ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

Thiết kế vòng vây cọc ván thép ngăn nước: - Chọn loại cọc ván, kích thước vòng vây.. Vòng vây trên sông có thể sử dụng các loại: vòng vây đất, vòng vây bao tải đất, vòng vây gỗ và đất,

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU CHUNGI.Các số liệu thiết kế.

- Số cọc trong móng: n = 7 x 3 = 21 cọc

- Chiều dài cọc đóng trong đất: Lc = 36m

- Kích thước cọc: 35 x 35cm

- Chiều cao thân trụ tính từ đỉnh bệ cọc:H = 6m

- Địa chất: gồm ba lớp:

 Lớp 1: đất cát hạt vừa dày 4m,  = 1.62T/m3,  = 210

 Lớp 2: đất sét pha cát dẻo vừa dày 14m,  = 1.7T/m3,  = 90

 Lớp 3: đất sét chặt,  = 1.78T/mT/m3,  = 6.50

- Khoảng cách từ tim trụ đến:

 Bờ trái: LT = 20m

 Bờ phải: LP = 30m

- Chiều sâu mực nước thi công tại tim trụ: Hn = 3m

- Chiều cao cọc phía trên mặt đất: Lc2 = 3m

- Cọc có kích thước 35 x 35, ta chọn khoảng cách giữa các cọc là:

3d = 3 x 35 = 105cm

- Mép bệ cọc cách mép cọc 50cm do đó bề rộng của bệ là B = 345cm, chiều dài bệ là:

L = 765 cm mặt bằng bố trí cọc và kích thước bệ cọc như hình vẽ dưới

- Chọn chiều rộng và chiều dài tương ứng của thân trụ là: 245 x 665cm chiều dài và rộng của mũ trụ bằng 28T/m5 x 705cm chiều cao mũ trụ là 150 cm

-Sức chịu tải tính toán của cọc là 2.5T/m

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 1

Hình 1:kích thước đài cọc và trụ

II.Nội dung tính toán.

1 Thiết kế 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, bêtông 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

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 2

3.Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc.

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

- Kiểm tra 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

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 3

CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÒNG VÂY CỌC VÁN THÉP NGĂN NƯỚC.

I.Chọn loại cọc ván, kích thước vòng vây.

Vòng vây trên sông có thể sử dụng các loại: vòng vây đất, vòng vây bao tải đất, vòng vây gỗ và đất, vòng vây cọc ván Ván có thể sử dụng loại ván gỗ, bêtông, hay thép Do vị trí của trụ cách xa bờ cùng với những biện pháp thi công hiện nay ta nên dùng vòng vây cọc ván thép Ván thép sử dụng là ván thép Larsen của Pháp

Kích thước trên mặt bằng của vòng vây cọc ván thép phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của bệ móng Cần đảm bảo khoảng cách từ mặt trong của tường cọc ván đến mép bệ móng không nhỏ hơn 0.75m Do các cọc sử dụng không có cọc xiên nên ta chọn khoảng cách này là1m để tạo đủ diện thi công

Trên mặt đứng vòng vây phải cao hơn mực nước thi công tối thiểu là 0.7m Khoảng cách giữa các tầng vành đai khung chống và kích thước của chúng được xác định bằng tính toán nhưng đồng thời phải xét đến điều kiện hoạt động của của các thiết bị lấy đất Do trụ cầu được xây trên sông với mức nước ổn định, không có sóng nên chọn khoảng cách từ mặt nước đến đỉnh vòng vây là 0.75m mặt nước tính toán là 3m, chọn 1 tầng vành đai khung chống Các chi tiết vành đai khung chống để tháo lắp được nhanh chóng và dễ dàng

II.Tính chiều sâu đóng cọc ván.

Sơ đồ tính như hình dưới:

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 4

Hình 2:sơ đồ tính cọc ván

Gọi t là chiều sâu ngàm cọc trong đất, chiều sâu này được tính từ mặt trên của lớp đất cát hạt

vừa ( lớp 1) Khi không có lớp bêtông bịt đáy, t được xác định từ điều kiện đảm bảo ổn định

chống quay của tường cọc ván chung quanh trục tựa của nó vào khung chống

( điểm O trên hình vẽ)

Điều kiện để đảm bảo ổn định chống lật:

M m.M

Trong đó:

Ml : mômen gây lật Do áp lực nước và áp lực chủ động

Mg: mômen giữ Do áp lực đất bị động

m : hệ số an toàn m = 0.95

áp lực nước tác dụng:

lực đất chủ động là của đất lớp hai gây ra để đơn giản tính toán

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 5

Lập bảng tính với các giá trị của t khác nhau:

chiều sâu ngàmcọc(m)

0.95 x Mômengiữ Mômen lật

Dựa vào bảng tính trên ta thấy phải đóng sâu cọc vào trong đất ít nhất là 2.5m thì mới

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 6

ổn định

Ta nên dùng thêm lớp bêtông bịt đáy Lớp bêtông bịt đáy có tác dụng ngăn nước vào hố móng

và tạo diện thi công thuận lợi

Bề dày lớp bêtông bịt đáy được thiết kế theo điều kiện trọng lượng bêtông phải lớn hơn trọng

lượng nước bên ngoài trên một đơn vị diện tích

Gọi  là bề dày lớp bêtông bịt đáy Đối với móng có cọc ta có:

n n  

0 bt

.h0.9 k.u

 

 

   

Trong đó:

: diện tích lớp vòng vây

Chọn kích thước của vòng vây là 520 x 1000 cm

Chọn bề dày lớp bịt đáy là 0.5m

Tính toán ổn định cho cọc chống trong trường hợp có bêtông bịt đáy bao gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Hút nước trong hố móng để thi công tầng thanh chống

Giai đoạn 2: Thi công lớp bêtông bịt đáy – giai đoạn này chỉ kiểm tra về mặt cường độ.1.Tính toán cho giai đoạn 1:

Tầng thanh chống cách đáy mặt nước thi công là 0.5m, hạ mực nước trong hố móng xuống cách mặt nước tự nhiên 1m để thi công

Sơ đồ tính toán như hình dưới:

Theo tính toán ở trên, áp lực đất chủ động và bị động là:

Mômen gây lật:

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 7

Hình 4: sơ đồ tính giai đoạn 1

Lập bảng tính cho các giá trị độ sâu khác nhau ta có:

chiều sâu ngàmcọc(m) 0.95 x Mômengiữ Mômen lật

3.5 23.18T/m 13.78T/m

Vậy chọn chiều sâu chôn cọc ván thép là 2.5 m

2.Tính toán cho giai đoạn hai

Giai đoạn này chỉ kiểm tra về mặt cường độ của tường cọc ván, hay đi thiết kế tường cọc ván có cường độ để chịu lực do các áp lực gây ra

Tính toán chọn cọc ván

Cọc ván sử dụng là cọc cừ ván thép Larsen Sơ đồ tính là dầm đơn giản hai gối tựa, mộtgối tại

vị trí tầng chống ngang, gối kia cách đáy lớp bêtông bịt đáy 0.5m Sơ đồ như hình dưới

Hình 5: sơ đồ tính giai đoạn 2

Biểu đồ mômen uốn tương ứng như sau:

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 9

Dựa vào biểu đồ trên ta thấy mômen lớn nhất là: Mmax = 0.76(T.m/m)

Chọn loại cọc Larsen có các đặc trưng như sau:( Oriental Sheet Piling)

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 10

Thick- tional Area Wei-ght

Sec-Moment of Inertia

Setion Mod-ulus

tional Area

Sec-Wei-ght

Moment of Inertia Mod-ulusSection

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 12

Chọn loại mặt cắt số II, có bề rộng B = 400 mm Mômen tác dụng vào mặt cắt này là:

Tổng chiều dài của cọc là: l = 2.5 + 3 + 1 = 6.5(m)

II.Tính toán khung vành đai.

Sơ đồ vành đai cọc ván thép cọc ván thép như hình vẽ dưới:

Theo sơ đồ trên, phản lực tại vành đai là 1.8T/m7(T/m)

Chọn tiết diện vành đai:

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 13

40cm 2.52cm

Hình 6 Tiết diện vành đai

Vành đai gồm 2 25 + thanh giằng 2 1x30], có các đặc trưng hình học như sau:

F = 8T/m1 cm2

JY = 25403 cm4

1.Tính thanh vành đai ngắn

Sơ đồ tính toán thanh vành đai ngắn :

Hình 7 Sơ đồ tính toán thanh vành đai ngắn

Lực tác dụng chính là phản lực tại O của cọc ván: p = 1.8T/m7T/m

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 14

Giải hệ ta được momen lớn nhất trong thanh như sau:

Mmax = 0.67T.m

Ra = 3.36 T

Rb = 3.36 TƯùng suất trong thanh là :

Ưùng suất cho phép:  = 1700 KG/cm2

Vậy:  = 53 KG/cm2 <  = 1700 KG/cm2, thanh vành đai ngắn đạt yêu cầu

2.Tính thanh vành đai dài

Sơ đồ tính toán thanh vành đai dài:

Hình 8 Sơ đồ tính toán thanh vành đai dài

Lực tác dụng chính là phản lực tại O của cọc ván: p = 1.8T/m7 T/m

Giải hệ ta được momen lớn nhất trong thanh như sau:

Ưùng suất cho phép:  = 1700 KG/cm2

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 15

Vậy:  = 140 KG/cm2 <  = 1700 KG/cm2, thanh vành đai dài đạt yêu cầu

3.Tính sức chịu tải của thanh chống

Lực tác dụng lên thanh chống chính là phản lực tác dụng lên các gối trong sơ đồ tính các thanhvành đài ở trên Công thức kiểm tra cường độ là:

 

NF

   



Trong đó:

F : diện tích thanh chống

 : hệ số uốn dọc

Chọn thép hình 2 I 30 làm thanh chống, có các đặc trưng hình học như sau:

lo = 200 cm : chiều dài tự do của thanh chống

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 16

0 y

y

l 200

19.32

r 10.350.97





Ta thấy: max = 77 KG/cm2 <  = 1700 KG/cm2

Vậy thanh chống đủ khả năng chịu lực

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 17

CHƯƠNG III BIỆN PHÁP THI CÔNG HỆ MÓNG CỌC ĐÓNG.

I.Tính toán phân đoạn cọc.

Chiều sâu cọc trong đất là 36m, lớp bêtông bịt đáy dày 0.5m, giả sử đáy đài được đặt trên lớp BTBĐ, chiều sâu ngàm cọc trong đài (kể cả phần thép chờ) là 0.5m, tổng chiều dài cọc là 37m Cọc có tiết diện 35x35cm, do đó không thể chế tạo được một cọc có kích thước như trên mà phải ghép từ nhiều cọc nhỏ lại Ta dùng hai loại cọc là 11m và 13m ghép lại Các vị trí mối nối không nên tập trung trên cùng một mặt phẳng Trình tự ghép từ dưới lên như sau:

13m – 13m – 11m 11m – 13m – 13m

Một nữa cọc sẽ thực hiện theo cách nối thứ nhất, nữa còn lại sẽ nối theo cách thứ hai

Mối nối cọc được thực hiện thông qua hộp sắt như hình vẽ dưới:

20 560

Hình 10: chi tiết mối nối cọc

II.Tính và chọn búa đóng cọc.

Theo kinh nghiệm đóng cọc, để đóng được cọc vào trong đất phải chọn búa có năng lượng xung kích lớn hơn hoặc bằng 25 lần sức chịu tải cực hạn của cọc đơn Sức chịu tải của cọc đơn là : Pgh = 2.5 x 36 = 90(T)

Năng lượng của búa:

E = 25Pgh = 25 x 90 = 2250(T)

Hiện nay búa thuỷ lực hay được dùng vì những ưu điểm của nó( năng lượng lớn, gọn nhẹ…) nên ở đây ta cũng dùng búa thuỷ lực

Búa được chọn là búa 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: 28T/m8T/m0T

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 18T/m

 Hành trình tối đa 1,2m

 Hành trình tối thiểu 0,2m

 Trọng lượng thân trượt 24500KG

 Trọng lượng đầu búa 35000KG

 Trọng lượng nắp mũ dẫn động 4200KG

Hình 11 : chi tiết máy đóng cọc

Hệ số hiệu dụng của búa:

Trong đó: Q = 35T: trọng lượng phần xung kích

Kiểm tra độ chối:

Q q

mP mP nF

150 0.35 35 6.43 35 0.2 11.33

35 11.331.65 90 1.65 90 150 0.35

n = 150(T/m2) : hệ số kể đến độ nảy đàn hồi của bêtông.

H0.1E 0.1 2250Q  35 6.43 : chiều cao rơi tính đổi

m = 1.65 : hệ số kể đến điều kiện làm việc của cọc

III.Mô tả biện pháp đóng cọc.

1 Biện pháp đóng cọc:

Búa đóng cọc và các cọc được tập kết trên xà lan hoặc phao nổi Phao nổi phải chọn sao chocó thể chịu được tải trọng do lực đóng cọc, trọng lượng búa, cọc và các dụng cụ thiết bị khácgây ra Nếu tải trọng quá lớn, có thể ghép nhiều phao vạn năng tiêu chuẩn lại thành hệ phao,phao HC chẳng hạn

Bên trên phao giá búa được đặt vào neo chặt lại ở một đầu Do bố trí giá đóng cọc ở một đầuphao nên khi đóng cọc có hiện tượng chìm ở không đều của phao Để khắc phục cần phải bốtrí một bộ phận đối trọng ở đầu bên kia tốt nhất là làm đối trọng có thể di chuyển được trênmặt phao bằng các vật nặng trên các xe goòng chạy trên các đườnn ray Khi chọn phao phảitính đến vấn đề này Phương pháp này nhiều khi giá búa bị chòng chành khó đóng cọc chínhxác đúng vị trí

Đối với trường hợp cụ thể của bài thiết kế, kích thước hố móng không rộng lắm (6m) kiếnnghị bố trí giá búa đặt trên 2 xà lan 2 xà lan được ghép song song bởi 2 dầm liên kết kiểu dànthép, tạo thành 1 hệ nổi Khoảng cách thông thủy giữa 2 xà lan phụ thuộc chiều rộng hốmóng Hệ thống nổi được neo giữ tại vị trí đóng cọc bằng các dây neo liên kết với các bàn tờiđiều chỉnh Trên 2 xà lan đặt 1 cầu di động có thể dịch chuyển dọc theo trục của xà lan, trêncầu di động đặt giá búa có thể di động ngang thẳng góc với trục của xà lan Phương pháp nàyđóng cọc nhanh hơn đồng thời phao ổn định và dễ định vị cọc

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 20

Giàn liên kết

Hình 12 :hệ phao nổi và giá búa đóng cọc

2.Trình tự đóng cọc:

Trình tự đóng cọc cần phải căn cứ vào số lượng cọc, khoảng cách tương đối giữa các và kíchthước hố móng và bố trí cho thích hợp Thường thường khi đóng cọc thời gian di chuyển gáibúa, quay giá thay đổi đô nghiêng đóng cọc chiếm phần lớn thời gian so với thời gian đóngcọc vào đất Ngoài ra việc bố trí trình tự đóng cọc cần đảm bảo cho chất lượng của công trìnhđúng nhưn yêu cầu của thiết kế

Nếu trong hố móng có các cọc đứng và cọc nghiêng nên đóng cọc đứng trước cọc nghiêngđóng sau

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

Nếu đóng cọc theo vòng trôn ốc từ ngoài vào trong sẽ gây ra hiện tượng nén chặt đất ở giữavà những cọc cuối cùng rất khó đóng cho đúng độ sâu thiết kế

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 21

Hình 13 :sơ đồ trình tự đóng cọc

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 22

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÁN KHUÔN ĐỔ BỆ CỌC

- Cầu được xây dựng là cầu lớn, số lượng mố trụ nhiều và có cấu tạo đài cọc tương đối giốngnhau cho nên ta dùng ván khuôn thép là tốt nhất, nó đảm bảo cả về kinh tế và tiến độ thi côngcông trình Nhưng theo yêu cầu của bài học, ta dùng ván khuôn gỗ

Cấu tạo ván khuôn như hình vẽ

Hình 14: chi tiết ván khuôn đổ bệ cọc

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

Sử dụng ván khuôn gỗ, do bệ cọc nằm ngay trên lớp bêtông bịt đáy nên không cần làm ván khuôn đáy bệ mà chỉ có ván khuôn bên Chiều cao bệ là 1.5m Cấu tạo của ván khuôn như hình dưới:

Bệ cọc có kích thước 1.5 x 3.45 x 7.65 , thể tích của bệ là: Vb = 39.6m3

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 23

Tốc độ đổ bêtông là 4m3/h Dùng ống vòi voi để đổ bêtông và dùng đầm chấn động trong để đầm chặt hỗn hợp bêtông.

Lượng bêtông đổ được trong vòng 4h là: 4 x 4 = 16(m3)

Diện tích mặt cắt của bệ là: Sb = 3.45x 7.65= 26.4 (m2)

Chiều cao bêtông đổ được trong vòng 4h là: h = 16 / 26.4 = 0.6 (m)

Bán kính tác dụng của máy chấn động trong là R = 0.75m > h = 0.6(m)

Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là:

Áp lực rơi của bêtông từ ống vòi voi là: px = 400Kg/m2

Lực tác dụng từ đầm chấn động là: f = 400Ks = 400 x 0.8T/m = 320 (Kg/m2) Trong đó ks = 0.8T/m : hệ số xét đến sự làm việc của đầm trong cấu kiện có bề rộng lớn hơn 1.5m

Aùp lực lớn nhất tác dụng lên ván khuôn

Chọn ván khuôn dày 4.8T/mcm ( chiều dày sau khi đã bào nhẵn )

a.Xác định khoảng cách giữa các thanh gỗ nẹp

- Tính theo độ võng:

Như vậy khoảng cách giữa các nẹp gỗ lấy bằng 1m

b.Xác định khoảng cách giữa các gỗ đứng và tiết diện gỗ nẹp:

Từ biểu đồ áp lực ngang ta xác định được tải trọng lên gỗ nẹp ngang bằng:

Ta nhận thấy f 0.041 0.0004 1 0.0025

l 100 400 Vậy đạt yêu cầu

Kiểm tra cường độ của gỗ nẹp:

Momen phát sinh lớn nhất trong gỗ nẹp:

Vậy chọn nẹp gỗ mặt cắt 12x12cm đạt yêu cầu về cường độ

c.Tính gỗ đứng và thanh giằng:

Thanh giằng được bố trí ở tất cả các gỗ đứng và theo phương đứng cứ cách một thanh nẹp ngang lại bố trí một thanh giằng Như vậy khoảng cách giữa các thanh giằng là như nhau: + Theo phương ngang là 1m

+ Theo phương đứng là 2m

Lực kéo lớn nhất trong thanh giằng:

12

Ta nhận thấy f 0.123 0.0006 1 0.0025

l 200 400 Vậy đạt yêu cầu

Kiểm tra cường độ của gỗ đứng:

Momen phát sinh lớn nhất trong gỗ đứng:

Vậy chọn nẹp gỗ mặt cắt 16x18T/mcm đạt yêu cầu về cường độ

Như vậy, chọn và bố trí gỗ đứng như trên đạt yêu cầu về cường độ và biến dạng

Diện tích ép tựa cần thiết đối với thanh giằng:

SVTH : ĐỒNG SỸ HIỆP Trang 25