng¨n viÖc t¨ng n¨ng l­îng dù tr÷ cña ®Êt. NÕu ng­îc l¹i c¸c b¸nh r¨ng kh«ng ®Èy ®Êt ®­îc vµ lµm cho gÇu ngõng lµm viÖc vµ ®éng c¬ phô ph¶i ®Èy th× ph¶i h¹ thÊp tèc ®é quay cña gÇu b»ng c¸ch h¹ thÊp tèc ®é cÇn ®iÒu chØnh ®Ó dÔ dµng ®Èy gÇu vµo ®Êt. 4.2.5.b. Khoan tÇng ®¸ sái. KiÓm tra ®Çy ®ñ chøc n¨ng cña c¸c b¶n “tÊm” kim lo¹i trªn gÇu. + §¸ hay ®Êt lµm ngÑt nªn ®­îc lo¹i bá ®Ó duy tr× nh÷ng chóc n¨ng tèt vµ ng¨n kh«ng cho sái ®¸ khoan r¬i xuèng. TÇng sái nªn ®­îc khoan ®Ó ®µo nã lªn b»ng c¸ch dïng b¸nh r¨ng gÇu mãc cã sö dông ®éng c¬ ®Èy phô. GÇu nªn quay víi tèc ®é thÊp “vÆn cÇn quay gÇu ë nÊc mét hoÆc sö dông cÇn ®iÒu chØnh tèc ®é thÊp tèi ®a”. Tèc ®é quay cao sÏ dÉn ®Õn b¸nh r¨ng gÇu kh«ng c¾m vµo ®Êt ®­îc vµ gÇu kh«ng lµm viÖc, chØ lµm mßn nhanh b¸nh r¨ng. Khi b¸nh r¨ng háng hoÆc mßn, cÇn ®­îc thay v× nÕu kh«ng sÏ lµm gi¶m kh¶ n¨ng ho¹t ®éng cña nã. NÕu gÇu ngõng quay do b¸nh r¨ng ®ang c¾m vµo ®Êt, th× ph¶i dõng ngay b»ng c¸ch cho gÇu quay theo chiÒu ng­îc l¹i. N©ng gÇu nhÑ nhµng vµ cho nã quay vµo kh«ng trung, kiÓm tra xem viÖc quay cã b×nh th­êng kh«ng råi l¹i tiÕp tôc khoan. NÕu cø tiÕp tôc ®Èy gÇu c­ìng bøcth× sÏ kh«ng khoanvµ n©ng ®­îc. 4.2.5.c. Khoan ®Êt yÕu. Lu«n duy tr× mùc n­íc cao trong lç khoan. + T¹o lç khoan ë ®é s©u cao nhÊt lµ lç 2m tÝnh tõ mÆt ®Êt, phï hîp víi tÝnh chÊt cña ®Êt vµ gi÷ ¸p lùc n­íc æn ®Þnh . Theo dâi diÔn biÕn cña chÊt cè kÕt (bentonit). GÇu nªn n©ng ë tèc ®é thÊp, v× tèc ®é n©ng cao sÏ lµm ®Êt sôt lë nhanh. 4.2.6. Ho¹t ®éng bæ trî. HoÆt ®éng bæ trî lµ ph­¬ng tiÖn n©ng vµ l¾p r¸p c¸c dông cô (thiÕt bÞ) lµm viÖc cÇn thiÕt ®Ó hoµn thµnh viÖc ®µo ®Êt b»ng m¸y khoan ®Êt (lång thÐp, èng…) b»ng c¸ch sö dông mãc n©ng phô. Khi tiÕn hµnh c¸c ho¹t ®éng phô b»ng c¸ch kÐo khung tr­íc vÒ phÝa cÇn cÈu th× ph¶i ®¶m b¶o th¸o gÇu ra vµ ®Æt gãc cÇn cÈu trong kho¶ng tõ 30-82,30. + H¹ cÇn cÈu xuèng qu¸ nhiÒu sÏ lµm cong cÇn vµ lµm háng d©y c¸p. B¼ng 1.4 vµ h×nh 1.5 chØ ph©n lo¹i vËt nÆng theo ho¹t ®éng bæ trî theo c¸c sè ®o gãc cÇn cÈu kh¸c nhau tõ 30-82,30. Gãc cÇn (0) B¸n kÝnh lµm viÖc (m) Träng l­îng (tÊn) 82,3 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 4,3 5,2 7,0 8,9 10,6 12,3 13,9 15,4 16,8 18,1 19,3 20,3 4,9 4,9 4,9 4,9 4,9 4,1 3,1 2,6 2,1 1,7 1,4 1,1 B¶ng 1.4. Ph©n lo¹i träng l­îng ®Õn ho¹t ®éng phô H×nh 1.5. Quan hÖ b¸n kÝnh lµm viÖc, gãc cÇn, träng l­îng Chó ý: + Nã chØ cho thÊy søc nÆng cña m¸y khi chiÒu dµi cÇn cÈu lµ 22m vµ khung tr­íc bÞ kÐo vÒ phÝa cÇn cÈu tíi vÞ trÝ tèi ®a khi th¸o gÇu. + VËt nÆng thùc tÕ cã thÓ n©ng ®­îc dù ®o¸n b»ng søc nÆng cña mãc cÈu vµ tÊt c¶ c¸c dông cô n©ng tõ chØ sè ph©n lo¹i ë b¼ng trªn. L¾p r¸p thiÕt bÞ phßng ngõa n©ng qu¸ ®µ mãc cÈu (tù ®éng dõng). ThiÕt bÞ nµy lµ bé phËn hîp thµnh thèng nhÊt cña m¸y khoan thuû lùc KH125-3. + L¾p r¸p thiÕt bÞ trªn mÆt c¸p n©ng phô t¹i ®Ønh cña cÇn cÈu vµ kiÓm tra xem nã cã ho¹t ®éng b×nh th­êng kh«ng. Khi sö dông m¸y nµy nh­ lµ mét cÇn cÈu cho môc ®Ých kh¸c h¬n “ho¹t ®éng phô” th× ph¶i chó ý nh÷ng ®iÓm sau. + Th¸o c¸c bé phËn g¾n liÒn víi nhau ë trªn m¸y khoan ®Æt ra. + Ph¶i thay ®æi viÖc l¾p ®Æt thiÕt bÞ ng¨n ngõa n©ng qu¸ cÇn cÈu (n©ng lÖch vÞ trÝ) ë ®¸y (®o¹n cuèi) cÇn cÈu. + §iÒu chØnh gãc cÇn cÈu vµ cµi chèt ®Ó nót bËt nhá xoay ®Õn vÞ trÝ gãc cÇn cÈu lµ 800. Mãc cÇn cÈu trong ho¹t ®éng phô nªn ®­îc sö dông theo ®Æc ®iÓm kü thuËt cña ho¹t ®éng phô. Kh«ng bao giê sö dông mãc nµy khi m¸y ®­îc sö dông nh­ mét cÇn cÈu. 4.2.7. Chó ý khi n©ng khung tr­íc. Khi kÐo phÇn khung tr­íc vÒ phÝa cÇn cÈu, ph¶i ch¾c ch¾n th¸o gÇu vµ chèt kho¸ khung ra vµ thiÕt lËp gãc cÇn theo gãc lín h¬n b»ng 650. + NÕu khung ®­îc kÐo cïng víi chèt kho¸ khung g¾n kÌm theo bªn tr¸i th× nót cuèi trªn cña thanh kelly sÏ ch¹m vµo phÇn trªn cña cÇn cÈu. Trong suèt qu¸ tr×nh khoan, c¸p n©ng khung ph¶i lu«n ®­îc quay chËm l¹i. NÕu khoan khi d©y c¸p n©ng c¨ng sÏ t¹o ra ¸p lùc qu¸ lín cho cÇn cÈu. C¸c bé phËn dõng trªn cÇn cÈu khi h¹ vµ khung tr­íc h¹ nªn ®­îc cè ®Þnh l¹i trong qu¸ tr×nh l¾p r¸p. Do ®ã ®é dµi cña c¸p n©ng khung nªn ®­îc ®iÒu chØnh ®Ó cho c¸c bé phËn dõng nµy kh«ng tiÕp xóc víi nhau (®é hë Ýt nhÊt lµ 10mm). B»ng c¸ch kÐo khung trøpc h­íng vÒ phÝa cÇn cÈu tíi kho¸, c¸ch tèi ®a cho phÐp. Khi n©ng cÇn cÈu vÒ vÞ trÝ ban ®Çu, nªn chó ý ®Æc biÖt v× thanh kelly thø hai vµ thanh kelly ngoµi cã thÓ r¬i ®ét ngét khi thanh kelly trong ®­îc h¹ xuèng. Do r¬i ®ét ngét mµ mót cuèi trªn cña thanh kelly cã thÓ tiÕp xóc víi phÇn trªn cña cÇn cÈu lµm háng c¸c bé phËn cña cÇn cÈu. Trong tr­êng hîp nµy, viÖc thanh kelly r¬i cã thÓ ®­îc kh¾c phôc b»ng c¸ch n©ng c¸p thanh kelly c©n xøng víi n©ng cÇn cÈu ®Ó lu«n gi÷ cho c¸p c¨ng. V. Lùa chän mÉu m¸y KH125-3. 5.1. C¸c yÕu tè quyÕt ®Þnh ®Õn viÖc lùa chän m¸y khoan cäc nhåi. ViÖc lùa chän ph­¬ng ¸n mãng cäc khoan nhåi lµ dùa trªn c¬ së so s¸nh nhiÒu yÕu tè, dùa trªn ­u khuyÕt ®iÓm cña tõng ph­¬ng ¸n vÒ c¸c mÆt kinh tÕ kü thuËt, dÉn ®Õn viÖc lùa chän m¸y thi c«ng phï hîp víi tõng c«ng tr×nh cô thÓ, bao gåm c¸c yÕu tè chÝnh nh­ sau. + §Æc ®iÓm cña c«ng tr×nh. + §iÒu kiÖn cô thÓ cña ®Êt nÒn. + §é lín cña c¸c lo¹i t¶i träng. + Nh÷ng yªu cÇu vÒ m«i tr­êng nh­ tiÕng ån vµ rung ®éng trong qu¸ tr×nh x©y dùng. + d¶nh h­ëng ®èi víi c¸c c«ng tr×nh x©y dùng l©n cËn vµ c¸c c«ng tr×nh ngÇm. + Kh¶ n¨ng thi c«ng hiÖn cã cña nhµ thÇu. + Kh¶ n¨ng tµi chÝnh cña chñ dù ¸n vµ thêi gian ®­a dù ¸n vµo sö dông. 5.2. Quan ®iÓm chung vÒ viÖc lùa chän m¸y khoan cäc nhåi. C¸c nhµ ®Çu t­ ®· dïng c¸c tæ m¸y khoan cäc nhåi víi h×nh thøc nhËp ®ång bé hoÆc nhËp mét sè bé phËn chÝnh nh­ cÇn mòi khoan, sau ®ã g¸ l¾p trªn m¸y c¬ së cã s½n. Còng cã mét sè ®¬n vÞ c¶i tiÕn c¸c thiÕt bÞ khoan ®Þa chÊt c«ng tr×nh ®Ó thi c«ng cäc khoan nhåi. Gi¸ thµnh thi c«ng cäc khoan nhåi còng gi¶m ®¸ng kÓ, tõ 350 USD/1m dµi cäc, ®Õn nay chØ cßn kho¶ng 200 USD/1m dµi tuú theo ®­êng kÝnh cäc vµ ®iÒu kiÖn thi c«ng thùc tÕ vÒ ®Þa chÊt c«ng tr×nh. TT §­êng kÝnh cäc khoan nhåi §¬n gi¸ thi c«ng 1 mÐt dµi cäc (VN§) 1 §­êng kÝnh f 800mm 3449640 2 §­êng kÝnh f 1000mm 4283273 3 §­êng kÝnh f 1200mm 5192193 4 §­êng kÝnh f 1400mm 6175572 5 §­êng kÝnh f 1500mm 6702532 6 §­êng kÝnh f 2000mm 9830000 7 §­êng kÝnh f 2500mm 14818067 8 §­êng kÝnh f 3000mm 21739807 B¶ng 1.6. gi¸ thi c«ng cho 1 mÐt cäc khoan nhåi. §Ó cã thÓ gi¶i quyÕt ®­îc bµi to¸n nµy,tr­íc hÕt cÇn lùa chän lo¹i h×nh c«ng nghÖ sao cho phï hîp víi ®Þa chÊt c«ng tr×nh sÏ thi c«ng. NÕu ch­a cã ®ñ th«ng tin ph¶i lµm c«ng t¸c dù b¸o khi mµ viÖc ®Çu t­ tæ m¸y khoan cäc nhåi chØ cho mét vµi c«ng tr×nh tr­íc m¾t mµ ph¶i dù tÝnh cho kÕ ho¹ch 5,7 n¨m tiÕp theo. Tõ lo¹i h×nh c«ng nghÖ ta míi chän ®­îc lo¹i m¸y, mµ gi¸ cña tõng chñng lo¹i may th× rÊt kh¸c nhau. Do ®ã cÇn mét sè chØ tiªu ®Ó lµm c¬ së lùa chän ph­¬ng ¸n c«ng nghÖ vµ thiÐt bÞ. ë ®©y, cã thÓ ®­a ra mét sè chØ tiªu sau. 1. ChØ tiªu kinh tÕ kÜ thuËt tæng qu¸t, bao gåm. - ChØ phÝ thùc hiÖn cho mét tÊn t¶i trªn cäc. - Gi¸ thµnh chÕ t¹o mét mÐt dµi cäc. - ChÊt l­îng cäc vµ tiÕn ®é hoµn thµnh c«ng tr×nh. 2. ChØ tiªu kinh tÕ: ®ã chi phÝ ®Çu t­ mua s¾m thiÕt bÞ chÝnh. 3. ChØ tiªu kÜ thuËt: m¸y khoan cäc nhåi ph¶i t¹o ®­îc cäc cã ®­êng kÝnh vµ chiÒu dµi thiÕt kÕ qua c¸c ®Þa tÇng. 4. ChØ tiªu kinh tÕ kÜ thuËt ®Æc thï, bao gåm. - Chi phÝ vËn chuyÓn thiÕt bÞ, thiÕt lËp c«ng tr­êng. - Chi phÝ ®Çu t­ thiÕt bÞ phô trî. - L­îng tiªu hao l­ìi dao c¾t hoÆc dung dÞch bentonit. 5.3. ph­¬ng ph¸p lùa chon m¸y khoan cäc nhåi ë ViÖt Nam. Víi quan ®iÓn kinh tÕ m¸y, quan tam viÖc ®Çu t­ vµ viÖc khia th¸c m¸y sao cho cã lîi nhÊt vµ phï hîp víi c«ng viÖc nhÊt, nªn chóng ta cÇn quan t©m ®Õn chØ tiªu 2 vµ chØ tiªu 3. Do ®ã viÖc chän m¸y ë ViÖt Nam cµn theo quan ®iÓn c¬ b¶n – hîp lý – hiÖu qu¶. - T×m hiÓu kinh nghiÖm ¸p dông c«ng nghÖ cäc khoan nhåi trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam. - X¸c ®Þnh vÒ c¬ b¶n ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt c«ng tr×nh vµ khèi l­îng c«ng viÖc thi c«ng cäc khoan nhåi trong 3 n¨m, 5 n¨m, tèi ®a lµ 7 n¨m (dù kiÕn). - T×m hiÓu vÒ thÞ tr­êng m¸y khoan cäc nhåi vµ thùc tÕ sö dông ë c¸c ®¬n vÞ cã uy tÝn trong ngµnh x©y dùng c¬ b¶n, vÝ dô: Tæng c«ng ty x©y dùng c«ng tr×nh Th¨ng Long, Tæng c«ng ty VINACONEX, c«ng ty LICOGI…Riªng thÞ tr­êng m¸y khoan cäc nhåi rÊt phong phó. N­íc s¶n xuÊt H·ng s¶n xuÊt M¸c m¸y Gi¸ mua VN§ Ghi chó NhËt B¶n Hitachi KH100D 900.000.000 60% KH125-3 1.614.000.000 60% KH180-3 2.250.000.000 60% Nippon Sharyo ED 4000 2.970.000.000 70% ED 5500 2.700.000.000 50% §øc Bauer BR-1500 10.745.000.000 70% Trung Quèc GPS 200 1.793.500.000 70% QJ 250-1 3.290.000.000 70% QJ 250-3 4.144.000.000 80% Italia R 9G 2.600.000.000 90% BV 2000 20.470.000.000 90% B¶ng 1.7. gi¸ mua mét sè lo¹i m¸y khoan cäc nhåi - Nghiªn cøu vÒ cÊu t¹o, tÝnh n¨ng kÜ thuËt cña mét sè lo¹i m¸y khoan cäc nhåi. - Tæng hîp vµ chØ râ c¸c chØ tiªu kinh tÕ – kÜ thuËt cña c¸c c«ng nghÖ thi c«ng cäc khoan nhåi. - X©y dùng mét sè ph­¬ng ¸n ®Çu t­. TT ChØ tiªu kinh tÕ kÜ thuËt C«ng nghÖ thi c«ng cäc khoan nhåi Khoan v¸ch xoay Khoan gÇu xoay Khoan tuÇn hoµn ng­îc Khoan guång xo¾n Khoan ®µo gÇu ngo¹m 1 Chi phÝ ®Çu t­ thiÕt bÞ, c«ng nghÖ RÊt cao Trung b×nh Cao Trung b×nh Cao 2 Chi phÝ vËn chuyÓn m¸y mãc, thiÕt bÞ Cao Cao ThÊp Cao Cao 3 Chi phÝ thiÕt lËp c«ng tr­êng TB*/TC Cao*/DN TB*/TC Cao*/DN TB*/TC Cao*/DN TB*/TC Cao*/DN TB*/TC Cao*/DN 4 Thêi gian thi c«ng Nhanh RÊt nhanh ChËm RÊt nhanh RÊt nhanh 5 §é tin cËy vÒ chÊt l­îng thi c«ng T­¬ng ®èi cao Trung b×nh Trung b×nh Trung b×nh Trung b×nh 6 §é chÝnh x¸c theo ph­¬ng th¼ng ®øng 1/200- 1/500 1/100 1/100 1/100 1/100 7 Gi¸ thµnh/TÊn t¶i RÊt cao ThÊp Cao ThÊp ThÊp 8 Tiªu hao bentonit 0 X X X X 9 Tiªu hao dao c¾t X 10 Hao hôt bªt«ng 10-15% 13-18% 15-20% 13-18% 15-20% B¶ng 1.6. Tæng hîp mét sè chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt c¸c lo¹i h×nh c«ng nghÖ khoan cäc nhåi. + TC: trªn c¹n, DN: d­íi n­íc. Do ®Æc ®iÓm ®Þa lý cña n­íc ta cã nhiªu s«ng lín ®iÓn h×nh lµ hai ®ång b»ng lín ®ång b»ng S«ng Hång, ®ång b»ng S«ng Cöu Long. §­îc hai con s«ng lín lµ S«ng Hång vµ S«ng Mª K«ng båi ®¾p h×nh thµnh lªn ®ia chÊt chñ yÕu lµ ®Êt phï sa vµ ®Êt pha sÐt. KÕt luËn: - Qua ph©n tÝch chØ tiªu kinh tÕ – kÜ thuËt, qua so s¸nh ­u nh­îc ®iÓm, t×nh h×nh thùc tÕ t¹i ViÖt Nam. §Æc biÖt h¬n lµ viÖc mua m¸y cÇn vèn ®Çu t­ lín. H¬n n÷a do trong qu¸ tr×nh thi c«ng khoan cäc nhåi th­êng g©y háng hãc bé c«ng t¸c lµ chñ yÕu nh­ thanh kelly, gÇu khoan, kÕt cÊu thÐp gi¸ khoan, hÖ thèng thuû lùc. ViÖc nhËp c¸c bé c«ng t¸c cña c¸c h·ng m¸y lµ rÊt cao. Do ®ã em xin chän m¸y mÉu KH125-3 lµm ®Ò tµi thiÕt kÕ tèt nghiÖp, ë ®Ò tµi cña em thiÕt kÕ bé c«ng t¸c cña m¸y khoan dÇn dÇn tiÕn ®Õn thiÕt kÕ c¸c bé m¸y chinh cña m¸y khoan cäc nhåi Ch­¬ng ii tÝnh to¸n thiÕt kÕ gÇu ®µo I. TÝnh to¸n thiÕt kÕ gÇu khoan. 1.1. ChÕ ®é lµm viÖc cña gÇu khoan. Khi tiÕn hµnh khoan lç, gÇu khoan lµm viÖc trong m«i tr­êng kh¾c nhiÖt chÞu c¸c lùc c¶n cña tõng tÇng ®Þa chÊt kh¸c nhau qua c¸c ®é s©u kh¸c nhau, trong m«i tr­êng n­íc, dung dÞch Bentonit, lùc Ðp cña xi lanh, träng l­îng cña c¸c thanh kelly, träng l­îng cña ®Êt trong gÇu, lùc ma s¸t t¸c dông lªn thµnh gÇu. Sau ®©y ta xÐt ®Õn sù lµm viÖc phøc t¹p cña gÇu khoan. - øng suÊt nÐn sinh ra trªn gÇu khi mµ träng l­îng cña thanh kelly t¸c dông lªn gÇu ®Ó g©y ¸p lùc lªn ®¸y. ¸p lùc thuû tÝnh cña dung dÞch ë trong lç khoan lµm cho gÇu vµ cÇn chÞu thªm c¸c øng suÊt phô. - øng suÊt xo¾n sinh ra ë cÇn khoan, còng nh­ trªn gÇu khoan v× khi khoan thÞ cÇn khoan lµ bé phËn truyÒn m«men xo¾n tõ ®Çu quay ®Õn l­ìi khoan ë ®¸y lç khoan. Lóc ®ã, mét phÇn lín c«ng suÊt ®· bÞ gi¶m ®i tõ ®Çu quay ®Õn lç hkoan do søc kh¸ng cña cét dung dÞch vµ ma s¸t gi÷a gÇu khoan vµ thµnh lç khoan sù tæn hao c«ng suÊt lín nÕu lç khoan cµng s©u. - C«ng suÊt ®­îc truyÒn ®Õn ®¸y, mét phÇn dïng ®Ó th¾ng ma s¸t cña l­ìi khoan lªn ®Êt ®¸, vµ chØ cßn mét phÇn ®Ó thùc hiÖn c«ng cã Ých lµ ph¸ huû ®Êt ®¸. - øng suÊt uèn phô thuéc vµo ®é uèn cña trôc lç khoan d­íi t¸c dông cña lùc ly t©m, lùc nÐn cña träng l­îng b¶n th©n vµ ¸p lùc lªn ®¸y. GÇu khoan lµm viÖc ë c¸c tÇng ®Þa chÊt kh¸c nhau v× vËy lùc c¶n theo ph­¬ng th¼ng ®øng vµ m«men c¶n t¸c dông lªn gÇu còng kh¸c nhau. Do ®ã trong qu¸ tr×nh tÝnh thiÕt kÕ gÇu xoay cÇn x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i bÊt lîi nhÊt khi gÇu lµm viÖc. - Tr­êng hîp 1: khi c¶ ba thanh kelly trong cïng, vÉn lång vµo nhau. Thanh kelly ngoµi cïng ®­îc h¹ hÕt chiÒu dµi ®Ó thùc hiÖn khoan, khi ®ã m¸y khoan ®é s©u kho¶ng 1624m. §Þa chÊt ë ®é s©u trªn th­êng lµ sÐt x¸m dÎo mÒn qua tham kh¶o mÆt c¾t ®Þa chÊt vïng Hµ Néi (tµi liÖu [2]). - Tr­êng hîp 2: khi c¶ bèn thanh kelly ®Òu duçi hÕt chiÒu dµi lµm viÖc, ®©y lµ tr­êng hîp mµ ®é s©u khoan trong kho¶ng 5055m. TÇng ®Þa chÊt xuyªn tiªu chuÈn, khi ®ã lùc c¶n cña nÒn lµ lín nhÊt. §é s©u (m) 03,3 20 23,5 29 32 33 40 43 53,2 Lo¹i®Êt SÐt dÎo mÒn C¸t mÞn C¸ttrung S¹n Sái b·o hoµ ¸ c¸t ¸ sÐt dÎo ch¶y C¸t pha sÐt ch¶y C¸t pha C¸t ch¶y C¸t pha sÐt ch¶y C¸t mÞn b·o hßa SÐt dÎo Cuéi Sái C¸t th« b·o hßa B¼ng 2.1. MÆt c¾t ®Þa chÊt vïng Hµ Néi 1.2. C¸c lùc t¸c dông lªn gÇu khoan. Trong qu¸ tr×nh tÝnh lùc t¸c dông lªn gÇu, ë ®©y bá qua lùc c¶n c¾t ®Êt cña l­ìi c¾t bªn bëi v× khi gÇu xoay th× l­ìi c¾t ë ®¸y gÇu ph¸ ®Êt lµ chÝnh cho nªn lùc c¶n t¸c dông lªn l­ìi c¾t ë ®Êy gÇu lµ lín nhÊt. Khi ®ã th× l­ìi c¾t bªn c¾t nh÷ng phoi ®Êt khi ®· bÞ ph¸. H×nh 2.2. C¸c lùc t¸c dông lªn gÇu khoan trong qu¸ tr×nh lµm viÖc Mx M«men c¶n cña ®Êt (Nm) Pxl Lùc Ên xi lanh (N) Gkl Träng l­îng thanh kelly t¸c dông lªn gÇu (N) Ggx Träng l­îng gÇu xoay (N) Gd Träng l­îng ®Êt trong gÇu (N) Gãc t¹o bëi trôc gÇu khoan vµ ®¸y gÇu P0 Lùc c¶n theo ph­¬ng th¼ng ®øng (N) Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc tuú theo yªu cÇu cña c«ng tr×nh mµ cÇn ®­êng kÝnh lç khoan kh¸c nhau cho nªn cã c¸c lo¹i gÇu khoan kh¸c nhau. H¬n thÕ th«ng sè cña gÇu khoan lµ theo tiªu chuÈn. Theo ®Æc ®iÓm cña m¸y KH125-3 th× khi khoan ®Êt chung cã ®­êng kÝnh lín nhÊt lµ=1500 (mm). V× vËy tÝnh tr­êng hîp gÇu cã ®­êng kÝnh =1500 (mm). Cßn gÇu kh¸c còng tÝnh t­¬ng tù, chØ viÖc thay th«ng sè. §­êng kÝnh thµnh gÇu D1 (mm) §­êng kÝnh lç khoan D2 (mm) §­êng kÝnh Më réng lç khoan D3 (mm) Dung tÝch gÇu khoan (m3) Träng l­îng gÇu (kg) ChiÒu cao H (mm) 1580 1700 2000 0,86 1100 450 1380 1500 1800 0,94 900 650 1280 1400 1700 0,87 830 700 1180 1300 1600 0,8 770 750 1080 1200 1500 0,8 730 900 980 1100 1400 0,57 655 900 880 1000 1300 0,54 490 900 B¶ng 2.3. Quy c¸ch kü thuËt cña gÇu khoan 1.2.1. Tr­êng hîp 1. a. TÝnh lùc Ên thanh kelly t¸c dông lªn gÇu. Pxl1 = Pxl.f [N] Trong ®ã: Pxl = 300 [kN]: lùc Ên xi lanh. f = 0,15: lµ hÖ sè ma s¸t gi÷a thÐp-thÐp. Pxl1 = 300.1000.0,15 = 45000 [N] b.TÝnh träng l­îng thanh kelly t¸c dông lªn gÇu khoan. Gkl = Gkl2+Gkl3+Gkl4 [N] (*) Trong ®ã: Gkl2: lµ träng l­îng thanh kelly thø hai. Gkl2 = [N] Trong ®ã: D21 = 240mm = 0,24 m: lµ ®­êng kÝnh ngoµi thanh kelly thø hai. D22 = 224mm = 0,224 m: lµ ®­êng kÝnh trong thanh kelly thø hai. l2 = 16300mm = 16,3 m: lµ chiÒu dµi thanh kelly thø hai. = 78500 [N/m3]: träng l­îng riªng cña thÐp. Gkl2 = [N] Gkl3: lµ träng l­îng thanh kelly thø ba. Gkl3 = [N] Trong ®ã: D31 = 200mm = 0,2 m: lµ ®­êng kÝnh ngoµi thanh kelly thø ba. D32 = 184mm = 0,184 m: lµ ®­êng kÝnh trong thanh kelly thø ba. L3 = 16300mm = 16,3 m: lµ chiÒu dµi thanh kelly thø hai. Gkl3 = [N] Gkl4: lµ träng l­îng thanh kelly thø t­. Gkl4 = a2.l4. [N] Trong ®ã: a2 = 100mm = 0,10 m: lµ bÒ réng thanh kelly thø t­. L3 = 16600mm = 16,6 m: lµ chiÒu dµi thanh kelly thø t­. Gkl4 = 0,102.16,6.78500 = 13031 [N] Thay vµo (*) ta cã Gkl = 7457+6171+13031 = 26659 [N] c. Träng l­îng gÇu =1500mm. Ggx = 900.10 = 9000 [N] d.Träng l­îng ®Êt chøa trong gÇu. Gd = V. [N] Trong ®ã: V = 0,94 m3: thÓ tÝch ®Êt chøa trong gÇu. = 1,52,0 (T/m3): träng l­îng riªng cña ®Êt. Chän = 1,8 (T/m3) = 18000 (N/m3) Gd = 0,94.18000 = 16920 [N] 1.2.1.1. TÝnh lùc c¶n cña nÒn t¸c dông lªn gÇu xoay. Lý thuyÕt vÒ m¸y khoan ®· ®­îc nhiÒu ng­êi nghiªn cøu, ë Liªn X« ®· nghiªn cøu tõ n¨m 1936. Mét trong nh÷ng nghiªn cøu ®Çu tiªn vÒ khoan xoay lµ Epistayna. Ng­êi nghiªn cøu nhiÒu nhÊt lµ gi¸o s­ Mikhailèp, hiÖn nay lý thuyÕt Mikhail«p vÉn cßn ®­îc ¸p dông. Trong phÇn lý thuyÕt chung vÒ khoan xoay lµ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ngo¹i lùc t¸c dông lªn l­ìi c¾t khi khoan vµo ®Êt ®¸. Tõ ®©y sÏ tÝnh ®­îc c¸c chi tiÕt m¸y nh­ gÇu khoan, thanh kelly, bé phËn truyÒn ®éng m©m xoay. Theo nguyªn lý vÒ m¸y khoan th× mòi khoan lu©n tiÕp xóc víi ®Êt ®¸ vµ c¸t, víi chiÒu dÇy lµ “h”. Khi dïng gÇu khoan cã nhiÒu l­ìi c¾t, mÆt kh¸c gÇu khoan khi lµm viÖc lu©n xoay trßn th× ®Êt sÏ ®­îc cuÊn vµo trong thïng. Mçi l­ìi c¾t lµ mét ng¹nh khoan. Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ta chØ x¸c ®Þnh c¸c lùc t¸c dông trªn mét ng¹nh khoan, cßn c¸c ng¹nh khoan cßn l¹i t­¬ng tù. Khi khoan xoay, dông cô khoan xoay xung quanh trôc trïng víi trôc cña lç khoan d­íi mét ¸p lùc däc trôc t¸c dông lªn lç khoan. Gi¸ trÞ cña lùc däc trôc ph¶i lín h¬n giíi h¹n bÒn nÐn cña ®Êt ®¸ trªn mÆt tiÕp xóc gi÷a dông cô khoan víi ®Êt ®¸. §Êt ®¸ bÞ c¾t theo tõng líp xo¾n vÝt do t¸c dông cña lùc däc trôc vµ m« men xoay. S¶n phÈm ph¸ vì ®­îc ®­a vµo trong gÇu sau ®ã ®­îc ®­a ra ngoµi b»ng c¸ch më gÇu, khi ®ã ®Êt sÏ ®­îc x¶ ra ngoµi. H×nh 2.4. S¬ ®å m¸y ®ang tiÕn hµnh khoan trong ®Êt. 1.C¸p treo thanh kely. 2. Thanh kely. 3. M©m xoay thanh kely. 4. èng v¸ch t¹m. 5. GÇu xoay ®µo. a. X¸c ®Þnh chiÒu dµi phoi c¾t “h” x¸c ®Þnh theo c«ng thøc. h = [mm] (1-1). Trong ®ã: Vt: Lµ tèc ®é tiÕn cña gÇu khoan [mm/ph]. C¨n cø vµo (tµi liÖu [3]) vµ thùc tÕ chän Vt = 100200 [mm/ph], chän Vt = 180 [mm/ph]. n =1530 [v/ph]: Tèc ®é quay cña gÇu khoan. Chän n = 20 [v/ph]. z: Sè l­ìi c¾t cña gÇu khoan. C¨n cø thùc tÕ chän z = 8 h = = 1,13 [mm] H×nh 2.5. S¬ ®å bè trÝ r¨ng gÇu. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc l­ìi c¾t sÏ tiÕp xóc víi ®Êt. Gäi S1 lµ diÖn cña l­ìi c¾t tiÕp xóc víi ®Êt ®¸ cña mét l­ìi c¾t. S1 = [mm2] (1-2). Trong ®ã. D1 = 1380 [mm]: lµ ®­êng kÝnh gÇu khoan. l = l1+l2+…+l10 = 720 [mm] : l1: lµ tæng kho¶ng c¸ch gi÷a hai l­ìi c¾t. m = 140 [mm]: lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai khoang hµn dao. S1 = .1,13 = 74 [mm2] Sau mét thêi gian lµm viÖc, l­ìi c¾t bÞ mßn ®i vµ t¹o lªn diÖn tÝch tiÕp xóc cña l­ìi khoan víi ®Êt. Khi ®ã ta gäi diÖn tÝch tiÕp xóc øng víi l­ìi c¾t lµ S2. S2 = (b - C1).h [mm2] (1-3). Trong ®ã. b: Lµ bÒ réng mét l­ìi c¾t [mm]. C1: Lµ ®o¹n dao trong chÕ ®é mµi mßn cña l­ìi c¾t. - C1 cµng lín th× l­ìi dao cµng bÞ mµi mßn. Lµm cho l­ìi c¾t cµng nhanh mßn. Theo b¶ng (4.1.9b,[4]). ChiÒu réng bÞ mßn (mm) Nhãm ®Êt I II III 5 10 15 60-120 25-400 450-700 150-200 500-700 600-1000 400-500 800-1000 1100-1300 B¼ng 2.6. Mèi quan hÖ gi÷a hÖ sè cïn víi bÒ réng bÞ mßn víi nhãm ®Êt + V× trong qu¸ tr×nh khi khoan kh«ng ®Ó dao qu¸ cïn, nÕu dao cïn qu¸ sÏ lµm t¨ng lùc c¶n do ®ã chän C1 = 10 [mm]. b = [mm] (1-4) b = = 65 [mm] Ta thay (1-4) vµo (1-3) ta cã. S2 = (65 – 10).1,13 = 62,2 [mm2]. b. Lùc c¶n khi c¾t ®Êt. P1 = k.S1.s [N]. (1-5) V× l­ìi c¾t lu«n tiÕp xóc víi ®Êt ®¸ gÇu khoan xoay trßn lªn gÇu sÏ tiÕn s©u vµo trong ®Êt, khi ®ã t¹o lªn lùc ma s¸t khi tiÕn xuèng. F1 = P1. = k.S1.s [N] (1-6) Trong ®ã. k: HÖ sè tÝnh ®ªn ®é ron cña ®Êt ®¸, ®é t¬i cña ®Êt ®¸ th­êng lÊy k = 0,5-0,7. Chän k = 0,7 : HÖ sè ma s¸t gi÷a mòi khoan víi ®Êt ®¸. Víi mòi khoan hîp kim = 0,5-0,7. Chän = 0,6 s: Lµ øng suÊt ph¸ huû ®Êt khi khoan qua tõng ®Þa chÊt [kG/m2]. Theo b¶ng (2.2,[5]). Tªn lo¹i ®Êt HÖ sè lç hæng (e) HÖ sè ®é sÖt 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ≥ 0,6 C¸t pha sÐt (khi Wn<5) 0,5 0,7 3,5 3,0 3,0 2,5 2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 - - - SÐt pha c¸t (khi 10 ≤ Wn ≤ 15) 0,5 0,7 0,1 4,0 3,5 3,0 3,5 3,0 2,5 3,0 2,5 2,0 2,5 2,0 1,5 2,0 1,5 1,0 1,5 1,0 - 1,0 - - SÐt (khi Wn ≥ 20) 0,5 0,6 0,8 1,1 6,0 5,0 4,0 3,0 4,5 3,5 3,0 2,5 3,5 3,0 2,5 2,0 3,0 2,5 2,0 1,5 2,5 2,0 1,5 1,0 2,0 1,5 1,0 - 1,5 1,0 - - B¼ng 2.7. øng suÊt ph¸ vì ®Êt khi khoan (kh«ng lón sôt) ë nÒn (kG/cm2) C¸c diÖn tÝch tiÕp xóc mÆt ®Çu còng xuÊt hiÖn c¸c lùc c¶n c¾t khi tiÕn. P2 = S2.s [N]. (1-7) c. Lùc c¶n ma s¸t khi xoay gÇu ë mÆt ®Çu tiÕp xóc. F2 = P2. = S2.s. [N] (1-8) Theo b¼ng 1.7 chän s cho tr­êng hîp 1 lµ. s = 4 [kG/cm2] = 4.105 [N/m2] H×nh 2.8. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn l­ìi c¾t Lùc c¶n c¾t P1 ®­îc ph©n thµnh hai thµnh phÇn lµ P01 vµ P02. P01 = P1.cos [N] (1-9) P02 = P1.sin [N] (1-10) Trong ®ã: : Lµ gãc c¾t, theo IU.A Vetrov gãc c¾t hîp lý =300-370 kÕt hîp thùc tÕ chän =300. d. Lùc c¶n xuyªn s©u nhËn ®­îc b»ng tæng h×nh chiÕu cña tÊt c¶ c¸c lùc lªn trôc cña gÇu khoan. H×nh 2.9. S¬ ®å lùc c¶n nÒn t¸c dông nªn gÇu khoan (P0) P0 = (F1+P2.sin+P02.sin).z [N] (1-11) Thay (1-5), (1-6), (1-10) vµo (1-11) ta cã P0 = (k.S1.s+ S2.s.sin+k.S1.s.sin.sin).z [N] (1-12) Trong ®ã: : Lµ gãc t¹o bëi trôc gÇu khoan víi ®¸y gÇu, thùc tÕ chän =120 Thay c¸c th«ng sè vµo (1-13). P0 = (0,7.74.4.105.0,6+62,2.4.105.sin120+0,7.74.4.105.sin300.sin120). = 336 [N] e. Lùc c¶n xoay trªn mét ng¹nh khoan x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau. R = P01+F2 [N] (1-13) R = P1.sin+ S2.s. [N] (1-14) Thay (1-3), (1-6) vµo (1-15) ta cã. R = k.S1.s. sin+(b-C1).h.s. [N] (1-15) Lùc c¶n xoay ph©n bè ®Òu trªn bÒ mÆt l­ìi c¾t theo mét ®­êng th¼ng. ë t©m mòi khoan cã lùc c©n b»ng kh«ng, ë mÐp ngoµi cã lùc c¶n lín nhÊt, nªn hîp lùc sÏ ®Æt t¹i träng t©m ®å thÞ lùc ph©n bè. H×nh 2.10. S¬ ®å m« mem xoay do c¶n R g©y lªn Mx = [Nm] (1-16) Thay (1-15) vµo (1-16) ta cã. Mx = [k.S1.s. sin+(b-C1).h.s.].z [Nm] (1-17) Thay c¸c gi¸ trÞ vµo c«ng thøc (1-17) ta cã. Mx = .[0,7.74.4.105.sin300+(65-10).1,13.4.105.0,6].8 = 9306 [Nm] f. TÝnh lùc c¶n dao c¾t biªn. H×nh 2.11. S¬ ®å lùc c¶n l­ìi c¾t biªn (Pc) DiÖn tÝch tiÕp xóc khi tiÕn hµnh c¾t ®Êt. S3 = c.h1 [mm2] (1-18) Trong ®ã: c: lµ bÒ dµy l­ìi c¾t biªn, theo thùc tÕ chän c = 20 [mm]. h1: lµ chiÒu cao c¾t ®Êt, theo thùc tÕ chän h1 = 130 [mm]. S3 = 20.130 = 2600 [mm2] Pc = k.s.S3 [N] (1-19) Thay gi¸ trÞ vµo (1-19) ta cã. Pc = 0,7.4.105.2600.10-6 = 728 [N] Khi gÇu quay th× lùc c¶n Pc sinh ra mét m«men c¶n t¸c dông lªn thµnh gÇu, vËy m«men c¶n c¹nh lµ Mc. Mc = 2..Pc [Nm] (1-20) Trong ®ã: D2 = 1500 [mm]: lµ ®­êng lç khoan tra b¼ng 2.2 Mc = 2..728 = 1092 [Nm]. h. Lùc ma s¸t. Lùc ma s¸t khi khoan do t¸c dông cña dßng n­íc “bentonit’’ ch¶y trong kho¶ng kh«ng gi÷a bé dông cô vµ thµnh lç khoan g©y nªn. Lùc ®ã ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tæn thÊt ¸p lùc cña dßng dung dÞch. C¸c tÝnh to¸n thùc nghiÖm cho biÕt r»ng lùc ®ã gi¶m ®i rÊt nhiÒu khi tû sè t¨ng lªn (ë ®©y D lµ ®­êng kÝnh cña lç khoan, d ®­êng kÝnh gÇu khoan). Thùc tÕ lùc nµy kh«ng ®¸ng kÓ nªn khi khoan t¸c dông cña lùc ma s¸t cã thÓ bá qua. Lùc ma s¸t ®¸ng kÓ h¬n c¶ lµ khi kÐo gÇu. Lóc ®ã, gÇu sÏ chÞu søc c¶n cña thµnh vµ mïn khoan. Trong ®iÒu kiÖn b×nh th­êng lùc ma s¸t ®­îc tÝnh b»ng c«ng thøc. Qms = kms.Q [N] (5.1,[7]) Trong ®ã: kms: hÖ sè ma s¸t. Trong thùc tÕ th­êng th­êng lÊy km = 0,3 Q = 126,3 [kN]: lùc kÐo gÇu, tµi liÖu [1] Qms = 0,3.126,3 = 37,9 [kN] + Lùc ma s¸t nµy g©y ra m«men ma s¸t t¸c dông lªn thanh gÇu khoan. M«men ma s¸t. Mms = Qms.R = 37,9.0,69 = 26,15 [kNm] = 26150 [Nm] Tæng m«men c¶n t¸c dông lªn gÇu khoan. M = Mx+Mc+Mms = 9306+1092+26150 = 36548 [Nm] 1.2.2. Tr­êng hîp 2. TÝnh lùc Ên thanh kelly t¸c dông lªn gÇu. Pxl1 = Pxl.f [N] Trong ®ã: Pxl = 300 [kN]: lùc Ên xi lanh. f = 0,15: lµ hÖ sè ma s¸t gi÷a thÐp-thÐp. Pxl1 = 300.1000.0,153 = 1012,5 [N] TÝnh träng l­îng thanh kelly t¸c dông lªn gÇu khoan. Gkl = Gkl4 [N] Gkl4: lµ träng l­îng thanh kelly thø t­. Gkl4 = a2.l4. [N] Trong ®ã: a2 = 100mm = 0,10 m: lµ bÒ réng thanh kelly thø t­. L3 = 16600mm = 16,6 m: lµ chiÒu dµi thanh kelly thø t­. Gkl4 = 0,102.16,6.78500 = 13031 [N] 1.2.2.1. TÝnh lùc c¶n cña nÒn t¸c dông lªn gÇu xoay. Qu¸ tr×nh tÝnh lùc c¶n cña nÒn vµ m«men c¶n gièng nh­ tr­êng hîp 1. ChØ viÖc thay gi¸ trÞ øng suÊt ph¸ ®Êt cña nÒn. + Qua b¼ng 1.7 tra øng suÊt ph¸ huû ®Êt khi khoan lµ. s = 6 [kg/cm2] = 6 [N/m2] TÝnh lùc c¶n Po. P0 = (k.S1.s+ S2.s.sin+k.S1.s.sin.sin).z [N] Po = (0,7.74.6.105.0,6+62,2.6.105.sin12o+0,7.74.sin300.sin120). = 448,2 [N] TÝnh m«men c¶n. Mx = [k.S1.s. sin+(b-C1).h.s.].z [Nm] Mx = .[0,7.74.6.105.sin300+62,2.6.105.0,6].8 = 13960 [Nm] TÝnh lùc c¶n c¹nh theo c«ng thøc (1-19). Pc = k.s.S3 [N] Thay gi¸ trÞ vµo ta cã. Pc = 0,7.6.105.2600.10-6 = 1092 [N] Khi gÇu quay th× lùc c¶n Pc sinh ra mét m«men c¶n t¸c dông lªn thµnh gÇu, vËy m«men c¶n c¹nh lµ Mc. Mc = 2..Pc [Nm] Trong ®ã: D2 = 1500 [mm]: lµ ®­êng lç khoan tra b¼ng 1.2 Mc = 2..1092 = 1638 [Nm]. Gi¸ trÞ m«men ma s¸t nh­ tr­êng hîp mét. Mms = 26150 [Nm] Tæng m«men c¶n t¸c dông lªn gÇu khoan. M = Mx+Mc+Mms = 13960+1638+26150 = 41748 [Nm] Vëy gi¸ trÞ m«men tÝnh ®­îc gÇn b»ng víi m«men nghÞch cña m¸y lªn trong qu¸ tr×nh tÝnh kiÓm tra ta lÊy gi¸ trÞ m«men nghÞch cña m¸y ®· cho lµ M = 49,1 [kNm] ®Ó kiÓm ta c¸c chi tiªt m¸y. 1.2.3. KiÓm tra bÒn cña thµnh gÇu. 1.2.3.1. Kh¸i niªm lý thuyÕt vá. Vá lµ lo¹i vËt thÓ cã mét kÝch th­íc nhá h¬n nhiÒu so víi kÝch th­íc cßn l¹i. MÆt c¸ch ®Òu hai mÆt bªn cña vá gäi lµ mÆt trung gian. Kho¶ng c¸ch gi÷a hai mÆt bªn ®o theo ph­¬ng vu«ng gãc víi mÆt trung gian lµ chiÒu dµy vá. Trong tÝnh to¸n vá máng ng­êi ta th­êng sö dông hai lý thuyÕt kh¸c nhau ®ã lµ lý thuyÕt m«men vµ lý thuyÕt kh«ng m« men. Lý thuyÕt kh«ng m« men lµ lý thuyÕt vá dùa trªn gi¶ thiÕt bá qua ¶nh h­ëng cña m« men uèn, còng cã nghÜa lµ coi øng suÊt ph¸p ph©n bè ®Òu trªn bÒ dµy vá. Lý thuyÕt m«men lµ lý thuyÕt vá cã kÓ ®Õn t¸c dông cña m« men uèn. NÕu bÒ dµy vá lµ kh¸ nhá so víi b¸n kÝnh chÝnh khóc, nÕu ®é cong cña kinh tuyÕn kh«ng cã sù thay ®æi ®ét ngét vµ nÕu vá kh«ng chÞu t¸c dông cña c¸c lùc tËp trung trªn mÆt ph¼ng kinh tuyÕn th× øng suÊt ph¸p do uèn g©y ra lµ kh«ng ®¸ng kÓ khi ®ã ta ¸p dông lý thuyÕt kh«ng m« men. 1.2.3.2. Chän vËt liÖu lµm thµnh gÇu vµ tÝnh bÒn. a. chän vËt liÖu. §Æc ®iÓm cña thµnh gÇu lµ tÝch ®Êt ®¸, lµm viÖc trong m«i tr­êng n­íc vµ dung dÞch Bentonit. C¨n cø vµo thùc tÕ chän vËt liÖu chÕ t¹o lµ thÐp CT3. b. KiÓm tra theo ®iÒu kiÖn bÒn MÆt c¾t ngang cña gÇu khoan theo hai ph­¬ng cã d¹ng nh­ sau: H×nh 2.13: MÆt c¾t theo ph­¬ng ngang gÇu khoan Theo tÝnh to¸n ë trªn th× t¶i träng cña ®Êt trong gÇu Gd = 16920 [N]. §èi víi vá máng ta ®i tÝnh øng suÊt theo ph­¬ng kinh tuyÕn skvµ ph­¬ng vÜ tuyÕn sv . Ta cã ph­¬ng tr×nh Laplace. ( 22.1,[6] ) Víi kÕt cÊu cña gÇu cã d¹ng nh­ trªn th× kinh tuyÕn cña gÇu cã d¹ng ®­êng th¼ng nªn rk = ¥. Tõ ph­¬ng tr×nh trªn cho ta cã. sv = ( 22.2,[6] ) Trong ®ã : p: ¸p lùc trung b×nh lªn bÒ mÆt gÇu. ¸p lùc trung b×nh lªn mÆt bªn gÇu cã gi¸ trÞ lµ. p = = = = 0,01 [N/mm2] R: kho¶ng c¸ch tõ mÆt trung gian tíi mÆt bªn ®èi víi thïng cã kÕt cÊu nh­ trªn, th× kho¶ng c¸ch nµy cã gi¸ trÞ lµ. R = = = 690 [mm] t: bÒ dµy cña gÇu. Chän theo quan s¸t ngoµi thùc tÕ: t = 15[mm] øng suÊt theo ph­¬ng vÜ tuyÕn lµ. sv = = = 0,46 [N/mm2] sv = 0,46 < [s] = 160 [N/mm2] §Ó tÝnh øng suÊt theo ph­¬ng kinh tuyÕn sk ta c¾t h×nh trô trßn b»ng mét mÆt c¾t vu«ng gãc víi trôc cña gÇu, vµ xÐt sù c©n b»ng cña phÇn gÇu theo ph­¬ng trôc cña gÇu. Ta cã : sk.2..R.t – p..R2 = 0 Þ sk = = = 0,22 [N/mm2] sk = 0,22 < [s] Nh­ vËy bÒ dµy cña gÇu ®¶m b¶o ®iÒu kiªn ®é bÒn. c. KiÓm tra theo xo¾n vµ nÐn. H×nh 2.14. BiÓu ®å m«men vµ néi lùc Gäi qd, qgx lµ träng l­îng ph©n bè ®Òu lÇn l­ît cña ®Êt, gÇu xoay. qd = = = 26,03 [N/mm] qgx = = = 13,85 [N/mm] øng suÊt tiÕp do m«men xo¾n g©y nªn ë thµnh gÇu. τ = (10,25.[6]) Trong ®ã: Mz = 49,1 [kNm]: lµ m«men xo¾n quay gÇu. Wo 0,2..(1-) [mm3]: lµ m«men chèng xo¾n. = = = 0.98 = = 1,2 [N/mm2] Tõ biÓu ®å néi lùc ta x¸c ®Þnh néi lùc. N1 = Pxl1+Gkl = 45000+26659 = 71659 [N] N2 = Pxl1+Gkl-Po+Q Q = (qd+qgx).H = (26,03+13,85).650 = 25922 [N] N2 = 45000+26659-298,8+25922 = 97282,5 [N] øng suÊt nÐn. sN = = = = 0,2 [N/mm2] KÕt luËn, vËy gÇu lµm b»ng thÐp CT3 ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn xo¾n vµ nÐn. 1.3. ThiÕt kÕ mèt sè côm chi tiÕt cña gÇu xoay. 1.3.1. TÝnh côm kho¸ ®¸y gÇu. a. Chän s¬ ®å tÝnh to¸n cum kho¸ gÇu. T¶i träng t¸c dông lªn kho¸ gÇu lµ do träng l­îng cña ®Êt, khi ®Êt ®¸ ë ®Çy trong gÇu do ®ã kho¸ gÇu chÞu kÐo. §Ó ®¬n gian trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n chän s¬ ®å H×nh 2.15. S¬ ®å tÝnh vµ biÓu ®å néi lùc. b. TÝnh t¶i träng tac dông lªn gÇu khoan. T = = = 8460 [N] c. Chän mÆt c¾t kho¸ gÇu. Theo kÕt cÊu ngoµi thùc tÕ ta chän H×nh 2.16. MÆt c¾t kho¸ ®¸y gÇu. d. KiÓm tra theo øng suÊt kÐo, øng suÊt c¾t. - øng suÊt kÐo. sk = [s]k (2,7.[6]) Trong ®ã: N: lµ néi lùc däc trôc. F: lµ diÖn tÝch mÆt c¾t. F = b.-.D2 = 168.16 = 2688 [mm2] [s]k = 400 [N/mm2]: øng suÊt kÐo cho phÐp. sk = = 3,15 [N/mm2] - øng suÊt tiÕp cña ®­êng hµn. = []’ (3.17.[8]) Trong ®ã: k: lµ bÒ réng ®­êng hµn, chän k = 30 [mm]. l: chiÒu dµi ®­êng hµn, l = 180 [mm]. []’ = 0,6[s]k = 0,6.400 = 240 [N/mm2]. = = 2.24 [N/mm2] 1.3.2. TÝnh côm b¶n lÒ ®¸y gÇu. B¶n côm b¶n lÒ ®¸y gÇu gåm cã: (¸o b¶n lÒ, ¸o chÆn b¶n lÒ vµ chèt b¶n lÒ). Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc côm b¶n lÒ ®¸y gÇu chñ yÕu chÞu øng suÊt dËp, øng suÊt c¾t do träng l­îng ®Êt t¸c dông lªn khi côm ®¸y gÇu më ®Ó x¶ ®Êt th× côm ®¸y gÇu sÏ quay quanh chèt b¶n lÒ. Ngoµi ra chèt ®¸y gÇu cßn chÞu t¸c dông tæng cña lùc ®ãng gÇu vµo kho¸ gÇu, khi ®ã lùc g©y lªn chñ yÕu lµ träng l­îng c¸c thanh kelly. §Ó x¸c ®Þnh ®­îc øng suÊt ta sÏ tÝnh lùc cho hai tr­¬ng hîp trªn vµ l¸y gi¸ trÞ lín h¬n ®Ó kiÓm tra. Theo kÕt cÊu ngoµi thùc tÕ chän vËt liÖu lµm côm b¶n lÒ lµ thÐp 45 vµ chèt b¶n lÒ lµ thÐp CT3. H×nh 2.17. S¬ ®å chèt kho¸ gÇu. Tõ kÕt qu¶ tÝnh ë trªn ta thÊy Gd < Gkl. d = []d (3.1,[8]) Trong ®ã: d = 20 [mm]: lµ ®­êng kÝnh chèt. []d = 0,6. sb = 0,6.4000 = 2400 [daN/cm2] []d = 240 [N/mm2] d = = 84,9 < []d [N/mm2] sd = [s]d Trong ®ã: S = 105 [mm]: lµ chiÒu dµi chèt lµm viÖc. [s]d = 0,35. sb = 0,35.4000 = 1400 [daN/mm2] [s]d = 140 [N/mm2] sd = = 12,69 < [s]d [N/mm2] 1.3.3. Chän r¨ng c¾t, r¨ng c¾t biªn. R¨ng c¾t, r¨ng c¾t biªn c¹nh chÞu lùc c¶n c¾t ®Êt, lùc ma s¸t gi÷a thÐp vµ ®Êt. Lµm trong m«i tr­¬ng n­íc vµ dung dÞch Bentonit. ChÝnh v× vËy ®ßi hái vËt liÖu chÕ t¹o dao ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn bÒn, ¨n mßn, chÞu lùc ®éng. Tham kh¶o ngoµi thùc tÕ lµm viÖc vµ mét sè c«ng ty s¶n xuÊt gÇu khoan th× hiÖn t¹i th× ViÖt Nam ch­a s¶n xuÊt ®­îc, do ®ã trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®· dïng ph«i thÐp nhÝp trong «t« ®Ó chÕ t¹o r¨ng c¾t vµ r¨ng c¾t biªn.