chương IX:Thiết kế tổ chức thi công cầu dây văng

Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải chơng IX: Thiết kế tổ chức thi công cầu dây văng I Đặc điểm thi công cầu dây văng Cầu dây văng hệ liên hợp dầm cứng chịu nén uốn dây chịu kéo Các dây văng neo vào tháp cầu số điểm dầm cứng tạo thành gối đàn hồi Dây truyền lực nén vào dầm chủ, tạo thành hệ lực đẩy ngang Hệ có dầm cứng chịu lực ngang tránh phải xây dựng mố tốn phức tạp , song làm u điểm cầu treo trình tự thi công Trong cầu treo Parabol, dầm cứng không chịu nén nên dây cáp chủ đợc thi công trớc, sau dựa vào dây chủ thi công lắp đặt dầm cứng hệ mặt cầu Công nghệ nh không đòi hỏi phải dàn giáo, trụ tạm Ngợc lại CDV, dây phải neo vào dầm cứng nên dầm phải lắp đặt trớc, sau lắp dây CDV thơng vợt đợc độ dài dài, thân dầm cha lắp dây lại mềm, mảnh, không chịu đợc trọng lợng thân công trình chống đỡ hỗ trợ, việc lắp đặt dầm chủ thờng đợc thực theo công nghệ lắp ráp hệ dầm liên tục có ý tới độ mảnh dầm chủ CDV Hiện với hoàn thiện công nghệ thi công hẫng, việc lắp đặt đúc nhịp CDV lớn, nhỏ băng thép, BTCT hoàn toàn không gặp trở ngại đáng kể Trớc việc lắp đặt căng chỉnh dây văng dài có kích thớc, trọng lợng lớn, hai đầu lại cố định băng hai khối neo đúc vấn đề phức tạp Hiện dây văng thờng đợc làm tao thép sợi đặt song song hệ neo kẹp băng nêm mảnh, tao cáp đợc lắp đặt căng sợi sở công nghệ căng đơn Với cấu tạo nh việc lắp đặt căng chỉnh dây văng trở thành dơn giản điều góp phần quan trọng việc ứng dụng rộng rãi CDV giới Thi công CDV chủ yếu tập trung vào ba hạng mục: Thi công tháp cầu Thi công dầm chủ Lắp đặt căng điều chỉnh dây Với cầu cụ thể thiết kế kỹ thuật ta tiến hành thiết kế thi công nh sau: Thi công tháp cầu Tháp cầu BTCT kết cấu nặng nề nên thờng thi công toàn khối Ta cần quan tâm đến công tác ván khuôn đổ bê tông 1.1 Công tác ván khuôn Trong thi công tháp cầu băng BTCT ta dung ván khuôn trợt ván khuôn leo ta chọn loại ván khuôn trợt đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -1- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Ván khuôn trợt gồm khung chịu lực băng thép ôm quanh thân cột trụ ván khuôn băng thép dày khoảng mm hàn liền với khung thành khối thông Tuỳ theo kích thớc khung, ván khuôn đợc tăng cờng sờn dọc sờn ngang Chiều cao đốt ván khuôn thép khoảng 1,5 m Toàn khung đợc lắp đặt quanh cột tạo thành đốt đổ bê tông Phần khung bố trí cấu nâng Cơ cấu nâng gồm tựa thép đờng kính khoảng 25 30 mm chôn thẳng đứng quanh thân cột cách m tạo thành điểm đỡ ván khuôn trình đổ bê tông điểm tỳ kích trình tr ợt Các kích để nâng trợt ván khuôn thờng kích kích dầu dạng ống Đầu dới kích tựa bàn đỡ gắn với tựa băng liên kết di động chiều theo hớng lên, đầu tỳ vào khung ván khuôn Khi hoạt động kích tỳ đầu dới vào đỡ, nâng toàn khung ván khuôn lên vị trí công tác Sau lần đổ bê tông, tuỳ theo tốc độ ninh kết, bê tông phần cân tháp vừa đủ đông cứng, trợt ván khuôn lên vị trí Để giảm bớt ma sát, tạo thuận lợi cho việc thi công trợt, mặt ván thép dán lớp Phoóc mi ca dày mmm 1.2 Công tác bê tông Bê tông đợc cấp băng cách bơm trực tiếp băng máy bơm thuỷ lực qua ống thép nối từ trạm lên vị trí cần đổ Với máy bơm hành bơm cao lên tới 150 m Trờng hợp khối lợng bê tông không qua lớn dùng loại cẩu tháp, cẩu xích, cẩu chân cứng đặt giá di động để cấp bê tông Trờng hợp dùng hệ dàn giáo để thi công cốt thép ván khuôn sử dụng hệ dàn giáo hệ tời để cầu bê tông thi công trụ tháp 1.3 Các bớc thi công: Bớc 1: - Chuẩn bị thiết bị phục vụ công tác thi công tháp - Dùng xe cẩu có gắn giá búa đứng xà lan tiến hành đóng khung định vị vòng vây cọc ván thép - Tiến hành bơm cát vào vòng vây làm đảo nhân tạo để tạo mặt thi công - Xác định vị trí tim cọc, chuẩn bị thi công cọc khoan nhồi Bớc 2: - Tập hợp máy móc thiết bị chuẩn bị công tác khoan cọc - Dùng máy khoan tạo lỗ tiến hành hạ ống vách thép - Khoan đến cao độ thiết kế, vệ sinh hố khoan - Hạ lồng cốt thép, đổ BT cọc khoan nhồi phơng pháp rút ống thảng đứng Bớc 3: - Đào đất vét bùn cát vòng vây cọc ván đến cao độ đáy lớp bê tông bịt đáy - Tiến hành đổ bê tông bịt đáy phơng pháp vữa dâng đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -2- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Bớc 4: - Hút nớc hố móng bê tông bịt đáy đủ cờng độ - Đập đầu cọc, cắt bỏ phần ống vách thép thừa dọn mặt hố móng Bớc 5: - Bố trí ván khuôn cốt thép - Đổ BT bệ móng Bớc 6: - Dùng hệ vạn YUKM làm đà giáo, dựng ván khuôn bố trí cốt thép đổ BT phần chân tháp đến cao độ xà ngang dới - lắp dựng dàn dáo thi công xà ngang dới Bớc 7: - Lắp đặt hệ thống ván khuôn trợt chuẩn bị thi công thân tháp - Dựng ván khuôn, bố trí cốt thép đổ BT đốt đúc (ván khuôn cao 4m, phần liên kết với đốt trớc1m, chiều dài đốt đúc 3m) - Khi bê tông đốt đúc đủ cờng độ cho phép, di chuyển ván khuôn đến vị trí nhờ hệ thống kích tì lên thép chôn sẵn - Bố trí cốt thép đổ BT đốt đúc - Lặp lại bớc cao độ xà ngang Bớc 8: - Dựng ván khuôn xà ngang nhờ I 400 chôn sẵn - Bố trí cốt thép đổ BT xà ngang - Khi thi công song xà ngang tiến hành đa ván khuôn trợt vào vị trí, chuẩn bị thi công đỉnh tháp - Thi công đỉnh tháp ván khuôn trợt nh phần thân tháp Thi công mố cầu: Việc thi công mố CDV không khác nhiều so với cầu đại thông thờng nh cầu nhịp giản đơn, cầu đúc hẫng Các bớc thi công chủ yếu cho mố cầu chữ U áp dụng cho cầu nh sau: Bớc 1: - San ủi dọn mặt công trờng - Tập hợp máy móc, thiết bị, vật liệu chuẩn bị thi công mố Bớc 2: - Xác định vị trí tim mố, vị trí tim cọc - Dùng máy khoan tạo lỗ cọc khoan nhồi, hạ ống vách thép - Tiếp tục khoan đến cao độ thiết kế, vệ sinh hố khoan - Hạ lồng cốt thép - Đổ bê tông cọc phơng pháp rút ống thẳng đứng đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -3- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Bớc 3: - Dùng máy xúc kết hợp nhân lực đào đất hố móng đến cao độ đáy bệ thiết kế - Đập đầu cọc, vệ sinh hố móng - Rải đá hộc đổ bê tông lớp lót Bớc 4: - Bố trí cốt thép dựng ván khuôn bệ mố - Đổ bê tông bệ mố Bớc 5: - Bố trí cốt thép dựng ván khuôn thân mố cốt thép tờng cánh - Đổ bê tông thân mố tờng cánh đến cao độ đá kê gối Bớc 6: - Bố trí cốt thép, dựng ván khuôn phần lại - Đổ bê tông Bớc 7: - Tháo dỡ thiết bị - Đắp đất sau mố thi công phần độ, hoàn thiện mố Thi công kết cấu nhịp: 3.1 Tổng quan phơng án thi công: - Với cầu dây văng khoang nhỏ ( < 10 15 m ) phơng pháp thi công hẫng có nhiều u điểm, đặc biệt với cầu nhịp lớn, sông sâu, dới sông cần đảm bảo giao thông thuỷ - Do vật liệu thiết bị cung cấp từ bờ cách vận chuyển theo đờng tạm tới tháp nên ta chọn hớng thi công: + Thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân đối xứng từ tháp + Thi công đồng thời từ hai tháp 3.2 Các bớc thi công: Bớc 1: - Mở rộng tháp I 400 chôn sẵn - Lắp đặt ván khuôn đà giáo mở rộng trụ, bố trí cốt thép đốt - Đổ bê tông khoang dầm lắp đặt dây - Tiến hành liên kết cứng tạm thời đốt dầm vào tháp gối tạm cờng độ cao Bớc 2: - Lắp đặt xe đúc hẫng hai đầu đốt đúc đà giáo mở rộng - Lắp dựng ván khuôn treo xe đúc bố trí cốt thép - Đổ bê tông đốt đối xứng qua trụ tháp đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -4- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải - Lắp dây văng tiến hành căng kéo, điều chỉnh nội lực dây theo kết toán điều chỉnh nội lực tính toán - Lặp lại bớc đến chuẩn bị hợp long nhịp - Neo đầu dầm vào gối neo hai mố - Tháo dỡ liên kết tạm, đà giáo mở rộng trụ để chuẩn bị hợp long nhịp - Di chuyển xe đúc vào vị trí đốt hợp long xe đúc ta dỡ bỏ - Lắp dựng ván khuôn, bố trí cốt thép tiến hành đổ bê tông đốt hợp long - Sau hợp long nhịp đợi bê tông đủ cờng độ yêu cầu ta cần tiến hành căng kéo lại hai dây văng nh nói phần điều chỉnh nội lực, việc căng kéo theo trị số tính toán nh toán điều chỉnh nội lực Bớc 3: - Thi công lớp phủ mặt cầu ( lớp phòng nớc, lớp bê tông bảo vệ, lớp bê tông át phan ), vỉa hè, lan can công trình phụ khác - Kiểm tra yếu tố hình học cầu, kiểm tra hệ neo dây 3.3 Việc lắp đặt căng chỉnh dây văng làm từ tao cáp sợi có đặc điểm sau: - Mỗi bó dây gồm nhiều tao cáp sợi đặt song song, tao đợc neo riêng vào lỗ ổ neo, nên tao lắp đặt riêng sợi Mỗi tao cáp gồm sợi nhỏ trọng lợng nhẹ nên lắp trực tiếp không cần dàn giáo, với hệ neo kẹp không cần chế tạo đầu neo trớc nên không cần cắt xác mà cắt dài tuỳ ý, việc xỏ dây có độ dài lớn qua lỗ neo đơn giản - Các tao cáp đợc lắp sợi, thông thờng lắp đàu trớc, đầu dới sau, lắp xong tao tiến hành căng sơ chỉnh đóng neo tao Khi căng tao sau cần xét tới ảnh hơng mát ứng suất tao trớc nhằm tạo đợc lực căng đông tao Sau căng tất tao, việc vi chỉnh đợc thực cách căng bó - Việc khống chế căng tao tạo lực đồng sợi áp dụng công nghệ căng đơn Freyssinet - Lực căng tao bó cần dẫn thiết kế - Việc khống chế lực căng thực tế bó đợc thực băng nhiều cách để kiểm tra kết - Các biện pháp định lợng lực căng nh sau: + Theo số đo lực kích + Độ dãn dài bó cáp căng + Gắn Tensơ đo lực lên bó dây Các Tensơ thông báo kết thay đổi nội lực bó kéo trớc căng bó kéo sau, đông thời cho biết thay đổi nội lực dây căng điều chỉnh nội lực đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -5- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải ii Tính toán thi công: Tính chiều dày lớp bê tông bịt đáy: - Sau đóng cọc đổ bê tông bịt đáy, nên chiều dày lớp bê tông bịt đáy đợc tính theo công thức sau: hBT = .H ( BT * n * + k * u * [ ] ) * m Trong : - Diện tích đáy hố móng, = 10 27 = 270 (m2) K - Số lợng cọc, K = 16 u - Chu vi cọc, u = 3,14 (m) [ ] - Lực trợt giới hạn bê tông bịt đáy thành cọc, [ ] = (kg/cm2) m - Hệ số điều kiện làm việc cọc, m = 0,9 n Hệ số ma sát đất cọc, n=0,9 H - Chiều cao cột nớc Hnớc = 1,5 + 1,5 = m 1,5 Chiều cao mực nớc thi công đến đáy bệ 1,5 Chiều dầy giả định lớp bê tông bịt đáy Nh vậy: hbt = ( 270 = 1,27 (m) 2,5 0,9 270 + 16 3,14 0,9 ) Vậy chọn hBT = 1,5 (m) - Tiến hành đổ bê tông bịt đáy theo phơng pháp vữa dâng - Bán kính hoạt động ống R = m - Diện tích hoạt động ống là: F = R = 3,14 22 = 12,57 ( m2) Số ống cần thiết để bố trí đổ bê tông bịt đáy là: n = 270 = 21,5 12,57 (ống) Vậy ta chọn n = 25 ống, ống cách m Tính toán ván khuôn thi công tháp: đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -6- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải - Ván khuôn thi công tháp dùng ván khuôn thép - Cấu1 tạo ván khuôn thép đơn giản ván khuôn gỗ, yêu cầu ván khuôn thép sử dụng đợc nhiều lần, ghép đợc nhiều dạng khuôn cho kết cấu khác nhău - Ván khuôn đợc ghép từ ván đơn phẳng cong Các ván đơn đợc chế tạo sẵn với kích thớc định thống Kích thớc ván khuôn nhỏ tính linh hoạt cao, ta ghép đợc nhiều kiểu khuôn, nhng công lắp dựng chi phí nhiều nhiều chi tiết tăng mức độ phức tạp lắp ghép - Ngợc lại kích thớc ván khuôn lớn cấu tạo ván khuôn đơn giản, gọn gàng, lắp dựng nhanh nhng khó ghép thành nhiều loại khuôn khác nhău - Vì ta cần chọn kích thớc phù hợp đáp ứng đợc mục tiêu vạn năng, gọn nhẹ, tận dụng vật t lắp dựng nhanh - Trên sở nghiên cứu dạng kết cấu đổ bê tông chỗ công trình cầu ta thiết kế tối u đợc kích thớc chế tạo ván thép đơn - Thông thờng ván thép đơn có kích thớc 750 x 1250: 1250 x 1500 - Ván thờng dùng tôn dầy 2,5 mm xung quanh cạp mép cách hàn vào khung thép góc thép chữ C Bên hàn vào sờn tăng cờng ngang dọc thép dẹt chiều dầy mm chiều rộng 50-80mm Các sờn xẻ rãnh lợc để cài vào nhăuvà hàn lại - Trên cạnh mép ván khoan lỗ khoan đờng kính 20mm1 , bố trí theo cự ly 50 cm để liên kết đơn thành khuôn ghép khe ghép phải đệm gioăng để không chảy nớc hồ xi măng vữa - Ván khuôn dùng để đúc tháp loại ván khuôn thép đợc đặt dọc theo chiều cao tháp nên ta tính toán theo ván lát đứng 2.1 Tính ván lát đứng Xác định áp lực vữa lên 1m ván thành rơi - chiều cao tác dụng vữa H = h0 h0 tốc độ đổ vữa h0 = 0,3 m H = 1,2 m - Công thức xác định áp lực vữa lên ván đứng Pmaxtt = n(q +R) Trong R bán kính tác dụng đầm, dùng đầm dùi R = 0,7m - trọng lợng thể tích vữa bê tông 2400 kg/m3 n hệ số vợt tải = 1,3 q tải trọng mặt bê tông gồm lực đầm, ngời thiết bị, vữa Trọng lợng ngời thiết bị = 250 kg/m2 Tải trọng đầm vữa = 200 kg/m2 Tải trọng vữa rơi = 200 kg/m2 q = 650 kg/m2 đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -7- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải - Thay số ta đợc : Pmaxtt = 3029 kg/m2 Từ hình vẽ ta tính đợc Ptđ = 1839,5 kg/m2 - Khoảng cách nẹp ngang d = 0,7 m Mô men tính cho m chiều rộng ván a = m - Ta thấy H = 1,2 > d = 0,7 m áp dụng công thức său để tính toán: 2 Mtt = Ptd a.d = 1839,5.1.0,7 = 90,136 kgm 10 10 - Theo công thức sác định chiều dầy ván lát: = 12.M tt 12.90,136 = = 2,62 cm R 60 Chọn chiều dầy = mm Đặc trng hình học ván: b J = W= 12 = * 0,03 12 -9 = 2,25.10 (m ) b. 1.0,03 = 0.00015 (m3) = 6 E - Mô duyn đàn hồi thép, E = 1950000 (kg/cm2) f = Ptd a.d = 127.E.J 1839,5.1.0,7 = 7,9.10-5 m = 0.0079cm 127.1950000.10 225.10 fcho phép = 0,175 cm Đạt độ võng ơ= M tt 90,136.10 = 60 kg/cm2 < R = 80 kg/cm2 = Ư W 0,00015.10 Đạt cờng độ 2.2 Tính toán nẹp ngang: đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -8- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Các ván dọc gối lên nẹp ngang, bên nẹp ngang ốp dọc để chống ván, cự li ốp dọc độ tính toán ván Cự li ốp dọc lấy t = 0,8 m áp lực tác dụng lên nẹp ngang phản lực gối phân bố ván lát đứng nằm khoảng x d chuyền lên áp lực xác định theo công thức: r= 1839,5.1,2.(0,7 0,25.1,2) Ptd H (d 0,25.H ) = = 1261,4kg/m 0,7 d Mô men uốn nẹp ngang xác định theo công thức 2 Mtt = r.t = 1261,4.0,8 =80,73 kgm 10 10 Chọn kích thớc nẹp ngang x 10 cm Đặc trng hình học: W = 8.102/6 = 133,33 cm3 = Mtt / W = 8073/133,33 = 60,5 kg/cm2 < 80 kg/cm2 Đạt Tính toán ván khuôn thi công: - Ván khuôn thi công dùng ván khuôn gỗ - Ván khuôn đợc lắp ghép theo chiều đứng, bên có nẹp ngang, nẹp ngang kê nẹp đứng 2.1 Tính ván lát đứng Xác định áp lực vữa lên 1m ván thành - Chiều cao tác dụng vữa H = h0 h0 tốc độ đổ vữa h0 = 0,3 m H = 1,2 m - Công thức xác định áp lực vữa lên ván đứng Pmaxtt = n(q +R) Trong R bán kính tác dụng đầm, dùng đầm dùi R = 0,7m - trọng lợng thể tích vữa bê tông 2400 kg/m3 n hệ số vợt tải = 1,3 q tải trọng mặt bê tông gồm lực đầm, ngời thiết bị, vữa rơi Trọng lợng ngời thiết bị = 250 kg/m2 Tải trọng đầm vữa = 200 kg/m2 Tải trọng vữa rơi = 200 kg/m2 q = 650 kg/m2 - Thay số ta đợc : Pmaxtt = 3029 kg/m2 Từ hình vẽ ta tính đợc Ptđ = 1839,5 kg/m2 đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -9- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải - Khoảng cách nẹp ngang d = 0,7 m Mô men tính cho m chiều rộng ván a = m - Ta thấy H = 1,2 > d = 0,7 m áp dụng công thức său để tính toán: 2 Mtt = Ptd a.d = 1839,5.1.0,7 = 90,136 kgm 10 10 - Theo công thức sác định chiều dầy ván lát: = 12.M tt 12.90,136 = = 2,62 cm R 60 Chọn chiều dầy = cm Đặc trng hình học ván: J = b 12 = * 0,03 12 -6 = 2,25.10 (m ) b. 1.0,03 = 0.00015 (m3) W= = 6 E - Mô duyn đàn hồi gỗ, E = 0,12.106(kg/cm2) f = Ptd a.d = 127.E.J 1839,5.1.0,7 = 1,29.10-3 m = 0.129cm 10 127.0,12.10 2,25.10 fcho phép = 0,175 cm Đạt độ võng ơ= M tt 90,136.10 = 60 kg/cm2 < R = 80 kg/cm2 = Ư W 0,00015.10 Đạt cờng độ 2.2 Tính toán nẹp ngang: Các ván dọc gối lên nẹp ngang, bên nẹp ngang ốp dọc để chống ván, cự li ốp dọc độ tính toán ván Cự li ốp dọc lấy t = 0,8 m đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -10- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải áp lực tác dụng lên nẹp ngang phản lực gối phân bố ván lát đứng nằm khoảng x d chuyền lên áp lực xác định theo công thức: r= 1839,5.1,2.(0,7 0,25.1,2) Ptd H (d 0,25.H ) = = 1261,4kg/m 0,7 d Mô men uốn nẹp ngang xác định theo công thức 2 Mtt = r.t = 1261,4.0,8 =80,73 kgm 10 10 Chọn kích thớc nẹp ngang x 10 cm Đặc trng hình học: W = 8.102/6 = 133,33 cm3 = Mtt / W = 8073/133,33 = 60,5 kg/cm2 < 80 kg/cm2 Đạt yêu cầu đỗ thuỷ trung ờng K 37 Lớp Cầu- Đ -11-