đồ án tốt nghiệp xây dựng cầu đường thiết kế tổ chức thi công trụ cầu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI
CÔNG TRỤ CẦU
1
I – TÍNH CHỌN BÚA ĐÓNG CỌC
+ Chọn búa đóng cọc:
+ Tính toán chọn búa đóng cọc cho cọc bêtông cốt thép 40x40 cm của trụ.
+Dùng búa đóng cọc điêzen kiểu cột có ống dẫn.
+ Số liệu về cọc phục vụ chọn búa đóng:
- Sức chịu tải của cọc:
( )
138,2P T
=
.
- Trọng lượng một đốt cọc đóng (gồm cả mũ và đệm cọc): q = 6000 (kG).
+ Năng lượng tối thiểu của nhát búa đập E được xác định theo công thức:
( )
( )
( )
1
3
1,75* * * 1,75*25*138,2*1,1 6651 .
6651* 9,81*10 65,2
E a P K kG m
E kJ
−
= = =
⇒ = =
Trong đó:
a = 25 kG.m/Tấn- Hệ số.
P = 132,8 Tấn – Sức chịu tải tính toán của cọc.

1
1,1K
=
- Hệ số chọn búa để đóng cọc xiên.
+ Chọn loại búa đóng cọc MH35 của hãng Misubishi Heavy Ind, trọng lượng toàn phần của
búa
7740
n
Q kG
=
, trọng lượng phần đập của búa
3500Q kG
=
, độ cao nâng búa lớn nhất
3H m
=
.
+ Kiểm tra hệ số thích dụng của búa:
7740 6000
1,56 6
8820
n
tt
Q q
k
E
+
+
≤ ⇒ = ≤ ⇒
Đạt !

Trong đó:
6k
=
- Hệ số chọn búa với búa điêzen kiểu ống.
6000q kG
=
- trọng lượng cọc (gồm cả mũ và đệm đầu cọc).
7740
n
Q kG
=
- Trọng lượng toàn phần của búa.
( )
0,9. . 0,9*3500*2,8 8820 .
tt
E Q H kG m
= = =
- Năng lượng một nhát đập
của búa ở giai đoạn cuối với chiều cao rơi búa thực tế H = 2,8 m với búa kiểu ống.
+ Sơ đồ trình tự đóng cọc trụ như sau:
2
+ Tính độ chối khi đóng cọc:
2
1 1
. .
.
*
. ' . '
.
p

n F W
Q q
e
k P k P
Q q
n F
M M
π
π
ε
+
≤
+
 
+
 ÷
 
Trong đó:
' 138,2P T
=
- Sức chịu tải của cọc theo thiết kế.
2
150 /n T m
=
- Hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm cọc và phương pháp đóng
cọc lấy theo Bảng 41.
1
1,3k
=
- Hệ số phụ thuộc vào số lượng cọc trong bệ cọc.

2
0,16F m
=
- Diện tích tiết diện cọc.
8820 . 882 .
p tt
W E kG m T cm
= = =
- Năng lượng xung kích tính toán của búa.
3,5Q T
π
=
- Trọng lượng phần xung kích của búa (trọng lượng phần đập của
búa)
6q T
=
- Trọng lượng của toàn bộ cọc và đệm đầu cọc.
0,2
ε
=
- Hệ số phục hồi xung kích của búa xung kích.
M = 1 – Hệ số xét đến tác dụng chấn động của búa.
Thế số:
3
( )
2
150* 0,16*882 3,5 0,2 *6
* 0,23
1,3*138,2 1,3*138,2
3,5 6

150*0,16
1 1
e cm
+
≤ =
+
 
+
 ÷
 
II – TÍNH HỆ VÒNG VÂY CỌC VÁN THÉP
II.1 – Số liệu tính toán
+ Chọn loại cọc ván thép có các thông số trên 1 mét dài tường như sau:
+ Các số liệu địa chất, thủy văn:
Cao độ mực nước thi công: +1,50m.
Cao độ mặt đất kể đến hiện tượng xói: -3,00m.
Lớp đất bùn sét có các số liệu sau:
Cao độ đáy lớp đất: -6,04 m.
Dung trọng đẩy nổi:
( )
3
1
0,679 /
dn
T m
γ
=
Góc nội ma sát:
0
1

3 12'
ϕ
=
Lớp cát mịn có các số liệu sau:
Dung trọng đẩy nổi:
( )
3
2
0,899 /
dn
T m
γ
=
Góc nội ma sát:
0
2
17 24'
ϕ
=
+ Bố trí hệ vòng vây như sau:
4
II.2 - Tính chiều dày bêtông bịt đáy
+ Chiều dày bêtông bịt đáy được tính toán theo 2 điều kiện là khả năng chống đẩy nổi và độ
bền kết cấu của lớp bêtông bịt đáy.
Chiều dày lớp bêtông bịt đáy tính toán theo điều kiện đẩy nổi:
. . .
. . . . . .
m v n
v v c c v c v n
k h F

H
A f n A f F k F
γ
γ γ
=
+ + −
Trong đó:
5
( )
H m
- Chiều dày lớp bê tông bịt đáy.
1,3k
=
- Hệ số an toàn.
( )
6,16
m
h m
=
- Chiều sâu nước tính tới đáy bệ cọc.
( )
2
7,5*13,66 102,45
v
F m
= =
- diện tích vòng vây.
3
1 /
n

T m
γ
=
- Khối lượng thể tích của nước.
( )
7,5*2 13,66*2 42,32
v
A m
= + =
- Chu vi vòng vây.
2
3 /
v
f T m
=
- Lực ma sát giữa bêtông bịt đáy và thành cọc ván thép.
36n
=
- Số cọc trong đài.
( )
4*0,4 1,6
c
A m
= =
- Chu vi thân cọc.
2
6 /
C
f T m
=

- Lực ma sát giữa bêtông bịt đáy và thành cọc bêtông.
3
2,3 /
c
T m
γ
=
- Khối lượng thể tích của bêtông không cốt thép.
+ Thế số ta tính được chiều dày lớp bêtông bịt đáy:
( )
1,3*6,16*102,45*1
1,5
42,32*3 36 *1,6*6 102,45* 2,3 1,3*102,45*1
H m= ≈
+ + −
Kiểm tra cường độ của vòng vây khi chịu lực đẩy nổi.
+ Khi vòng vây đảm bảo không bị đẩy nổi thì nó được coi như bản ngàm tại vị trí xung quanh
cọc ván thép và xung quanh thân cọc bêtông.
+ Cắt một dải bêtông bịt đáy rộng 1m theo phương dọc cầu và ngang cầu coi như ngàm tại
thành cọc ván thép và hàng cọc ngoài cùng, chiều dài của các dải này là:
- Theo phương dọc cầu: 1,95 m.
- Theo phương ngang cầu: 2,03 m.
+ Chọn dải theo phương ngang cầu với nhịp tính toán là L = 2,03 m.
+ Sơ đồ tính và tải trọng như sau:
+ Tải trọng do trọng lượng bản thân dải bêtông:
6
( )
3
1
. 2,3*1,5 3,45 /

c
q H T m
γ
= = =
+ Tải trọng do áp lực nước đẩy nổi:
( ) ( ) ( )
2
. 1* 6,16 1,5 7,66 /
n m
q h H T m
γ
= + = + =
+ Mômen lớn nhất tại ngàm:
( ) ( )
( )
2 2
2 1
ax
. 7,66 3,45 * 2,03
1,9 .
12 12
m
q q L
M T m
− −
= = =
+ Mômen kháng uốn của tiết diện 1m dải bản bêtông bịt đáy:
( )
2 2
3

. 1*1,5
0,375
6 6
x
B H
W m= = =
+ Ứng suất kéo trong bêtông:
( )
2
ax
1,9
5,1 .
0,375
m
rc
x
M
f T m
W
= = =
+ Bêtông bịt đáy có cường độ chịu nén là 15MPa và cường độ chịu kéo khi uốn cho phép là:
( )
( )
' 2
0,9 0,9*0,63* 0,9* 0,63* 15 2,2 220 /
r c
f f MPa T m= = = =
+ Kiểm toán:
( ) ( )
2 2

5,1 . 0,9 220 /
rc r
f T m f T m
= ≤ = →
Đạt.
II.3 – Kiểm toán ổn định chống lật của tường cọc ván
+ Cắt 1 m bề dài tườn cọc ván, tường cọc ván được kiểm tóan ổn định lật quanh điềm O nằm
dưới mặt lớp bêtông bịt đáy 0,5 m.
+ Các lực tác dụng lên vòng vây là áp lực nước, áp lực đất chủ động và bị động ở cả bê trong
và ngoài vòng vây như hình sau:
7
+ Áp lực nước tĩnh tại điểm quay O:
( )
2
6,66*1 /
B
P T m
= =
+ Áp lực đất chủ động tại điểm quay O:
( )
0
2 0 2 0
1
1 1
2
1
3 12'
2,16* * 45 2,16*0,679* 45
2 2
1,31 /

a dn
a
P tg tg
P T m
ϕ
γ
 
 
= − = −
 ÷
 ÷
 
 
→ =
+ Áp lực đất chủ động tại đáy lớp bùn sét (dưới điểm quay O):
( ) ( )
( )
0
2 0 2 0
1
2 1
2
2
3 12'
2,16 0,88 * * 45 2,16 0,88 *0,679* 45
2 2
1,85 /
a dn
a
P tg tg

P T m
ϕ
γ
 
 
= + − = + −
 ÷
 ÷
 
 
→ =
+ Áp lực đất chủ động tại chân tường cọc ván thép:
8
( )
2 0 2 0
2 2
3 2 2 2
0
2 0
3
2
3
4,46* * 45 1,85 4,46* * 45
2 2
17 24'
1,85 4,46*0,899* 45
2
4,01 /
a a dn dn
a

a
P P tg tg
P tg
P T m
ϕ ϕ
γ γ
   
= + − = + −
 ÷  ÷
   
 
→ = + −
 ÷
 
→ =
+ Áp lực đất bị động tính tại điểm quay O của lớp bùn sét phía trên điểm quay O:
( )
0
2 0 2 0
1
2 1
2
2
3 12'
2,16* * 45 2,16* 0,679* 45
2 2
1,64 /
n dn
n
P tg tg

P T m
ϕ
γ
 
 
= + = +
 ÷
 ÷
 
 
→ =
+ Áp lực đất bị động dưới điểm lật O, tại chân tường cọc ván của lớp cát hạt mịn:
( )
0
2 0 2 0 2
2
1 2
17 24'
5,34* * 45 5,34*0,899* 45 8,9 /
2 2
n dn
P tg tg T m
ϕ
γ
 
 
= + = + =
 ÷
 ÷
 

 
+ Tính mômen giữ khi lật quanh điểm O khi cắt 1 m rộng tường cọc ván:
( )
2 1
2
.6,66 .2,16 .5,34
. .2,22 . .0,72 . .3,56
2 2 2
6,66 1,64 * 2,16 8,9*5,34
1* *2,22 0,8* *0,72 0,8* *3,56
2 2 2
117,9 /
B n n
g B n n
g
g
P P P
M n n n
M
M T m
     
= + +
 ÷  ÷  ÷
     
 
   
→ = + +
 ÷
 ÷  ÷
   

 
→ =
(lấy hệ số của áp lực đất bị động là 0,8; hệ số áp lực nước là 1)
+ Tính mômen lật quanh điểm O khi cắt 1m rộng tường cọc ván:
( )
2
1 2 2 3
2
0,88
. . . *4,46*5,34
2 2 2
1,31 1,85 0,88 1,85 4,01
1,2* * 1,2 * * 4,46*5,34
2 2 2
84,5 /
a a a a
l a a
l
l
P P P P
M n n
M
M T m
 
+ +
 
= +
 ÷
 ÷
 

 
 
+ +
 
→ = +
 ÷
 ÷
 
 
→ =
(lấy hệ số của áp lực đất chủ động là 1,2)
+ Kiểm toán:
( ) ( )
. 84,5 . 0,95*117,9 112 .
l g
M m M T m T m
≤ ⇒ ≤ = →
Đạt.
II.4 – Kiểm toán cường độ cọc ván thép
9
+ Sơ đồ tính toán tường cọc ván là dầm liên tục có các gối tại vị trí khung chống ngang, đầu
dưới cùng ngàm tại ½ chiều sâu từ điểm quay O tới chân cọc ván do đó không xét phần biểu
đồ áp lực nằm dưới độ sâu này. Sơ đồ được minh họa như hình trên.
+ Các đặc trưng của 1m tường cọc ván xem phần số liệu tính toán vòng vây ở trước.
+ Tính giá trị áp lực đất tại vị trí ngàm:
( )
2
1
3
8,9

4,45 /
2 2
n
n
P
P T m
= = =
( )
2
3 2
4 2
4,01 1,85
*1,79 1,85 *1,79 2,72 /
4,64 4,46
a a
a a
P P
P P T m
− −
= + = + =
+ Giải nội lực ta có phản lực gối 2 và mômen lớn nhất tại gối 3 là:
( )
2
10,2V T
=
( )
ax
18,1 .
m
M T m

=
+ Khả năng kháng uốn của 1 m bề rộng tường cọc ván:
( ) ( )
5
0,9* . 0,9 *225*1460000 2956,5*10 . 29,6 .
y x
M f W N mm T m
= = = =
+ Kiểm tóan:
( ) ( )
ax
29,6 . 18,1 .
m
M T m M T m
= ≥ = →
Đạt.
II.5 – Kiểm toán hệ vành đai
+ Kiểm tóan cho hệ vành đai của tầng khung chống thứ 2. Sơ đồ tính cho hệ vành đai theo
phương ngang cầu là dầm liên tục kê trên 4 gối là 2 vị trí khung chống và 2 điểm mút kê lên
hệ vành đai dọc cầu. Tải trọng phân bố đều theo chiều dài chính là phản lực ở gối 2 đã tính
được ở phần tính cường độ cọc ván thép.
+ Hệ vành đai được ghép từ 2 thanh I300, thép có cường độ chảy:
10
( )
( )
2
260 26000 /
y
f MPa T m
= =

+ Tiết diện hệ vành đai chọn 2I300 có các đặc trưng hình học như sau:
4 4 3 3 2
14160 ; 5231 ; 944 ; 387 ; 93
X Y X Y
I cm I cm W cm W cm F cm
= = = = =
+ Khả năng chống uốn của vành đai:
( )
6
. 26000 *944*10 24,5 .
X y X
M f W T m
−
= = =
+ Giải nội lực ta có mômen max tại gối 2 và 3 là:
( )
ax
21,1 .
m
M T m
=
+ Kiểm toán:
( ) ( )
ax
0,9 * 0,9 *24,5 22,05 . 21,1 .
X m
M T m M T m
= = ≥ = →
Đạt.
II.6 – Kiểm toán thanh chống

+ Tiết diện thanh chống cũng chọn giống như vành đai được ghép từ 2 thanh I300.
+ Thanh chống tính như một cột chịu nén đúng tâm có hai đầu khớp, hệ số chiều dài tính toán
K = 1. Tính toán thanh chống của tầng thanh chống dưới, lấy thanh chống giữa để tính.
+ Lực nén tác dụng lên 1 thanh chống tính gần đúng theo 22TCN 200-89, mục 4.48:
( )
2
4 5,66
1,1* * 1,1*10,2* 54,2
2 2
t p
l l
N V T
+
+
= = =
+ Tính hệ số ảnh hưởng của độ mảnh:
( )
14160
12,34
93
X
x
I
r cm
F
= = =
750
60,8
12,34
x

x
L
r
λ
= = =
( )
5231
7,5
93
Y
y
I
r cm
F
= = =
750
100
7,5
y
y
L
r
λ
= = =
+ Chọn hệ số
100
y
λ
=
để tra hệ số ảnh hưởng của độ mảnh ta có:

0,7
ϕ
=
+ Kiểm toán ứng suất trong thanh chống:
( )
( )
( )
2 2
4
54,2
8326 / 260 26000 /
. 0,7*93*10
y
N
T m f MPa T m
F
σ
ϕ
−
= = = ≤ = = →
Đạt.
11
III – TÍNH MÁY VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG BÊ TÔNG TRỤ
III.1 – Tính số ống để thi công đổ bêtông bịt đáy
+ Chọn loại ống có đường kính trong là 250mm và ống dày 4mm. Các ống được ghép nối với
nhau từ các đoạn ống dài 1-2m. Phía trên ống có phễu đổ bêtông, ống được treo trên hệ giàn
giáo có kích để nâng hạ dễ dàng.
+ Bán kính hoạt động của một ống là R = 2m.
+ Diện tích vùng bêtông đổ được của một ống là:
( )

2 2 2
3,14* 3,14* 2 12,56F R m
= = =
+ Diện tích vòng vây là:
( )
2
* 7,5*13,66 102,45
vv
F A B m
= = =
+ Số ống cần thiết để đổ bêtông bịt đáy:
102,45
8
12,56
vv
F
n
F
= = =
(ống)
III.2 – Tính công suất trạm trộn và máy bơm bêtông
+ Tổng thể tích khối bêtông bịt đáy:
( )
3
7,5*13,6*1,5 153
bd
V m
= =
+ Tổng thể tích khối bêtông bệ cọc:
( )

3
4,5*10,5*1,5 70,9
bc
V m
= =
+ Tổng thể tích khối bêtông thân trụ gồm cả xà mũ:
( )
( )
( )
5
3
0,8 1,6
3,14*0,5 2,6 *1 *7,2 1,36*1,6*3,6 2* *3,21*1,36
2
42,7
bc
bc
V
V m
+
 
= + + +
 ÷
 
→ =
+ Vì bố trí trạm trộn tại công trường nên chỉ chọn 1 loại trạm trộn là kinh tế nhất, do đó ta lấy
thể tích khối bê tông bịt đáy để chọn công suất trạm trộn. Công tác đổ bêtông cho mỗi đợt
đều tiến hành trong 4h, do đó công suất tối thiểu của trạm trộn như sau:
( )
3

153
38,25
4
tr bd
N V m
= = = →
Chọn trạm chộn 40m3/h.
+ Tương tự như yêu cầu khi chọn trạm trộn, công suất lý thuyết của máy bơm bêtông cũng
được chọn như sau:

( )
3
70,9
25,3
. . 0,70*1*4
bc
blt
b h
V
N m
k n n
= = = →
Chọn 1 máy bơm 30m
3
/h.
Trong đó:
0,70k
=
- Hệ số sử dụng công suất lý thuyết (hệ số sử dụng thời gian thực tế
theo kinh nghiệm ở công trường của máy bơm bêtông).

1
b
n =
- Số máy bơm bêtông bố trí.
12
( )
4
h
n h
=
- Thời gian đổ bêtông.
IV – TÍNH VÁN KHUÔN
+ Lấy loại ván khuôn thép tiêu chuẩn có kích thước 1m x 2m để tính tóan. Các đặc trưng của
tấm ván như hình dưới đây.
+ Hệ ván khuôn thành được đỡ bởi các thanh đai chống đỡ với khoảng cách
1m x 1m. Để đơn giản trong tính tóan và thiên về an toàn ta coi như 1m dài tấm ván khuôn là
dầm giản đơn.
+ Sơ đồ tính:
+ Áp lực của bê tông lên mặt bên của ván khuôn theo Bảng 6:
( )
2
. 2350 *(4 *0,25) 2350 /p H kG m
γ
= = =
Trong đó:
13
3
2350 /kG m
γ
=

- Khối lượng thể tích của bê tông tươi.
H – Chiều cao khối đổ bê tông, nhưng lấy không lớn hơn chiều cao dâng bê
tông đổ trong 4h với vận tốc đổ bê tông dâng cao V = 0,3 m/h < 0,5 m/h và sử dụng đầm dùi
có bán kính ảnh hưởng 0,75 m > H.
+ Áp lực do chấn động khi đổ bê tông tươi (xả bê tông theo máng hoặc ống bơm), theo điều
2.14:
2
400 / .q kG m=
+ Áp lực do đầm bê tông theo 2.14 của 22TCN 200-89:
( )
2
3
400* 400*0,8 320 /f k kG m
= = =
Trong đó:
3
0,8k
=
là hệ số ảnh hưởng của chấn động cho cấu kiện có chiều rộng > 1.5 m.
+ Các hệ số tổ hợp lấy theo Bảng 19 của mục 5B đều có giá trị
1
c
η
=
.
+ Các hệ số vượt tải lấy theo Bảng 13. Ta có:
1; 1,3; 1,3
p q f
n n n
= = =

+ Kiểm toán TTGH 1:
-Tổ hợp tải trọng bất lợi nhất tính mômen giữa nhịp:
( )
2 2
2 2
. . . *
1,3* 2350*1 1,3*400*1
256 .
16 8 16 8
2.560.000 .
p q
n p L n q L
M kG m
M N mm
= + = + =
⇒ =
( không lấy áp lực do đầm bê tông vì trong khi đổ bê tông thì không đầm)
- Trong đó:
L = 1 m – Nhịp tính toán.
p , q , f – Các tải trọng đã tính ở trên.
- Khả năng chịu lực của tấm ván theo phương nhịp tính toán:
( )
1
. . *34687 * 220
1,15
6.635.774 . 2.560.000 .
n xb y
H
n
m

M W F
k
M N mm M N mm
= =
→ = ≥ =
 Đạt !
Trong đó :
m = 1,15 – Hệ số điều kiện làm việc.
k
H
= 1 – Hệ số độ tin cậy.
+ Kiểm toán TTGH 2 về độ võng của ván khuôn:
14
- Công thức giới hạn độ võng:
( )
1000
5
200 200
L
f mm
≤ = =
- Tính độ võng chỉ với tải trọng do áp lực bê tông lỏng, để đơn giản ta coi như trải đều áp lực
ván khuôn trên 1000 mm bề rộng 1 tấm ván khuôn :
( ) ( )
4 4
1000* . 1000*0,0235*1000
2*384 2*384*200000 *2705573
0,1 5
200
p L

f
EI
L
f mm mm
= =
→ = ≤ =
 Đạt.
Trong đó:
E = 200000 N/mm2 – Mô đun đàn hồi của thép.
I = 2.705.573 mm4 – Mô men quán tính của tiết diện 1m ván khuôn.
L = 1000 mm – Nhịp tính toán.
P = 2350 kG/m2 = 0,0235 N/mm2 – Áp lực của bê tông tươi.
15