CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH CỐNG CHỊU ẢNH HƯỞNG VÙNG TRIỀU
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HỢP LÝ THI CÔNG CÔNG TRÌNH CỐNG NHIÊU LỘC - THỊ NGHÈ
3.3 Giải pháp thi công Cống
3.3.1 Tính toán các thông số phục vụ cho thi công theo phương án chọn
- Tính khả năng neo giữ của cáp trong khung vây đổ cát;
- Tính chiều dầy lớp bê tông bịt đáy;
- Tính ổn định chống lật của tường cọc ván thép;
- Tính độ bền các bộ phận của khung vây.
3.3.1.2 Cở sở thiết kế khung vây phải căn cứ vào các yếu tố sau : - Kích thước bệ móng, cao độ đặt đáy móng;
- Tình hình địa chất lòng sông;
- Điều kiện thủy văn : mực nước thi công, mực nước cao nhất, mực nước thấp nhất, vận tốc nước, mức xói chung và xói cục bộ;
- Những đặc trưng kỹ thuật của cọc ván thép;
- Điều kiện giao thông thủy trên sông;
- Điều kiện cung ứng vật tư và thiết bị.
Để tính toán các phần trên, dựa chủ yếu vào 22TCN 200 :1989 ‘Quy trình thiết kế công trình và thiết bị phụ trợ thi công cầu’.
3.3.1.3 Các điều kiện tự nhiên và lựa chọn cọc ván thép
Khi lựa chọn biện pháp và công nghệ thi công, cần dựa vào các điều kiện:
- Kích thước bệ móng, cao độ đặt móng ; - Tình hình địa chất lòng sông ;
- Điều kiện thủy văn, thủy lực:
- Biện pháp thi công;
- Hiệu quả kinh tế.
Bảng 3.8: Điều kiện thủy văn thủy lực Các điều
kiện thủy văn
Mực nước thi công (m)
Mực nước cao nhất (m)
Mực nước thấp nhất (m)
Vận tốc dòng chảy v (m/s)
+1,50 +2,50 -2,50 1,00
Từ điều kiện địa hình, cột nước và diện tích từng phân đoạn thi công đồng thời dựa vào biện pháp thi công. Với công trình cống Nhiêu Lộc Thị Nghè, sử dụng công nghệ trụ đỡ, công trình được xây dựng trên lòng sông, khi đó phương pháp thi công khung vây là hiệu quả nhất. Với phương pháp thi công này, để đảm bảo hố móng được khô, đồng thời chịu được cột nước chênh lệch cao thì chọn cừ ván thép Larsen IV.
Bảng 3.9: Đặc trưng kỹ thuật của cọc cừ ván thép Larsen SP IV Mặt cắt ngang Diện tích mặt
cắt ngang
Khối lượng 1m chiều dài
Mô men quán
tính Modul tiết diện B H t Cọc Tường Cọc Tường Cọc Tường Cọc Tường mm mm mm cmP2 cmP2P/m kg/m kg/mP2 cmP4 cmP4P/m cmP3 cmP3P/m 400 170 15,5 96,9 242,5 76,1 190 4670 38600 362 2270
Bảng 3.10: Cường độ chịu lực cho phép của cọc cừ ván thép TT Loại [σ]Rkéo, nén [σ]Ruốn [τ]Rcắt
(T/cmP2P) (T/cmP2P) (T/cmP2P)
1 Thép cừ ván Larsen 3,90 1,70
2 Thép CT3- Thép I 2,10 1,30
3.3.1.4 Tính toán khả năng của giằng
Do thi công cọc cho hệ móng của cống tại vùng cửa sông nên biên độ vùng triều khá lớn (> 3,00m) nên rất khó khăn cho thi công cọc khoan nhồi khi dùng xà lan. Vì thế biện pháp thi công phù hợp nhất là tạo khung vây bằng cừ ván thép sau đó đổ đầy cát vào trong, máy thi công có thể đứng trên nền cát này để khoan cọc.
Trình tự thi công khoan cọc nhồi thuộc trụ T1 và trạm bơm như sau :
+ Đóng cừ vây, gia cố khung vây bằng đai ốp và thanh PC 36;
+ Bơm cát tạo mặt bằng thi công trong khung vây đến cao trình +1,8m;
+ Thi công cọc khoan nhồi trên đảo cát ;
Sơ đồ biện pháp thi công cọc khoan nhồi bằng cách sử dụng khung vây cừ ván thép bên trong đổ đầy cát tới cao trình +1,8m :
B B
A
§ai èc M36 (D62)
Đai ốp ngoài 2I500 Cọc khoan nhồi M300, D120cm
Chi tiết A
Cừ lassen IV, L=18m
Phần khung vây được thi công trong quá trình thi công cọc Thanh PC36 xiên loại 1 D36mm, L = 7.10 m
245365380435435435435167
480 426 480
220 1828
167435435435435380365245475435435166 4408
50 1728 50
Thanh PC36 loại 1 D36mm, L = 45.50m
Thanh PC36 loại 2 D36mm,L = 19.70m
475435435166
220
160013581450
C C
V¨ng chèng I500
Cọc định vị ngoài 2I500, L=18m
Cọc định vi trong I500, L=18m
1780
300 515 515 330
Hình 3.3: Mặt bằng và mặt cắt khung vây đắp cát
Để giữ ổn định của khung vây khi đổ đầy cát, cần gia cường cho khung vây bằng hệ thống thanh PC36, đây là dạng thanh chịu lực cường độ cao có đường kính 36mm, với đặc tính:
Bảng 3.11: Đặc tính kỹ thuật của cáp PC36 Tên
thanh
Đường kính cáp (mm)
Cường độ chịu kéo (T/mP2P)
Lực kéo (T)
PC36 36 > 146000 > 200 Giả sử cần gia cường cho khung cừ với hai lớp:
Lớp giằng 1 nằm cao trình +0,50m;
Lớp giằng 2 nằm cao trình – 1,50m;
Kiểm tra cho trường hợp bất lợi nhất khi mực nước thi công rút xuống cao trình (- 2,50m ứng với tần suất 10%) và cột đất ngoài khung vây là thấp nhất (-3,50m).
+ Thông số cát đắp khô: trọng lượng γRđ R = 1,75(T/mP3P) với góc ma sát ϕ = 30P0P; cát đắp ướt: trọng lượng γRbh R = 2,00(T/mP3P) với góc ma sát ϕ = 30P0P;
a. Kiểm tra bài toán cục bộ:
+ Mô hình cừ cho bài toán phẳng, từ đó tính tổng lực kéo trên từng đoạn, kiểm tra tổng lực kéo đó so với sức chịu tải của cáp neo.
Mô phỏng cừ ván thép liên kết với đất nền bằng hệ thống các lò xo được tính toán thông qua đặc trưng cơ lý của đất nền:
Đất xung quanh cọc được mô phỏng là các lò xo đàn hồi theo công thức : KRsR = sR1RARsR + sR2RBRsRZPn
Tại các cao trình neo, giả thiết là các gối tựa.
Chiều cao áp lực đất từ trong khung vây hRđR = 1,80 – (-3,50) = 5,30 (m), ngoài ra cừ có trường hợp bất lợi nhất là khi xe thi công tải trọng G = 13T đứng ngay cạnh cừ để thi công cọc. Chiều cao cột đất quy đổi xe: hRxeR= nRxeR.G/(γBLRxeR) = 1.13/(1,75.2,7.4,2) = 0,65 (m).
Hình 3.4: Mô hình, tải tác dụng và nội lực trong cừ, phản lực gối tựa Kiểm tra
+ Mô men lớn nhất trong cừ là MRmaxR= 6,26 (Tm/m), ứng suất trong cừ là σRmaxR = MRmaxR / WRcừR = 6,26.100/38600 = 0,016 < [σ]RuốnR(T/cmP2P);
+ Lực kéo lớn nhất nằm tại vị trí cao trình (-1,50m) là fRkéoR = 14,98 (T/m).
Khoảng cách theo phương ngang của cáp neo là l = 4,50m khi đó lực kéo lớn nhất mà một cáp phải chịu là FRkéo cápR = fRkéoR.l = 14,98.4,50 ≈ 67,50 (T).
Với lực kéo này, khi sử dụng thanh neo PC36 đảm bảo khả năng chịu lực.
b. Kiểm tra bài toán tổng thể
Phân tích ổn định tổng thể của phân đoạn thi công thuộc phân đoạn 1 của trạm bơm và trụ T1 bằng đảo cát để thi công cọc khoan nhồi bằng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis, trong đó mô phỏng đất nền và tường cừ làm việc đồng thời với bài toán phẳng, trong đó quy đổi tải trọng xe H13 của máy thi công thành tải phân bố q = 13,76 (kN/mP2P). Chỉ tiêu kỹ thuật về mô hình:
Thông số đất nền và đất đắp:
Bảng 3.12: Thông số đất nền và đất đắp
Thông số Ký
hiệu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Cát đắp
Bê tông bịt đáy
Mô hình vật liệu - - MC Linear-
elastic Trọng
lượng
Tự nhiên γRk
kN/mP3
14,79 16,51 17,00
24,00 Bão hòa γRbh 14,98 16,65 20,00
Độ cứng ΕRref kN/mP2 720 920 100000 2,1.10P7
ν - 0,35 0,35 0,25 0,20
Cường độ
Lực dính CRref kN/mP2 15,00 15,00
∆CRref kN/mP2 0,15 0,1 Góc ma
sát φ P0 0P0P00’ 4P0P00’ 30P0P00’
Góc nở ψ P0 - - -
Thông số vật liệu mô hình:
Bảng 3.13: Thông số vật liệu mô hình
Kết cấu
Trọng lượng vật liệu
γR
R(kN/mP3P)
Hệ số Poision
Độ cứng EA (kN)
Độ cứng chống uốn EI (kNmP2P)
Hệ số vật liệu trong
nền
Chiều dài vật liệu quy đổi d(m)
Trọng lượng vật liệu trong
nền γ’R
R(kN/mP3P) Cừ Larsen 78,5 0,2 5092500 81060 1,00 0,437 1,90 Thép I500 78,5 0,2 2310000 83370 1,00 0,658 0,86
Thanh
PC36 78,5 0,2 2136456 173 1,00 0,031 0,08
+ Trường hợp tính toán gồm 2 trường hợp:
Trường hợp 1: Mực nước ngoài sông cao trình + 1,50m;
Trường hợp 2: Mực nước ngoài sông cao trình - 2,00m;
+ Mô hình tính toán:
Hình 3.5: Mô hình tính toán giai đoạn thi công + Kết quả tính toán: Dựa vào quy trình thi công để xác định
Trường hợp1: Bơm cát tạo mặt bằng thi công cọc khoan nhồi và thi công cọc
Hình 3.6: Biến dạng tổng thể và biểu đồ mô men cừ - TH1
Trường hợp2: Thi công cọc ứng với mực nước ngoài sông rút xuống cao trình - 2,00m
Hình 3.7: Biến dạng tổng thể và biểu đồ mô men cừ - TH2 Ổn định tổng thể: mực nước triều rút xuống cao trình – 2,00m
Hình 3.8: Ổn định tổng thể của khung vây – TH2
Khi mực nước rút xuống cao trình – 2,00m, trong trường hợp khung vây làm việc bất lợi nhất và nội lực trong cừ xuất hiện là bất lợi nhất.
+ Mô men lớn nhất xuất hiện trong cừ: MRmaxR = 637,67 (kNm/m)≈6376,7 (Tcm/m) Với mô men này thì ứng suất lớn nhất trong cừ:
σRmaxR=MRmaxR /0,8WRcừR = 6376,7/ (0,8.2270) = 3,51 (T/cmP2P) σRmaxR < [σ]RuốnR = 3,90 (T/cmP2P). Cừ đảm bảo chịu lực.
+ Kiểm tra ổn định tổng thể của khung vây thì hệ số ổn định là KRodR = 1,548.
Vậy khung vây thi công ổn định.