ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU TRẦN XUÂN MINH K2007 ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

Theo kinh nghiệm đóng cọc, để đóng đợc cọc vào trong đất thì phải chọn búa có năng lợngxung kích lớn hơn hoặc bằng 25 lần sức chịu tải của cọc đơn .Hiện nay búa thuỷ lực hay đợc dùng vi

Trờng đại học giao thông vận tảI tp.hồ chí minh

Moõn: Thi Coõng Caàu

TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ THI COÂNG MOÄT TRUẽ CAÀU DệễÙI SOÂNG

1 Tớnh toaựn thieỏt keỏ thi coõng moỏ truù caàu dửụựi soõng, noọi dung bao goàm :

- Trỡnh baứy biện phỏp thi cụng chỉ đạo

- Thiết kế hệ vũng võy cọc vỏn thộp ngăn nước

- Thieỏt keỏ vaựn khuaõn ủoồ bệ cọc

- Thieỏt keỏ vaựn khuaõn ủoồ thaõn truù

2. Caực soỏ lieọu tớnh toaựn

15 10x4 41 30x30 DC2 12.0 5.5Các số liệu địa chất:

DC2: 4 lớp

- Lớp 1: Bùùn dày 1.0m , = 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

3 Giải thích các số liệu

- n : số cọc trong mong: hàng x cột

- LC1 : chiều dài cọc đóng trong đất (m)

- KTc: kích thước cọc (cm)

- DC : loại địa chất

- H2 : chiều cao thân trụ tính từ đỉnh bệ cọc.( bao gồm cả chiều cao mũ trụ) (m)

- Hn : chiều cao mực nước thi công tại tim trụ(m)

4 các số liệu khác được tự chọn Hướng dẫn tự chọn:

- LT,LP: khoảng cách từ tim trụ đến bờ trái, bờ phải, chọn sao cho:

LT>=10m LP>=10m 30  LT+ LP  60 m

- LC2: chiều cao đáy đài cọc so với mặt đất Chọn L C2 H n H1 0.5m

- A1, B1 : chiều dài và chiều rộng bệ cọc Chọn tuỳ thuộc vào cách bố trí cọc Lấy khoảng cách giữa tim các cọc bằng 3 – 5 lần đường kính cọc

- H1: chiều cao bệ cọc Chọn 1mH1 2m (lấy tròn 0.1m)

- A2, B2: chiều dài, chiều rộng thâná trụ Chọn A2 nhỏ hơn A1 từ 0,5m- 1m về mỗi bên Chọn B2 nhỏ hơn B1 từ 0,2 – 0,5m về mỗi bên

- A3, B3: chiều dài chiều rộng mũ trụ Chọn trong khoảng từ 1-1.5m

- H3 : chiều cao mũ trụ Chọn từ 1m- 1,5m Nếu chọn kích thước mũ trụ bằng thân trụ thì không để giá trị này

- Ptk: sức chịu tải tính toán của cọc Chọn gần đúng:cọc35x35: 2.5T/m

5.Hướng dẫn chi tiết tính toán các nội dung:

1> Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn nước:

- Chọn loại cọc ván, kích thước cọc vây

- Tính chiều sâu đóng ván, cân nhắc có dùng khung chống, bê tông 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 toán và chọn búa đóng cọc

- Mô tả biện pháp đóng cọc

3> Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc

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

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

4> Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ.

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

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

Yêu cầu:

Trình bày thuyết minh trên giấy A4, bản vẽ trên giấy A1 trên bản vẽ thể hiện:

- Mặt bằng, mặt đứng vòng vây cọc ván,cac chi tiết của vịng vây cọc ván

- Sơ đồ biện pháp thi công đóng cọc

- Bản vẽ chi tiết hệ ván khuôn đổ bệ cọc và thân trụ

CHƯƠNG I BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỉ ĐẠO

2 Chän bĩa

Theo kinh nghiệm đóng cọc, để đóng đợc cọc vào trong đất thì phải chọn búa có năng lợngxung kích lớn hơn hoặc bằng 25 lần sức chịu tải của cọc đơn

Hiện nay búa thuỷ lực hay đợc dùng vi những u điểm của nó( năng lợng lớn , gọn nhẹ …)nên ở đây ding búa thuỷ lực .Búa đợc chọn là búa V200A24 của hãng TWINWOOD

- Dùng búa đóng cọc ván thép theo hình chữ nhật , mỗi cạnh cách đáy bệ 1.0 m

Phơng pháp này hợp lí về mặt kĩ thuật vì thuận lợi trong thi công, tiết kiệm vì thi côngxong có thể tiến hành tháo dỡ và dùng lại cho nên đảm bảo yêu cầu về cả hai mặt kinh tế và

kĩ thuật

ễÛ đây, các bệ móng đều có dạng hình chữ nhật nên ta chọn vòng vây có hình dạng nh

đáy móng (hình chữ nhật) nhng kích thớc lớn hơn một ít để đề phòng lệch lạc trong khi đóngcọc ván và thuận lợi khi thi công lắp ván khuôn bê cọc Chiều dài cọc ván thép đợc xác địnhtheo tính toán Để đảm bảo hàng rào cọc ván thép khi thi công đợc kín sít và cọc ván không

bị lệch trong khi đóng thì ta phải có khung định vị Khung định vị đợc hàn bằng thép I hoặc

C Trớc khi lắp khung định vị cần hạ 4 cọc định vị ở 4 góc của khung để giữ ổn định chokhung trong suốt quá trình thi công và định vị chính xác vị trí của khung Khung định vị đợctreo trên hệ các cọc định vị và giàn giáo Hệ thống khung định vị cấu tạo gồm hai lớp : lớp d-

ới đặt ở mực nớc thấp, lớp trên bố trí ở mực nớc tối đa tuy nhiên nó còn phụ thuộc vào độ sâumực nớc, chiều dài cọc ván cũng nh tầm với của thiết bị xỏ và đóng cọc, ở trong trờng hợpnày ta chọn khoảng cách giữa hai lớp là 2m và lớp trên đặt ở cao độ mực nớc thi công

Sau khi đặt xong khung định vị thì ta tiến hành dùng giá búa đặt trên hệ nổi để hạ cọc Búadùng để hạ cọc là búa thuỷ lực Để đảm bảo điều kiện hợp long cho vòng vây cọc ván đợc dễdàng thì ngay từ đầu ta ghép 2 3 cọc ván thành một nhóm ăn khớp vào các nhóm đã đóngtrớc, nh vậy nhóm trớc sẽ là cọc dẫn cho nhóm sau Cứ nh vậy tiếp tục lắp và đóng cọc vánquanh vòng vây cho đến khi hợp long với nhóm đầu tiên Trong quá trình hạ ta tiến hành hạ

đều trên toàn chu vi móng tức là hạ mỗi nhóm xuống 2 2.5m thì dừng lại và hạ tiếp nhómtiếp theo cứ nh thế đến nhóm cuối cùng Rối hạ tiếp nhóm đầu tiên xuống 2 2.5m nữa cứ

nh vậy ta hạ toàn bộ vòng vây tới độ sâu thiết kế

5 Đổ bê tông bịt máy hố móng:

Sau khi đã hoàn thành công tác lấy đất trong đáy hố móng và làm sạch hố móng ta tiếnhành đổ bê tông bịt đáy hố móng ở đây đổ bê tông dới nớc bằng phơng pháp vữa dâng Theophơng pháp này thì trớc hết ta dùng các ống tre (hoặc ống thép) có =1015cm đục thôngcác đốt với nhau và đầu cuối ống có đục các lỗ có =1.0 1.5 cm đặt cách đều nhau trong hốmóng Sau đó đổ cốt liệu thô, cỡ hạt tối thiểu là 12.5 mm (tốt nhất là 25 mm) vào hố móngbằng thùng hoặc ben cho tới khi bằng chiều dày thiết kế của lớp bê tông bịt đáy, tiến hànhlàm phẳng lớp đá này Sau đó ta luồn các ống bơm bê tông vào các ống tre (ống thép) đã đặtsẵn trong hố móng cho tới khi chạm đáy hố móng rồi bơm bê tông vào Vữa bê tông sẽ tràoqua các lỗ đục sẵn ở đầu cuối ống tre và lấp vào khe hở của các viên đá tạo thành một khốiliên kết chặt Trong quá trình bơm ta phải nâng ống phun vữa từ từ cho đến khi cả khối đádăm đợc bơm vữa

Khi lớp bê tông này đủ cờng độ ta hút nớc ra ngoài, làm sạch hố móng và lắp ván khuôn đổ

bê tông móng mố Trong quá trình thi công nếu vòng vây không kín thì vẫn phải bố trí máybơm hút nớc ra để không ảnh hởng tới chất lợng bê tông đang đổ

6 Đổ bê tông bệ móng :

Đổ bêtông bằng máy bơm bêtông đặt ở bờ thông qua hệ nổi

Sau khi lớp bê tông bịt đáy đủ cờng độ ta hút nớc ra khỏi hố móng và làm sạch hố móng.Sau đó tiến hành đập lộ cốt thép đầu cọc ra từ (20 40) cọc đối với cọc bê tông cốt thép tiếtdiện 30x30 Tiếp theo ta lắp dựng cốt thép, ván khuôn, bố trí mặt bằng và đổ bê tông Côngtác chuẩn bị phải tiến hành thận trọng, khẩn trơng để trong quá trình đổ bê tông không có sự

cố xảy ra Để đảm bảo tốt các điều kiện trên phải có dự phòng về thiết bị, nhân lực

* Ghép ván khuôn hố móng:

Do kích thớc của hố móng lớn, khối lợng bê tông lớn và hình dạng móng đơn giản nên ta

có thể dùng ván khuôn gỗ nhng do với kết cấu cầu này, do có nhiều trụ nên để có thể quayvòng đợc ván khuôn và tiết kiệm vật liệu gỗ thì ta dùng ván khuôn thép lắp ghép để thi công.Kích thớc các tấm lắp ghép là 1mx2m, ghép ván khuôn phải đảm bảo yêu cầu là phẳng, khít

Trong quá trình đổ bê tông không để vữa, xi măng chảy ra, kích thớc phải đúng với thiết kế

* Đổ bê tông :

Sau khi lắp xong cốt thép (theo thiết kế) thì ta tiến hành đổ bê tông Vì đây là công trìnhcầu lớn nên ta có thể dùng một trạm trộn ngay chân công trình để cấp bê tông cho toàn côngtrình Từ trạm trộn ta dùng đờng ống để bơm bê tông tới các vị trí thi công ở đây để tiếtkiệm vật liệu xi măng thì ta có thể ném vào trong bê tông một lợng đá hộc <=20% thể tíchcủa bê tông Đá ném ở đây có kích thớc > 20cm khoảng cách giữa các hòn đá phải < 20cm để

bê tông có thể tràn vào và lấp kín khe hở giữa các viên đá Làm đợc nh vậy ta sẽ tiết kiệm đợc

30 50 kg xi măng /1m3 bê tông

Theo hồ sơ thiết kế trụ là trụ dặc , bê tông toàn khối nên công tác chủ yếu khi thi côngtrụ là ván khuôn và công tác bê tông toàn khối ,khối lợng công việc thi công rất lớn Đểthuận tiện cho việc lắp dựng ván khuôn ta dự kiến sử dụng loại ván khuôn lắp gép ván khuôn

đọc chế tạo sẵn từng khối nhỏ trên bờ sau đó chở ra và tiến hành lắp ráp dựng thành vánkhuôn

Công tác bê tông đợc thực hiện nhờ 2 máy trộn và sử dụngdầm dùi để đầm bê tông có bánkính tác dụng R = 0.7m

4) bảo dỡng bê tông sau 12h có thẻ tới nớc nếu trời mát tới 3 lần / ngày còn nếu trờinắng có thể tăng lần tứoi lên và đồng thời cũng phải có biện pháp che chắn hợp lí

Khi cờng dộ đạt thì cho phép tháo rỡ ván khuôn quá trình tháo ngợc lại

8 Lắp đặt ván khuôn,cốt thép và đổ bêtông mũ trụ:

Sau khi lắp xong ván khuôn và cốt thép (theo thiết kế) thì ta tiến hành đổ bê tông Từ trạmtrộn ta dùng đờng ống để bơm bê tông tới các vị trí thi công

CHƯƠNG II

TÍNH VÒNG VÂY CỌC VÁN NGĂN NƯỚC

1 Khoảng cách từ tim trụ đến các bờ trái, bờ phải (LT, LP):

Chọn theo điều kiện sau:

Với 1m<=H1<=2m nên ta chọn H1=1.5m

Vậy ta chọn chiều cao cọc phía trên mặt đất là LC2 4.0m

4 Chiều dài và chiều rộng bệ cọc (A1, B1, H1):

 Khoảng cách giữa các cọc theo chiều dài và chiều rộng: a = 1.4m (lấy 4xd)

 Chiều dài bệ cọc: A113600mm

 Chiều rộng bệ cọc: B15200mm

 Chiều cao bệ cọc: H11.5m1m;2m

5 Chiều dàivà chiều rộng thân trụ (A2, B2):

 Chiều dài thân trụ: A2 12600 mm

 Chiều rộng thân trụ: B2 4200mm

6 Chiều dài và chiều rộng, cao mũ trụ (A3, B3, H3):

 Chiều dài mũ trụ: A312600 mm

 Chiều rộng mũ trụ: B3 4200mm

 Chiều cao mũ trụ: H31.5m1m;1.5m

7 Sức chịu tải tính tốn của cọc (Ptk):

Đối với cọc 30x30cm, chọn Ptk = 2.5T/m (theo số liệu gợi ý)

500 500

4200 5200

500 500

HÌNH 1: BỐ TRÍ CHUNG TRỤ VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

Căn cứ vào kích thước của khối móng cần thi công, chiều sâu mực nước thi công vàđiều kiện địa chất tại khu vực thi công ta kiến nghị:

 Dùng vòng vây cọc ván thép có khung chống để giữ ổn định cho hệ cọc ván

 Sử dụng bê tông bịt đáy để ngăn nước vào hố móng giúp thuận tiện cho quá trìnhthi công bệ cọc, thân trụ

Cọc ván sử dụng loại vòng vây cọc ván thép đơn có hình dáng lòng máng Kích thướcloại cọc ván được chọn phụ thuộc vào tính toán đảm bảo cọc ván thép đủ ổn định và độbền

Ta chọn sơ bộ cọc ván thép loại Lacxen do Singapor sản xuất có các kích thước vàđặc trưng hình học cơ bản như sau:

 Khối lượng trên đơn vị dài: 74Kg/m

 Mômen quán tính của 1m tường cọc khi các cọc cùng chịu uốn:

4 x

I 39600cm

 Mômen kháng của 1m tường cọc ván khi các cọc cùng chịu uốn:

3 x

Hình 2: Cấu tạo cọc ván thép lựa chọn

Kích thước vòng vây cọc ván trên mặt bằng phụ thuộc vào hình dạng và kích thướccủa bệ móng, nhưng cần đảm bảo khoảng cách từ mặt trong của tường cọc ván đến mépbệ móng 0.75m (đối với móng công trình toàn cọc thẳng)

Trên mặt đứng, đỉnh vòng vây phải cao hơn mực nước thi công tối thiểu là 0.7m

MẶT BẰNG CỌC VÁN THÉP

Chi tiết I Chi tiết II

Chi tiết III

16600

Bệ cọc

Kích thước vịng vây cọc ván thép

III.1./.Tính toán cọc ván đóng vào trong đất.

Ta tiến hành đóng cọc ván vào trong đất sau đó dùng thanh chống chống thành cọcván, 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 đĩng vào lớp 1(đất bùn) một đoạn là t,ta cĩ sơ đồ tính tốn như sau:đđ

Lớp đất thứ hai là đất sét nhão dày 1m khơng thể giữ ổn định cọc ván.kiến nghị đĩng thẳng vào lớp đất thứ 3 vét bỏ nĩ trước khi đổ bê tơng bịt đáy.

Gĩa sữ cọc ván được đĩng vào lớp 3(đất sét pha cát chặt vừa dày 5m) đoạn là t,thiết kếvịng vây cĩ đổ bê tơng bịt đáy,ta cĩ sơ đồ tính tốn như sau :

LỚP BÙN 1.0m

P 1

LỚP bt bịt đáy O

LỚP SÉT PHA CÁT

+Điểm đặt của lực P3 so với điểm o là :

3

20.53

M gồm có các lực, P1 , P4, P5

Là các lực áp lực chủ động của đất và áp lực nước

-Giá trị của P1

1

1(5.5 1.0) 0.5 1.663

0.342t (T / m)+Điểm đặt của P4 so với điểm o là :

4

20.53

+Điểm đặt của P5 so với điểm o là :

30.228 0.864 1.039 35.405

3 2

0.256 3.442 3.25

0.80.228 0.864 1.039 35.405

gl g

-Chọn chiều sâu cọc ván đóng vào lớp thứ ba là t=3.2m

-Chiều dài cọc ván thiết kế là lcọc ván=1.0+5.5+2.0+3.2= 11.7 ms

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

Mục đích:

-Giữ ổn định nền dưới đáy mĩng chống áp lực đẩy nổi

-Ngăn kín nước từ đáy mĩng

-Tạo mặt bằng thi cơng bệ mĩng

Đảm bảo khoảng cách tĩnh giữa vịng vây và bề mặt của hệ mĩng 60cm

a/ Chiệu dầy lớp bê tơng bịt đáy

 

0

1( )0.9

 

0

1( )0.9

bt

    

 Để đảm bảo chất lượng đổ bê tơng dưới nước chọn hbt 1(m)

b/ Tính số ống thép đổ bê tơng bịt đáy

Đổ lớp bê tơng bịt đáy bằng phương pháp vữa dâng với các ống đổ cĩ đường kính D=250(m) võ ống dày 4(mm).ống được nối với nhau bằng những đoạn ống cĩ chiều dài là 1-2(m)

Ta cĩ bán kính hiệu quả của ống là R=2(m)

Diện tích vùng bê tong đổ ống là:

Chọn 7 ống để đổ lớp bê tơng này

PHƯƠNG PHÁP TC BỆ TRỤ TỶ LỆ 1/50

ống đổ BT bịt đáy

Bơm nước ra khỏi hố móng

Cọc định vị Bê tông bịt đáy M200

Cọc ván thép

40 cọc BTCT 30x30 MNTC+5.5m

III.3/Kiểm toán độ bền của cọc ván thép:

Chỉ xét áp lực ngang chủ động của đất và nước từ gối giả định dưới trở lên Giải theo chương trình SAP 2000 ta cĩ biểu đồ nội lực:

8.5m

1m 3.20m

Kiểm tra điều kiện chịu lực của cọc ván

Ta có moomen lớn nhất của cọc ván tại vị trí bê tông bịt day và có giái trị là

Mmax=45.78T/m (T.m)=457.8T/mx10^4 (Kg.cm)

Với cọc ván thép đã chọn trước ta cĩ momen kháng uốn là:W = 2200(cm3)

 Ứng suất lớn nhất tại vị trí cĩ bêtơng bịt đáy là:

4

2

MW457.8 102200

kG2080.90

Mà cọc ván này làm với thép AII cĩ   2800 kG2

   đảm bảo khả năng chịu lực

Ta dự tính chỉ bố trí một vành đai tại vị trí thanh chống Nên sơ đồ tải trọng của vành đai cĩ dang sau :

MẶT BẰNG CỌC VÁN THÉP

Chi tiết I Chi tiết II

Chi tiết III

16600

Bệ cọc

Hình 7: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên vành đai

 Sơ đồ tính của vành đai là dầm liên tục ,cĩ các gối trung gian là điểm tựa của nĩ vào các tyhanh chống , hai gối biên là điểm tựa lên hai vành đai vuơng gĩc vơia chúng

III.4.1 Thanh vành đai dài

Sơ đờ tính

16600

5800 5800

- Mơmem (T.m)

-Lực cắt (T)

-Phản lực gối (T)

III.4.3 Kiểm toán theo cường độ

Do tính chất đối xứng từ kết quả trên ta tính được phản lực gối

MÔMEM lớn nhất tác dụng lên vành đai là Mmax 2.52 (T.m)

165.57 (Kg / cm )W

2.52 10 1522

 

max

   Vậy khung đảm bảo khẳng năng chịu lực

II.4.4 Tính toán thanh chống

Thanh chống được tính với sơ đồ chụi nén Lực tác dụng lên thanh chống bằng lực bằng phản lực của vánh đai

Nmax N4 6.53 (T)

max

4N

544.16 (Kg / cm )F

6.53 10 123

1 + 7.5+3.20 = 11.70 (m)

Do ta chọn cọc thép chữ U với lực là PU6 Có khối lượng cọc trên 1(m) là 45,6(kg)

Do địa chất không có cho lực cản chống cắt nên ta giả sử như sau:

Lớp 2 1.4T 

m

 Vậy ta có

MA

981 35001266.7652.06

Vậy ta chọn búa taọ ra lực P0 > 3500(kG)

Nhưng đề nghị dùng máy đào gàu sấp để thi công

CHƯƠNG III BIỆN PHÁP THI CÔNG HỆ ĐÓNG CỌC

III.1./.Phân đoạn cọc

Chiều sâu cọc trong đất là 41m, lớp bêtông bịt đáy dày 1m, chiều cao cọc phía trên mặt đất Lc2=4.0m, chiều sâu ngàm cọc trong đài (kể cả phần thép chờ) là 1m, tổng chiều dài cọc là 47.0m Cọc có tiết diện 30x30cm, do đó không thể chế tạo được một cọc có kích thước như trên mà phải ghép từ nhiều cọc nhỏ lại Ta dùng các loại cọc 13m,hai cọc 12m, và 10m ghép lại Các vị trí mối nối không nên tập trung trên cùng một mặt

phẳng,đđảm bảo mối nối so le nhau

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

MỐI NỐI CỌC

Đường hàn góc 10mmC-C

C

C

20 20

Đầu cọc phải được đúc thẳng mặt và thẳng hướng tâm tim cọc