ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

Kích thước trên mặt bằng của vòng vây cọc ván thép phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của bệ móng.. Móng được thi công trên nền đất yếu là đất bùn và đất sét mềm nên ta cần phải có mộ

NỘI DUNG TÍNH TOÁN

I./.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

II./.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

III./.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

IV./.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 biếndạng

CHƯƠNG I: CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Số cọc trong móng: n = 10 x 3 = 30 cọc

Chiều dài cọc đóng trong đất: Lc = 40m

Chiều cao thân trụ tính từ đỉnh bệ cọc: H = 7m

Địa chất: gồm ba lớp:

Lớp 1: đất bùn dày 1.5m,  = 1.21T/m3,  = 00.Lớp 2: đất sét mềm dày 4m,  = 1.58T/mT/m3,  = 40.Lớp 3: đất sét pha ít cát ở trạng thái chặt dày 10m,  = 1.71T/m3,  =

90

Lớp 4: đất sét cứng ,  = 1.8T/m5T/m3,  = 120.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:

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

II.1./.Chọn loại cọc ván thép.

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 tườngcọc ván đến mép bệ móng không nhỏ hơn 0.75m Do các cọc sử dụng không có cọcxiên nên ta chọn khoảng cách này là1m để tạo đủ diện thi công Vậy kích thước của vòng vây là 410 x 1145 cm

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 dịnh, không có sóng nên chọn khoảng cách từ mặt nước đến đỉnh vòng vây là 0.75m mặt nước tínhtoán so với đáy là 3 m

Móng được thi công trên nền đất yếu là đất bùn và đất sét mềm nên ta cần phải có một thanh cống cọc ván để đảm bảo ổn định đồng thời ta cũng phải thi côngmột lớp bêtông bịt đáy với mục đích ngăn không cho nước tràn vào hố móng trong quá trình thi công

Ta chọn thi công cọc ván lòng máng với kích thước sau:

Trong đó: h = 125mm

B= 400mmD= 10mm

T = 10mmCách thức liên kết giữa các cọc ván như sau:

II.2./.Tính toán bề dày của lớp bêtông bịt đáy.

Chọn chiều dày lớp bê tông bịt đáy: lớp bê tông bịt đáy được xác định từđiều kiện áp lực đẩy nổi của nước lên lớp bê tông phải nhỏ hơn lực ma sát giữa bêtông với cọc và trọng lượng lớp bê tông bịt đáy

Gọi  là bề dày lớp bêtông bịt đáy.Bề dày lớp bêtông bịt đáy được xác địnhtheo công thức sau:

Chọn bề dày lớp bịt đáy là 1m

II.3./.Tính toán cọc ván đóng vào trong đất.

Ta tiến hành đóng cọc ván vào trong đất sau đó dùng thanh chống chống thành cọc ván, thanh chống được đặt cách mép trên của cọc ván 1m, hút lớp bùn trong cọc ván ra sau đó đổ bêtông bịt đáy trong nước theo phương pháp đổ bêtông trong nước, hút nước hết nước ở phía trong cọc ván ra ngoài

Giả sử cọc ván được đóng vào đến tầng đất sét mềm ở trạng thái chặt một đoạn là t, ta có sơ đồ tính toán như sau:

Lớp I

Bêtông bịtđáy

1

2.75

h1h2

M m

M  (*)Trong đó:

Giải phương trình này ta được t = 8T/m.8T/mm > 4m

Không thỏa mãn với lớp thứ hai do đó ta giả sử cọc ván đóng sâu vào trong lớp thứ 3 với chiều sâu là t ta có sơ đồ tính toán như sau:

1

2.75

h1 h2

M m

M  (*)Trong đó:

gl

M : tổng momen quay quanh O do áp lực đất bị động

g

M : tổng momen quay quanh O do áp lực đất chủ động và áp lực nước

m : hệ số an toàn m = 0.8T/m

Giải phương trình này ta được t = 2.2

Như vậy ta chọn chiều sâu cọc ván đóng vào trong đất là 2.5m

Sơ đồ tính toán của cọc ván

II.4./.Tính toán khung chống và vành đai

CHƯƠNG III: BIỆN PHÁP THI CÔNG HỆ ĐÓNG CỌC

III.1./.Phân đoạn cọc

Chiều sâu cọc trong đất là 40 lớp bêtông bịt đáy dày 1, giả sử đáy đài được đặt trên lớp BTBĐ, chiều sâu ngàm cọc trong đài (kể cả phần thép chờ) là 1m, tổngchiều dài cọc là 42.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 11.7m và 6.9m ghép lại Các vị trí mối nối không nên tập trung trên cùng một mặt phẳng

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

Đầu cọc phải được đúc thẳng mặt và thẳng hướng tâm tim cọcKhi cất hoặc cẩu cọc thì cần phải móc cẩu đúng vị trí , trường hợp không có thì buộc cáp vào vị trí khác theo hình vẽ sau:

0.2L 0.2L 0.3L

III.2./ Biện pháp đóng cọc:

Búa đóng cọc và các cọc được tập kết trên xà lan hoặc phao nổi Phao nổiphải chọn sao cho có thể chịu được tải trọng do lực đóng cọc, trọng lượng búa, cọcvà các dụng cụ thiết bị khác gây ra Nếu tải trọng quá lớn, có thể ghép nhiều phaovạn 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 giáđóng cọc ở một đầu phao nên khi đóng cọc có hiện tượng chìm ở không đều củaphao Để khắc phục cần phải bố trí một bộ phận đối trọng ở đầu bên kia tốt nhất làlàm đối trọng có thể di chuyển được trên mặt phao bằng các vật nặng trên các xegoòng chạy trên các đường ray Khi chọn phao phải tính đến vấn đề này Phươngpháp này nhiều khi giá búa bị chòng chành khó đóng cọc chính xác đúng vị trí

Đối với trường hợp cụ thể của bài thiết kế, kích thước hố móng không rộnglắm (4,5m) kiến nghị bố trí giá búa đặt trên 2 xà lan 2 xà lan được ghép song songbởi 2 dầm liên kết kiểu dàn thép, tạo thành 1 hệ nổi Khoảng cách thông thủy giữa

2 xà lan phụ thuộc chiều rộng hố móng Hệ thống nổi được neo giữ tại vị trí đóngcọc bằng các dây neo liên kết với các bàn tời điều chỉnh Trên 2 xà lan đặt 1 cầu diđộng có thể dịch chuyển dọc theo trục của xà lan, trên cầu di động đặt giá búa cóthể di động ngang thẳng góc với trục của xà lan Phương pháp này đóng cọc nhanhhơn đồng thời phao ổn định và dễ định vị cọc

Phương pháp thi công đóng cọc được thể hiện qua hình vẽ sau:

III.3./.Trình tự đóng cọc:

Trình tự đóng cọc cần phải căn cứ vào số lượng cọcvà sơ đồ bố trí cọc trênmặt bằng, khoảng cách tương đối giữa các và kích thước hố móng và bố trí chothích hợp Thường thường khi đóng cọc thời gian di chuyển gía búa, quay giá thayđổi độâ nghiêng đóng cọc chiếm phần lớn thời gian so với thời gian đóng cọc vàođất Ngoài ra việc bố trí trình tự đóng cọc cần đảm bảo cho chất lượng của côngtrình đúng như yêu cầu của thiết kế

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

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

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

Do cọc trong móng được phân bố theo chiều dài do đó ta chọn phương phápđóng cọc theo hàng.

Khi đóng cọc cần thực hiện theo trình tự các bước sau:

Chuẩn bị mặt bằng Lắp dựng giá búa, khung dẫn hướng

Dựng cọc và đặt búa lên đầu cọc, định vị tim cọcĐóng chậm giai đoạn đầu và liên tục theo dõi độ nghiêng của đầucọc

Đóng đều ở giai đọan cuối và theo dõi độ chói của cọc, phải dừngđóng khi đã đạt đến độ chói

Chờ 3 ngày sau đóng lại để kiểm tra độ chói

Chú ý trong quá trìng đóng cọc thì trên đầu cọc cần phải bố tríđệm đầu cọc có kích thước và hình dạng như sau:

III.4./.Tính toán 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

 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

Hệ số hiệu dụng của búa:

Kiểm tra độ chối:

   : chiều cao rơi tính đổi

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

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ VÁN KHUÔN ĐỔ BỆ CỌC.

IV.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 hệ ván khuôn như hình dưới:

Bệ cọc có kích thước 10450 x 3100 x 1500 , thể tích của bệ là: Vb = 43.59m3.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 = 3100 x 10450 = 32.39(m2)

Chiều cao bêtông đổ được trong vòng 4h là: h = 16 / 32.39 = 0.49(m)

Bán kính tác dụng của máy chấn động trong là R = 0.75m > h = 0.49(m)Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là:

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

q = p + f + px = 1225 + 320 + 400 = 1945(Kg/m2)

Tính theo cường độ thì hệ số vượt tải là 1.3, do đó:

qcđ =1.3xq = 1.3 x 1945= 2528T/m.5(Kg/m2)

Gỗ làm ván khuôn là gỗ nhóm VI Ván khuôn dày 5cm(sau khi bào nhẵn)

IV.2./.Xác định khoảng cách giữa các thanh nẹp.

Để giảm bớt độ võng trong ván khuôn ta cần phải dùng các nẹp nằm ngang gắn chặt vào các tấm ván khuôn thép bằng bulông

Tính theo độ võng:

3 3

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

IV.3./.Kiểm tra ván khuôn theo cường độ và biến dạng.

Đối với ván khuôn bằng thép ta cần kiểm tra về độ võng và cường độ

l

y [y]

250

  và Mmax [M] R W aTrong đó y là độ võng lớn nhất của ván khuôn khi chịu tác dụng của tải trọng

M là momen lớn nhất trong ván khuôn

Ta cắt một dải ván khuôn có bề rộng bằng một đơn vị chiều dài, ta có sơ đố tính toán ván khuôn như sau:

q = 2528T/m.5kg/m2

Kiểm tra độ võng giữa nhịp của ván thép:

Công thức kiểm tra:

y [y] 250l 1600250 6.4mm

Bằng phương pháp giải SAP 2000 ta có biểu đồ nội lực sau:

Biểu đồ momen M

Biểu đồ lực cắt

Ta có độ võng lớn nhất khi chịu tác dụng của tải trọng là ymax 1 10 m7 

  Vậy thỏa mãn điều kiện độ võng

Kiểm tra cường độ của ván thép:

Công thức kiểm tra:

b

60.5 0.005

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ VÁN KHUÔN ĐỔ BÊTÔNG TRỤ.

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

Quá trình đổ bêtông thân trụ được tiến hành sau khi bê tông bệ móng đã đủcường 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 chữõ I

Đầu dưới các sườn tăng cường đứng được tỳ vào các neo bằng thép đượcchôn sẵn khi thi công bệ móng

Đầu trên chúng được giữ cố định bằng cá thanh chống, được tỳ vào cá neo ởbệ 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, đểlàm điểm tựa cho ván đổ mũ trụ sau này

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

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

Thép tấm mỏng Thanh giằng

Mô hình ván khuôn trụ

Ta sử dụng ván khuôn cố định có hình dạng như sau: do ở dưới nước nên taphải dùng các thanh nẹp ngang để giữ ván khuôn đồng thời tại đó ta cũng phải cócác thanh giằng bằng thép xuyên qua thân trụ để giữ ván khuôn Khoảng cách giữacác thanh nẹp ngang là 2m tình từ đáy trụ trở lên

Thép xuyên qua trụ

Thép giằng ngang Ván khuôn

W = 10.5 m3/ h

Vậy trong 4h có thể trộn: V = 168T/m m3

Chiều cao lớp bê tông có thể đổ trong 4h là :

Chọn thiết bị đầm dùi có bán kính tán dụng là R =1m

Tốc độ thi công

Aùp lực do dầm ngang gây ra: qd = γ R = 2.5 * 1 = 2500Kg/ m2

Lực xung kích khi đổ bê tông: q = 0.200 T/m2 = 200 Kg/m2

Vậy áp lực tác dụng vào ván khuôn quy đổi là:

Ta có sơ đồ tính toán ván khuôn như sau;

Biểu đồ momen

Biểu đồ lực cắt

Kiểm tra độ võng giữa nhịp của ván thép:

Công thức kiểm tra:

y [y] 250l 1000250 4mm

Ta có độ võng lớn nhất khi chịu tác dụng của tải trọng là ymax 2.9 mm 

Vậy thỏa mãn điều kiện độ võng

Kiểm tra cường độ của ván thép:

Công thức kiểm tra:

b

60.5 0.005