14 tính toán thiết kế thi công và tổ chức thi công cầu

Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp chơng X thiết kế thi công Phần I Thi công mố cầu Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 28 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp I Thi công mố cầu: I.1.Cấu tạo mố: Toàn cầu gồm có mố chữ U BTCT đặt hệ móng cọc khoan nhồi (gồm cọc khoan nhồi), đờng kính cọc 1.5 m, chiều dài cọc 30 m Cọc đợc bố trí hàng theo phơng dọc cầu hàng theo phơng ngang cầu, khoảng cách cọc theo hàng ngang 4,5 m, theo chiều dọc cầu 4,5 m Móng mố có cấu tạo đối xứng 4500 4500 4500 1050 15 00 ỉ 15 00 ỉ 00 15 1050 ỉ 50 ỉ1 15 00 6600 4500 50 ỉ1 ỉ ỉ 00 15 ỉ1 50 1050 1050 15600 I.2 Đề xuất phơng án thi công mố M0: Mố cầu có cấu tạo mố chữ U, bệ mố bệ BTCT có chiều dày 2,5 m nằm móng cọc khoan nhồi 1500 Bớc San phẳng mặt bằng, làm đờng di chuyển máy khoan, xây dựng đờng công vụ để phục vụ thi công làm đờng tạm phơng tiện vận chuyển, phơng tiện máy móc phục vụ thi công lại đảm bảo cho trìng thi công đợc liên tục Do mố cầu nằm vị trí nớc nên định vị trí mố ta phải vào đờng tim dọc cầu cọc mốc quy định cho hố móng Đầu tiên ta xác định trục dọc trục ngang cho móng, trục cần phải đánh dấu cố định cọc mốc chắn nằm tơng đối xa nơi thi công Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 29 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp công trình để tránh sai lệch vị trí sau Các cọc dùng để theo dõi thờng xuyên sai lệch thi công móng, mố trụ kết cấu bên Để xác định cao độ đáy móng, đỉnh móng ta dùng máy thuỷ bình máy kinh vĩ Xác định xác vị trí cọc, lập phơng án khoan lỗ cọc cho đạt tiến độ thi công cao Tiến hành khoan lỗ cọc, sau khoan lỗ cọc xong thu dọn mặt móng, chuẩn bị thi công bớc Bớc 2: Đóng ống vách, sau tiến hành khoan đến cao độ thiết kế Trong trình khoan sử dụng vữa sét Bentonit để giữ ổn định lỗ khoan Hạ lồng cốt thép đổ bê tông cọc dung dịch vữa sét phơng pháp ống rút thẳng đứng Đào đất hố móng giới kết hợp với thủ công Đập đầu cọc, sau tiến hành vệ sinh đoạn đầu cọc làm phẳng hố móng chuẩn bị bớc Bớc : Đầm chặt đáy hố móng, dải lớp đá dăm lớp bê tông nghèo xuống đáy móng đầm chặt làm lớp đệm móng , đổ cao độ đáy móng dừng lại Bố trí cốt thép , lắp đặt ván khuôn đổ bê tông bệ móng Bố trí cốt thép , lắp đặt ván khuôn đổ bê tông thân mố, tờng đỉnh, xà mũ, bệ kê gối , tờng cánh mố Thi công tờng chắn, đờng đầu cầu , lắp độ Bớc Hoàn thiện mố I.3 Nội dung chi tiết công việc : I.3.1 Xác định vị trí tim mố trụ cầu Sử dụng máy kinh vĩ để xác định phạm vi mố trớc thi công thực địa Công việc đợc tiến hành lần giai đoạn: Trớc thi công Trong thi công Sau thi công Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 30 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Cầu đợc xây dựng cầu, lựa chọn vị trí đặt trạm đo hợp lý, ổn định, an toàn trạm đo phải đợc trì suốt trình thi công Xác định cao độ phận cầu : Để xác định xác cao độ phận cầu phải chuyển từ mốc cao độ quốc gia hay đoạn tuyến gần vị trí hai đầu cầu ổn định sau từ xác định cao độ phận toàn cầu I.3.2 Biện pháp thi công mố công nghệ thi công: Công tác chuẩn bị : Tập kết vật liệu, thiết bị công trờng thi công Chuẩn bị nhân lực công tác khác phục vụ cho trình thi công San ủi mặt I.3.2.1 Thi công cọc khoan nhồi : a Định vị máy khoan: Công việc định vị máy khoan định đến vị trí chất lợng lỗ khoan Căn vào sàn đạo, thứ tự lỗ khoan, phơng pháp dịch chuyển khoan để đặt khoan cho phù hợp Đặt, dịch chuyển cân máy cho tim cần khoan trùng với tim lỗ khoan Thiết bị định vị máy khoan bao gồm: cần cẩu, kích, pa lăng xích, máy kinh vĩ, máy thuỷ bình rọi Kiểm tra vị trí tim cần khoan độ thẳng đứng cần máy kinh vĩ trớc khoan tạo lỗ Kê chèn chắn toàn máy nhằm không để máy khoan nghiêng lệch, xê dịch trình khoan b Hạ ống vách thi công: 170cm Đờng kính ống vách thi công cọc khoan nhồi phải to đờng kính cọc khoan từ 20 30cm, dài từ 6m Định vị ống vách: Đào trớc đất để chân vách chu vi đờng tròn hố đào sâu 1.2ữ 1,5m, tâm tim lỗ khoan Điều chỉnh vách thẳng đứng máy rọi Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 31 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Dùng hai tầng định vị thép hình đủ cứng để ổn định vách đảm bảo hạ vách xuống thẳng đứng Hai tầng định vị liên kết vào sàn công tác mặt dới Đóng hạ ống vách: Dùng búa rung 60KVA để rung hạ ống vách Dùng búa thép kết hợp với tời khoan để đóng hạ ống vách thi công đóng lần đóng nối nhiều lần tuỳ theo yếu tố sau: Chiều dài ống vách Các tầng địa chất ống vách phải qua Khi hạ ống vách làm nhiều lần phải ý việc nối ống vách: Mặt phẳng ghép nối phải vuông góc với tim vách để vách không gãy khúc Hàn kín để chống cát nhỏ lọt vào Hàn đủ điều kiện chịu lực để đóng vách rút vách không bị đứt mối nối Không dùng táp phía để không vớng, kẹt khoan vách đô bê tông sau c Công tác kiểm tra ống vách: Việc kiểm tra ống vách phải đợc quan tâm theo dõi suốt thời gian hạ ống vách rọi, máy kinh vĩ quan sát mắt thờng Bất kỳ cao độ thấy có tợng nghiêng lệch phải đề biện pháp xử lý ống vách thi công để nghiêng ảnh hởng tới việc khoan tạo lỗ Việc tính toán cho phép nghiêng vách có yếu tố: Chiều dài ống vách Đờng kính ống vách (lớn ống vách đổ BT 20cm) I.3.2.2 Công tác khoan tạo lỗ: Khoan tạo lỗ phơng pháp khoan tuần hoàn thuận: Chọn mũi khoan: Căn vào tầng địa chất để định chọn mũi khoan tốc độ khoan áp dụng nh sau: Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 32 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Đối với loại đất, cát pha, cát dùng mũi khoan đất Vận tốc khoan phụ thuộc vào địa chất độ sâu: Với mũi khoan đất khoan tốc độ 26, 32, 56 vòng/phút I.3.2.3.Bentonite Vữa Bentonite (vữa khoan) a Cung cấp: Chất Bentonite, đặc biệt trớc trộn, phải tuân thủ dẫn kỹ thuật b Trộn Bentonite phải đợc trộn nớc để tạo huyền phù, trì độ ổn định công tác đào cọc thời gian cần thiết để đổ bê tông hoàn thiện thi công Nhiệt độ nớc đợc dùng để trộn thể vẩn bentonite trộn thể vẩn dùng hố khoan không đợc dới 5o C Khi nguồn nớc ngầm bị nhiễm mặn hay hoá chất, cần phải thận trọng trộn bentonite tiền hydrate hoá bentonite nớc để vật liệu trở nên phù hợp với việc thi công cọc c Thí nghiệm Trớc tiến hành công việc phải đề xuất tần số tiến hành thí nghiệm dung dịch khoan, phơng pháp nh qui trình thu mẫu Số lần tiến hành thí nghiệm sau thay theo yêu cầu phụ thuộc vào tính quán kết thí nghiệm thu đợc c Xử lý vữa thải : Tất bớc hợp lý phải đợc tiến hành để thể vân bentonite công trờng không bị tràn công trờng bên hố khoan Bentonite loại bỏ phải đợc di chuyển khỏi công trờng không đợc chậm trễ Bất việc loại bỏ bentonite phải tuân thủ qui định quan chủ quản địa phơng I.3.2.4 Vệ sinh kiểm tra lỗ khoan a Vệ sinh lỗ khoan Lỗ khoan đợc vệ sinh theo phơng pháp tuần hoàn nghịch máy bơm 6BS Nớc mùn khoan với hạt có đờng kính max Nối dài đợc đoạn lại dùng tời kéo đoạn ống lên , hết chiều dài dây văng IX Bơm vữa vào đầu neo - Sau căng kéo tiến hành bọc vỏ dây văng xong , để cải thiện tình hình chịu mỏi bó cáp , ta bơm vữa keo xi măng + êpoxy vào cối neo đẻ liên kết đầu tao cáp tuốt vỏ nhựa PE dầu mỡ Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 54 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Phần VI Tính toán số thiết bị thi công I Tính chiều dày lớn bê tông bịt đáy I.1 Tính chiều dày bê tông bịt đáy thi công bệ móng trụ tháp - Sau thi công cọc đổ bê tông bịt đáy lên trên, nên chiều dày lớp bê tông bịt đáy đợc tính theo công thức sau: hBT .H ( BT + k u.[ ] * ).m Trong : +) - Diện tích đáy hố móng, = 23,25.12 = 279 m2 +) K - Số lợng cọc, K = 18 +) u - Chu vi cọc : u = 4.712 m +) [ ] - Lực trợt giới hạn bê tông bịt đáy thành cọc, [ ] = 20 T/m2 +) m - Hệ số điều kiện làm việc cọc, m = 0,85 +) H: Chiều sâu hố móng:Tính từ đáy móng đến mực nớc thi công H= 2,016m +) : Trọng lợng riêng nớc , = 1T/m3 +) bt : Trọng lợng riêng bê tông bt = 2,5 T/m3 - Các số liệu tính toán : +) - Diện tích đáy hố móng, = 23,25.12 = 279 m2 +) K - Số lợng cọc, K = 18 +) u - Chu vi cọc : u = 4,712 m +) [ ] - Lực trợt giới hạn bê tông bịt đáy thành cọc, [ ] = 10 T/m2 +) m - Hệ số điều kiện làm việc cọc, m = 0,85 +) H: Chiều sâu hố móng:Tính từ đáy móng đến mực nớc thi công H= 2.016m - Tính toán ta có: +) Chiều dày lớp bê tông bịt đáy cần thiết : hbt = 0.70 m +) Chiều dày lớp bê tông bịt đáy thiết kế : htk = 1,0 m Ii Tính toán đà giáo mở rộng trụ Ii Xác định tải trọng tác dụng lên đà giáo Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 55 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp - Đà giáo mở rộng trụ có tác dụng thi công khối K chịu tải trọng thi công gồm tĩnh tải vữa, cốt thép, ván khuân máy móc nhân lực trình thi công II.1.1 - Tải trọng tác dụng trọng lợng vữa khối K0 591,5 KN/m - Chiều dài khối ko : Lo = 12 m - Trọng lợng khối Ko tác dụng vào bên trụ tạm: q = 331,59 KN/m II.1.2 - Tải trọng ván khuôn máy móc thi công - Tải trọng thi công dải : qtc = 1,5.0,02.14,5.10 = 4,27 KN/m => Vậy tổng cộng tải trọng rải phân bố lên ván khuân đáy: g = 331,59+4,27 =335,86 KN/m Ii Xác định kích thớc đà giáo - Đà giáo phải đủ kích thớc bố trí ván khuân nh đủ chỗ để bố trí giá cho ngời máy móc thi công, phục vụ cho trình thi công, ta định lấy kích thớc thiết kế mặt đà giáo nh sau : +) Chiều dài đà giáo : L = 12 m +) Chiều rộng đà giáo : B = 16,5 m - Trong trình tính toán coi đà giáo làm việc theo sơ đồ phẳng độc lập với nhau, tải trọng bê tông kết cấu phần tác dụng lên đà giáo đợc chia cho mặt phẳng, ta cần xác định khả chịu lực nh thiết kết chịu lực đà giáo lên kết chúng theo sơ đồ phẳng Còn liên kết mặt phẳng dà giáo theo phơng ngang lấy theo quy định thông thờng - Theo phơng ngang cầu, đà giáo gồm có mặt phẳng đợc bố trí trụ, mặt phẳng chịu tải trọng là: Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 56 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp q=335,86/4=83,96 KN/m - Trong mặt phẳng đà giáo đợc liên kết bu lông với liên kết với thân trụ qua bu lông nối vào thép góc đợc hàn hay bắt bu lông vào neo nằm chờ sẵn bên thân trụ, với đợc liên kết với bu lông nối qua tiếp điểm, có kích thớc theo tính toán đủ để chịu lực bố trí chỗ cho bulông liên kết IV Sơ đồ tính toán - Sơ đồ tính toán đà giáo nh hình vẽ Trong đó: Thanh 1, chịu uốn , lại chịu kéo nén - Liên kết liên kết chốt - Sử dụng Midas/Civil6.3.0 ta tính đợc nội lực nh sau : +) Thanh1 2: Mômen uốn lớn 83,96 KN/m 150 KN/m M=458,7 KNm +) Thanh : N3 = 661 KN +) Thanh : N4 = -933,51 KN +) Thanh : N5 = -400,56 KN +) Thanh : N6 = -1060,66 KN +) Thanh : N6 = KN IV lựa chọn tiết diện V.4.1 Công thức kiểm toán ứng suất - Đối với chịu nén - Công thức kiểm toán = N Rt At Trong : +) N : Lực nén lớn +) At : Diện tích mặt cắt ngang thép +) : Hệ số sức kháng chịu nén , = 0,75 +) Rt : Cờng độ thép than CT3 , Rt = 2000 Kg/cm2 = T/cm2 Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 57 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp - Hệ số sức kháng đợc xác định theo hiệu ứng độ mảnh nh sau : +) Độ mảnh : max = y = Với : lo iy +) Lo : chiều dài tự , lấy chiều dài +) iy : bán kính quán tính nhỏ +) max : Độ mảnh lớn theo phơng +) : Hệ số sức kháng (hệ số uốn dọc) đợc tra bảng theo giá trị max - Đối với chịu kéo - Công thức kiểm toán = N Rt At - Đối với chịu uốn - Công thức kiểm toán = M Ru W V.4.2 Bảng tính toán lựa chọn tiết diện thép chế tạo đà giáo Tên L m 7 7 10 Thé p TK N T 93.35 I500 60.1 I300 -40.1 106.1 I500 I300 Tên than h Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 I500 L m F cm2 97 46 97 97 46 M Tm 458 Ix cm 20.0 12.3 20.0 20.0 12.3 Thé p TK I450 Iy cm 3.20 2.69 3.20 3.20 2.69 I cm4 2745 58 max cm 156.0 263.7 230.9 221.6 371.4 max T/cm 0.38 max T/cm KL 0.55 1.74 Đạt 1.29 Đạt 0.65 0.63 Đạt 0.65 1.67 Đạt 0.00 Đạt KL Đạt Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Kết luận : ta thấy thép thiết kế đà giáo mở rộng trụ đảm bảo khả chịu lực Iv - Thiết kế - tính toán vòng vây cọc ván thép Vòng vây cọc ván thép sử dụng để làm tờng cừ phục vụ thi công trụ Cọc ván thép sử dụng loại LASSEN IV có đặc trng hình học tiết diện ngang nh sau: Mã hiệu bmin (cm) 292 Bmin (cm) 400 Hmin (cm) 180 F g J W (cm ) (kg/m) (cm ) ( cm3) 94.3/23 74/185 4660/3960 405/2200 LS IV (Ghi chú: Giá trị tử số tính cho cọc đơn, giá trị mẫu số tính cho m vòng vây) Ngoài sử dụng vành đai II500, văng chống II360 bar cờng độ cao 38 Dự kiến mực nớc thi công -0.10m, thi công có đắp đảo để khoan cọc Thiết kế vòng vây có số liệu sau - Vòng vây có tầng văng chống (hoặc vành đai) cách mặt đất tự nhiên 0.7 m - Chiều cao cọc mặt nớc 1.0 m Trong giai đoạn thi công lần lợt đắp đảo để khoan cọc sau đào đất vòng vây đổ bê tông bịt đáy, hút nớc thi công trụ Tơng ứng với hai giai đoạn làm việc ta có hai sơ đồ tính vòng vây cọc nh sau: Sơ đồ 1: Trong vòng vây có đất đắp đảo đảo có máy khoan BAUER BS680 bê tông dày 0.3 m Sơ đồ 2: Hút cạn nớc hố móng sau đổ bê tông bịt đáy Ta lần lợt tính cho hai sơ đồ Khi tính toán lấy mét dài tờng để xét Iv.1 - Tính toán vòng vây làm tờng cừ đắp đảo (sơ đồ 1) - Các số liệu tính toán Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 59 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp - Cao độ mặt đảo: 5.35 m - Mực nớc thi công: - Cao độ lòng sông: + - áp lực tải trọng máy khoan: q = 0.45 T/m2 +4.65 m - chiều rộng vệt áp lực b: +3.39 - Tải trọng thi công qtc: m - Dụng trọng đất đ : T/m3 - Góc nội ma sát : 220 - Độ rỗng e: - Lực dính C : 0.5 0.16 1.5 m T - Chênh cao cao độ thiên nhiên với đáy hố móng: 0.76 m - Chênh cao mực nớc vòng vây: m kG/cm2 Chênh cao cao độ mặt đảo với cao độ thiên nhiên: Hđ = 1,96 m Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 60 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Sơ đồ tính toán(HV) Sơ đồ tính toán Hd 3.39 Hn t Z P L +4 65 m Hv q +5 35 q P P a Tải trọng tác dụng lên tờng cọc - áp lực bánh xích tác dụng lên mặt đảo: q = 0.45 T/m - Hệ số áp lực ngang: a1 = tg2(450 - /2) = tg2(450 220/2) = 0.454 a2 = tg2(450 - /2) = tg2(450 250/2) = 0.405 - áp lực tải trọng thi công: P1 = T/m - áp lực ngang thiết bị khoan: Pq = q*a1 = 0.45*0.454 = 0.2043 T/m - áp lực ngang đất : Pa1 = đn1.Hd.a1 = 4,96 T/m Pa2 = đn1.Hd.a2 = 4,424 T/m Pa3 = đn2.Hd.a2 = 0.454*t T/m - Chiều sâu tác dụng áp lực Pq : hq = 1.96 m - hệ số áp lực ngang bị động: b2 = tg2(450 + ) = tg2(450 + 220/2) = 2.19 Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 61 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp - áp lực ngang bị động đất nền: Pb = đn2*t*b2 =2.19*t 4- Tính duyệt điều kiện ổn định tờng cọc Tờng cọc ván ổn định tổng mômen lật M l lực so với điểm (Điểm neo bar) nhỏ tổng mômen giữ M g lực so với điểm Phơng trình thể hiện: m*Ml - Mg = (m hệ số an toàn lấy 1.25) Ml = Pq*+ 0.5*Pa1*Hđ*(Hv - )+ Pa2*t*(Hv + t 2*t )+0.5* Pa3*t*(Hv + ) 11,5 t 10,52 =0,2043 +0,50.4,96.11,5.(10,5)+4,424.t.(10,5+ )+ 2 +0.454.t.(10.5+ 2.t ) = 2,514.t2 +51,219.t+201,395 Mg = 0.5*Pb*t*(Hv + ) + 0.5*Pq*0.25 = 0,5.2,19.t.t.(10,5 + ) + 0,5.0,303.0,25 = 0,365.t3 + 11,4975.t2 + 0,0378 Thay giá trị vào phơng trình biến đổi ta đến phơng trình bậc theo t nh sau: 0,365.t3 + 8,355.t2 -64,023.t251,395= Giải phơng trình ta có t = 3,69 m Kết hợp điều kiện chiều sâu chôn cọc so với đáy móng đảm bảo ổn định đào xói hút đất hố móng: t > tmin = 1,5 p 1,9806 = 1,5 2. p 1 2.2,194 Chọn t = 4,0 m chiều dài cần thiết cọc: L = 4,0+1,96= 5,96=6,0 m Độ sâu đóng chọn là: Hd=4,0 m Tính duyệt cọc ván theo điều kiện cờng độ 5.1 - Nội lực kết cấu Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 62 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Sơ đồ tính toán tờng cọc nh hình vẽ, dầm tựa hai gối với kích thớc sau: Vị trí chốt quay giả định nằm cách mặt Z = 0.25*Hđ = 0.25*4,0 = 1,0 m Ta có: RA= 0,5.Pa1.H a1 + Pq H a2 + Pa Z a3 + 0,5.( Pb Pa ).Z b H +Z = 2.7(T ) Mô men măt cắt cách gối A đoạn x là: M = R A x dn1.x.3 a1 0,5.Pq x Mô men lớn là: M max 0,239.4,23.3 = 2,7.4,23 0,5.0,1076.4,232 = 7,44(T m) Chọn cọc có W=2200 cm3 5.2-Tính duyệt cọc Điều kiện tính duyệt = R = 1900 kG/cm2 Có = = 7,44.105 =338 kG/cm2 2200 Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 < R = 1900 kG/cm2 => Đạt yêu cầu 63 Cầu Đờng ... pháp thi công mố công nghệ thi công: Công tác chuẩn bị : Tập kết vật liệu, thi t bị công trờng thi công Chuẩn bị nhân lực công tác khác phục vụ cho trình thi công San ủi mặt I.3.2.1 Thi công. .. Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Phần VI Tính toán số thi t bị thi công I Tính chiều dày lớn bê tông bịt đáy I.1 Tính chiều dày bê tông bịt đáy thi công bệ móng trụ tháp - Sau thi công. .. 44 49 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp vận chuyển bê tông , cốt thép ván khuôn nh trang thi t bị khác phục vụ cho công tác thi công Phần III Thi công kết cấu nhịp Công nghệ thi công đúc