Thuyết minh đồ án thi công cầu BTCT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

CHƯƠNG 1 :
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Số liệu đầu vào :
- Nội dung thiết kế :
1. Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn nước.
2. Trình bày biện pháp thi công hệ móng cọc khoan nhồi
3. Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ, tính toán khung chống.
4. Lựa chọn biện pháp đổ và bảo dưỡng bê tông thân trụ
5. Tính toán tổ chức thi công kết cấu nhịp.
- Qui mô công trình :
+

Số hàng cọc

10

+

Số cột:

3

+

Số lượng cọc:

30 (cọc)

+

Chiều sâu cọc đóng trong đất:

+

Kích thước cọc: cọc vuông

Lc = 40m
30x30 cm (b=30cm)

- Loại địa chất :
 Lớp 1: Sét pha màu vàng xám, trạng thái dẻo cứng :
L1 = 3m

γ1 = 1,94

T
3 kg
3 =1,94 . 10
m
m3

ϕ 1 = 14025’

 Lớp 2: Đất sét pha cát dẻo hạt vừa :
L2 = 0.8m

γ 2 = 2.06 . 103

kg
m3

ϕ

γ 3 = 1.96. 103

kg
m3

ϕ 3 = 150

γ 1 = 2.01 . 103

kg
m3

ϕ 1 = 240

γ 1 = 2.04 . 103

kg
m3

ϕ 1 = 15013’

γ 1 = 1,99 . 103

kg

m3

ϕ 1 =15023’

2

= 160

 Lớp 3: Đất sét chặt :
L3 = 4.2m
 Lớp 4: Cát hạt vừa :
L1 = 28.5m
 Lớp 5: Cát hạt vừa :
L1 = 10m
 Lớp 6: Cát hạt vừa :
L1 = 3m

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang1


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

- Chiều cao thân trụ tính từ đỉnh bệ cọc :

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

H2 = 7m

2. Nội dung thiết kế :
1 - Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn nước:
 Chọn loại cọc ván, kích thước vòng vây.
 Tính chiều sâu đóng cọc ván, cân nhắc có dùng khung chống, bê tông bịt đáy hay
không? nếu có thiết kế với cọc ván.
 Tính và lựa chọn búa đóng cọc ván.
2 – Trình bày biện pháp thi công hệ móng cọc:
.
3 – Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ:
 Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống, khung giằng.
 Kiểm tra bài toán ván khuôn thành.
3. Lựa chọn các số liệu còn lại :
Sơ đồ vị trí các cọc như hình vẽ :

Khoảng cách từ tim cọc đến bờ trái, bờ phải như sau :
Lt = Lp = 20m
Chiều sâu mực nước thi công tại tim trụ :Hn=3,5m
Chiều cao bệ cọc : H1 = 1,5m.
Chiều cao cọc phía trên mặt đất : Lc2 = Hn-H1-0,5=3,5-1,5-0,5=1.5 m
Kích thước thân trụ :
Kích thước mũ trụ : m ( bằng thân trụ). Chiều cao mũ trụ : H3=1m.
Cọc 30x30. Sức chịu tải Ptk = 2T/m.
----------------------------------------

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

CHƯƠNG 2 :
SƠ LƯỢC TRÌNH TỰ THI CÔNG
1. Công tác định vị hố móng :
Vì ở đây mực nước thi công thay đổi khá lớn trên suốt mặt cắt ngang của sông nên ở
những nơi có mực nước nông, không có thông thuyền để xác định vị trí tim trụ có thể dựa
trên những cầu tạm bằng gỗ, trên đó tiến hành đo đạc trực tiếp và đánh dấu vị trí dọc và
ngang của móng. Để tránh va chạm trong thi công làm sai lệch vị trí thì nên có các cọc
định vị đóng cách xa tim móng. Khi đo đạc bằng máy, có thể dựa trên những sàn đặt trên
các cọc gỗ chắc chắn, đóng xung quanh các cọc định vị này.
Với những móng đặt ở những chỗ nước sâu, công tác định vị phải làm gián tiếp. Tim
của các trụ được xác định dựa vào các đường cơ tuyến nắm trên hai bờ sông và các góc ∝,
β tính ra theo vị trí của từng trụ (Phương pháp tam giác ). Ta phải tiến hành làm cẩn thận
và kiểm tra bằng nhiều phương pháp để tránh sai số ảnh hưởng tới cấu tạo của công trình
bên trên thi công sau này.

Hình : Xác định tim trụ cầu bằng phương pháp tam giác
2- Công tác chuẩn bị mặt bằng, bố trí công trường :
-

Cần bố trí mặt bằng hợp lý để công việc thi công được tiến hành thuận lợi.

-

Cần khảo sát địa hình hai bên bờ sông, xem xét hướng gió thổi và dự tính thời gian
thi công để lập vị trí và kế hoạch tập kết vật liệu.

-

Chuẩn bị mặt bằng, bãi tập kết vật liệu như : Xi măng, đá, cát, sắt thép…

-

Xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng,hệ thống đường công vụ, đường nội bộ,bãichứa vật
liệu cho công trường.Cung cấp điện nước phục vụ cho công tác thi công và sinh hoạt.

-

Do công trình thi công có tính chất tập trung và xây dựng trong thời gian tương đối
dài. Do đó tổ chức xây dựng lán trại, nhà nghỉ chỗ ăn, sinh hoạt cho công nhân viên,
xây dựng chỗ vui chơi giải trí, nhà vệ sinh.

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

3. Thi công trụ cầu :

Sau khi đã tiến hành các bước tổng quát như trên như : xác định vị trí tim trụ cầu,
chuẩn bị nguyên thiết bị vật liệu, …….quá trình thi công trụ được tiến hành theo các bước
sau:
Bước 1 :
- Định vị xà lan, nạo vét đất trong phạm vi thi công trụ.
- Vận chuyển cọc, búa, và cần cẩu đến vị trí thi công, dựng khung định vị, làm các hệ
cụm đầu cọc ở các tầng của khung định vị.
- Dùng cẩu lắp giá búa, tiến hành đóng cọc đến đúng cao độ thiết kế , đóng đúng số
cọc thiết kế. Trong quá trình đóng cọc phải thường xuyên theo dõi độ nghiêng của cọc và
độ chối của cọc.

Hỉnh : Sơ đồ đóng cọc
Bước 2 :
- Tiến hành đóng cọc ván thép làm vòng vây ngăn nước trong phạm vi bệ trụ.
- Dùng bơm cao áp sói nước, vét bùn hố móng.
- Đổ đá mi và cát tạo phẳng .
Bước 3 :
- Tiến hành đổ bêtông bịt đáy theo phương pháp đổ bêtông trong nước (phương pháp
vữa dâng).
- Kiểm tra cao độ các lớp cát đệm, đặt các lồng thép theo kỹ thuật.
- Xếp đá 4x6 theo đúng qui trình kỹ thuật.
- Kiểm tra cao độ của các lớp đá đã xếp, thả vòi bơm vào ống.
- Bơm vữa theo các vị trí đã qui định, trong quá trình bơm luôn kiểm tra sự lan tỏa của
vữa xi măng thông qua các ống lồng.
- Khi lớp bê tông đạt cường độ Tiến hành hút nước làm khô hố móng.
Bước 4 :
- Đập đầu cọc và xử lý cốt thép đầu cọc, vệ sinh đáy móng.
- Dựng ván khuôn, lắp cốt thép bệ cọc, tiến hành đổ bê tông bệ cọc.
- Khi bê tông bệ cọc đạt 70% cường độ, tiến hành thi công phần thân trụ.
- Trong suốt quá trình thi công phải tiến hành bảo dưỡng bê tông cho bến khi bê tông

đạt cường độ thì tháo dỡ ván khuôn và các thiết bị thi công.
SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang4


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Bước 5 :
- Dựng ván khuôn xà mũ, lắp cốt thép, tiến hành đổ bê tông mũ trụ.
- Dựng ván khuôn, lắp cốt thép, tiến hành đổ bê tông đá kê gối.
- Hoàn thiện trụ.

CHƯƠNG 3 :
THIẾT KẾ THI CÔNG
1. Thiết kế vòng vây cọc ván :
1.1 Kích thước vòng vây :
Chiều sâu sâu mực nước thi công, chọn

Hn = 3,5m

Kích thước vòng vây cọc ván được chọn dựa trên kích thước móng, khoảng cách từ
mặt trong của tường cọc ván đến mép bệ móng > 0,75m , chọn kích thước vòng vây cọc
ván như sau :

Trên mặt đứng, đỉnh vòng vây phải cao hơn mực nứơc thi công tối thiểu là 0,7m. Chọn

là 1m. Vậy cọc ván phải có chiều cao tính từ mặt đất là 5m.
1.2 Chọn loại cọc ván:
Tổng chiều dài cọc ván cần thiết là (10,1 + 3,8)x2=27,8. chọn lọai cọc ván do Hàn
Quốc sản xuất. Còn cụ thể loại nào thì sau khi xác định được nội lực ta sẽ chọn sau.
1.3 Xác định bề dày lớp BT bịt đáy :
Lớp bê tông bịt đáy được xác định từ điều kiện : Áp lực đẩy nổi của nước lên lớp bê
tông phải nhỏ hơn lực ma sát giữa bê tông với hệ cọc và trọng lượng lớp bê tông bịt đáy.
Bề dày lớp bêtông bịt đáy :

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

h≥

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

K.H.F.γ n
(F.γ c + n.U.f1 )

Trong đó :
K :hệ số an toàn, K = 1.3
H :chiều sâu cột nước tính từ đáy lớp bêtông bịt đáy đến mực nước thi công
H = 3,5 m
F :diện tích hố móng, F = 10.1× 3.8 = 38.38m 2

γ n : dung trọng của nước, γ n = 1T / m 3
f1 : ma sát giữa cọc với bêtông bịt đáy, f = 10T / m 2
U : chu vi một cọc, U = 4 × 0.3 = 1,2 m
h≥

1.3 × 4 × 38.38 × 1
= 0.44 ( m )
(38.38 × 2.5 + 30 × 1.2 × 10)

Chọn lớp bêtông bịt đáy dày 1m
* Phương pháp đổ bêtông bịt đáy :
Tiến hành đổ bêtông bịt đáy theo phương pháp vữa dâng :
Bán kính hoạt động của ống : R = 2 m
Diện tích hoạt động của một ống : Fo = π × R 2 = π × 2 2 = 12.56 m 2
Số ống cần thiết : n =

F 38.38
=
= 3.05 (ống)
Fo 12.56

Chọn 4 ống.
* Sau khi xác định bề dầy lớp BTBD đủ điều kiện ổn định, ta kiểm tra điều kiện cường độ
cho lớp BTBD :
Tách 1 dải BTBD rộng 1m dọc theo đường tim trụ theo hướng thượng-hạ lưu có chiều dài
nhịp bằng khoảng cách giữa 2 cọc ván thép.

+

Trọng lượng bản thân của lớp BTBD :

q1 = γ b , H b .1 = 2,3.1.1 = 2.3 T / m

Trong đó :

γ b =2,3 T/m3 :Dung trọng của lớp BTBD.

Hb=1 m

: Bề dầy của lớp BTBD

1m

: Bề rộng của dải BTBD đang xét.

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

+

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Áp lực đẩy của nước :
q2 = γ .H .1 = 1.3,5.1 = 3,5 T / m

γ =1T/m3

Trong đó :

:Dung trọng của nước.

H=3.5m

:Chiều sâu cột nước , từ lớp đáy BTBD đến mực nước

thi công.
1m

: Bề rộng của dải BTBD đang xét.

Nội lực phát sinh trong dầm :
M max =

q1 − q2 2 2,3 − 3,5
.l =
.3,82 = −2,166(Tm) => căng thớ trên.
8
8

Momen kháng uốn của dầm :
W=

b.hb 2 1.12
=
= 0,17 (m3 )

6
6

Yêu cầu ứng suất kéo phát sinh trong BTBD phải nhỏ hơn US kéo cho phép của BT, sử
dụng BT mác 300 => [σ ]btk = 10 kG / cm 2
σk=

M max 2,166
=
= 12.74 T / m 2 = 1, 274 kG / cm 2 < [σ ]btk = 10 kG / cm 2
W
0.17

Vậy lớp BTBD thỏa mãn điều kiện cường độ .
1.4 Tính độ ổn định của kết cấu vòng vây cọc ván trong các giai đoạn thi công :
1.4.1 Giai đoạn 1 :
Vòng vây đã được đóng đến đáy sông, nhưng chưa đổ betông bịt đáy.

Với cách bố trí cọc định vị như trên thì cọc định vị không có tác dụng chịu lực, mà áp lực
sẽ truyền hết vào cọc ván thép.

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Ở giai đọan này ta đào đất trong vòng vây cọc ván bằng gầu ngoạm, nên mực nước 2 bên
thành cọc ván là như nhau. Cọc ván chịu tác dụng của áp lực đất chủ động và áp lực đất bị
động. Chiều sâu đóng cọc ván thép, ta sẽ tính vào giai đoạn sau.
1.4.2 Giai đoạn 2:
Đã đổ betông bịt đáy và hút cạn nước hố móng. Sơ đồ chịu lực của cọc ván thép như sau :

Gọi t là chiều sâu ngàm cọc trong đất, chiều sâu này được tính từ mặt trên của lớp đất
sét pha cát chặt vừa ( lớp 2). Khi có lớp bêtông bịt đáy, t được xác định từ điều kiện đảm
bảo ổn định chống quay của tường cọc ván chung quanh trục tựa của nó vào điểm O nằm
cách mặt trên của lớp bêtông bịt đáy 1 m(trên hình vẽ).
Điều kiện để đảm bảo ổn định chống lật:
M l = m.M g

Trong đó:
Ml : mômen gây lật. Do áp lực nước và áp lực chủ động.
Mg: mômen giữ. Do áp lực đất bị động.
m : hệ số an toàn.
1.4.2.1 Ap lực thủy tĩnh (P):
Ap lực nước có phạm vi ảnh hưởng từ lớp đất sét pha cát dẻo vừa đến mực nước thi công.
Giả sử cọc ván chỉ đóng đến lớp thứ hai, thì toàn bộ chiều cao cọc ván ngập trong nứớc
đều bị ảnh hưởng của lực thủy tĩnh vì cọc ván xuyên qua lớp đất cát.

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang8

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

MNTC
P

3.5
P1
0
P2

•

t

1
P1 = × γ n × (H) 2 = 0.5 × 1× (3,5) 2 = 6,125 ( T / m )
2

1
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : x1 = .3,5 = 1.166 ( m )
3
M1 = P1 × x1 = 6,125 × 1,166 = 7,142 ( T )

•

P2 =γ n .(H).(t) = 1 × 3,5 × t = 3,5t

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : x 2 =

1
t
2

M 2 = P2 × x 2 = 3,5t.0,5.t = 1, 75.t 2

1.4.2.2 Ap lực thủy động (Pn):
Lực xung kích bình quân của nước chảy xác định theo công thức :
Pbqn = K1.K 2 .

m.v 2
2g

K1=1.4

Hệsố xét đến hình dạng cọc ván thép.

K2=1.0

Hệ số xét đến hình dạng của vòng vây CVT

m=1t/m3

khối lượng riêng của nứơc.

v=2m/s

vận tôc dòng chảy.

g=9.8 m/s2

gia tốc trọng trường.
Pbqn = K1.K 2 .

m.v 2
1.22
= 1, 4.1.
= 0, 285(T / m)
2g
2.9,8

Cách tâm O một đoạn : xn=

H
=1.75m
2

Momen gây lật đối với tâm O :
M n = Pbqn .xn = 0, 285.1, 75 = 0,5(T )

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

1.4.2.3 Ap lực đất chủ động (Edc=P6) :
Giả sử chiều sâu đóng cọc vẫn còn nằm trong lớp thứ nhất (t <4m) .
2
0
2
0
Hệ số áp lực đất chủ động : λ a = tg ( 45 − ϕ / 2 ) = tg ( 45 − 21/ 2 ) = 0.47
3
Dung trọng đẩy nổi của đất : γ dn = γ w − γ n = 1.62 − 1 = 0.62 ( T / m )

1
1
P6 = .n c .λ a .γ dn .t 2 = × 1.2 × 0.47 × 0.62 × t 2 = 0.18 × t 2
2
2
Trong đó :
n c = 1.2 :hệ số áp lực chủ động của đất.
t

:Chiều sâu của cọc trong đất.
1
1
P6 = .n c .λ a .γ dn .t 2 = × 1.2 × 0.47 × 0.62 × t 2 = 0.18 × t 2
2
2

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn :

x6 =

2
2
t = ×t
3
3

2
M 6 = P6 × x 6 = 0,18.t 2 . .t = 0.12t 3
3

1.4.2.4 Ap lực bêtông (do TLBT của lớp BT bịt đáy ) :
P5 = γ c' .(1).t.λ a .n c

Trong đó :
n c = 1.2 : hệ số áp lực chủ động của đất.
γ 'c : dung trọng đẩy nổi của bêtông trong nước
γ 'c = γ c − γ n = 2.5 − 1 = 1.5 ( T / m 3 )
P5 = γ c' .1.t.λ a .n c = 1.5 ×1 × t × 0.47 × 1.2 = 0,846 × t

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn :
x 5 = 0,5t
M 5 = P5 × x 5 = 0.42 × t 2

1.4.2.5 Ap lực đất bị động (Edb=P4):
2
0
2
0

Hệ số áp lực đất bị động : λ b = tg ( 45 + ϕ / 2 ) = tg ( 45 + 21/ 2 ) = 2.12

1
1
P4 = n b .λ b .γ dn .t 2 = × 0.8 × 2.12 × 0.62 × t 2 = 0.53 × t 2
2
2
Với nb=0,8 : hệ số áp lực bị động của đất.
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn :

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

x4 =

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

2
t
3

M 4 = P4 × x 4 = 0,35.t 3

1.4.2.6 Kiểm tra điều kiện ổn định chống lật :

Điều kiện : M g .m ≥ M l
m = 0.88 : hệ số điều kiện làm việc (tra toán đồ 4.20 “Tính toán và thiết kế thi công
cầu”_Phạm Huy Chính), lấy cho trường hợp hút toàn bộ nước ra khỏi hố móng tại nơi
ngập nước .
Momen gây lật :
n
M l = M1 + M 5 + M 6 + M bq
= 0,12 × t 3 + 0, 42 × t 2 + 7,142

Momen giữ :
M g = M 2 + M 4 = 1,75.t 2 + 0,35.t 3
Chọn t = 2,4 m (<4m), thay số vào ta có :
m.M g = 13,128 > M l = 11, 2 (thoả)
Vậy chiều sâu đóng cọc ván cần thiết là 2,4m
1.5 Kiểm tra độ bền của các bộ phận vòng vây :
1.5.1 Kiểm tra cọc ván thép :
Kiểm tra về mặt cường độ của tường cọc ván, hay đi thiết kế tường cọc ván có cường độ
để chịu lực do các áp lực gây ra.
Cọc ván sử dụng là cọc cừ ván thép Larsen. Sơ đồ tính là dầm đơn giản hai gối tựa, một
gối tại vị trí tầng chống ngang, gối kia cách đáy lớp bêtông bịt đáy 1m. Sơ đồ như hình
dưới.
MNTC

thanh chống

1.00

1.00

A

2.334

3.5

P1=6,125t/m

p lực nước thủy tĩnh

1.166
O

3.5t/m²

1

B

Phản lực tại gối A :

∑ M ( B) = 0 ⇔ R .3,5 = 6,125.1,166 ⇒ R
A

A

= 2, 04 (T / m)

Momen uốn lớn nhất tại điểm đặt của lực P1:
1
1
M max = RA .2,334 − .1.2,3342. .2,334 = 2, 04.2,334 − 2.12 = 2, 64 (Tm/m)

2
3

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang11


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Chọn loại cọc Larsen do Hàn Quốc sản xuất ( Oriental Sheet Piling) :

Dimensions and Sectional Properties

Dimensions
Section
Type

IA

Per Pile

Per Linear Meter of Wall

Width
(B)

Height
(H)

Avg Coat-ing
Area*

Thickness
(T)

Sec-tional
Area
(A)

Weight
(W)

Moment of
Inertia
(Lx)

Setion Modulus

Sec-tional
Area

Weight
(W)

Moment of

Inertia
(Ix)

Section Modulus
(Zx)

mm

mm

m2/m

mm

cm2

kg/m

cm4

cm3

cm2/m

kg/m2

cm4/m

cm3/m

400

85

0.47

8.0

45.21

35.5

598

88

113.0

88.8

4,500

529

Chọn loại mặt cắt số I A, có bề rộng B = 400mm. Mômen tác dụng vào mặt cắt này
là:
M = Mmax . B = 2,64 x 0.4 =1,056(T.m)
Mômen kháng uốn của tiết diện là: W = 88cm 3. ứng suất lớn nhất trong cọc cừ thép
là:
σ max =

M 1, 056 ×105
 kG 
=
= 1201 2 ÷
W
88
 cm 

)

(

Ưng suất cho phép của thép là: [ σ] = 1900 KG cm 2 . Vậy sử dụng loại cọc trên để
làm hố móng.
Tổng chiều dài của cọc là: l = 1+3,5 + 2,4 = 6,9(m)
Chu vi vòng vây la(10,1 + 3,8)x2=27,8m . Vậy ta đóng như sau :
Phương ngang ta đóng 26 cây.
Phương dọc đóng 10 cây .
Tổng cộng đóng 72 cây
1.5.2 Tính toán khung vành đai :
Dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh thì cọc ván thép sẽ truyền lên hệ khung vành đai 1 lực
bằng với phản lực tại gối A : RA = 2, 04 (T / m) :
1.00
A
2.334
P1=6,125t/m
1.166
3.5t/m²

B

Sơ đồ tính của vành đai cọc ván thép như hình vẽ dưới:

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH
q=2,04T/m

Thanh vnh đai di

Thanh vnh đai ngắn

thanh chống

Đưa về sơ đồ tính vành đai như sau:
• Thanh vành đai dài:

• Thanh vành đai ngắn:

Biểu đồ nội lực được giải bằng Sap như sau :
• Thanh vành đai dài:

Momen (T.m)

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang13


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Phản lực gối tựa (T)
• Thanh vành đai ngắn:

Momen (T.m)

Phản lực gối tựa (T)
Để đơn giản cho quá trình thi công ta chọn cùng loại vật liệu cho thanh vành đai dài và
ngắn . Vì vậy ta thiết kế cho thanh nào có nội lực lớn hơn. Từ biểu đồ nội lực ta lấy thanh
vành đai dài để thiết kế.

Mômen lớn nhất (tại gối tựa):

M = 2.30(T.m)

Lực dọc (do thanh ngắn truyền qua N3):

N3 = 1,56(T)

Chọn thép làm vành đai :
Thép sử dụng để làm vành đai là thép CT3, tiết diện chữ U mã hiệu No30 ghép lại :

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH
300
6.5

11

100

x

20
100

Mômen quán tính : Ix= 2015 cm4.
Diện tích tiết diện: F = 80,41 cm2.
Momen kháng uốn: W=

I 2015
=
= 183,181 cm3
y
11

Ưng suất lớn nhất:
σ max =

M N1 2,30 × 105 1,56 × 103
 kG
+
=
+
= 1275 
2
W F
183,181
80,41
 cm


 kG 
÷< [ σ] = 1900 
2 ÷

 cm 

Vậy chọn thép chữ U mã hiệu No30 .
1.5.3 Tính toán thanh chống.

Thanh chống được tính toán với sơ đồ một thanh chịu nén. Lực tác dụng vào thanh
chống chính bằng phản lực gối tựa của vành đai. Lấy giá trị lớn nhất để tính, N = 7,72 (T).
Tiết diện thanh chống ta chọn giống với hệ thanh vành đai :
300
11

6.5

100

x

20
100

Ưng suất trong thanh chống:
σ max =

N 7,70 × 103
 kG
=
= 95,75 
2
F
80,41
 cm


 kG 
÷ < [ σ] = 1900 

2 ÷

 cm 

Vậy thanh chống thỏa điều kiện cường độ .
1.5.4 Chọn búa đóng cọc ván :
Phương pháp sử dụng để hạ cọc ván ( cọc cừ Lassen) vào trong đất cát hiệu quả
nhất hiện nay vẫn là phương pháp rung. Búa rung sử dụng là loại NVC-80SS của hãng
Nipped IND có các thông số sau :
Q=4,7 : Trọng lượng búa .
M=4100 kGcm : Momen lệch tâm lớn nhất.
ω =1100 (vòng/phút)=115 rad/s
A = 9,5mm

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Ta phải kiểm tra để đảm bảo một số điều kiện sau để có thể hạ cọc vào trong đất
+ Điều kiện 1 : Lực kích động phải đủ lớn để hạ cọc vào trong đất :
Qd > α .T

Trong đó :

n

T = u.∑ f i '.hi = 0,97.1, 2.2, 4 = 2, 794 T : lực cản của đất tác dụng vào cọc khi đóng đến
i =1

chiều sâu tối đa .Với :
u= (400 + 85).2 = 970 mm chu vi cọc ván thép
fi' =1.2 t/m2 :lực ma sát đơn vị
hi = 2,4m : chiều sâu cọc ngàm trong đất .
α =1,0: Hệ số kể đến ảnh hưởng đàn hồi của đất (lấy đối với cọc ván thép)
Thay vào :
Qd > α .T ⇒ Qd > 1, 0.2, 794 = 2, 794 (T )

Với búa đã chọn :
Qd =

M .ω 2 4100.10−3.10−2.1152
=
= 55, 27T >2,794T => THỎA
g
9,81

+ Điều kiện 2 :
Biên độ chấn động phải thích hợp thì mới hạ cọc dễ dàng.
Biên độ chấn động phụ thuộc vận tốc góc, loại cọc và loại đất .
Với ω =1250 vòng/phút=130rad/s tra bảng 4.19 (Thiết kế thi công cầu _ Nguyễn Huy
Chính) => A = 0,8-1,0 cm
Vậy với A=9,5 mm là hợp lý .
+ Điều kiện 3 : Tổng ngoại lực tác động lên cọc phải đủ lớn, đảm bảo hạ cọc và nhổ cọc
được nhanh .

Q + q + q p ≥ p.F

η1 <

Q + q + qp
Qd

< η2

q=35,5kg/m . 8,4m = 298,2kg :trọng lượng cọc
qp= 0 : trọng lượng các phần phụ tác dụng lên cọc
p=1,5 kG/cm2 : Trị số áp lực để hạ cọc
F=45,21cm2 : Diện tích tiết diện cọc
Qd= 55,72 T : Lực kích động của máy chấn động
η1 =0,15 và η 2 =0,5 :Hệ số lấy cho cọc cừ ván thép

Thay vào :

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang16


N MễN HC THI CễNG CU

GVHD: NGUYN C TRèNH

Q + q + q p p.F 4, 7 + 0, 298 1,5.10 3.45, 21 4,998 0, 0678

1 <

Q + q + qp
Qd

< 2 0,15 <

4, 7 + 0, 298
< 0,5 0,15 < 0, 089 < 0,5
55, 72

Chn bỳa nh trờn l hp lý .
2. Bin phỏp thi cụng h múng cc úng :
2.1 Tớnh toỏn phõn on cc.
Chiu sõu cc trong t l 40m, lp bờtụng bt ỏy dy 1m, ỏy i c t trờn lp
BT bt ỏy mt on 0,5m, chiu sõu ngm cc trong i (k c phn thộp ch) l 0.5m,
tng chiu di cc l 42m. Cc cú tit din 30x30cm, do ú khụng th ch to c mt
cc cú kớch thc nh trờn m phi ghộp t nhiu cc nh li. Ta dựng loi cc 14m ghộp
li. Cỏc v trớ mi ni khụng nờn tp trung trờn cựng mt mt phng.
2.2 Tớnh v chn bỳa úng cc :
Theo kinh nghim úng cc, úng c cc vo trong t phi chn bỳa cú nng
lng xung kớch ln hn hoc bng 25 ln sc chu ti cc hn ca cc n. Sc chu ti
ca cc n l Pgh . Vi E l nng lng ca bỳa:
E 25Pgh (kGm)
Trong ú :
Pgh =

Po
(T)

k .m

Po=2T/m . 40m=80T

: Sc chu ti thit k ca cc .

k= 0.8

: H s ng nht ca t

m=1:

: H s iu kin lm vic .
Pgh =

Po
80
=
= 100 T
k .m 1.0,8

E 25.100 = 2500kGm

Da vo ú ta chn bỳa Deizel Vulcan 4N100 cú cỏc tớnh nng k thut sau :
-

Nng lc xung kớch ca bỳa :

E=5880kGm

-

Trng lng bỳa :

56,9 kN=5,69 T

Nhãn
Ba
Vulcan 4N100

trng lng (KN)
Toàn b Phần đng
56,9
23,5

Đ cao rơi
(m)
2,48

Năng lng
(kNm)
58,8

S nhát/pht

Chiu
cao
(m)

55,0

H s hiu dng ca bỳa:
K=

Q+q
E

Trong ú:

SVTH: BI NGC SN

LP XM08

Trang17


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Q = 5690kG : Trọng lượng búa .
q

: Trọng lượng của cọc, bao gồm cả mũ và đệm cọc .
q = 0,3.0,3.40.2,5 = 9T = 9000kG
K=

Q + q 5690 + 9000
=
= 3,497

E
4200

Hệ số thực dụng cho phép của búa : Đối với cọc BTCT, búa hơi đơn động Kb=5 .
Vậy chọn búa như trên là đạt hiệu quả .
Kiểm tra độ chối:
e=

nFQH
Q + 0.2q
×
Q+q
mPgh ( mPgh + nF )

150 × 0.32 × 5,69 × 2
5,69 + 0.2 × 9
=
×
2
5,69 + 9
1.65 × 100 1.65 × 100 + 150 × 0.3

(

)

−2

= 1, 07.10 m = 1,07 cm

Trong đó:
q = 9 ( T ) : Trọng lượng cọc

n = 150(T/m2) : hệ số kể đến độ nảy đàn hồi của bêtông.
H=2m chiều cao rơi tính đổi.
m = 1.65 : hệ số kể đến điều kiện làm việc của cọc.
Vậy độ chối thiết kế của cọc là 0.27 cm. Với giá trị này thì hơi nhỏ, ta nên chọn loại búa
có khối lựơng lớn hơn.
2.3 Mô tả biện pháp đóng cọc :
1- Tạo mặt bằng thi công
Xác định mặt bằng vị trí mố, trụ cầu cần đóng cọc với diện tích đáp ứng được thiết bị
của máy đóng cọc.
Mặt bằng thi công trụ được đóng vòng vây ván thép sau đó bơm cát từ lòng sông vào
trong vòng vây, cao độ mặt bằng phải lớn hơn cao độ mực nước thi công (MNTC) ít nhất
là 1m, mặt bằng đầm chặt k=95% .
Dùng tấm bản bê tông dầy 20 - 30 cm kê chỗ đứng cho máy đóng.
Hố móng có dạng hình chữ nhật, kích thước hố móng làm rộng hơn kích thước thực tế
theo mỗi cạnh là 0.75 m để phục vụ thi công
2. Lắp đặt đường ray di chuyển giá búa
Do thời gian di chuyển giá búa, lắp cọc vào giá búa chiếm 60% đến 70% thời gian
đóng cọc, vì vậy phải bố trí ray trên bình đồ sao cho khoảng cách di chuyển giá búa là
ngắn nhất và thời gian chi phi cho công tác này là ít nhất.
Yêu cầu đường ray phải đảm bảo giá búa luôn luôn có thế chính xác và chắc chắn khi
đóng và không cho phép lún do là lún đều. Để thỏa mãn các yêu cầu đó trước khi đặt tà vẹt

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang18

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

phải đầm chặt nền đất đặt ray sau đó đặt các tà vẹt gỗ với khoảng cách mép tà vẹt là 0.3 m
tiếp theo đó đặt ray lên tà vẹt và cố định chắc chắn.
3. Công tác hạ cọc
+Trình tự đóng cọc
Ta tiến hành đóng cọc lần lượt theo từng dãy. Do đó búa ít phải di chuyển hơn .
Sơ đồ đóng cọc như sau (phương pháp đóng theo hàng) :

Cọc được đóng lần lượt theo hìng chữ S giá búa phần lớn di chuyển ngang và dật lùi
những bước ngắn nhất.
Búa bắt đầu đóng từ hàng cọc ngoài cùng và kết thúc quá trình đóng cọc ở hàng ngoài
cùng đối diện.
+Kỹ thuật đóng cọc:
Đặt búa lên đầu đỉnh cọc để búa lún xuống.
Đóng vài nhát rồi định vị lại, kiểm tra độ ngiêng và thiết bị an toàn và sự ổn định của
giá búa .
Tiến hành đóng cọc .
Nối cọc rồi đóng tiếp đến cao độ thiết kế .
+Yêu cầu khi đóng cọc :
Đúng vị trí, không nghiêng lệch.
Đến chiều sâu thiết kế thì ett=elt.
SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang19


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Đóng nhanh yêu cầu an toàn lao động.
Theo dõi và ghi chép toàn bộ quá trình đóng cọc.
Thường xuyên kiểm tra độ nghiêng, lún để kịp thời điều chỉnh.
3. Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc:
3.1 Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống và hệ đỡ ván khuôn:
Sử dụng ván khuôn gỗ, do bệ cọc nằm ngay trên lớp bêtông bịt đáy nên không cần
làm ván khuôn đáy bệ mà chỉ có ván khuôn bên. Chiều cao bệ là 1.5m. Cấu tạo của ván
khuôn như hình dưới:
Thanh gỗ đứng

Tấm vn khuơn đứng

Thanh thp giằng

L2

L1

L1
Thanh gỗ nẹp

* Thành bên của ván khuôn chịu tác dụng của các lực :
0,75m

Lực dầm (f)
p lực vữa

BT rơi từ trn
cao (q)

3.1.1 Xác định áp lực vữa (p) :
Bệ cọc có kích thước 1,5 x 2,3 x 8,6
=> thể tích của bệ là: Vb =29,67m3
Tốc độ đổ bêtông là 4m3/h. Dùng ống vòi voi để đổ bêtông và dùng đầm chấn động trong
để đầm chặt hỗn hợp bêtông.
Lượng bêtông đổ được trong vòng 4h là: 4 x 4 = 16(m3)

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang20


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Diện tích mặt cắt của bệ là:Sb = 2,3 x 8,6 = 19,78 (m2 ).
Chiều cao bêtông đổ được trong vòng 4h là: h = 16 / 19.78 = 0,808(m).
Vậy có thể chia làm 2 lần đổ BT :
o Lần đầu đổ đến cao độ 0,7m , chờ cho betông bắt đầu ninh kết .
o Lần sau đổ tiếp 0,8m .

Loại đầm sử dụng là đầm dùi có bán kính tác dụng là R = 1m > h = 0,707(m) (đầm trong)
Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là:
v=

( )

( )

4
= 0,202 m < 0.5 m
h
h
19,78

Nên công thức tính áp lực bên (p) của bêtông lấy như sau:

(

p = γh = 2,35 × 0,808 = 1,899 T

m2

) = 1899 ( kG m )
2

3.1.2 Ap lực rơi của bêtông từ ống vòi voi là: px = 400Kg/m2.
3.1.3 Lực tác dụng từ đầm chấn động là: f = 400Ks = 400 x 0.8 = 320 (Kg/m2). Trong đó ks
= 0.8 : hệ số xét đến sự làm việc của đầm trong, và cấu kiện có bề rộng lớn hơn 1.5m.
3.2 Thiết kế ván khuôn :
Ap lực lớn nhất tác dụng lên ván khuôn (tại đáy đầm dùi) .

qmax = p + f + px = 1899 + 320 + 400 = 2619 (Kg/m2).
Ap lực nhỏ nhất tác dụng lên ván khuôn (tại bề mặt lớp BT vừa mới đổ ).
qmin = f + px = 320 + 400 = 720 (Kg/m2).
q

min
0,75m
q

max

Tính theo cường độ thì hệ số vượt tải là 1.3, do đó:
qcđ =1.3q = 1.3 x 2619 = 3404,7 (Kg/m2).
Gỗ làm ván khuôn là gỗ nhóm VI. Ván khuôn dày 5 cm (sau khi bào nhẵn)
* Xác định khoảng cách giữa các thanh gỗ nẹp (L2) :
Tính theo độ võng:
l=

2.77δ
3

q

=

2.77 × 5
3

3404,7

= 0,92m

Tính theo cường độ thì:
l=

15.8δ
q

=

15.8 × 5

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

3404,7

= 1,354m

LỚP XM08

Trang21


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

Như vậy khoảng cách giữa các gỗ nệp lấy bằng L2=1m.
* Xác định khoảng cách giữa các gỗ đứng (L1) và tiết diện gỗ nẹp:
Tải trọng TB tác dụng lên thanh gỗ nẹp ngang bằng :

pmax + pmin
2619 + 720
.h =
.0, 75 = 1252 kG / m = 12,52kG / cm
2
2

p=

Chọn mặt cắt gỗ nẹp bằng 10x10cm và lấy khoảng cách giữa các gỗ đứng là 1m, thì xác
định được độ võng f của gỗ nẹp bằng :
f =

p.l 4
=
128EI

12,52.1004
= 0,147 cm
10.103
128.80000.
12

Kiểm tra độ võng :
f 0,147
1
=
<
l
100

400

=> Đạt yêu cầu

Kiểm tra cường độ của gỗ nẹp :
Momen uốn phát sinh trong gỗ nẹp :
M=

σ=

p.l 2 12,52.1002
=
= 12520 kGm
10
10

M 12520
=
= 75,12kG / cm 2 < 120kG / cm 2
W 10.102
6

Như vậy chọn gỗ nẹp 10x10cm là đạt yêu cầu về cường độ.
* Tính gỗ đứng và thanh giằng :
Thanh giằng được bố trí ở tất cả các chỗ đứng, và theo phương đứng. Như vậy khoảng
cách giữa các thanh giằng như sau :
- Theo phương ngang : L1=1m
- Theo phương đứng : L2= 1m
Lực kéo lớn nhất trong thanh giằng :
T=1252.1=1252 kG

Chọn gỗ có tiết diện 12x15 thì độ võng của gỗ đứng là :
f =

T .l 3
=
77.E.I

1252.1003
= 0, 062 cm
12.153
77.80000.
12

f 0, 062
1
=
<
=> đạt yêu cầu
l
100
400

Momen uốn phát sinh trong gỗ đứng :
M=

T .l 1252.100
=
= 20866 kGm
6
6

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang22


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

σ=

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

M 20866
=
= 46,37 kG / cm 2 < 120kG / cm 2
2
W 12.15
6

Như vậy chọn gỗ đứng 12x15cm là đạt yêu cầu về cường độ.
Diện tích tựa ép tựa cần thiết đối với thanh giằng :
F=

T
1252
=
= 32,95cm 2
c

Re.n
38

c
Với Re.n =38 kG/cm2 : cường độ tính toán chịu ép ngang thớ cục bộ của gỗ nhóm IV

Thanh giằng dùng bulông φ 16, khoang lỗ vào gỗ đứng φ 20mm, nên có thể dùng vòng
đệm thanh giằng có kích thước 6x6cm, thì sau khi trừ diện tích khoét lỗ vẫn đảm bảo diện
tích ép tựa yêu cầu .
4. Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ :
4.1 Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống và hệ đỡ ván khuôn:
Sau khi thi công xong phần đài cọc ta tiến hành lắp ván khuôn, cốt thép cho phần
thân trụ. Ta chọn ván khuôn đúc cho thân trụ là ván khuôn thép, có cấu tạo như sau :

4.1.1 Xác định áp lực vữa (p) :
+ Trụ có kích thước : 1,8 x7,6 x 7
=> thể tích của thân trụ là: Vb =95,76m3.
+ Chọn máy trộn BT loại C330, công suất trộn BT là : W=10,5 m3/h .
 Trong 4h có thể trộn được 4.W=42m3

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang23


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

+ Dùng ống vòi voi để đổ bêtông và dùng đầm chấn động trong để đầm chặt hỗn hợp
bêtông.
+ Diện tích mặt cắt của bệ là: Sb = 1,8 x7,6 = 13,68 (m2).
+ Chiều cao bêtông đổ được trong vòng 4h là: h = 42/13,68= 3,07(m).
 Vậy có thể chia làm 3 lần đổ BT.
Sử dụng Đầm điện cơ vô hướng IB-19 S-729 (R=1m)
Cách bố trí máy đầm như sau :

Như vậy số đầm cần sử dụng : 8 đầm điện cơ.
+ Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là:
v=

( )

( )

10,5
= 0.76 m > 0.5 m
h
h
13,68

+ Nên công thức tính áp lực bên (p) của hỗn hợp bêtông tươi lấy như sau:
p = γ.(0,27.v + 0,78).K1 .K 2

Trong đó :
γ =2,35T/m3 : TLBT của hỗn hợp BT
v=0,643 m/h :Vận tốc đổ BT theo chiều đứng .
K1=1,2 : hệ số xét đến ảnh hưởng của độ đặc của hỗn hợp bêtông (S=8-10cm)

K2=1 : hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ hỗn hợp bêtông (12-17 °C )
Thay vào :

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

LỚP XM08

Trang24


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: NGUYỄN ĐỨC TRÌNH

p = γ.(0,27.v + 0,78).K1 .K 2 = 2,35.(0,27.0,643 + 0,78)1,2 = 2,689 T / m 2

4.1.2 Ap lực rơi của bêtông từ ống vòi voi là: px = 400Kg/m2.
4.1.3 Lực tác dụng từ đầm chấn động là: f = 400Ks = 400 x 0.8 = 320 (Kg/m2). Trong đó ks
= 0.8 : hệ số xét đến sự làm việc của đầm trong, và cấu kiện có bề rộng lớn hơn 1.5m.
* Vậy thành bên của ván khuôn chịu tác dụng của các lực như sau:
2,54m

áp lực của
vư?a (p)

lực đầmBT
(f)rơi từ trên
cao (q)

4.2 Thiết kế ván khuôn :

Ap lực lớn nhất tác dụng lên ván khuôn (tại đáy đầm dùi) .
qmax = p + f + px = 2689 + 320 + 400 = 3409 (Kg/m2).
Ap lực nhỏ nhất tác dụng lên ván khuôn (tại bề mặt lớp BT vừa mới đổ ).
qmin = f + px = 320 + 400 = 720 (Kg/m2).
Tính theo cường độ thì hệ số vượt tải là 1.3, do đó:
qcđ =1.3q = 1.3 x 3409 = 4432 (Kg/m2).
Tải trọng TB tác dụng lên thanh gỗ nẹp ngang bằng :
p=

pmax + pmin
2381 + 720
.h =
.0, 75 = 1163 kG / m = 11, 63kG / cm
2
2

4.3 Tính ván lát :
Chọn ván lát bằng thép có chiều dày 0,7cm
Các sườn tăng cường bằng thanh thép có tiết diện 1x5 cm đan thành ô vuông 20x25cm .
4.3.1 Kiểm tra ván thép :
Ván khuôn được tính theo lý thuyết bản mỏng. Bề dầy bản thép được kiểm toán theo độ
võng và theo cường độ .
a) Khi tính theo độ võng :
δ = K1 .b.

p
f
 b 

Trong đó :

δ = 0,7 cm

SVTH: BÙI NGỌC SƠN

:Chiều dầy tấm ván khuôn

LỚP XM08

Trang25