Thiết kế kỹ thuật thi công cầu

+ Đập đầu cọc, uốn cốt thép đầu cọc, vệ sinh hố móng + Lắp đặt ván khuôn, cốt thép, đổ bê tông bệ móng.. - Bước 5: + Lắp đặt đà giáo ván khuôn, đặt cốt thép + Đổ bê tông thân trụ, xà mũ,

THIẾT KẾ KỸ THUẬT THI CÔNG

1 TRÌNH TỰ THI CÔNG

1.1 THI CÔNG MỐ

- Bước 1:

+ Chuẩn bị mặt bằng thi công mố, san ủi mặt bằng, san lắp ao mương,

vận chuyển cọc đến công trường

+ Định vị tim mố, tim các cọc trong mố, lắp đặt sàn đạo để định hướng

đóng cọc, dùng cẩu 45T cẩu cọc tập trung đến gần nơi đóng cọc

+ Đóng 14 cọc BTCT 35x35cm + Tháo dỡ sàn đạo đóng cọc

- Bước 2:

+ Đào đất trong hố móng bằng máy đào gào nghịch kết hợp với thủ công + Đập đầu cọc và xử lý cốt thép đầu cọc, vệ sinh hố móng

+ Đổ bê tông lót đáy dày khoảng 10cm

+ Lắp đặt ván khuôn, cốt thép, đổ bê tông tường thân

+ Chuẩn bị mặt bằng thi công trụ, san ủi mặt bằng, san lắp ao mương,

vận chuyển cọc đến công trường

+ Định vị tim trụ, tim các cọc trong trụ, lắp đặt sàn đạo để định hướng

đóng cọc, dùng cẩu 45T cẩu cọc tập trung đến gần nơi đóng cọc

+ Đóng cọc BTCT có tiết diện từ 35x35cm đến 40x40cm với số cọc

+ Đổ bê tông lót đáy dày khoảng 10cm

+ Lắp đặt ván khuôn, cốt thép, đổ bê tông bệ móng

+ Đóng 28 cọc BTCT 45x45cm + Tháo dỡ sàn đạo định hướng đóng cọc

+ Đập đầu cọc, uốn cốt thép đầu cọc, vệ sinh hố móng + Lắp đặt ván khuôn, cốt thép, đổ bê tông bệ móng

- Bước 5:

+ Lắp đặt đà giáo ván khuôn, đặt cốt thép + Đổ bê tông thân trụ, xà mũ, đá kê gối + Bảo dưỡng bê tông, giữ ẩm thường xuyên + Chống va đập cho đến khi bê tông đạt cường độ, tháo dỡ ván khuôn + Nhổ cọc định vị, vòng quay cọc ván thép

+ Công tác hoàn thiện trụ

1.3 THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP

 Lao dầm: Sau khi thi công xong mố trụ và đường dẫn đầu cầu tiến hành lao lắp dầm bằng giá ba chân

- Bước 1:

+ Tập kết dầm, trang thiết bị, phương tiện, vật tư ở đầu cầu + Làm đường ray cho giá lao cẩu và đường ray cho xe gòong chở dầm + Đặt chồng nề, lắp thân giá, chân giá, hạ chân giá xuống ray

+ Khi xe gòong 2 đến xe lao thứ hai thì dùng xe này đỡ đầu dầm còn lại

- Bước 4:

+ Lao dầm vào vị trí cần lắp ráp và hạ dầm xuống gối

+ Công tác lặp lại cho đến hết dầm của nhịp cần lao

+ Đối với 5 nhịp dầm Super-T không cần phải thi công dầm ngang, bản mặt cầu mà có thể lao dầm ngay cho các nhịp tiếp theo sau khi thi công xong nhịp đầu

+ Thi công lan can, lề bộ hành, các lớp phủ và các tiện tích trên cầu + Công tác hoàn thiện cầu

2 TÍNH TOÁN THI CÔNG

2.1 XÁC ĐỊNH CÁC CAO TRÌNH THI CÔNG MỐ

 Xác định các cao trình mố:M1, M2

- Cao độ đáy móng: +0.578m

- Cao độ mặt đất tự nhiên: +0.680m

- Cọc BTCT 35x35cm gồm 3 đốt: mỗi đốt 10m, cao độ mũi cọc -28.422m,

chiều dài cọc ngàm vào bệ móng là 0.3m

 Xác định các cao trình thi công:

- Đóng cọc đến cao độ thiết kế: -28.422m

- Đầu cọc ở cao độ: +1.578m

- Vì mố nằm ở trên bờ nên không phải thi công cọc ván thép ngăn nước

- Vì mố nằm sát mặt đất tự nhiên, dùng thủ công đào đất hố móng đến cao độ thiết kế là: +0.478m Đập đầu cọc một đoạn 0.7m, cao độ đầu cọc còn lại ở +0.878m

- Vệ sinh hố móng, đổ bê tông đá 1x2 10cm đến cao độ +0.578m

- Tiến hành thi công các bộ phận của mố ở cao độ đã thiết kế

2.2 XÁC ĐỊNH CÁC CAO TRÌNH THI CÔNG TRỤ

 Xác định các cao trình trụ: T6 và T7

- Cao độ đáy móng: -3.192m

- Cao độ mặt đất tự nhiên: -2.1m

- Cọc BTCT 45x45cm gồm 3 đốt: mỗi đốt 9+9+10m, cao độ mũi cọc -30.192m,

chiều dài cọc ngàm vào bệ móng là 0.3m

 Xác định các cao trình thi công

- Mực nước thi công +1.5m

- Đóng cọc đến cao độ thiết kế: -30.192m

- Đầu cọc ở cao độ: -2.192m

- Vì trụ nằm ở mặt nước mặt có độ sâu cao, nên thi công cọc ván thép để ngang nước

- Vì trụ nằm ở mặt nước sâu, từ mặt đất tự nhiên đến đáy móng là không lớn, nên đào đất hố móng bằng phương pháp xói hút đến cao độ -4.192m

- Đập đầu cọc một đoạn 0.7m, cao độ đầu cọc còn lại: -2.897m

- Vệ sinh hố móng, đổ bê tông bịt đáy 20Mpa, với chiều dày 1.0m, cao độ đáy

bê tông bịt đáy -4.192m, cao độ mặt bê tông bịt đáy là -3.192m

- Tiến hành thi công các bộ phận của trụ ở cao độ đã thiết kế

 Xác định chiều dày lớp bê tông bịt đáy:

Điều kiện tính toán: áp lực đẩy nổi của nước phải nhỏ hơn lực ma sát giữa bê tông bịt đáy và thành cọc, trọng lượng của bê tông bịt đáy và lực ma sát giữa bê tông bịt đáy và vòng vây cọc ván thép Dự kiến đóng cọc ván thép cách bề rộng hố móng mỗi bên là 1m theo tất cả các chiều

- Từ những phân tích trên ta có điều kiện kiểm tra như sau:

2

1 ms ms bt

- Trong đó:

+B dn :là áp lực đẩy nổi (kN) + M bt :là trọng lượng của bê tông (kN) + F ms1 :lực ma sát giữa bê tông bịt đáy và cọc bê tông (kN) + F ms2 : lực ma sát giữa bê tông bịt đáy và cọc ván thép (kN)

- Xác định các giá trị:

 Tính lực đẩy nổi:

+ Chiều cao cột nước từ MNTT đến đáy bệ: 4.592m + Chiều cao tính từ đáy bệ đến đáy bê tông bit đáy đặt là : H + Áp lực nước tĩnh: WA=(4.592+H)x1x9.81=9.81x(4.592+H) kN/m + Thể tích bê tông lót đáy: 11.4x8xH=91.2H (m3)

F ms1  1 (kN)

- Trong đó:

+ n: là số cọc trong móng, n=28 cọc + U: là chu vi của cọc, U=0.45x4=1.8 m + t1: là lực dính bám giữa bê tông với các cọc bê tông, t1=30 kN/m2

F ms1 nUt1H 281.830H 1512kN

 Lực ma sát giữa bê tông bịt đáy và cọc ván thép

H t U

F ms2  2 2 (kN)

- Trong đó:

+ U2: là chu vi của cọc ván thép , U2=(11.4+8)x2=38.8 m + t2: là lực dính bám giữa bê tông với các cọc ván thép, t1=20 kN/m2

F ms2 U2t2H 38.820H 776H(kN)

B dn M bt F ms1F ms2

H H

H H

33

- Chọn loại máy bơm: C666 có công suất hút nước là P=120m3/h

- Thời gian để một máy bơm hút nước ra khỏi hố móng là:

h P

V

120

11 519

+ Công suất động cơ: 7kW + Kích thước của máy: dài 1240mm, rộng 600mm, cao 1050mm

 Hút nước trong quá trình thi công bệ do nước thấm vào hố móng:

- Với địa chất là đất sét có chứa nhiều hữu cơ lưu lượng nước thấm vào

hố móng tính theo công thức gần đúng như sau:

U H kqK

+ U: là chu vi của đáy móng, U=(9.4+6)x2=30.8m

QkqK t H n U  2 89  104m3/s

- Vậy lưu lượng nước thấm vào hố móng sau 1h là:

h m

Q2.8910436001.0404 3/  Chọn một máy bơm ly tâm C-666 bố trí hút nước trong hố móng

2.3 THIẾT KẾ VÒNG VÂY CỌC VÁN THÉP NGĂN NƯỚC

2.3.1 CHỌN LOẠI CỌC VÁN THÉP

- Trong công tác phục vụ thi công đối với những công trình dưới nước, đặc biệt

là đối với các trụ cầu thì có nhiều biện pháp ngăn nước để thi công: vòng vây đất, vòng vây bao tải đất, vòng vây gỗ và đất, vòng vây cọc ván gỗ, bê tông hay thép

- Do địa chất khu vực xây dựng tương đối yếu, vận tốc dòng chảy tương đối lớn, đáy móng ở mặt nước tự nhiên tương đối sâu Kiến nghị sử dụng cọc ván thép để thi công

- Kích thước trên mặt bằng của vòng vây cọc ván thép phụ thuộc vào hình dạng của bệ móng Bệ móng có kích thước 9.4x6m, để thuận tiện trong thi cống bố trí vòng vây cọc ván thép không gần hơn bệ móng 0.75m, vì trong hố móng có những cọc xiên

ở hai hàng ngoài, chọn khoảng cách từ vòng vây cọc ván thép đến bệ móng theo tất cả các phương là 1m với kích thước chiều dài và chiều rộng là: 11.4mx8m

- Trên mặt đứng vòng vây phải cao hơn mực nước thi công tối thiểu là 0.75m, chọn khoảng cách trên mặt đứng là: 0.75m

- Chiều cao mực nước thi công là: +1.5m, cao độ đáy móng là: -3.192m, chiều cao từ mực nước thi công đến cao độ đáy móng là: 4.692m

2.3.2 TÍNH TOÁN CỌC VÁN THÉP

2.3.2.1 TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU CỌC VÁN THÉP ĐÓNG VÀO TRONG ĐẤT

- Ta tiến hành đóng cọc ván vào trong đất, sau đó dùng thanh chống chống thành cọc ván thép, thanh chống đặt cách mép trên cọc ván 1m, để tiện thi công và tháo dỡ chọn một tầng vành đai khung chống

- Gọi t là chiều sâu đóng cọc ván thép vào đất, giả thiết cọc ván thép đóng vào lớp đất CH2 một đoạn là t

- Ta có sơ đồ tính toán như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ tính sự ổn định của cọc ván thép

- Đối với trường hợp có thanh chống, ta xét cân bằng mô men đối với điểm A

để xác định chiều dài đóng cọc ván thép vào trong lớp đất CH2 để cho cọc ván thép được ổn định Điều kiện cân bằng như sau:

cl

gl mM

M 

- Trong đó:

+ M gl :là mô men gây lật do áp lực nước và áp lực chủ động của đất

+ M cl :là mô men chống lật do áp lực bị động của đất và áp lực của bê tông bịt đáy

+ m: là hệ số an toàn, lấy m=0.8

- Các ký hiệu trong sơ đồ hình 2.1:

+ P1: là áp lực tĩnh của nước + P2: là áp lực chủ động của đất + P3: là áp lực bị động của đất + P4: là áp lực của bê tông bịt đáy

- Xác định các giá trị áp lực tác dụng lên cọc ván thép, cân bằng mô men đối với điểm A

 Xác định áp lực nước tĩnh

+ P1=(5.692+t)x10=56.92+10t (kN/m) + Điểm đặt lực tính đến điểm A,

t

t t t

t t

5.0692.536.18)

092.2(8.1

)092.2()2

092.26.3(6.34

0 2

) 092 2 ( 2 6 3

0 2

 Xác định áp lực ngang do bê tông bịt đáy:

t e

P e P

34.799.11641.22724

2 2 1

 Mô men chống lật:

4 4 3

3e P e 19 83 63 12t 7 39t P

 Cân bằng mô men ta có:

)39.712.6383.19(8.0892

.3

34.799.11641.22724

3 2

t t

t

t t

2.3.2.2 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỌC VÁN THÉP

Hình 2.2 Sơ đồ tính khẳ năng chịu lực của cọc ván thép

- Từ biều đồ tính giai đoạn hai cho cọc ván thép, mô men có giá trị lớn nhất là:

- Tính duyệt cọc theo TTGH cường độ:

+ Mô men tác dụng vào một cọc với chiều rộng B=0.4m là:

M=27.55x0.4=11.02kN.m + Ứng suất lớn nhất trong cọc ván thép là:

Mpa m

kN W

M

5 72 /

72500 10

152

02

2.3.2.3 THIẾT KẾ KHUNG VÀNH ĐAI

 Theo sơ đồ trên ta tính tính được phản lực tại gối A: RA=17.24 kN/m

TH AN

H CH OÁN G

Hình 2.4 Sơ đồ khung vành đai, thanh chống và cọc ván thép

 Tính thanh vành đai ngắn:

Hình 2.5 Sơ đồ tính khung vành đai cạnh ngắn

- Giải hệ trên ta được các giá trị nội lực lớn nhất như sau:

+ Mô men M: M=18.86 kNm + Phản lực gối : 49.90 kN + Phản lực gối : 49.90 kN

- Chọn sơ bộ tiết diện vành đai: Chọn thép hình dạng chữ C theo tiêu chuẩn TCVN 1654:1975 có các đặc trưng hình học như sau, chọn số hiệu thép 40:

+ Chiều cao: h=400mm + chiều rộng bản cánh: b=115mm + chiều dày bản bụng: 8mm + chiều dày bản cánh: 13.5mm

+ Bán kính vuốt cong bản bụng: R=15mm + Bản kính vuốt cong bản cánh: r=6mm + Diện tích mặt cắt ngang: A=61.5cm

- Hai thép tấm 300x10 mm liên kết hai thép hình

Hình 2.6 Mặt cắt ngang khung vành đai cạnh ngắn

- Xác định mô men kháng uốn của tiết diện theo trục y-y:

+ Mô men quán tính:I=3855.78 cm4+ Khoảng cách từ trục trung hòa đến trọng tâm tiết diện: y=172.5mm

+ Mô men kháng uốn là: 223.52 3

25.17

78.3855

cm y

86

- Ứng suất cho phép của thép vành đai là:   190Mpa

Kết luận: Vành đai cạnh ngắn đạt khả năng chịu lực

 Tính thanh vành đai dài:

Hình 2.7 Sơ đồ tính khung vành đai cạnh dài

- Giải hệ trên ta được các giá trị nội lực lớn nhất như sau:

+ Mô men M: M=39.06 kNm + Phản lực gối : 70.68 kN + Phản lực gối : 70.68 kN

- Xác định mô men kháng uốn của tiết diện theo trục y-y:

+ Mô men quán tính:I=3855.78 cm4+ Khoảng cách từ trục trung hòa đến trọng tâm tiết diện: y=172.5mm

52.22325

.17

78.3855

cm y

10 52 223

06

- Ứng suất cho phép của thép vành đai là:   190Mpa

Kết luận: Vành đai cạnh dài đạt khả năng chịu lực

Hình 2.8 Mặt cắt ngang thép hình I số hiệu 40 TCVN 1655:1975

- Sức kháng tính toán của các cấu kiện chịu nén, Pr, phải được tính như sau:

n c

.3162

- Chọn búa đóng cọc là loại búa hơi đơn động hiệu CM528 có trọng lượng bộ

phận xung kích là 35kN, chiều cao rơi tương đương của búa là 1.2m, động năng đập của búa là E=94.76kNm

 Xác định hệ số thích dụng của búa:

76 94

69 149 35

E

q W

q k W nF Q Km Q

KmnFWH e

a a

+ H: chiều cao rơi của búa, H=1.2m + k: hệ số phục hồi va chạm,khi hạ cọc bằng búa máy có đệm gỗ, k=0.45 + q: trọng lượng cọc (kể cả cọc, cọc dẫn, mũ, đệm…)

q=0.2025x28x24x1.1=149.69 kN + Q a :Sức chịu tải an toàn của cọc, Q a 1292.5kN

m

69.14935

69.1492.035)2025.015005

.12920

.17.0

1(5.1292

2.13515000.17.0

2.3.3 TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN THI CÔNG BỆ MÓNG TRỤ

* Ghi chú: vì khối lượng tính toán ván khuôn thi công là khá lớn Do đó trong

tập đồ án này chỉ thiết kế ván khuôn thép thi công bệ móng trụ T6 và T7 và tất cả các

số liệu và công thức tính toán tham khảo từ sách “ Thiết kế tính toán thi công cầu” của tác giả Phạm Huy Chính, nhà Xuất bản Xây dựng Hà Nội, năm 2006;

- Do cầu được xây dựng với quy mô lớn với hai mố và 12 trụ cầu, để thuận lợi

trong vận chuyển và thi công và hiệu quả kinh tế kiến nghị chọn ván khuôn thép định hình

- Ván khuôn thép định hình thuộc loại tách rời nên có thể tháo dỡ đơn giản và luân chuyển sử dụng nhiều lần

- Tấm ván khuôn được gia cố bằng một hệ khung thép hình là thép góc điều nhánh liên kết hàn với chi tiết còn lại của tấm ván khuôn

- Phần mặt tiếp xúc giữa ván khuôn với bê tông là một tấm tôn dày 3mm

- Mối nối giữa các tấm ván khuôn được sử dụng gioăng cao su, có tác dụng đảm bảo ván khuôn được kín khi lắp ghép, không bị mất nước xi măng khi đổ bê tông mố trụ cầu

- Liên kết giữa các khung ván khuôn với nhau bằng bu lông với các khoảng

cách định hình được tính toán và bố trí theo cấu tạo sao cho có thể lắp ghép các tấm ván khuôn một cách tiện lợi, dễ dàng theo mọi phương

- Do ta sử dụng các tấm ván khuôn định hình chế tạo sẵn, nên trong thiết kế phần này ta chỉ kiểm toán khả năng chịu lực của các tấm ván khuôn thép, chứ không đi sâu vào thiết kế chi tiết

 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN VÁN KHUÔN

 TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG

- Trọng lượng bản thân ván khuôn và giá chống: 700 kg/m3

- Trọng lượng của hỗn hợp bê tông tươi: 2500 kg/m3

- Trọng lượng của cốt thép: 100 kg/m3

- Tải trọng do người và phương tiện vận chuyển: 250kg/m2

 TẢI TRỌNG NẰM NGANG

- Áp lực của hỗn hợp bê tông tươi:

+ R: bán kính tác dụng của máy chấn động trong, lấy R=0.75 + Chọn 3 máy trộn bê tông C330, công suất một máy trộn là 10m3/h + Lượng bê tông có thể trộn được trong 1h là: 30m3/h

+ Lượng bê tông có thể trộn được trong 4h là: 120m3 + Diện tích mặt cắt bệ móng là: A=9.4x6=56.4m2+ Chiều cao của bê tông đổ được trong 4 giờ là: H=120/56.4=2.13m + Tốc độ đổ bê tông lớn nhất theo chiều cao: v=0.53m/h

Nhận xét: v=0.53 m/h>0.5 m/h và chiều cao đổ bê tông là: 2.13m>1m Tính

áp lực của hỗn hợp bê tông tươi:

2 1

)78.027.0

 KIỂM TOÁN VÁN KHUÔN

- Sơ đồ tính toán tấm ván khuôn: Ván khuôn được tính toán theo sơ đồ ngàm

bốn cạnh, các cạnh của các ván khuôn thép được giới hạn bởi các sườn tăng cường đứng và tăng cường ngang

- Chọn tấm ván khuôn thép đước giới hạn bởi các sườn tăng cường đứng và sườn tăng cường ngang là: 50x50cm

 TÍNH TOÁN THEO ĐỘ VÕNG

- Xác định chiều dày của ván khuôn thép theo công thức:

3 1

p b k

Đối với ván khuôn trong,

250

1



b f

b f

p b

4001

24.05000188.0

3 3

 Ván khuôn trong: cm mm

b f

p b

2501

24.05000188.0

3 3

 TÍNH TOÁN THEO CƯỜNG ĐỘ

- Chiều dày của tấm ván khuôn thép được xác định theo công thức:

R

p b

.01900

36.050557

VK1 VK2

SƯỜN TĂNG CƯỜNG

Hình 2.10 Chi tiết ván khuơn VK1

- Cấu tạo chi tiết ván khuơn:

+ Gồm những thép tấm cĩ chiều dày 5mm, mỗi tấm cĩ kích thước phụ thuộc vào hình dạng của bệ mĩng

+ Các sườn tăng cường đứng và ngang cĩ chiều dày 5mm làm bằng thép tấm, phần chìa ra là 70mm

+ Các sườn tăng cường tạo thành các lưới hình vuơng: 50x50cm + Thép gĩc sử dụng thép hình L đều cạnh: số hiệu 7 theo TCVN 1656-

- Theo sơ đồ bố trí các thanh nẹp đứng và các thanh nẹp ngang tạo thành lưới hình chữ nhật: axb=150x100cm, như vậy ta tính theo luật hình thang

- Xác định mơ men theo cơng thức:

kgcm b

p b a

48

10036.0)100150

3(48

)3

1 2 2