đồ án mẫu thi công cầu

Công tác định vị hố móng Vì ở đây mực nước thi công thay đổi khá lớn trên suốt mặt cắt ngang của sông nên ở những nơi có mực nước nông, không có thông thuyền để xác định vị trí tim trụ c

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG1.1 Số liệu đầu vào

- Phạm vi đồ án : Thiết kế thi công cho một trụ cầu dưới sông

- Nội dung thiết kế :

1 Sinh viên tự chọn mực nước thi công, khổ thông thuyền, chiều dài nhịp,khổ cầu

2 Chọn loại cọc ván và kích thước vòng vây(nếu có)

3 Tính chiều sâu đóng cọc ván, cân nhắc có dùng khung chống, BTBD haykhông nếu có thiết kế với cọc ván thép

4 Phân đoạn cọc, tính và chọn búa đóng cọc (nếu có), mô tả biện pháp thicông cọc

5 Thiết kế ván khuôn đổ bê tông móng và thân trụ

6 Lụa chọn biện pháp đổ bê tông móng và thân trụ

7 Tính toán tổ chức thi công kết cấu nhịp cầu

8 Lập bảng tiến độ thi công cho trụ và kết cấu nhịp

- Qui mô công trình :

+ Số hàng cọc khoan nhồi: 3

+ Số cột: 2

+ Chiều sâu cọc đóng trong đất: Lc = 50 m

+ Kích thước cọc khoan nhồi: D=1.2m

1.2 Nội dung thiết kế

1.2.1 Chọn mực nước thi công, khổ thông thuyền, chiều dài nhịp, khổ cầu.

-Mực nước thi công: 3.6m

-khổ thông thuyền:4.4m

-Chiều dài nhịp : 42 m

-Khổ cầu: 36m

1.2.2 Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn

- Chọn loại cọc ván, kích thước vòng vây

- Tính chiều sâu đóng cọc ván, cân nhắc có dùng khung chống, bê tông bịt đáyhay không? nếu có thiết kế với cọc ván

- Tính và lựa chọn búa đóng cọc ván

1.2.3 Trình bày biện pháp thi công cọc khoan nhồi

- Tính toán phân đoạn cọc

- Mô tả biện pháp thi công cọc khoan nhồi

1.2.4 Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc

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

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

1.2.5 Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ

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

- Kiểm tra bài toán ván khuôn thành

CHƯƠNG 2 BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO2.1 Công tác định vị hố móng

Vì ở đây mực nước thi công thay đổi khá lớn trên suốt mặt cắt ngang của sông nên

ở những nơi có mực nước nông, không có thông thuyền để xác định vị trí tim trụ có thể dựa trên những cầu tạm bằng gỗ, trên đó tiến hành đo đạc trực tiếp và đánh dấu vịtrí dọc và ngang của móng Để tránh va chạm trong thi công làm sai lệch vị trí thì nên

có các cọc định vị đóng cách xa tim móng Khi đo đạc bằng máy, có thể dựa trên những sàn đặt trên các cọc gỗ chắc chắn, đóng xung quanh các cọc định vị này

Với những móng đặt ở những chỗ nước sâu, công tác định vị phải làm gián tiếp Tim của các trụ được xác định dựa vào các đường cơ tuyến nắm trên hai bờ sông và các góc ,  tính ra theo vị trí của từng trụ (Phương pháp tam giác đạc ) Ta phải tiến

hành làm cẩn thận và kiểm tra bằng nhiều phương pháp để tránh sai số ảnh hưởng tới cấu tạo của công trình bên trên thi công sau này.

TRUC TIM CAU

Hình : Xác định tim trụ cầu bằng phương pháp tam giác

2.2 Công tác chuẩn bị mặt bằng, bố trí công trường

- Cần bố trí mặt bằng hợp lý để công việc thi công được tiến hành thuận lợi

- Cần khảo sát địa hình hai bên bờ sông, xem xét hướng gió thổi và dự tính thờigian thi công để lập vị trí và kế hoạch tập kết vật liệu

- Chuẩn bị mặt bằng, bãi tập kết vật liệu như : Xi măng, đá, cát, sắt thép…

- Xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng,hệ thống đường công vụ, đường nội bộ,bãichứa vật liệu cho công trường.Cung cấp điện nước phục vụ cho công tác thi công vàsinh hoạt

- Do công trình thi công có tính chất tập trung và xây dựng trong thời giantương đối dài Do đó tổ chức xây dựng lán trại, nhà nghỉ chỗ ăn, sinh hoạt cho côngnhân viên, xây dựng chỗ vui chơi giải trí, nhà vệ sinh

2.3 Công tác chuẩn bị mặt bằng, bố trí công trường

- Cần bố trí mặt bằng hợp lý để công việc thi công được tiến hành thuận lợi

- Cần khảo sát địa hình hai bên bờ sông, xem xét hướng gió thổi và dự tính thờigian thi công để lập vị trí và kế hoạch tập kết vật liệu

- Chuẩn bị mặt bằng, bãi tập kết vật liệu như : Xi măng, đá, cát, sắt thép…

- Xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng,hệ thống đường công vụ, đường nội bộ,bãichứa vật liệu cho công trường.Cung cấp điện nước phục vụ cho công tác thi công vàsinh hoạt

- Do công trình thi công có tính chất tập trung và xây dựng trong thời giantương đối dài Do đó tổ chức xây dựng lán trại, nhà nghỉ chỗ ăn, sinh hoạt cho côngnhân viên, xây dựng chỗ vui chơi giải trí, nhà vệ sinh

2.4 Thi công trụ cầu

Sau khi đã tiến hành các bước tổng quát như trên như : xác định vị trí tim trụ cầu,chuẩn bị nguyên thiết bị vật liệu, quá trình thi công trụ được tiến hành theo các bướcsau:

- Bước 1:

+Định vị xà lan, nạo vét đất trong phạm vi thi công trụ

+Lắp khung dẫn hướng để giữ ống vách

+ Kiểm tra cao độ các lớp cát đệm, đặt các lồng thép theo kỹ thuật

+ Xếp đá 4x6 theo đúng qui trình kỹ thuật

+ Kiểm tra cao độ của các lớp đá đã xếp, thả vòi bơm vào ống

+ Bơm vữa theo các vị trí đã qui định, trong quá trình bơm luôn kiểm tra sựlan tỏa của vữa xi măng thông qua các ống lồng

+ Khi lớp bê tông đạt cường độ thì tiến hành hút nước làm khô hố móng

- Bước 4 :

+ Khi cọc đạt cường độ ta tiến hành đập đầu cọc và xử lý cốt thép đầu cọc,

vệ sinh đáy móng

+ Dựng ván khuôn, lắp cốt thép bệ cọc, tiến hành đổ bê tông bệ cọc

+ Khi bê tông bệ cọc đạt 70% cường độ, tiến hành thi công phần thân trụ.+ Trong suốt quá trình thi công phải tiến hành bảo dưỡng bê tông cho đếnkhi bê tông đạt cường độ thì tháo dỡ ván khuôn và các thiết bị thi công

- Bước 5:

+ Dựng ván khuôn xà mũ, lắp cốt thép, tiến hành đổ bê tông mũ trụ

+ Dựng ván khuôn, lắp cốt thép, tiến hành đổ bê tông đá kê gối

+ Hoàn thiện trụ

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THI CÔNG

3.1 Thiết kế vòng vây cọc ván

3.1.1 Kích thước vòng vây

Chiều sâu mực nước thi công, chọn Hn = 3,6m

Kích thước vòng vây cọc ván được chọn dựa trên kích thước móng, khoảng cách

từ mặt trong của tường cọc ván đến mép bệ móng > 0,75m Chọn khoảng cách là 1m

Lớp bê tông bịt đáy được xác định từ điều kiện : Áp lực đẩy nổi của nước lên lớp

bê tông phải nhỏ hơn lực ma sát giữa bê tông với hệ cọc và trọng lượng lớp bê tôngbịt đáy

Bề dày lớp bêtông bịt đáy :

n

K.H.F

h(F n.U.f )





 Trong đó :

f : ma sát giữa cọc với bêtông bịt đáy, f 10T / m 2

U : chu vi một cọc,U=3.14x1.2 =3.77 m

Số cọc k=6 cọc

Chọn m=0.9x10, n= 0.9x10

m x

x x

9x10 0 ) 10 77 3 6 5 2 6 85 9x10 0

(

1 8 9x102 6 3

Chọn lớp bêtông bịt đáy dày 1 m

Phương pháp đổ bêtông bịt đáy :

Tiến hành đổ bêtông bịt đáy theo phương pháp vữa dâng :

Bán kính hoạt động của ống : R 2 m

Diện tích hoạt động của một ống : Fo  R2  22 12.56 m 2

Số ống cần thiết : 7 39x10

56 12

8 9x102

+ Áp lực đẩy của nước :

2 1 1.2,6.1 2,6 /

Trong đó :

 = 1T/m3 :Dung trọng của nước

H = 3.6 – 1 = 2.6m :Chiều sâu cột nước, từ lớp đáy BTBD đến mựcnước thi công

1m: Bề rộng của dải BTBD đang xét

Nội lực phát sinh trong dầm :

) ( 4 2 8 8

6 2 3 2 8

2 2

2 1

4

Vậy lớp BTBD thỏa mãn điều kiện cường độ

3.1.3 Tính độ ổn định của kết cấu vịng vây cọc ván trong các giai đoạn thi cơng :

3.1.3.1 Giai đoạn 1

Vịng vây đã được đĩng đến đáy sơng, nhưng chưa đổ betơng bịt đáy

MẶT BẰNG CỌC VÁN THÉP

KHUNG VÀNH ĐAI

CỌC ĐỊNH VỊ

Với cách bố trí cọc định vị như trên thì cọc định vị khơng cĩ tác dụng chịu lực, mà

áp lực sẽ truyền hết vào cọc ván thép

Ở giai đọan này ta đào đất trong vịng vây cọc ván bằng gầu ngoạm, nên mực nước

2 bên thành cọc ván là như nhau Cọc ván chịu tác dụng của áp lực đất chủ động và

áp lực đất bị động Chiều sâu đĩng cọc ván thép, ta sẽ tính vào giai đoạn sau

3.1.3.2 Giai đoạn 2

Đã đổ betơng bịt đáy và hút cạn nước hố mĩng Sơ đồ chịu lực của cọc ván thépnhư sau :

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

2 Khi có lớp bêtông bịt đáy, t được xác định từ điều kiện đảm bảo ổn định chốngquay của tường cọc ván chung quanh trục tựa của nó vào điểm O nằm cách mặt trêncủa lớp bêtông bịt đáy 1 m(trên hình vẽ)

Điều kiện để đảm bảo ổn định chống lật:

 

1

1

x x3,6 1,2 m3

n bq

t =5.5m :Chiều sâu của cọc trong lớp 1.

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : 5 5 3 667

n w

( 9x1003 1 231 0 ) 5 5 3

2 ( 346

8 8

5 7 704 0 5 5 455 0

2 1

2 2 1 1

h h

h a

a atb

=> 0 8 2 19x108 0 73 5 5 19x10 415 ( / )

2

1 2

t =5.5m :Chiều sâu của cọc trong lớp 1

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn: X x5 5 3 667m

n w

9x10 9x10

10 10

8 7 6 5

bq L

Momen giữ :

0 311 3 6 9x1025 2 33 577 103 422

10 9x10 4

142 209x10 178 8



Vậy chiều sâu đóng cọc ván cần thiết là 5.5+1,5=7 m

3.1.4 Kiểm tra độ bền của các bộ phận vòng vây :

3.1.4.1 Kiểm tra cọc ván thép :

Kiểm tra về mặt cường độ của tường cọc ván, hay đi thiết kế tường cọc ván cócường độ để chịu lực do các áp lực gây ra

Cọc ván sử dụng là cọc cừ ván thép Larsen Sơ đồ tính là dầm đơn giản hai gốitựa, một gối tại vị trí tầng chống ngang, gối kia cách đáy lớp bêtơng bịt đáy 1 m Sơ

Phản lực tại gối A :M B( ) 0 R A.3,6 6, 48.1, 2  R A 2,16( / )T m

Momen uốn lớn nhất tại điểm đặt của lực P1:

) / ( 88 2 4 2 3

2 4 2 1 2

1 4 2 16 2 4 2 3

1 4 2 1 2

1 4

Avg Coat-ing Area*

Thick - ness (T)

tional Area (A)

Sec- ght (W)

Wei-Moment of Inertia (Lx)

Setion Mod- ulus

tional Area

Sec- ght (W)

Wei-Moment of Inertia (Ix)

Section Mod-ulus (Zx)

I A 400 85 0.47 8.0 45.21 35.5 598 88 113.0 88.8 4,500 529

Dimensions and Sectional Properties

Chọn loai mặt cắt số I A, cĩ bề rộng B = Ws = 400mm Mơmen tác dụng vào mặtcắt này là:

M = Mmax B = 2.88 x 0.4 =1.152(T.m)

Mơmen kháng uốn của tiết diện là: W = 88cm3,ứng suất lớn nhất trong cọc cừ théplà:

Tổng chiều dài của cọc là: l = 1+3.6+5.5+1.5 = 11.6(m)

Chu vi vịng vây là =39x10.2 m Vậy ta đĩng như sau :

Phương ngang ta đĩng 29x10 cây

Phương dọc đĩng 20 cây

Tổng cộng đĩng 9x108 cây

3.1.4.2 Tính tốn khung vành đai :

Dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh thì cọc ván thép sẽ truyền lên hệ khung vànhđai 1 lực bằng với phản lực tại gối A : R A 2,16( / )T m :

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

thanh vành đai dài q=2,16T/m

thanh vành đai ngắn

thanh chống

Đưa về sơ đồ tính vành đai như sau:

 Thanh vành đai dài:

3800 4000 3800

11600

N3 N3

Biểu đồ nội lực được giải bằng Sap như sau :

 Thanh vành đai dài:

Momen (T.m)

Phản lực gối tựa (T)

 Thanh vành đai ngắn:

Momen (T.m)

Phản lực gối tựa (T)

Để đơn giản cho quá trình thi công ta chọn cùng loại vật liệu cho thanh vành đaidài và ngắn Vì vậy ta thiết kế cho thanh nào có nội lực lớn hơn Từ biểu đồ nội lực

ta lấy thanh vành đai dài để thiết kế

Mômen lớn nhất (tại gối tựa): M = 9x10,37(T.m)Lực dọc (do thanh ngắn truyền qua N3): N2 = 15,68(T)Chọn thép làm vành đai :

Thép sử dụng để làm vành đai là thép hình, tiết diện chữ I mã hiệu No50:

Diện tích tiết diện: F = 9x107,8 cm2

Ứng suất trong thanh chống:

Q=4,7 : Trọng lượng búa

M=4100 kGcm : Momen lệch tâm lớn nhất

=1100 (vòng/phút)=115 rad/s

A = 9x10,5mm

Ta phải kiểm tra để đảm bảo một số điều kiện sau để có thể hạ cọc vào trong đất

 Điều kiện 1: Lực kích động phải đủ lớn để hạ cọc vào trong đất :

x x xh

f ux

Q xT

Với búa đã chọn :

) ( 431 10 ) ( 27 55 81

9x10

115 10

10

T T

x x x g

Biên độ chấn động phải thích hợp thì mới hạ cọc dễ dàng

Biên độ chấn động phụ thuộc vận tốc góc, loại cọc và loại đất

Với =1250 vòng/phút=130rad/s tra bảng 4.19x10 (Thiết kế thi công cầu _ NguyễnHuy Chính) => A = 0,8-1,0 cm

Vậy với A=9x10,5 mm là hợp lý

 Điều kiện 3 : Tổng ngoại lực tác động lên cọc phải đủ lớn, đảm bảo hạ cọc

và nhổ cọc được nhanh

p p d

Q q q Q

Q q q Q

Chọn búa như trên là hợp lý

3.2.1 Tính toán phân đoạn các lồng thép cọc khoan nhồi và thứ tự khoan cọc:

Chiều sâu cọc trong đất là 50m, lớp bêtông bịt đáy dày 1m, chiều sâu ngàm cọctrong đài (kể cả phần thép chờ) là 0.8m, tổng chiều dài cọc là 50.8m, nên chọn

Lc=50.8m.Ta có thể chia cọc làm 5 đoạn như sau:L1=12450;L2=11700;L3=11000;L4=9x10000;L5=6650 Cọc khoan nhồi có đường kính

3.2.2Thi công cọc khoan nhồi:

- Theo điều kiện địa chất: lớp 1 là đất cát hạt vừa, lớp 2 là đất sét pha cát dẻo,lớp 3 là đất sét chặt và vị trí trụ thi công ở giữa sông và có nước mặt nên tachọn phương pháp khoan tạo lỗ dùng ống vách

*Ưu điểm của cọc khoan nhồi:

+ Rút bớt được công đoạn đúc sẵn cọc, do đó không còn các khâu xây dựng bãiđúc, lắp dựng ván khuôn, chế tạo mặt bằng hoặc mối nối cọc Đặc biệt không

cần điều động những công cụ vận tải và bốc xếp cồng kềnh trong khâu vậnchuyển cẩu lắp phức tạp

+ Vì cọc đúc ngay tại móng, nên có khả năng thay đổi kích thước hình học, chẳnghạn chiều dài, đường kính cọc và số lượng cốt thép so với bản vẽ thiết kế, để phùhợp với thực trạng của đất nền được phát hiện chính xác hơn trong quá trình thicông

+ Cọc khoan nhồi có khả năng sử dụng trong mọi loại địa tầng khác nhau, dễdàng vượt qua được những chướng ngại vật

+ Cọc khoan nhồi thường tận dụng hết khả năng chịu lực của vật liệu, do đógiảm được số lượng cọc trong móng Đặc biệt cốt thép chỉ bố trí theo yêu cầuchịu lực khi khai thác, không cần bổ sung nhiều cốt thép như cọc đúc sẵn đểchịu lực trong quá trình thi công cọc

+ Ít gây tiếng ồn và chấn động mạnh làm ảnh hưởng môi trường sinh hoạt xungquanh

+ Kiểm tra chất lượng đất mà cọc khoan đi qua dể dàng

*Nhược điểm của cọc khoan nhồi

+ Sản phẩm trong suốt quá trình thi công đều nằm sâu dưới lòng đất, các khuyếttật dễ xảy ra không kiểm tra trực tiếp bằng mắt được, khó xác định chất lượngsản phẩm và nhất là các chỉ tiêu về sức chịu tải của cọc Chất lượng phụ thuộcchủ quan vào trình độ kỹ thuật, khả năng tổ chức và kinh nghiệm chuyên môncủa nhà thầu và đơn vị sản xuất, mặc dầu có thể được trang bị máy móc chuyêndụng và đồng bộ kể cả những thiết bị kiểm tra chất lượng và thử nghiệm côngtrình hiện đại

+ Thường đỉnh cọc nhồi phải kết thúc trên mặt đất, khó có thể kéo dài thân cọclên phía trên, do đó buộc phải làm bệ móng ngập sâu dưới mặt đất hoặc đáysông, vì vậy không có lợi về mặt thi công

+ Rất dể xảy ra khuyết tật ảnh hưởng đến chất lượng cọc, chẳng hạn :

- Hiện tượng thắt hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi đi quanhiều lớp đất đá khác nhau

- Bê tông xung quanh cọc dể bị rửa trôi lớp xi măng khi gặp mạch ngầm và gây rahiện tượng rổ “kẹo lạc’’

- Ngoài ra còn rất nhiều nguyên nhân chủ quan khác làm cho cọc khoan nhồi kémchất lượng

+ Thi công cọc đúc tại chổ thường phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết + Hiện trường thi công cọc dể bị lầy lội

* Trình tự thi công cọc khoan nhồi gồm các bước sau đây:

*Công tác chuẩn bị thi công:

- Khi thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần phải điều tra và thu thập cáctài liệu sau:

+ Bản vẽ thiết kế móng cọc khoan nhồi, khả năng chịu tải, các yêu cầu thử tải

và phương pháp kiểm tra nghiệm thu

+ Tài liệu điều tra về mặt địa chất, thủy văn nước ngầm

+ Tài liệu về bình đồ, địa hình nơi thi công, các công trình hạ tầng tại chổ nhưđường giao thông, mạng điện, nguồn nước phục vụ thi công

+ Nguồn vật liệu cung cấp cho công trình, vị trí đổ đất khoan

+ Tính năng và số lượng thiết bị máy thi công có thể huy động cho công trình.+ Các ảnh hưởng có thể tác động đến môi trường và công trình lân cận

+ Trình độ công nghệ và kỹ năng của đơn vị thi công

+ Các yêu cầu về kỹ thuật thi công và kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

- Công tác tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần thực hiện các hạng mục sau :+ Lập bản vẽ mặt bằng thi công tổng thể bao gồm: vị trí cọc, bố trí cáccôngtrình phụ tạm như trạm bêtông Dây chuyền thiết bị công nghệ thi công nhưmáy khoan, các thiết bị đồng bộ đi kèm, hệ thống cung cấp tuần hoàn vữa sét,

hệ thống cấp và xả nước, hệ thống cấp điện và đường công vụ

+ Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động và chất lượng công trình

II.2.2 Yêu cầu về vật liệu, thiết bị:

- Các vật liệu, thiết bị dùng trong thi công cọc khoan nhồi phải được tập kết đầy

đủ theo đúng yêu cầu của hồ sơ thiết kế và các tiêu chuẩn hiện hành

- Các thiết bị sử dụng như cần trục, máy khoan phải có đầy đủ tài liệu về tínhnăng kỹ thuật, cũng như chứng chỉ về chất lượng đảm bảo an toàn kỹ thuật của