Đồ Án Thi Công Cầu BTCT

THI ẾT ẾT Tính toán thiết kế thi công một trụ cầu dưới sông Nội dung thiết kế: 1- Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn nước: + Chọn loại cọc ván, kích thước vòng vây + Tính chiều sâ

Trang 1

THI ẾT ẾT

Tính toán thiết kế thi công một trụ cầu dưới sông

Nội dung thiết kế:

1- Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn nước:

+ Chọn loại cọc ván, kích thước vòng vây

+ Tính chiều sâu đóng cọc ván, cân nhắc có dùng khung chống, bê tông bịt đáy hay không? Nếu có thiết kế kèm với cọc ván

+ Tính và chọn búa đóng cọc ván

2- Trình bày biện pháp thi công hệ móng cọc đóng

+ Tính toán phân đoạn cọc

+ Tính và chọn búa đóng cọc

+ Mô tả biện pháp đóng cọc

3- Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc

+ Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống hoặc hệ đỡ ván khuôn

+ Kiểm tra bài toán ván khuôn đáy theo cường độ và biến dạng

4- Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ

+ Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống, khung giằng

+ Kiểm tra bài toán ván khuôn thành đứng theo cường độ và biến dạng

Yêu cầu:

- Trình bày thuyết minh trên giấy A4, bản vẽ trên giấy A1 Trên bản vẽ thể hiện:

+ Mặt bằng, mặt đứng vòng vây cọc ván, các chi tiết của vòng vây cọc ván

+ Sơ đồ biện pháp thi công đóng cọc

Trang 2

Loại địa chất: DC1

Lớp 1: Đất sét mềm dày 2m, γ = 1,61T/m3, φ = 7o

Lớp 2: Đất cát pha sét dày 6m, γ = 1,68T/mT/m3, φ = 26o

Lớp 3: Đất sét pha ít cát chặt vừa, γ = 1,74T/m3, φ = 9o

Chiều cao thân trụ tính từ đỉnh bệ cọc: H2 = 12m

Chiều sâu mực nước thi công, chọn Hn = 4m

Phần I:Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn nước

Căn cứ vào điều kiện địa chất, căn cứ vào điều kiện mực nước thi công, quy mô của khối móng cần thiết kế, ta kiến nghị dùng vòng vây cọc ván thép có khung chống, có lớp bê tông bịt đáy để ngăn nước vào hố móng trong quá trình thi công hút nước trong hố móng ra

1.Tính chiều dày lớp bê tông bịt đáy:

Trước hết cần xác định phạm vi hay diện rộng của lớp bê tông bịt đáy, ở đây, lớp bê tông bịt đáy phủ kín đáy của hố móng Kích thước đáy hố móng được xác định sao cho có thể thi công thuận tiện một cái bệ có thể chứa được số lượng cọc theo như đề ra ( 40 cọc ) Khoảng cách giữa các cọc bằng 3 đến 5 lần đường kính cọc, ta chọn khoảng cách giữa các cọc là 1,6m.Mép cọc ngoài cùng cách mép bệ ít nhất là 50cm Với các thông số như ở trên, ta chọn được kích thước sơ bộ của bệ cọc để đảm bảo bố trí đủ số lượng cọc

Trang 3

Kích thước của bệ cọc được chọn như sau:

BT.h.Fn.U..hn.hh1.F

Trong đó:

γBT = 2,5.103 kg/m3 là khối lượng riêng của bê tông

γn = 103 kg/m3 là khối lượng riêng của nước

h1 = Hn = 4m là chiều sâu mực nước thi công

Trang 4

h là chiều dày lớp bê tông bịt đáy.

Từ công thức trên, ta tính được chiều dày lớp bê tông bịt đáy tối thiểu là:

0 , 8T/m77

F U n F

F h h

n BT

1 n

Ta chọn chiều dày lớp bê tông bịt đáy là 1m

Từ đó ta tiến hành đổ bê tông bịt đáy bằng phương pháp vữa dâng

Bán kính hoạt động của mỗi ống là 1m

Diện tích hoạt động của mỗi ống là π.r2 = 3,14.12 = 3,14 m2

Số ống cần thiết là:

36 , 78T/m

14 , 3

5 , 115 r

Chiều sâu đóng của cọc ván là chiều sâu ngàm vào đất của cọc ván Cơ sở để tính đoạn

ngàm này xuất phát từ việc phải đảm bảo cọc ván phải ổn định dưới tác dụng của áp lực nước từ bên ngoài của hố móng và áp lực của vách chống Vì vậy đoạn ngàm này phụ thuộc vào chiều sâu mực nước thi công và loại đất cọc ván ngàm vào

Sơ đồ tính toán cọc ván như sau:

Trang 5

Cọc ván chịu tác dụng của áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động, áp lực nước.

Áp lực đất là khác nhau theo từng lớp đất, tuy nhiên, để cho đơn giản bài toán và thiên về

tg 2 4

2

1 d 2

Điểm đặt cách chân cọc 1 đoạn 1/3d

Lấy mômen đối với đáy cọc ván:

  23 , 6 d 0

3

1 6 d 5 , 0 3

1 d 149 ,

Trang 6

Giải bất phương trình trên ta tìm được d  4 , 27 m

Chọn đoạn ngàm vào đất của cọc ván là 5m

Sử dụng phần mềm Sap, ta tính được nội lực cọc ván và các phản lực như sau:

Mmax = 23.6 T.m

NA = 14.33 T

σ = 1,9.104 T/m2 là ứng suất cho phép của cọc ván

Mômen chống uốn cần thiết:

Thanh chống chịu lực tập trung: NA = 14,33T

Cứ 3m dọc theo vách hố bố trí 1 thanh chống, vậy lực tác dụng lên thânh chống là lực dọc trục, có độ lớn:

Trang 7

1 , 433 T / cm 2 1 , 9 10 4 T / m 2 1 , 9 T / cm 2

4 , 71 42 , 0

99 , 42 F

Nẹp ngang phải chịu tải trọng phân bố theo phương ngang là:

a q

Mômen chống uốn cần thiết trong nẹp ngang là:

4 ngang

cm 9 , 757 m

10 9 , 757 10

9 , 1

4 , 14 M

Chọn nẹp địa hình I400 có các thông số như trên Wchống = 947cm3

6.Biện pháp thi công vòng vây cọc ván, chọn loại búa:

- Cọc ván được thi công bằng núa rung chấn động Búa và các cọc ván được tập kết trên

xà lan tại vị trí cần đóng cọc ván

- Xà lan phải được neo cố định bằng các neo xung quanh Có thể neo vào vật cố định trên

bờ hoặc neo xuống đáy sông bằng các khối bê tông nặng Lực neo có được do trọng lượng của các khối bê tông nặng và do ma sát của chúng với đáy sông Khi cần đóng các cọc khác, có thể di chuyển xà lan tới các vị trí đóng cọc bằng tời kéo và tời hãm đặt ở các dây

Trang 8

neo Phải đồng thời kéo tời kéo và thả tời hãm nhịp nhàng, đảm bảo xà lan không bị va vàocác cọc đã đóng trước.

- Búa để đóng cọc chỉ có thể là búa rung, vì nếu dùng các loại búa đóng khác có thể làm đầu cọc ván bị hỏng và không thể lắp các cọc ván tiếp theo vào được Không nhất thiết phải đưa cọc đến cao độ thiết kế, nếu gặp đá mồ côi, có thể không cần phải đóng tiếp

- Để đảm bảo việc hợp long các vòng vây ván được dễ dàng, đồng thời tăng độ cứng của vòng vây, ngay từ đầu nên ghép các cọc ván theo từng nhóm để hạ Trước khi hạ cọc ván phải kiểm tra khuyết tật của cọc ván Đồng thời kiểm tra độ thẳng, độ đồng đều của khớp mộng bằng cách luồn thử vào khớp mộng một đoạn cọc ván chuẩn dài từ 1,5 đến 2m

- Để xỏ và đóng cọc ván được dễ dàng, khớp mộng của cọc ván phải được bôi trơn bằng dầu mỡ Phía khớp mộng tự do (phía trước) phải bít chân lại bằng một miếng thép để khi

xỏ và đóng cọc ván sau được dễ dàng

- Phải đảm bảo cọc đóng theo phương thẳng đứng Nếu cọc ván nghiêng lệch ra khỏi mặt phẳng của tường vây có thể dùng tời chỉnh lại vị trí Trong trường hợp bị nghiêng lệch trong mặt phẳng của tường cọc ván thì thường điều chỉnh bằng kích và dây neo

- Lúc đầu hạ đến một độ sâu nào đó, cùng hạ tất cảc các cọc đến một độ sâu nào đó Thựchiện hợp long vòng vây cọc ván Phải điều chỉnh sao cho khoảng cách hợp long vừa đủ bề rộng 1 cọc Nếu không được như trên, hay khoảng cách hợp long không bằng nhau ở trên

và ở dưới thì phải chế tạo cọc ván hợp long cho thích hợp Sau khi đóng cọc hợp long xong, dần dần hạ các cọc đến độ cao thiết kế

Phần II: Biện pháp thi công hệ móng cọc đóng

1.Phân đoạn cọc:

Chiều sâu cọc đóng trong đất là 40m Cọc ngàm vào bệ 1m nên tổng chiều dài cọc là 41m Ta có thể phân thành 5 đoạn cọc với các chiều dài của các đoạn cọc như sau: 7m, 7m,8T/mm, 9m, 10m

Trang 9

2.Biện pháp đóng cọc:

Búa đóng cọc và cọc được tập kết trên xà lan hoặc phao nổi Phao nổi phải được chọn saocho có thể chịu được tải trọng do lực đóng cọc, búa, cọc và các thiết bị khác gây ra Nếu tảitrọng lớn, có thể ghép nhiều phao vạn năng tiêu chuẩn lại thành hệ phao

Bên trên phao, giá búa được đặt và neo chặt lại một đầu Do bố trí giá đóng cọc ở một đầu phao nên khi đóng cọc có hiện tượng chìm không đều của phao Để khắc phục tình trạng này, cần bố trí một đối trọng ở đầu bên kia Tốt nhất là nên dùng đối trọng có thể di chuyển được trên đường ray Khi chọn phao phải tính đến vấn đề này Dùng phương pháp này nhiều khi giá búa bị chòng chềnh rất khó đóng

Đối với trường hợp cụ thể của bài thiết kế, kích thước hố móng không rộng lắm nên bố trí đặt giá búa trên 2 xà lan được ghép song song bởi hai dầm liên kết kiểu dàn thép, tạo thành một hệ nổi Khoảng cách thông thủy giữa hai xà lan phụ thuộc vào chiều rộng hố móng Trên hai xà lan có thể đặt một cầu di chuyển có thể dịch chuyển dọc theo trục của xàlan Trên cầu di động có thể đặt giá búa di động ngang thẳng góc với trục xà lan Phương pháp này đóng cọc nhanh hơn, đồng thời phao ổn định và dễ định vị cọc

3.Trình tự đóng cọc:

Trang 10

Trình tự đóng cọc phải căn cứ vào số lượng cọc, khoảng cách tương đối giữa các cọc và

và kích thước hố móng và bố trí cho phù hợp Thường thì khi đóng cọc, thời gian di chuyểngiá búa và quay giá thay đổi độ nghiêng đóng cọc chiếm phần lớn thời gian so với thời gianđóng cọc vào đất Ngoài ra việc bố trí trình tự đóng cọc cần đảm bảo cho chất lượng của công trình được đúng như yêu cầu của thiết kế

Nếu trong hố móng có các cọc đứng và cọc nghiêng thì nên đóng cọc nghiêng trước, rồi sau đó mới đóng các cọc đứng sau

Khi số lượng cọc nhiều mà khoảng cách các ccọ lại ngắn thì trình tự đóng cọc có ảnh hưởng rất nhiều đến độ chặt của đất Khi đóng cọc theo từng dãy thì đất sẽ bị dồn và ép chặt theo hướng tiến của đường đóng cọc, đồng thời mặt đất cũng bị phồng lên theo hướng này Hiện tượng này có thể gây ra sự dịch chuyển của công trình hoặc khối đất gần những dãy đóng cọc cuối cùng của hố móng và làm ảnh hưởng đến chất lượng các công trình xung quanh

Nếu đóng cọc theo vòng trôn ốc từ ngoài vào trong thì sẽ gây ra hiện tượng nén chặt đất

ở giữa và những cọc cuối cùng rất khó đóng cho đúng độ sâu thiết kế

Từ những điều trên và theo trường hợp cụ thể của bài thiết kế, ta chọn trình tự đóng cọc như sau:

Trang 11

Theo công thức kinh nghiệm, năng lượng của một nhát búa phải lớn hơn hoặc bằng 25 lần khả năng chịu lực giới hạn của cọc.

Ta tính toán sơ bộ khả năng chịu lực giới hạn của cọc:

Theo kinh nghiệm, khả năng chịu tải tính toán của cọc 40x40 là 3T/m

Ở đây, cọc dài tổng cộng 40m nên sức chịu tải tính tóan của một cọc là: 3.40 = 120T Năng lực đóng một nhát búa tối thiểu phải bằng 25 lần khả năng chịu lực giới hạn của cọc nên năng lực đóng một nhát búa tối thiểu là 120.25 = 3000T

Với năng lực đóng búa như trên, hầu như không có loại búa điêzen nào phù hợp để đóng

Do đó ở đây ta nên dùng búa thủy lực

Búa thủy lực có thể có năng lương xung kích lớn, bộ phận xung kích có thể được chế tạo

có trọng lượng từ 2,1-2,4T, búa nâng cao đến 1,2m, do đó có thể đóng các cọc đường kính lớn xuống đến độ sâu 50-100m So với búa Điêzen đang dùng phổ biến hiện nay thì năng lượng xung kích lớn hơn rất nhiều ( Trọng lượng của bộ cung kích búa điêzen lớn nhất hiệnnay là 7T) Tuy nhiên khi đóng cọc với búa có năng lượng xung kích quá lớn đối với cọc

bê tông cốt thép cần lưu ý hiện tượng đầu cọc bị nứt vỡ, để khắc phục cần có biện pháp bảo

vệ hoặc đệm đàu cọc đảm bảo truyền đều tải trọng và tránh ứng suất tập trung

Ta chọn loại bua thủy lực số hiệu là V200A24 của hãng TWINWOOD ENGINEERING PTE, LTD

Các thông số của loại búa này như sau:

Năng lực đóng tối đa trên một nhát búa: 3000T

Hành Trình tối đa: 1,2m

Hành trình tối thiểu: 0,2m

Trọng lượng thân trượt: 24,5T

Trọng lượng đầu bua: 3,5T

Trọng lượng nắp mũ dẫn động: 0,42T

Trang 12

Phần III: Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc

1 Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống, hệ đỡ ván khuôn:

Kích thước của công trình được chọn như sau:

Trang 13

15800

Trang 14

Chiều cao mực nước thi công tại tim trụ được chọn là 4m, chiều cao cọc ở phía trên mặt đất (khoảng cách từ mặt đất đến đáy bê cọc) được chọn là 1m Khi đóng cọc, phải để cọc cao hơn mặt đất từ 1,5-2m, cọc ngàm vào trong bệ là 1m.

Trước tiên định vị hố móng (định vị tim trụ cầu cần thiết) Tiếp theo đó tiến hành đóng cọc và đóng vòng vây cọc ván (trình tự đóng cọc và vòng vây như đã trình bảy ở trên), sau

đó xử lý hố móng, cần đặt bệ sâu xuống mặt đất thì nên thi công theo trình tự ngược lại vì khi đó cho phép quá trính đào đất bằng cơ giới như gầu ngoặm, máy hút xói bùn

Ván khuôn đổ bê tông cọc tựa vào vòng vây cọc ván

Chi tiết ván khuôn đổ bệ cọc và cách bố trí ván khuôn, khung chống, hệ đỡ được thể hiệntrong bản vẽ

Trang 15

Tải trọng tác dụng vào ván khuôn là:

+ Áp lực do dầm ngang gây ra:

Chiều dày sườn đứng và sướn ngang: δstc = 0,5cm

Chiều cao sườn đứng và sườn ngang: hstc = 5cm

Kích thước mãng ván tiêu chuẩn: 2x1 m

Các mảng ván khuôn được nối ghép với nhau bằng bulông Hệ nẹp đứng, nẹp ngang sử dụng thép góc 100x100x10 Khoảng cách giữa các nẹp đứng và nẹp ngang là 1,5m

Hệ thanh giằng được bố trí dạng hình hoa mai, thanh giằng bằng thép Φ20, nhóm AII, lưới thanh giằng là 1,5x1,5m

Trang 16

Sườn tằng cường 0,5x5 cm

Các thép la của ván khuôn được tính toán như bản kê 4 cạnh ngàm cứng

Kiểm tra độ võng giữa nhịp của ván khuôn thép:

Công thức kiểm tra:

250

l

E

b.q

4 tc qđ

b = 50cm là chiều dài viền ván

E = 2000000 KG/cm2 là môđun đàn hồi của thép

δ = 0,5cm là chiều dày ván

l = 50cm là chiều dài nhịp ván

Với a = b = 50cm (các cạnh của ván khuôn) thì ta có được β = 0,0138T/m

Thay vào công thức kiểm tra ta được:

250

50 250

l 069 , 0 5 , 0 2000000

50 2 , 0 0138T/m , 0

E

b q

4 3

4 tc qđ

Trang 17

Mômen uốn lớn nhất được tính theo công thức:

M = α.qtt

qđ.b2

Tra bảng 4.4 (GT xây dựng cầu) với a/b = 1, ta được α = 0,0513

Từ đó ta tính được mômen lớn nhất như sau:

M = α.qtt

qđ.b2 = 0,0513.2,6.0,52 = 0,0333 Tm Công thức kiểm tra:

b

08T/m33 , 2

0333 , 0 W

H 25 , 0 l H a q M

2 tt

qđ 



Trong đó:

a = 1,5m chiều dài tính toán của thanh nẹp ngang

H = 3m chiều cao lớp đổ bê tông trong 4h

l = 1,5m chiều dài ảnh hưởng do tấm ván gây lên nẹp ngang

Thế vào công thức trên, ta tính được mômen uốn trong tiết diện ngang như sau:

5 , 1 10

3 25 , 0 5 , 1 3 5 , 1 6 , 2 l

10

H 25 , 0 l H a q M

2 2

tt qđ

H 25 , 0 l H B q S

Trang 18

    8T/m , 775

5 , 1 2

3 25 , 0 5 , 1 3 5 , 4 6 , 2 l

2

H 25 , 0 l H B q S

tt qđ

2

6 4

cm / KG 1900 R

cm / KG 23 , 18T/m97 m

/ T 3 , 18T/m972

10 08T/m33 , 2

8T/m775 , 0 10

20 , 19

775 , 8T/m W

M F S

   

F T

Diện tích thanh giằng: F = 3,14 cm2

Từ đó suy ra 3 18T/m63 KG / cm 2   1900 KG / cm 2

14 , 3

10 8T/m5 , 5 F

Trang 19

Phần IV: Thiết kế ván khuôn đổ bê tông thân trụ

1.Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống, thanh giằng:

Quá trình đổ bê tông thân trụ được tiến hành sau khi bê tông bệ móng đã đủ cường độ Ván khuôn đổ bê tông thân trụ được lắp đặt ngay trên bệ trụ

Ván khuôn gồm các thanh ngang Bên ngoài có các sườn tăng cường đứng Sườn tăng cường được tạo thành từ các thép định hình chữ I

Trang 20

Đầu dưới các sườn tăng cường đứng được tỳ vào các neo bằng thép được chôn sẵn khi thicông bệ móng.

Đầu trên được giữ cố định bằng các thanh chống, được tỳ vào neo ở bệ móng, hoặc được liên kết với nhau qua mặt cắt trụ

Trong quá trình thi công thân trụ, chôn các thanh thép xuyên qua thân trụ, để làm điểm tựa cho ván khuôn đổ mũ trụ sau này

Trong quá trình đổ bê tông, nên tính toán lượng bê tông đổ cần thiết, có phương án điều phối thích hợp nhằm làm quá trình đổ bê tông thân trụ được liên tục, đảm bảo bê tông không bị phân tầng

Khi chiều dày bê tông khoảng 0,5-1m thì tiến hành đầm dùi

Trang 21