3.5.2.1.Điều kiện ổn định của khung võy
+ Kiểm tra theo trạng thỏi giới hạn 1:
Ổn định của khung võy dựa trờn cỏc điều kiện ổn định sau:
• Chiều dài thanh cừ đủ lớn để khụng phỏt sinh cung trượt qua đầu mũi cừ, hoặc đất nền khụng bị phỏ hoại do hiện tượng đẩy trồi ;
• Mụ men trong thanh cừ: Mcừ ≤ [Mmax];
• Ổn định khung chống: Ndọc ≤ [Nthộp] = ϕ[σ]F; • Gradient nền thỏa món Jnền≤ [J].
+ Kiểm tra theo trạng thỏi giới hạn 2: đảm bảo điều kiện chuyển vị của khung võy • Chuyển vị của đầu cọc cừ vỏn thộp δcừ ≤ [Δ] Trong đú: m: hệ sốđiều kiện làm việc m = 0,90; [σ]: ứng suất cho phộp của thộp; [Δ]: chuyển vị cho phộp của cọc [Δ] = 100 Lcọc /(300ữ600) (cm); F: diện tớch mặt cắt ngang của thanh thộp cần kiểm tra lực dọc; ϕ: hệ sốổn định uốn dọc;
Tải trọng tỏc dụng vào khung võy chủ yếu là cỏc lực ngang. Tớnh toỏn khung võy thường xột trường hợp bất lợi nhất : Khung võy đó hạ đến cao độ thiết kế, đổ
xong bờ tụng bịt đỏy và tiến hành hỳt nước trong khung võy ra để thi cụng.
3.5.2.2.Tớnh toỏn cỏc lực tỏc dụng vào khung võy
60
+ Áp lực thủy tĩnh: phõn bố theo hỡnh tam giỏc từ trờn xuống dưới :
ptĩnh = γH (3-6)
+ Áp lực thủy động :
Áp lực thủy động của nước được xỏc định với giả thiết ở chỗ nước chảy lực xung kớch của nước bằng 2 lần lực xung kớch của nước chảy bỡnh quõn, cũn ở đỏy sụng, lực xung kớch của nước chảy bằng 0.
Lực xung kớch của nước chảy bỡnh quõn xỏc định theo cụng thức :
(3-7)
Trong đú :
K1: Hệ số xột hỡnh dạng cọc cừ khung võy, K1 = 1,40 cho cọc Larssen; K2: Hệ số xột đến hỡnh dạng khung võy; K2 = 1,0 chữ nhật; K2=0,73 elớp m: Khối lượng riờng của nước, m = 1,0;
v: Vận tốc nước, (m/s); g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). + Áp lực đất chủđộng và bịđộng Biểu đồ ỏp lực ngang (ỏp lực chủ động và ỏp lực bị động) của đất nền cú dạng tam giỏc (hỡnh 3-8). Áp lực chủđộng của đất xỏc định: (3-8) Trong đú: nc – hệ số ỏp lực chủđộng của đất, lấy bằng 1,2; γđn – dung trọng đẩy nổi của đất;
hđc - chiều cao cột đất gõy ỏp lực chủđộng, m;
φ – gúc nội ma sỏt của đất.
Hợp lực của ỏp lực chủđộng cú trị số:
(3-9)
61
Áp lực bịđộng của đất xỏc định:
(3-10)
Trong đú:
nb – hệ số ỏp lực bịđộng của đất, lấy bằng 0,8. hđb - chiều cao cột đất gõy ỏp lực bịđộng, m. Hợp lực của ỏp lực bịđộng cú trị số: (3-11) và điểm đặt của nú ở 1/3 chiều cao cột đất ỏp lực. Hỡnh 3-7. Áp lực dũng chảy E E Hỡnh 3-8. Áp lực đất chủ và bịđộng + Lực súng :
Chiều sõu ảnh hưởng của súng bằng 10 lần chiều sõu súng, qs = 10hs/11
hs: chiều cao súng, tớnh theo giú, chiều sõu nước, chiều dài giú thổi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hs= 0,073w10K(Dε)0,5= 0,10 (m) Trong đú:
K=1+ε(-0,4D/w) = 1,95
ε =1/[9+ 19ε(−14/w)] = 0,11
w10: tốc độ giú bỡnh quõn ở độ cao 10m; w= 3,3 m/s
D: chiều dài giú thổi; D = 0,40 km;
Hỡnh 3-9.Áp lực súng và ỏp lực thủy tĩnh
62
+ Lực giú :
Cường độ tớnh toỏn :
qgiú = qokC = 0,19 (T/m) (3-12)
Trong đú:
q0: ỏp lực giú động, phụ thuộc vào vựng giú, q0 = 0,095 (T/m2) (vựng Nhà Bố); C: hệ số khớ động học, C = 1,40 (phụ thuộc vào cấu tạo khung võy);
k: hệ sốđộ cao, k = 1,40;
3.5.2.3.Tớnh toỏn ổn định cỏc kết cấu khung võy
Xột bài toỏn khung võy chịu lực bất lợi nhất khi đất ngoài khung võy cú cao trỡnh -18,0 m; mực nước thi cụng xột +1,50m.
+ Sơđồ tớnh :
Do khung võy cú kết cấu đối xứng nờn trong sơ đồ bài toỏn lựa chọn mụ hỡnh khụng gian xột ẳ khung võy; ngoài ra cừ và cọc liờn kết với đất thụng qua giả thiết là cỏc lũ xo đàn hồị
+ Tải trọng tỏc dụng lờn tường cọc vỏn thộp là tổ hợp lực bất lợi nhất của cỏc lực ngang.
Từ sơ đồ kết cấu và sơ đồ tải trọng xỏc định được cỏc mụ men gối Mi và cỏc phản lực gối tựa Ri. Đối chiếu nội lực phỏt sinh trong cừ thộp và cỏc thanh chống với khả năng chịu lực của kết cấu sẽ khẳng định được kết cấu thộp cú đảm bảo độ bền hay khụng. Ngoài ra cần xột đến chuyển vị tổng thể của cừ so với chuyển vị cho phộp của hệ kết cấụ
+ Tớnh toỏn vành đai:
Sau khi xỏc định được cỏc phản lực gối tựa Ri, sẽ xỏc định được tải trọng tỏc dụng vào vành đai và từđú tớnh được nội lực phỏt sinh trong vành đaị
Lực dọc trục trong vành đai thứ i: Ni (T).
Độ bền của vành đai theo điều kiện cường độ được kiểm tra theo cụng thức:
[ ]vanhdai i i thep i N F σ = ≤ σ (3-13)
63
Trong đú: φi – hệ số triết giảm do uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh của vành đai λi. Nếu trong vành đai xuất hiện thờm mụ men thỡ cần kiểm tra:
[ ]vanhdai max i i thep i i x M N F W σ = + ≤ σ ϕ (3-14)
- Tớnh toỏn khung võy :
Mụ phỏng bài toỏn dưới dạng bài toỏn khụng gian trong đú cừ mụ phỏng là cỏc tấm bản mặt (phần tử Shell);
+ Áp dụng: Coi cọc vỏn thộp cú dạng dầm được đặt trờn nền đàn hồi (phần cọc vỏn thộp ngập trong đất, mụ phỏng đất xung quanh cọc cú dạng lũ xo đàn hồi) và cỏc gối kờ cứng do cỏc thanh chống ngang và chiều dày bờ tụng bịt đỏy tạo lờn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Cỏc lực tỏc dụng chủ yếu vào cọc cừ vỏn thộp : Áp lực thủy tĩnh của nước + ỏp lực thủy động (bỏ qua ỏp lực do giú gõy ra do tải trọng nhỏ) :
- Áp lực nước tĩnh : cột nước H = 1,50 – (-18,0) = 19,50m - Áp lực thủy động : giỏ trị lớn nhất trờn mặt hđộng = 0,32 (m)
+ Mụ phỏng đất xung quanh cọc cừ và cọc ống thộp: coi cừ larsen bờn ngoài là tường chắn nước, lực nước tỏc dụng lờn tường sau đú sẽ truyền vào thành chống dọc, ngang.
Đất xung quanh cọc được mụ phỏng là cỏc lũ xo đàn hồi theo cụng thức: Ks = s1As + s2BsZn Trong đú : s1; s2 hệ số phụ thuộc vào hỡnh dỏng kết cấu; As và Bs hệ số phụ thuộc vào tớnh chất cơ lý từng lớp đất; Do kết cấu khung võy cú dạng đối xứng về hỡnh học và ngoại lực tỏc dụng nờn trong tớnh toỏn, chỉ cần kiểm tra cho ẳ kết cấu khung võỵ
64
+Cỏc văng chống ngang được bố trớ thành 5 tầng như sau: - Vị trớ tầng 1 : cao trỡnh +1.50m - Vị trớ tầng 2 : cao trỡnh -1.70m ; - Vị trớ tầng 3 : cao trỡnh -4.20m ; - Vị trớ tầng 4 : cao trỡnh -6.20m - Vị trớ tầng 5 : cao trỡnh -8.20m + Kiểm tra khả năng của cọc cừ vỏn thộp:
Với cỏc tổ hợp tớnh toỏn ở trờn, xỏc định được nội lực lớn nhất trong hệ thống vành đai và văng chống, với kết cấu như sau :
- Tầng 1 và tầng 2 : sử dụng thanh liờn kết I500 ; - Tầng 3 và tầng 4,5 : sử dụng thanh liờn kết 2I500. • Nội lực xuất hiện trong cừ larsen:
Hỡnh 3-11. Ứng suất lớn nhất xuất hiện trong cừ
Mụ men lớn nhất Μmax = 40,64 (Tm); Mụ men nhỏ nhất Μmin = -32,98 (Tm)
Ứng suất lớn nhất trong cừ là
65 Nội lực khung chống tầng 1: Hỡnh 3-12.Nội lực trong khung chống tầng 1 Nội lực khung chống tầng 2: Hỡnh 3-13.Nội lực trong khung chống tầng 2 Nội lực khung chống tầng 3: Hỡnh 3-14.Nội lực trong khung chống tầng 3
66 Nội lực khung chống tầng 4: Hỡnh 3-15.Nội lực trong khung chống tầng 4 Nội lực khung chống tầng 5: Hỡnh 3-16.Nội lực trong khung chống tầng 5 +) Tớnh toỏn cỏc văng chống cho tầng 5 :
+ Khoảng cỏch giữa cỏc thanh chống ngang: Lvăng chống = 4,00 (m) + Nội lực thanh chống dọc: N1 = 185,19 (T) +Kiểm tra khả năng cường độ của thanh thộp:
σ=N/(ϕF)≤[σ]/kod=2,10(T/cm2)
+ Chọn thanh chống cú dạng 2I500: F2 = 222,00 (cm2) + Tớnh toỏn dầm chịu uốn dọc:
Chiều dài tớnh toỏn: l0 = 300,0 (cm) Hệ số μ phụ thuộc liờn kết trong kết cấu : μ = 1,00
Độ mảnh của kết cấu: ly = μλ0/ry = 93 Hệ số uốn dọc ϕy = 0,65
67
+ Kiểm tra ứng với 2I500:
Ứng suất khung chống dọc: σ = 1,39 (T/cm2) Kiểm tra ứng suất: Thỏa món điều kiện chọn
Tương tự ta kiểm tra cho cỏc thanh chống khỏc, nội lực trong thanh đảm bảo
điều kiện ổn định.
3.5.2.4.Tớnh toỏn ổn định tổng thể khung võy
Để tớnh toỏn ổn định tổng thể của khung võy dựng phương phỏp phần tử hữu hạn để kiểm tra với cỏc thụng số nền đất và kết cấu cừ, tầng gia cường I500 được mụ phỏng thụng qua Plaxis 2D.
+ Mụ hỡnh của khung võy thi cụng với cừ Larsen V và 5 tầng khung chống I500 theo bài toỏn phẳng:
Hỡnh 3-17. Mụ hỡnh tớnh toỏn ổn định khung võy
+ Tớnh toỏn ổn định:
Phõn tớch bài toỏn theo cỏc thứ tự làm việc của thi cụng khung võy (đó nờu ở
phần trờn) ứng với mực nước thi cụng bất lợi nhất khi cao trỡnh mực nước ngoài khung võy +1.50m trong khung võy đó được hỳt cạn đến cao trỡnh -11.50m. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
68
Trường hợp lắp tầng văng chống trờn cựng:
Hỡnh 3-18. Biến dạng của khung võy và biểu đồ lực của cừ- văng chống 1 tầng
Trường hợp lắp 2 văng chống :
69
Trường hợp lắp 3 văng chống:
Hỡnh 3-20. Biến dạng của khung võy và biểu đồ lực của cừ- văng chống 3 tầng
Trường hợp lắp 4 văng chống :
70
Trường hợp hỳt nước dưới tầng chống 5:
Hỡnh 3-22. Biến dạng của khung võy và biểu đồ lực của cừ - hỳt tầng 5
Trường hợp hỳt cạn nước trong khung võy :
71
Dựa trờn biến dạng của cừ thấy rằng khi kết cấu khung võy làm việc thỡ cừ dịch chuyển theo phương đứng và phương ngang của cỏc điểm trờn thanh cừ là gần bằng nhau, biến dạng cừ nhỏ. Nội lực bất lợi nhất xuất hiện trong khung võy tại cỏc vị trớ trờn ngay dưới bờ tụng bịt đỏy,
+ Mụ men lớn nhất là Mmaxcừ = 614,75 (kNm/m) ≈ 6147,5 (Tcm/m). Với mụ men này thỡ ứng suất lớn nhất trong cừ:
σmax1=Mmax cừ /Wcừ thộp = 6147,5 / 3150 = 1,95 (T/cm2)
σmax < [σ]uốn = 3,90 (T/cm2). Cừđảm bảo chịu lực.
Như vậy kết cấu khung võy thiết kế thỡ nội lực xuất hiện trong cừ, khung chống văng ngang dọc nằm trong giới hạn cho phộp.
3.6. Đỏnh giỏ hiệu quả kinh tế kỹ thuật khung võy cải tiến và khung võy SPSP
Múng cọc ống thộp dạng giếng do người Nhật phỏt minh là một cụng nghệ mới cú nhiều ưu điểm đặc biệt như là hệ số an toàn cao, vũng võy thi cụng bằng cọc ống thộp kết hợp làm cọc chịu lực cho cụng trỡnh sau này gúp phần giảm giỏ thành xõy dựng cụng trỡnh do bớt được chi phớ xõy dựng khung võỵ Loại múng này phự hợp cho cỏc cụng trỡnh Cầu giao thụng lớn cú múng trụ cầu đặt sõu, tầng địa chất yếụ
Tuy nhiờn đối với cỏc cụng trỡnh ngăn sụng, do cú đặc điểm là chịu lực ngang rất lớn thỡ việc ỏp dụng cụng nghệ này lại chưa thực sự cú hiệu quả. Bằng việc đưa ra sơ đồ khung võy cải tiến, chỳng tụi thấy rằng nếu vận dụng hợp lý sơ đồ làm việc khung võy truyền thống với khả năng chịu lực của cọc ống thộp thỡ khung võy cải tiến hoàn toàn mang lại hiệu quả cao hơn so với khung võy cọc ống thộp SPSP. Một số đỏnh giỏ so sỏnh giữa 2 loại khung võy này như sau:
ạ Cỏc vấn đề về kỹ thuật:
Hạng mục
Khung võy cọc ống thộp dạng giếng thi cụng múng SPSP
Khung võy truyền thống cải tiến
Độ tin cậy - Cú độ tin cậy vềổn định cao do sử dụng cọc ống thộp ngàm sõu vào đất cứng; - Cú độ tin cậy về biện phỏp thi cụng thấp do nhà thầu trong nước chưa cú kinh nghiệm - Cú độ tin cậy vềổn định cao do sử dụng cọc ống thộp ngàm sõu vào đất cứng; - Cú độ tin cậy về biện phỏp thi cụng cao do nhà thầu trong nước cú nhiều kinh nghiệm về thi cụng khung võy cừ larsen .
72
Về
nguyờn lý làm
việc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nguyờn lý làm việc của khung võy SPSP sẽ làm cho múng sau này chỉ
phỏt huy chịu lực đứng là chớnh
- Nguyờn lý làm việc của khung võy cừ larsen cho phộp bố trớ cọc xiờn nờn phỏt huy chịu lực ngang là chớnh.
Thiết bị thi cụng
- Yờu cầu về thiết bị lớn xà lan 1000T, cẩu 200T, bỳa đúng cọc 16T, thiết bị xúi hỳt đất ỏp lực cao trong khúa cọc, thiết bị hàn thộp đinh neo, cắt cọc ống. Phải nhập khẩu cỏc thiết bị nàỵ
- Yờu cầu thiết bị: xà lan 400T, cẩu 60T, bỳa đúng cọc 7,5T. Cỏc thiết bị nhà thầu lớn trong nước cú sẵn. Nhõn lực thi cụng, tiến độ thi cụng
- Yờu cầu nhõn lực thi cụng cú tay nghề cao để vận hành mỏy múc hiện
đại, thi cụng cỏc hạng mục đúng cọc chớnh xỏc, hàn đinh neo, cắt cọc phức tạp. Phải thuờ chuyờn gia nước ngoài thi cụng.
- Tiến độ thi cụng chậm hơn do phải
đúng nhiều cọc cú chiều dài và
đường kớnh lớn
- Yờu cầu nhõn lực thi cụng cú tay nghề trung bỡnh, đó cú kinh nghiệm thi cụng cỏc trụ cầu cú quy mụ tương tự. Cỏc chuyờn gia ở VN hoàn toàn cú thể thi cụng thuần thục khung võy cừ larsen nàỵ - Tiến độ thi cụng nhanh hơn vỡ chỉ phải đúng số cọc ớt hơn, đúng cừ larsen cũng nhanh hơn. Kinh nghiệm thi cụng
- Nhà thầu trong nước chưa từng thi cụng bất kỳ múng cọc nào, kể cả cầu Nhật Tõn. Chỉ cú nhà thầu Nhật Bản là thi cụng thành thạọ
- Nhà thầu trong nước cú nhiều kinh nghiệm thi cụng khung võy cừ larsen nhưở trụ cầu Tuyến Sơn – Đà Nẵng, Cầu Hàm Luụng, cầu Sụng Mó.
b. Về giỏ thành cụng trỡnh :
Đối với cống Mương Chuối, do cụng trỡnh phải chịu lực ngang rất lớn nờn khi thiết kế theo dạng múng cọc ống thộp dạng giếng SPSP của Nhật, để đảm bảo được lực ngang thiết kế, mỗi trụ phải bố trớ tới 120 cọc ống thộp D 1200mm, dài 50m.
73
Tuy nhiờn, khi sử dụng kết cấu khung võy cải tiến thỡ cỏc cọc trong trụ cú thểđúng xiờn 1:4, sức chịu tải ngang tăng lờn rất nhiều lần. Khi đú mỗi trụ chỉ cần bố trớ 79 cọc ống thộp xiờn cú đường kớnh và chiều dài tương tự.
Như vậy, mỗi trụđó giảm được đến 40 cọc. Xột trờn toàn bộ cụng trỡnh thỡ giỏ thành cụng trỡnh giảm đi rất đỏng kể. Trong dự ỏn này, phương ỏn thi cụng cọc SPSP theo tư vấn thiết kế thỡ giỏ thành cụng trỡnh là 2600 tỷđồng, nhưng nếu ứng dụng phương ỏn khung võy cải tiến theo phương ỏn phản biện của Viện Thủy Cụng thỡ giỏ thành cụng trỡnh chỉ cũn 2000 tỷđồng.
74
CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP THI CễNG 4.1. Trỡnh tự thi cụng khung võy và trụ pin Đập TrụĐỡ
Bước 1: Lắp sàn cụng tỏc, lắp dựng khung chống K5
Sau khi đúng xong cọc ống thộp của bệ múng, tiến hành cắt cỏc hàng cọc ống thộp bờn trong bằng phương phỏp cắt trong nước. Tiếp theo đú tiến hành cỏc cụng tỏc sau:
- Thi cụng cỏc tai đỡ làm sàn lắp cỏc khung chống trờn cọc vỏn thộp;
- Đúng cỏc cọc chống va bảo vệ vũng võy hố múng theo vị trớ trờn bản vẽ bằng bỳa rung 60KW kết hợp với cần cẩu đứng trờn xà lan;
- Đúng cỏc cọc chống vừng 2I500 dài 28m theo vị trớ trờn bản vẽ bằng bỳa rung 60KW kết hợp với cần cẩu 60T trờn xà lan;
- Lắp dựng vành bao ngoài của tầng khung chống K5; - Lắp dựng hoàn chỉnh khung chống K5;
- Hạ khung chống K5 đến cao độ thiết kế.
Hỡnh 4-1.Lắp dựng khung chống K5 Hỡnh 4-2. Lắp dựng khung chống
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});