ĐỒ ÁN THI CÔNG CẦU ( thuyêt minh + bản vẽ )

Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

MỤC LỤC

SVTH:

Page 1


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.

Số liệu đầu vào

-

Phạm vi đồ án : Thiết kế thi công cho một trụ cầu dưới sông .

-

Nội dung thiết kế :
1. Trình bày biện pháp thi công chỉ đạo.

2. Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn nước.
3. Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc.
4. Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ.
5. Thiết kế thêm 1 kết cấu phụ tự chọn: Xà lan.

-

Qui mô công trình :
+

Số hàng cọc:

13

+

Số cột:

2

+

Số lượng cọc:

26(cọc)

+

Chiều sâu cọc đóng trong đất:

Lc = 36 m

+

Kích thước cọc: cọc vuông

35x35 cm (b=35cm)

-

Loại địa chất DC4

1. Lớp 1: Đất sét mềm :
L1 = 7m

γ 1 = 1,61

T
3 kg
3 =1,61 . 10
m
m3

φ1 = 70

2. Lớp 2: Đất cát pha sét :
L2 = 5m

kg
m3

γ 2 = 1,68 . 103

φ 2 = 260

3. Lớp 3: Đất sét pha ít cát chặt vừa:
L3 = ∞
1.2.

γ3 = 1,741.103

kg
m3

Chiều cao thân trụ tính từ đỉnh bệ cọc :

φ 3 = 90
H2 =5m

Nội dung thiết kế

1.2.1. Trình bày biện pháp thi công chỉ đạo
1.2.2. Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn
-

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.
SVTH:

Page 2


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu
-

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

Tính và lựa chọn búa đóng cọc ván.

1.2.3. Trình bày biện pháp thi công hệ móng cọc
-

Tính toán phân đoạn cọc.

-

Tính và lựa chọn búa đóng cọc.

-

Mô tả biện pháp đóng cọc.

1.2.4. Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc
-

Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống hoặc bệ đỡ ván khuôn.

-

Kiểm tra bài toán ván khuôn đáy theo cường độ và biến dạng.

1.2.5. Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ
-

Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống, khung giằng.

-

Kiểm tra bài toán ván khuôn thành.

1.2.6. Thiết kế xà lan, hệ neo
-

Xác định khả năng chịu nổi của xà lan29.

-

Độ nghiêng phao.

-

Kiểm tra độ chìm lớn nhất.

-

Thiết kế hệ neo.

1.3.

Lựa chọn các số liệu còn lại

Sơ đồ vị trí các cọc như hình vẽ :

Khoảng cách từ tim trụ đến bờ trái, bờ phải như sau : Lt = Lp = 20m
Chiều sâu mực nước thi công tại tim trụ :Hn= 3,6m
Chiều cao cọc phía trên mặt đất : Lc2 = Hn- H1-0,5=1,6 m
Chiều cao bệ cọc : H1 = 1,5m.
Kích thước thân trụ : 1,4 x 16,8 m.
Kích thước mũ trụ : 1,4 x 16,8 m ( bằng thân trụ).
Cọc 35x35 . Sức chịu tải Ptk = 2,5 T/m.

SVTH:

Page 3


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

CHƯƠNG 2
BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO
2.1. 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 đạc ). 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
2.2. 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,bãi
chứa 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:

Page 4


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

2.3. 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

+

Dùng bơm cao áp sói nước, vét bùn hố móng.

+

Đổ đá mi và cát tạo phẳng .

trụ.

-

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 thì 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:

Page 5


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

-

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

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.

SVTH:

Page 6


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ THI CÔNG
3.1. Thiết kế vòng vây cọc ván

3.1.1. Kích thước vòng vây
Chiều sâu sâu mực nước thi công, chọn Hn = 3,6m
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 khoảng cách là 1m.

Trên mặt đứng, đỉnh vòng vây phải cao hơn mực nước thi công tối thiểu là 0,7m.
Chọn là 1m. Vậy cọc ván phải có chiều cao tính từ mặt đất là 4,6m.
3.1.2. Chọn loại cọc ván
Tổng chiều dài cọc ván cần thiết là (17,8+2+2,4+2 )x2 = 48,4 m. 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.
3.1.3. 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 :
h≥

K.H.F.γ n
(F.γ c + n.U.f1 )

Trong đó :
K :hệ số an toàn, K = 1.3

SVTH:

Page 7


Đồ án môn học: Thi Công cầu

Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

H :chiều sâu cột nước tính từ đáy lớp bêtông bịt đáy đến mực nước thi công
H = 3,6 m
F :diện tích hố móng, F = 19,8 × 4, 4 = 87,12m 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 × 0,35 = 1,4 m
h≥

1,3 × 3,6 × 87,12 × 1
= 0.7 ( m )
(87,12 × 2.5 + 26 × 1.4 × 10)

Chọn lớp bêtông bịt đáy dày 1 m
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
2
2
2
Diện tích hoạt động của một ống : Fo = π × R = π× 2 = 12.56 m

Số ống cần thiết : n =

F 87,12
=
= 6,94 (ống)

Fo 12,56

Chọn 7 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 = 2,3T / 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.

+ Áp lực đẩy của nước :
q2 = γ .H .1 = 1.2, 6.1 = 2, 6T / m

Trong đó :

SVTH:

Page 8


Đồ án mơn học: Thi Cơng cầu
Mậu
γ = 1T/m3 :Dung trọng của nước.

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

H = 3,6 – 1 = 2,6m :Chiều sâu cột nước, từ lớp đáy BTBD đến mực
nước thi cơng.
1m: Bề rộng của dải BTBD đang xét.
Nội lực phát sinh trong dầm :
M max =

q1 − q2 2 2,3 − 2, 6
.l =
.4, 42 = −3,146(Tm)
8
8

=> căng thớ trên.
Momen kháng uốn của dầm :
b.hb 2 1.12
W=
=
= 0,167(m3 )
6
6

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

M max 3,146
=
= 18,84T / m2 = 1,8843 kG / cm 2 < [σ ]btk = 10 kG / cm 2
W
0,167

Vậy lớp BTBD thỏa mãn điều kiện cường độ .
3.1.4. Tính độ ổn định của kết cấu vòng vây cọc ván trong các giai đoạn thi
cơng :
3.1.4.1. Giai đoạn 1
Vòng vây đã được đóng đến đáy sơng, nhưng chưa đổ betơng bịt đáy.
cọc đònh vò
L=7.6m

cọc vá
n thé
p
lassen L=7.6m

hệthanh giằ
ng

chi tiet A
bệcọc

chi tiet C
hệkhung chố
ng

chi tiet B

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

SVTH:

Page 9


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

3.1.4.2. Giai đoạn 2
Đã đổ betông bịt đáy và hút cạn nước hố móng. Sơ đồ chịu lực của cọc ván thép
như sau :
MNTC

Thanh chống

P

1.00

pmax

3.6

pbq
1

O
Edb

Edc

t

Gọi t là chiều sâu ngàm cọc trong đất, chiều sâu này được tính từ mặt trên của 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.
3.1.4.2.1. Áp lực thủy tĩnh (P)

Áp 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 sét nhỏ.

SVTH:

Page 10


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

1
P1 = × γ n × (H) 2 = 0,5 × 1 × (3,6) 2 = 6, 48 ( T / m )
2
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn :
1
x1 = x3,6 = 1, 2 ( m )
3
=> M1 = P1 × x1 = 6, 48 × 1, 2 = 7, 776 ( T )
=> P2 =γ n .(H).(t) = 1 × 3,6 × (t + 1,5) = 3,6t + 5, 4 ( T / m )
1
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O: x 2 = (t + 1,5) một đoạn :
2
1
2

=> M 2 = P2 × x 2 = (3, 6t + 5, 4). .(t + 1,5) = 1,8t 2 + 5, 4t + 4, 05 ( T )

3.1.4.2.2. Áp 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:

Hệ số 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.
n
=> Pbq = K1.K 2 .

Cách tâm O một đoạn : xn=

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

2g
2.9,8

H
=2,3m
2

n
Momen gây lật đối với tâm O : M n = Pbq .xn = 0, 285.2,3 = 0, 66 (T )

SVTH:

Page 11


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

3.1.4.2.3. Áp lực đất chủ động (Edc=P6) :
Giả sử chiều sâu đóng cọc vẫn còn nằm trong lớp thứ hai (t <5m) .
Hệ số áp lực đất chủ động :
2
0
2
0
Lớp 1: λ a = tg ( 45 − ϕ / 2 ) = tg ( 45 − 7 / 2 ) = 0.783
2
0

2
0
Lớp 2: λ a = tg ( 45 − ϕ / 2 ) = tg ( 45 − 26 / 2 ) = 0,39

Dung trọng đẩy nổi của đất :
3
Lớp 1: γ dn = γ w − γ n = 1,61 − 1 = 0,61( T / m )

1
1
=> P6 = .n c .λ a .γ dn .t 2 = × 1.2 × 0,783 × 0,61× 1,52 = 0,645 ( T / m )
2
2
Trong đó :
n c = 1.2 :hệ số áp lực chủ động của đất.
t =1,5m :Chiều sâu của cọc trong lớp 1.
2
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : x 6 = .1,5 = 1m
3
=> M 6 = P6 × x 6 = 0, 645.1 = 0, 645 ( T )
Tương tự: với lớp 2:
γ dn = γ w − γ n = 1,68 − 1 = 0,68 ( T / m 3 ) .

1
1
=> P7 = .n c .λ a .γ dn .t 2 = × 1.2 × 0,39 × 0,68 × t 2 = 0,159.t 2 ( T / m )
2
2
2
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : x 7 = .t + 1,5

3
2
=> M 7 =P7 × x 7 = 0,159.t 2 .( .t + 1,5) = 0,1061.t 3 + 0, 2385.t 2 ( T )
3
=> P8 = n c .λ a .γ dn .t = 1.2 × 0,39 × 0,61 × 1,5.t = 0, 43.t ( T / m )
1
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn: x 8 = .t + 1,5
2
1
M 8 =P8 × x 8 = 0, 43.t.( .t + 1,5) = 0, 215.t 2 + 0,645.t ( T )
2
3.1.4.2.4. Áp lực bêtông (do TLBT của lớp BT bịt đáy)
P5 = γ c' .1,1.t.λ atb .n c

Trong đó :

SVTH:

Page 12


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

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 )
λatb =

λa1 × h1 + λa 2 × h2 0.783 ×1,5 + 0.39 × 5
=
= 0, 481
h1 + h2
1,5 + 5

'
=> P5 = γ c .1,1.t.λ atb .n c = 1.5 × 1,1.(t + 1,5).0, 481.1, 2 = 0,952.t + 1, 43 ( T / m )

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : x 5 = 0,5(t + 1,5)
2
=> M 5 = P5 × x 5 = (0,952.t + 1, 43).0,5(t + 1,5) = 0, 476.t + 1, 429.t + 1, 0725 ( T )

3.1.4.2.5. Áp lực đất bị động
Hệ số áp lực đất bị động :
2
0
2
0
Lớp 1: λ b = tg ( 45 + ϕ / 2 ) = tg ( 45 + 7 / 2 ) = 1, 278
2
0
2
0
Lớp 2: λ b = tg ( 45 + ϕ / 2 ) = tg ( 45 + 26 / 2 ) = 2,561

Dung trọng đẩy nổi của đất :
3
Lớp 1: γ dn = γ w − γ n = 1,61 − 1 = 0,61( T / m )

1
1
=> P4 = .n c .λ b .γ dn .t 2 = .0.8.1, 278.0,61.1,52 = 0,7 ( T / m )
2
2
Trong đó :
n c = 0,8 :hệ số áp lực đất bị động
t =1,5m :Chiều sâu của cọc trong lớp 1
2
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : x 6 = .1,5 = 1m
3
=> M 4 = P4 × x 4 = 0, 7.1 = 0, 7 ( T )
Tương tự, với lớp 2:
γ dn = γ w − γ n = 1,68 − 1 = 0,68 ( T / m 3 ) .
1
1
=> P9 = .n c .λ b .γ dn .t 2 = .0,8.2,561.0,68.t 2 = 0,697.t 2 ( T / m )
2
2
2
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : x 9 = .t + 1,5
3
2
=> M 9 =P9 .x 9 = 0,697.t 2 .( .t + 1,5) = 0, 465.t 3 + 1,0455.t 2 ( T )
3

SVTH:

Page 13

Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

=> P10 =n c .λ b .γ dn .t = 0,8.2,3433t = 1,875.t ( T / m )
1
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn: x10 = .t + 1,5
2
1
=> M10 =P10 .x10 = 1,875.t .( .t + 1,5) = 0,9375.t 2 + 2,8125.t ( T )
2
3.1.4.2.6. Kiểm tra điều kiện ổn định chống lật
Điều kiện : M g .m ≥ M l
m = 0,8 : hệ số điều kiện làm việc( lấy cho trường hợp hút toàn bộ nước ra khỏi hố
móng tại nơi ngập nước).
Momen gây lật :
M l = M1 + M 5 + M 6 + M 7 + M 8 + M nbq = 0,1061.t 3 + 0,9295.t 2 + 2,074.t + 10,1535

Momen giữ :
M g = M 2 + M 4 + M 9 + M10 = 0, 465.t 3 + 3,783.t 2 + 8, 2125.t + 4,75
Chọn t = 1,5 m (<5m), thay số vào ta có :
m.M g = 0,8.27,15 = 21,72 > M l = 15,71 (thoả)
Vậy chiều sâu đóng cọc ván cần thiết là 1,5+1,5=3 m
3.1.5. Kiểm tra độ bền của các bộ phận vòng vây :
3.1.5.1. 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 1 m. Sơ
đồ như hình dưới.

Phản lực tại gối A :

∑ M ( B) = 0 ⇔ R .3, 6 = 6, 48.1, 2 ⇒ R
A

SVTH:

A

= 2,16(T / m)

Page 14


Đồ án mơn học: Thi Cơng cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

Momen uốn lớn nhất tại điểm đặt của lực P1:
1
1
M max = RA .2, 4 − .1.2, 42. .2, 4 = 2,16 × 2, 4 − 2,304 = 2,88 (Tm/m)
2
3

Chọn loại cọc Larsen do Hàn
Quốc sản xuất ( Oriental Sheet
Piling) :
Dimensions and Sectional Properties

Dimensions
Section
Type

IA

Per Pile

Widt
h
(B)

HeiAvg
Thickght Coat-ing ness
(H)
Area*
(T)

mm

mm

400

85

m2/m

0.47

mm

8.0

Per Linear Meter of Wall

Sectional
Area
(A)

Weight
(W)

Moment
of Inertia
(Lx)

Setion
Modulus

Sectional
Area

Weight
(W)

Moment
of Inertia
(Ix)

Section
Mod-ulus
(Zx)

cm2

kg/m

cm4

cm3

cm2/m

kg/m2

cm4/m

cm3/m

45.21

35.5

598

88

113.0

88.8

4,500

529

Chọn loai mặt cắt số I A, có bề rộng B = W s = 400mm. Mơmen tác dụng vào mặt
cắt này là:
M = Mmax . B = 2,88 x 0,4 =1,152(T.m)
Mơmen kháng uốn của tiết diện là: W = 88cm3,ứng suất lớn nhất trong cọc cừ thép
là:
σ max =

 kG 
M 1,152× 105
=
= 1309
2÷
W
88
 cm 

(

)

Ứng suất cho phép của thép là: [ σ] = 1900 KG cm2 . Vậy sử dụng loại cọc trên để
làm hố móng.
Tổng chiều dài của cọc là: l = 1+3,6+1,5+1,5 = 7,6(m)
Chu vi vòng vây là =48,4 m. Vậy ta đóng như sau :
Phương ngang ta đóng 50 cây.
Phương dọc đóng 11 cây.
Tổng cộng đóng 122 cây

SVTH:

Page 15


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

3.1.5.2. 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 = 2,16 (T / m) :

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

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

• Thanh vành đai ngắn:
q=2,16T/m

SVTH:

Page 16


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

N1

N1
N3 2.4

N4

2.4

N3

7.2

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

Momen (T.m)

Phản lực gối tựa (T)

• Thanh vành đai ngắn:

Momen (T.m)

Phản lực gối tựa (T)

SVTH:

Page 17


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

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 = 9,37(T.m)

Lực dọc (do thanh ngắn truyền qua N3):

N2 = 15,68(T)

Chọn thép làm vành đai :
Thép sử dụng để làm vành đai là thép hình, tiết diện chữ I mã hiệu No50:
Diện tích tiết diện: F = 97,8 cm2.

Momen kháng uốn: W= 1570 cm3
Ứng suất lớn nhất:
 kG 
 kG 
M N2 9,37× 105 15,68× 103
σ max =
+
=
+
= 757,14
< σ  = 1900
2÷  
2÷
W F
1570
97,8
 cm 
 cm 

Vậy chọn thép hình, tiết diện chữ I mã hiệu No50 .
3.1.5.3. 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 =
12,13 (T). Tiết diện thanh chống ta chọn giống với hệ thanh vành đai :
Ứng suất trong thanh chống:
σ max =

 kG 
 kG 
N 15,68× 103

=
= 160,33
< σ  = 1900
2÷  
2÷
F
97,8
 cm 
 cm 

Vậy thanh chống thỏa điều kiện cường độ .
3.1.5.4. 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
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.∑ fi '.hi = 1,14.(1, 2.1,5 + 1, 7.1,5) = 4,96T : lực cản của đất tác dụng vào cọc
i =1

khi đóng đến chiều sâu tối đa .Với :

SVTH:

Page 18


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

u= (400 + 2.85).2 = 1140 mm chu vi cọc ván thép
fi' =1.2 t/m2 :lực ma sát đơn vị
hi : 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 > 1.4,96 = 4,96 (T )

Với búa đã chọn :
Qd =

M .ω 2 4100.10−3.10−2.1152
=
= 55, 27T >4,96 (T) => 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. 7,6m = 269,8 kg :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 η2 =0,5 :Hệ số lấy cho cọc cừ ván thép

Thay vào :

SVTH:

Page 19


Đồ án môn học: Thi Công cầu

Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

Q + q + q p ≥ p.F ⇔ 4, 7 + 0, 2698 ≥ 1,5.10 −3.45, 21 ⇔ 4,9698 ≥ 0, 068

η1 <

Q + q + qp
Qd

< η2 ⇔ 0,15 <

4, 7 + 0, 2698
< 0,5 ⇔ 0,15 < 0,17 < 0,5
55, 72

Chọn búa như trên là hợp lý .
3.2. Biện pháp thi công hệ móng cọc đóng :
3.2.1. Tính toán phân đoạn cọc.
Chiều sâu cọc trong đất là 36m, lớp bêtông bịt đáy dày 1m, đáy đài được đặt trên
lớp BT bịt đáy 0,6m, chiều sâu ngàm cọc trong đài (kể cả phần thép chờ) là 0.5m,
tổng chiều dài cọc là 38,1m,nên chọn L c=38,5m. Cọc có tiết diện 35x35cm, do đó
không thể chế tạo được một cọc có kích thước như trên mà phải ghép từ nhiều cọc
nhỏ lại. Ta dùng loại cọc là 10m ghép lại. Các vị trí mối nối không nên tập trung trên
cùng một mặt phẳng.
3.2.2. Tính và chọn búa đóng cọc :
Theo kinh nghiệm đóng cọc, để đóng được cọc vào trong đất phải chọn búa có
năng lượng xung kích lớn hơn hoặc bằng 25 lần sức chịu tải cực hạn của cọc đơn.
Sức chịu tải của cọc đơn là Pgh . Với E là năng lượng của búa:

E ≥ 25Pgh (kGm)
Trong đó :
Pgh =

Po
(T)
k .m

Po = 2,5 T/m . 38,5m = 96,25T

: Sức chịu tải thiết kế của cọc.

K = 0.8 : Hệ số đồng nhất của đất
M =1: Hệ số điều kiện làm việc.
⇒ Pgh =

Po
96, 25
=
= 120,31T
k .m 1.0,8

⇒ E ≥ 25.120,31 = 3007,81 ( kGm)

Dựa vào đó ta chọn búa Deizel Vulcan 4N100 có các tính năng kỹ thuật sau :
-

Năng lực xung kích của búa :

E=5880kGm

-

Trọng lượng búa :

56,9 kN=5,69 T

Nhãn búa
Vulcan 4N100

Trọng lượng (KN)
Toàn bộ
56,9

Độ cao rơi

Năng lượng

(m)
2,48

(kNm)
58,8

Phần động
23,5

Số
nhát/phút

Chiều
cao
(m)

55,0

Hệ số hiệu dụng của búa:
K=

SVTH:

Q+ q
E

Page 20


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

Trong đó:
Q = 5690kG : Trọng lượng búa .
q : Trọng lượng của cọc, bao gồm cả mũ và đệm cọc .
q = 0,35 × 0,35 × 38,5 × 2,5 = 11, 79T = 11790kG
K=

Q + q 5690 + 11790
=

= 2,973
E
5880

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

0,7 × n × F × W Q + 0, 2.q
×
Q+q
 Pgh

Pgh 
+ n.F ÷
 0,7


Trong đó:
n:hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm cọc,cọc BTCT có n=150T/m2
F:diện tích cọc
H:chiều cao đập,H=2,48m
Q:trọng lượng toàn bộ của búa,Q=5,69T
Qy:trọng lượng phần xung kích,Qy=2,35T
q:trọng lượng của cọc ,đệm cọc,đệm búa và cọc dẩn
Pgh:sức chịu tải giới hạn của cọc
W:năng lực xung kích tính toán của búa
W=0,9x9,81xQyxH=0,9x9,81x2,35x2,48=51,46Tm
Thay số vào ta có:

0,7 × 150 × 0,352 × 51, 46
5,69 + 0, 2.11,79
e=
×
= 1,33(cm)
5,69 + 11,79
 120,31
2
120,31. 
+ 150.0,35 ÷
0,7


Vậy ta có độ chối thiết kế của cọc là 1,33cm.
3.2.3. Mô tả biện pháp đóng cọc :
3.2.3.1. 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% .

SVTH:

Page 21


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

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 1m để phục vụ thi công
3.2.3.2. 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 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 đat ray lên tà vẹt và cố định chắc chắn.
3.2.3.3. 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) :
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

Cọc được đóng lần lượt theo hình chữ U 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.

SVTH:

Page 22


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

• Kỹ thuật đóng cọc:
o

Đặt búa lên đầu đỉnh cọc để búa lún xuống.

o Đóng vài nhát rồi định vị lại, kiểm tra độ ngiêng và thiết bị an toàn và sự

ổn định của giá búa .
o

Tiến hành đóng cọc .

o

Nối cọc rồi đóng tiếp đến cao độ thiết kế .

• Yêu cầu khi đóng cọc :
o

Đúng vị trí, không nghiêng lệch.

o

Đến chiều sâu thiết kế thì ett=elt.

o

Đóng nhanh yêu cầu an toàn lao động.

o

Theo dõi và ghi chép toàn bộ quá trình đóng cọc.

o

Thường xuyên kiểm tra độ nghiêng, lún để kịp thời điều chỉnh.

3.3. Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc:
3.3.1. Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống và hệ đỡ ván khuôn:
Sử dụng ván khuôn gỗ. Chiều cao bệ là 1,5m.
Thiết kế ván khuôn đứng và ván khuôn đáy theo cường độ và biến dạng
Cấu tạo của ván khuôn như hình dưới:

SVTH:

Page 23


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình
Thanh giằng

Tấm ván khuôn đứng

Thanh thép giằng

L2

L1

L1

Thanh gỗ nẹp

* Thành bên của ván khuôn chịu tác dụng của các lực :

0,75m

Ap lực vữa
(p)

3.3.1.1.

Lực dầm (f)

Bt rơi từ trên
cao (q)

Xác định áp lực vữa (p)

Bệ cọc có kích thước 1,5 x 2,4 x 17,8
=> thể tích của bệ là: Vb =64,08m3.
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)
Diện tích mặt cắt của bệ là: Sb = 2,4 x 17,8 = 42,72 (m2).
SVTH:

Page 24


Đồ án môn học: Thi Công cầu
Mậu

GVHD: Th.S: Nguy ễn Đình

Chiều cao bêtông đổ được trong vòng 4h là: h = 16 / 42,72 = 0,375(m).
Vậy có thể chia làm 7 lần đổ BT :
o

3 lần đầu đổ đến cao độ 0,4m , có thời gian chờ cho betông bắt đầu ninh kết .

o

Lần cuối đổ tiếp 0,3m .

Loại đầm sử dụng là đầm dùi có bán kính tác dụng là R = 0,75m > h = 0,375(m)
(đầm trong)
Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là:
v=

( )

( )

4
= 0.094 m < 0.5 m
h
h
42,72

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

(

p = γh = 2,35× 0,375 = 0,88125 T

m2

) = 881,25( kG m )
2

3.3.1.2. Áp lực rơi của bêtông từ ống vòi voi là: px = 400Kg/m2.
3.3.1.3. Lực tác dụng từ đầm chấn động là: f = 400K s= 400x0.8= 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.
3.3.2. Thiết kế ván khuôn đứng :
Áp lực lớn nhất tác dụng lên ván khuôn (tại đáy đầm dùi) .
qmax = p + f + px = 881,25 + 320 + 400 = 1601,25 (Kg/m2).
Áp 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 1601,25 = 1081,625 (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=

SVTH:

2.77δ
3

q

=

2.77× 5
3

1081,625

= 1,085m

Page 25