CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ TRONG THI CÔNG CẦU ... Vai trò của các công trình phụ trợ trong thi công cầu ... Phân loại các công trình phụ trợ ... Nguyên tắc thiết kế các công trình phụ trợ ..[r]
Trang 1BÀI GIẢNG XÂY DỰNG CẦU 1
(Tài liệu dùng cho sinh viên khoa xây dựng trường đại học Vinh)
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG - o0o -
Ths Đặng Huy Khánh
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: XÂY DỰNG CẦU 1
(TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN KHOA XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH)
Mã số môn học: GT20009
Số tín chỉ: 04 Học phần: Bắt buộc
Lý thuyết: 45 tiết Bài tập, thảo luận: 15 tiết
Tự học: 120 tiết
Vinh - 2018
Trang 3MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 7
NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG 7
1.1 Đối tượng nghiên cứu và nội dung môn học: 7
1.2 Quá trình thực hiện một dự án bà các bước tiến hành trong giai đoạn thi công cầu: 7
1.2.1 Quá trình thực hiện một dự án: 7
1.2.2 Các bước tiến hành trong giai đoạn thi công cầu: 8
1.3 Những khái niệm cơ bản trong thi công 9
1.4 Thiết kế tổ chức thi công 10
1.5 Đặc điểm của môn học và phương pháp nghiên cứu 10
1.5.1 Đặc điểm môn học: 10
1.5.2 Phương pháp nghiên cứu: 11
1.6 Những công nghệ xây dựng cầu hiện đại áp dụng thành công hoặc đang được áp dụng ở Việt Nam 11
CHƯƠNG 2 14
NHỮNG CÔNG TÁC XÂY DỰNG VÀ BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG THI CÔNG CẦU 14
2.1 Công tác làm đất 14
2.1.1 Khái niệm và yêu cầu chung: 14
2.1.2 Xác định khối lượng thi công: 14
2.1.3 Các công việc chuẩn bị: 17
2.1.4 Biện pháp đào đất trong hố móng: 17
2.2 Công tác khoan nổ mìn 20
2.2.1 Khái niệm về nổ mìn: 20
2.2.2 Vật liệu nổ: 21
2.2.3 Biện pháp nổ mìn: 22
2.2.4 Tính toán lượng nổ: 23
2.2.5 Điều khiển nổ: 23
2.2.6 Nổ mìn có che chắn: 24
2.2.7 Thiết bị khoan nổ mìn: 25
2.2.8 Hộ chiếu nổ mìn: 25
2.2.9 Một số nguyên tắc cần thiết khi nổ mìn trên công trường: 25
2.3 Công tác đổ bêtông 25
2.3.1 Công tác chuẩn bị vật liệu: 25
2.3.2 Chế tạo vữa bê tông: 26
2.3.3 Xác định năng suất của máy trộn: 28
2.3.4 Vận chuyển vữa bê tông: 29
2.3.5 Đổ và đầm bê tông: 30
2.3.6 Các biện pháp đổ bê tông dưới nước: 34
Trang 42.4 Công tác cốt thép 36
2.4.1 Các công việc đối với cốt thép thường: 36
2.4.2 Các công việc đối với cốt thép DƯL: 38
2.5 Công tác ván khuôn: 39
2.5.1 Vai trò và yêu cầu của công tác ván khuôn: 39
2.5.2 Cấu tạo ván khuôn gỗ: 40
2.5.3 Cấu tạo ván khuôn thép: 41
2.5.4 Biện pháp lắp dựng ván khuôn: 42
2.5.5 Tính toán thiết kế ván khuôn 42
2.6 Công tác đóng cọc 52
2.6.1 Đúc cọc BTCT trên công trường: 52
2.6.2 Thiết bị đóng cọc : 52
2.6.3 Thử nghiệm cọc : 56
2.6.4 Thiết bị hạ cọc ống : 57
2.7 Công tác kích kéo: 59
2.7.1 Thao tác thủ công: 59
2.7.2 Lao kéo : 59
2.7.3 Những trang bị cần thiết phục vụ công tác lao kéo: 60
CHƯƠNG 3 67
CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ TRONG THI CÔNG CẦU 67
3.1 Vai trò của các công trình phụ trợ trong thi công cầu 67
3.2 Phân loại các công trình phụ trợ 67
3.3 Nguyên tắc thiết kế các công trình phụ trợ 68
3.3.1 Nguyên tắc cấu tạo: 68
3.3.2 Nguyên tắc chung về tính toán: 68
3.3.3 Tải trọng tác dụng: 68
3.3.4 Nguyên tắc xác định nội lực: 70
3.3.5 Nguyên tắc tính duyệt: 70
3.3.6 Xác định mức nước thi công: 71
3.4 Hố móng trên nền đất: 71
3.4.1 Đào trần: 71
3.4.2 Tường ván lát ngang: 72
3.4.3 Tường ván lát đứng: 74
3.4.4 Tường ván ngang tiêu chuẩn: 74
3.4.5 Tính toán thiết kế tường ván tiêu chuẩn: 75
3.5 Các loại vòng vây ngăn nước 77
3.5.1 Đê, đập ngăn nước: 77
3.5.2 Vòng vây đất: 78
3.5.3 Vòng vây cọc ván thép: 78
Trang 53.5.4 Tính toán thiết kế vòng vây cọc ván thép: 80
3.5.5 Thùng chụp không đáy: 85
3.6 Đà giáo và trụ tạm: 88
3.6.1 Vai trò của đà giáo trụ tạm trong thi công cầu: 88
3.6.2 Phân loại đà giáo: 89
3.6.3 Cấu tạo trụ tạm: 90
3.6.4 Cấu tạo đà giáo cố định: 90
3.6.5 Một số dạng kết cấu vạn năng thông dụng: 91
3.7 Hệ nổi 94
3.7.1 Vai trò hệ nổi trong thi công cầu: 94
3.7.2 Cấu tạo hệ nổi: 94
3.7.3 Tính toán hệ nổi: 95
CHƯƠNG 4: 102
CÔNG TÁC ĐO ĐẠC TRONG THI CÔNG CẦU 102
4.1 Vai trò, yêu cầu và nội dung của công tác đo đạc: 102
4.1.1.Vai trò của công tác đo đạc: 102
4.1.2 yêu cầu của công tác đo đạc: 102
4.1.3 Nội dung của công tác đo đạc: 102
4.2 Những tài liệu cần thiết phục vụ công tác đo đạc: 102
4.2.1 Những tài liệu chỉ dẫn cần thiết: 102
4.2.2 Quy định đối với các cọc mốc: 103
4.2.3 Quy định về tỉ lệ bình đồ và số lượng cọc mốc: 103
4.3 Định vị tim mố trụ cầu: 103
4.3.1 Phương pháp đo trực tiếp: 103
4.3.2 Phương pháp đo gián tiếp: 105
4.3.3 Xác định tim mố trụ cầu cong: 106
4.3.4 Phương pháp đo cao độ: 107
4.4 Đo đạc trong quá trình thi công: 108
4.4.1 Đo đạc trong thi công móng nông: 108
4.4.2 Đo đạc trong thi công móng cọc: tuỳ thuộc công nghệ hạ cọc 108
4.4.3 Đo đạc trong thi công móng cọc ống đường kính lớn và giếng chìm: 110
4.4.4 Đo đạc các kích thước kết cấu : 111
4.5 Độ chính xác trong đo đạc: 111
4.5.1 Độ chính xác đo dài: 111
4.5.2 Độ chính xác đo góc : 112
4.5.3 Độ chính xác đo cao độ : 113
CHƯƠNG 5: 114
THI CÔNG MÓNG MỐ TRỤ CẦU 114
5.1 Thi công móng khối trên nền thiên nhiên: 114
Trang 65.1.1 Đặc điểm của móng khối : 114
5.1.2 Biện pháp tổ chức đào đất trong hố móng: 114
5.1.3 Xử lý đáy móng: 116
5.1.4 Bơm nước trong hố móng: 117
5.1.5 Đổ bê tông móng khối: 117
5.1.6 Đắp lấp đất hố móng: 118
5.1.7 Tổ chức thi công: 119
5.2 Thi công móng cọc đóng: 120
5.2.1 Đặc điểm của móng cọc đóng: 120
5.2.2 Thi công móng cọc trên cạn: 121
5.2.3 Thi công móng cọc trong điều kiện nước ngập nông: 123
5.2.4 Thi công móng cọc trong điều kiện nước ngập sâu: 125
5.3 Thi công móng cọc khoan nhồi 129
5.3.1 Đặc điểm của móng cọc khoan nhồi: 129
5.3.2 Những biện pháp công nghệ thi công cọc khoan nhồi: 129
5.3.3.Công nghệ khoan cọc theo biện pháp tuần hoàn: 131
5.3.4 Biện pháp tổ chức thi công móng cọc khoan nhồi: 137
5.3.5 Những hư hỏng và sự cố thường gặp khi thi công cọc khoan nhồi: 139
5.3.6 Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi: 141
5.3.7 Kiểm tra sức chịu tải của cọc khoan nhồi: 141
5.4 Thi công móng giếng chìm và móng giếng chìm hơi ép: 142
5.4.1 Cấu tạo móng giếng chìm: 142
5.4.2 Thi công móng giếng chìm: 143
5.4.3 Thi công móng giếng chìm hơi ép: 146
5.4.4 Các sự cố thường gặp khi thi công giếng chìm 149
CHƯƠNG 6: 152
THI CÔNG MỐ, TRỤ CẦU 152
6.1 Thi công các dạng mố cầu đúc liền khối: 152
6.1.1 Thi công mố nặng chữ U bê tông: 152
6.1.2 Thi công mố chữ U bê tông cốt thép: 153
6.1.3 Thi công các dạng mố vùi: 154
6.2 Thi công các trụ cầu đúc liền khối 156
6.2.1 Lắp dựng khung cốt thép thân trụ: 156
6.2.2 Cấu tạo ván khuôn trụ cầu dầm: 156
6.2.3 Cấu tạo đà giáo: 157
6.2.4 Đà giáo và ván khuôn xà mũ trụ: 157
6.2.5 Tổ chức đổ bê tông trụ cầu: 158
6.3 Thi công mố, trụ cầu lắp ghép và bán lắp ghép 158
6.3.1 Phân chia kết cấu mố, trụ thành những cấu kiện đúc sẵn: 158
Trang 76.3.2 Biện pháp gá lắp các khối mố trụ: 159
Học liệu:
Tài liệu chính
[1] Bài giảng Xây dựng cầu 1, tác giả: ThS Đặng Huy Khánh - Trường Đại học Vinh
Tài liệu tham khảo
[1] Thi công cầu - Tập 1, Tác giả: Chu Viết Bình, Nguyễn Mạnh, Nguyễn Văn Nhậm- NXB Giao thông vận tải 2008
[2] Tính toán thiết kế công trình phụ tạm để thi công cầu - Tập 1, 2, Tác giả: Phan Huy Chính - Nhà xuất bản Xây dựng – 2004
[3] Các công nghệ thi công cầu-GS.TS Nguyễn Viết Trung-Nhà xuất bản Xây dựng, 2009 [4] Giáo trình thi công cầu - ThS Nguyễn Văn Nhậm - Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội
Trang 8CHƯƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG
*) Mục tiêu:
- Có được cái nhìn tổng quan về thi công xây dựng cầu nói chung
- Phân biệt rõ được các khái niệm cơ bản trong thi công cầu
- Có một phương pháp học, nghiên cứu môn học thi công cầu hiệu quả
- Nhìn nhận chính xác về tính khoa học trong học tập về thi công xây dựng cầu
*) Nội dung:
1.1 Đối tượng nghiên cứu và nội dung môn học:
Xây dựng cầu là một chuyên ngành khoa học kỹ thuật chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật công nghệ ngày nay, do đó mỗi một thời điểm khoa học công nghệ luôn được đổi mới đòi hỏi chúng ta phải thường xuyên nghiên cứu cập nhật để đưa các ứng dụng khoa học vào xây dựng cầu làm cho công việc xây dựng cầu ngày càng trở nên hoàn thiện hơn
Chúng ta biết rằng, giai đoạn thi công cầu là giai đoạn rất quan trọng, biến các ý tưởng thiết kế trở thành một sản phẩm thực tế đáp ứng được hầu hết các mục tiêu đề ra không những
để nâng cấp cơ sở hạ tầng phục vụ đời sống nhân dân trong công cuộc phát triển kinh tế xã hội của đất nước mà còn để lại những biểu tượng mỹ quan, công nghệ của một thời điểm nhất định
Do đó, một kỹ sư cầu cần có đủ kiến thức để hiểu rõ và nắm vững ba giai đoạn chính trong ngành cầu gồm: thiết kế (ý tưởng), thi công (hiện thực hóa), khai thác (bảo dưỡng, sửa chữa) Mỗi giai đoạn sẽ có một đối tượng nghiên cứu riêng, đối với giai đoạn thi công đối tượng của chúng ta những kỹ thuật, biện pháp công nghệ áp dụng để thi công cho từng bộ phận của công trình cầu và giải pháp để tổ chức thực hiện những kỹ thuật, biện pháp đó trong một công trình hoàn chỉnh Mỗi biện pháp công nghệ sẽ bao gồm ba nội dung cần nghiên cứu:
- Trình tự công nghệ: Trình tự từng bước thi công từ khi bắt đầu cho đến khi hoàn thành công trình, về cơ bản trình tự công nghệ không thay đổi nhiều theo thời gian và trình độ công nghệ mỗi quốc gia, đó là tuần tự công việc để xây dựng công trình cầu
- Kỹ thuật thi công: Chịu tác động lớn của cách mạng khoa học công nghệ, mỗi quốc gia
sẽ có những kỹ thuật thi công khác nhau phụ thuộc vào trình độ công nghệ của quốc gia đó Kỹ thuật thi công bao gồm các cách thức, kinh nghiệm, vật liệu, nhân công, thiết bị, phương pháp tính toán, … để hoàn thành một công trình cầu
- Tổ chức thi công: Triển khai các kỹ thuật thi công một cách khoa học phù hợp với công địa thi công, thời hạn hoàn thành, chi phí xây dựng Việc tổ chức thi công khoa học sẽ làm lợi rất nhiều mặt, dự phòng được cơ bản các rủi ro, rút ngắn tiến độ thi công, cân đối công việc một cách hợp lý
Nội dung môn học thuộc học phần thứ nhất này là sẽ đi sâu nghiên cứu các biện pháp công nghệ thi công phần hạ bộ công trình cầu, một bộ phận rất quan trọng khẳng định chất lượng của một công trình cầu và là cơ sở cho việc triển khai các công nghệ tiên tiến thuộc kết cấu phần trên mà ta sẽ nghiên cứu trong học phần thứ hai
1.2 Quá trình thực hiện một dự án bà các bước tiến hành trong giai đoạn thi công cầu:
1.2.1 Quá trình thực hiện một dự án:
Một công trình cầu thuộc một dự án độc lập hay nằm trong tổng thể một dự án đầu tư xây dựng công trình giao thông đều phải triển khai thực hiện theo quy định Pháp luật Việt Nam về
Trang 9Xây dựng (Luật Xây dựng số 50/2013/QH13 ngày 18/6/2014), Nghị định số 59/2015/NĐ-CP ngày 18/6/2015 của Chính phủ và Thông tư 16/2016/TT-BXD ngày 30/6/2016 của Bộ Xây dựng Theo đó, các dự án công trình giao thông có công trình cầu hoặc dự án cầu độc lập được phân chia thành các nhóm để phân cấp quản lý dựa theo theo tính chất, mức độ quan trọng, quy
mô, và tổng mức đầu tư dự án Theo tổng mức đầu tư được chia thành 05 nhóm như sau:
- Dự án quan trọng quốc gia: Sử dụng vốn đầu tư công từ 10.000 tỷ đồng trở lên
- Dự án nhóm A: từ 2.300 tỷ đồng trở lên
- Dự án nhóm B: từ 120 tỷ đồng đến 2.300 tỷ đồng
- Dự án nhóm C: dưới 120 tỷ đồng
Thông thường một dự án được triển khai thực hiện theo quy trình ba giai đoạn gồm:
- Chuẩn bị đầu tư: Lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi, báo cáo nghiên cứu khả thi, thiết kế cơ sở
- Thực hiện đầu tư: Thiết kế kỹ thuật, thiết kế bản vẽ thi công, tổ chức thi công xây dựng
- Kết thúc đầu tư: Nghiệm thu, quyết toán, hoàn công đưa vào khai thác, bảo hành Trong giai đoạn thực hiện đầu tư, tuy theo phân cấp, loại nhóm công trình dự án mà người quyết định đầu tư có thể lựa chọn triển khai thiết kế một bước (từ báo cáo Kinh tế-Kỹ thuật chuyển sang TKBVTC), hai bước (TKCS và TKBVTC) hoặc ba bước (TKCS, TKKT và TKBVTC)
Như vậy, bất luận dự án thuộc nhóm hạng nào cũng đều phải thực hiện nội dung TKBVTC
để phục vụ quá trình thi công thực tế trên hiện trường, giai đoạn thi công là giai đoạn không thể thiếu và đóng vai trò quan trọng quyết định cuối cùng kết quả đầu tư dự án
1.2.2 Các bước tiến hành trong giai đoạn thi công cầu:
Giai đoạn thi công xây dựng được tính từ thời điểm tiếp nhận mặt bằng thi công cho đến khi hoàn thành đưa công trình vào sử dụng, trong giai đoạn này tất cả các loại công trình đều cần phải trải qua ba bước chính:
- Công tác chuẩn bị thi công:
Bước này chủ yếu là công việc nội nghiệp bao gồm nghiên cứu hồ sơ TKKT để lập hồ sơ TKBVTC, bóc tách khối lượng, thiết kế tổ chức thi công, lập quy trình công nghệ thi công, phân đoạn lập kế hoạch thi công, lập tiến độ thi công tổng thể và chi tiết, kế hoạch huy động nhân vật lực, thiết lập bộ máy điều hành
- Triển khai kế hoạch thi công:
Bước này là công việc trên hiện trường dự án, là bước chuyển thể các chương trình, kế hoạch, quy trình công nghệ trên hiện trường, áp dụng các kỹ thuật thi công nhằm mục tiêu hoàn thành công trình đúng như ý tưởng thiết kế, gồm những công việc chính như:
+ Xây dựng mặt bằng, thiết lập văn phòng, các công trình phụ trợ, chuyển quân, thiết bị, mua sắm vật liệu
+ San ủi mặt bằng, đo đạc định vị công trình, chế tạo các cấu kiện đúc sẵn, các bộ phận lắp ghép, công trình phụ trợ thi công, …
+ Tổ chức thi công các hạng mục công trình cầu từ kết cấu hạ bộ đến thượng bộ
- Hoàn thiện:
Bước này gồm các công việc trên hiện trường như sơn sửa tạo mỹ quan công trình, lắp dựng biển báo, lan can, sơn kẻ vạch phân làn đường, tứ nón chân khay, dọn dẹp công trường trả lại mặt bằng ban đầu, khơi thông dòng chảy, kiểm tra thử tải cầu
Công tác nội nghiệp gồm tập hợp hồ sơ bản vẽ, văn bản pháp lý, lập hồ sơ hoàn công,
Trang 10nghiệm thu quyết toán A-B, nghiệm thu hoàn thành công trình, bàn giao công trình cho bên quản lý khai thác, thực hiện các nghĩa vụ bảo hành theo quy định
1.3 Những khái niệm cơ bản trong thi công
Để triển khai một dự án xây dựng cầu sẽ có nhiều cấp quản lý trong suốt quá trình thực hiện từ cấp người quyết định đầu tư, Chủ đầu tư, Ban QLDA, các đơn vị tư vấn, các nhà thầu thi công và các đơn vị có liên quan khác Để công tác triển khai thực hiện phù hợp với kế hoạch
đã đề ra, thống nhất trong quản lý điều hành, một số khái cơ bản trong thi công cầu cần được thống nhất cách hiểu tránh nhầm lẫn trong quá trình thực hiện
Đối với công trình cầu có nhiều bộ phận kết cấu hợp thành, những bộ phần kết cấu này được chia thành hai nhóm chính:
1 Kết cấu phần dưới (hạ bộ): móng, mố và trụ cầu, xác định từ đỉnh đá kế gối đến hết phần móng công trình
2 Kết cấu phần trên (thượng bộ): kết cấu nhịp, mặt cầu, tiện ích khai thác Xác định từ gối cầu đến hết các bộ phận phục vụ khai thác trên cầu
Các khái niệm cơ bản được hiểu thống nhất như sau:
1 Hạng mục công trình: là một bộ phận kết cấu công trình có một chức năng làm việc
riêng biệt, công nghệ thi công riêng, có thể tổ chức thực hiện độc lập với các hạng mục khác
Ví dụ: hạng mục mố cầu, hạng mục trụ cầu, hạng mục kết cấu nhịp, …
2 Hạng mục kết cấu: là những bộ phận thành phần nhỏ hơn trong hạng mục công trình
có cấu tạo và kết cấu độc lập Ví dụ: Hạng mục công trình mố cầu gồm hạng mục kết cấu móng cọc, hạng mục kết cấu bệ cọc, thân mố, tường cánh, tường đỉnh, tường thân, tứ nón, …
Để xây dựng một hạng mục kết cấu chúng ta phải chia ra làm nhiều bước, mỗi bước gọi
là một công đoạn, trong mỗi công đoạn phải thực hiện một loạt các công việc xây dựng, các công việc này được tiến hành liên tục theo một trình tự nhất định
3 Công việc: là bộ phận chia nhỏ nhất của cả quá trình thi công công trình, công việc là
các thao tác cơ bản và sử dụng cùng một loại công cụ lao động, vật liệu để tạo ra một sản phẩm xây dựng hoặc một bán thành phẩm Ví dụ: để tạo ra một mẻ trộn bê tông ta cần thực hiện các công việc như: lựa chọn vật liệu, vệ sinh cốt liệu, cân đong vật liệu, đưa vật liệu vào máy trộn,
… để tạo ra một bán thành phẩm là bê tông Sau đó vận chuyển đến vị thi công để đổ bê tông kết cấu tạo thành sản phẩm công trình
4 Công tác xây dựng: một nhóm các công việc cùng được thực hiện để hoàn thành một
sản phẩm của một công đoạn thi công có đặc thù riêng sử dụng cùng một loại công nhân chuyên nghiệp, một loại nhóm thiết bị và vật liệu Ví du: Công tác bê tông, công tác đất, công tác thép, công tác kích kéo, …
5 Phương pháp xây dựng: để hoàn thành một hạng mục kết cấu ta cần sử dụng nhiều
công tác xây dựng, trong đó có một công tác chủ đạo, sử dụng thiết bị chủ đạo và sử dụng một
kỹ thuật đặc trưng Công tác chủ đạo này được nghiên cứu, đúc rút kinh nghiệm và xây dựng thành phương pháp xây dựng Ví dụ: phương pháp đổ bê tông thân trụ cầu, gồm: (1) công tác sản xuất sản xuất bê tông, (2) vận chuyển vữa bê tông, (3) đổ bê tông, (4) đầm bê tông và (5) bảo dưỡng bê tông
H1.1- Phương pháp đổ bê tông thân trụ cầu