Đồ án Thiết kế thi công cho một trụ cầu dưới sông

= m Chiều rộng bệ cọc: B1= m Chiều dài thân trụ: A2 = A1 – 21 = 10.2 m Chiều rộng thân trụ: B2 = B1 - 20.5 = 4.8 m Chiều cao thân trụ: H3 = H2 - H4 = 5 – 1.2 = 3.8 m Chiều dài mũ trụ: chọn A3 = 12 m Chiều rộng mũ trụ : chọn B3 = 5 m Chiều cao mũ trụ: H4 = 1.2 m Sức chịu tải tính toán của cọc : Ptk = 2.6 T/m - Loại địa chất: 3 lớp địa chất Lớp 1: đất cát hạt vừa dày 3m : L1 = 3m γ1 = 1,62=1,62 . 103 1 = 210 Lớp 2: Đất sét pha cát dẻo vừa dầy 7 m : L2 = 7m γ2 = 1,7 . 103 2 = 90 Lớp 3: Đất sét chặt : γ3 = 1,78.103 3 = 6.50 2. Nội dung thiết kế : Trình bày biện pháp thi công chỉ đạo. 1 - 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. Tính và lựa chọn búa đóng cọc ván. 2 – 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. 3 – 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. 4 – Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ: Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống, khung giằng. Kiểm tra bài toán ván khuôn thành. 5 – Thiết kế và tổ chức thi công nhịp cầu: 3. Lựa chọn các số liệu còn lại : Sơ đồ vị trí các cọc như hình vẽ : MNTC Lớp 1 dày 3m (cát hạt vừa) Lớp 2 dày 7m (sét pha cát) Lớp 3 (sét chặt) CHƯƠNG 2 BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO Trong quá trình thi công cần làm những công tác sau: + 1. Công tác định vị hố móng + 2. Công tác chuẩn bị mặt bằng, bố trí công trường + 3. Thi công trụ cầu 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 µ, b 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,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. 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. Hình: 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. 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. Diễn giải công việc như sau: a. Chuẩn bị đã nêu rõ ở trên. b. Đóng vòng vây cọc ván thép ở đây ta chọn vòng vây cọc ván thép để thi công. Phương pháp này hợp lí về mặt kĩ thuật vì thuận lợi trong thi công, tiết kiệm vì thi công xong có thể tiến hành tháo dỡ và dùng lại cho nên đảm bảo yêu cầu về cả hai mặt kinh tế và kĩ thuật. ở đây,các bệ móng đều có dạng hình chữ nhật nên ta chọn vòng vây có hình dạng như đáy móng (hình chữ nhật) nhưng kích thước lớn hơn một ít để đề phòng lệch lạc trong khi đóng cọc ván và thuận lợi khi thi công lắp ván khuôn bê cọc. Chiều dài cọc ván thép được xác định theo tính toán. Để đảm bảo hàng rào cọc ván thép khi thi công được kín sít và cọc ván không bị lệch trong khi đóng thì ta phải có khung định vị . Khung định vị được hàn bằng thép I hoặc C. Trước khi lắp khung định vị cần hạ 4 cọc định vị ở 4 góc của khung để giữ ổn định cho khung trong suốt quá trình thi công và định vị chính xác vị trí của khung. Để đảm bảo điều kiện hợp long cho vòng vây cọc ván được dễ dàng thì ngay từ đầu ta ghép 2 ¸3 cọc ván thành một nhóm ăn khớp vào các nhóm đã đóng trước, như vậy nhóm trước sẽ là cọc dẫn cho nhóm sau. Cứ như vậy tiếp tục lắp và đóng cọc ván quanh vòng vây cho đến khi hợp long với nhóm đầu tiên. Trong quá trình hạ ta tiến hành hạ đều trên toàn chu vi móng tức là hạ mỗi nhóm xuống 2 ¸2.5m thì dừng lại và hạ tiếp nhóm tiếp theo cứ như thế đến nhóm cuối cùng. Rồi hạ tiếp nhóm đầu tiên xuống 2 ¸2.5m nữa cứ như vậy ta hạ toàn bộ vòng vây tới độ sâu thiết kế. c. Đổ bê tông bịt máy hố móng: Sau khi đã hoàn thành công tác lấy đất trong đáy hố móng và làm sạch hố móng ta tiến hành đổ bê tông bịt đáy hố móng. ở đây đổ bê tông dưới nước bằng phương pháp vữa dâng. Theo phương pháp này thì trước hết ta dùng các ống tre (hoặc ống thép) có f=10¸15cm đục thông các đốt với nhau và đầu cuối ống có đục các lỗ có f =1.0 ¸1.5 cm đặt cách đều nhau trong hố móng. Sau đó đổ cốt liệu thô, cỡ hạt tối thiểu là 12.5mm (tốt nhất là 25 mm) vào hố móng bằng thùng hoặc ben cho tới khi bằng chiều dày thiết kế của lớp bê tông bịt đáy, tiến hành làm phẳng lớp đá này. Sau đó ta luồn các ống bơm bê tông vào các ống tre (ống thép) đã đặt sẵn trong hố móng cho tới khi chạm đáy hố móng rồi bơm bê tông vào. Vữa bê tông sẽ trào qua các lỗ đục sẵn ở đầu cuối ống tre và lấp vào khe hở của các viên đá tạo thành một khối liên kết chặt. Trong quá trình bơm ta phải nâng ống phun vữa từ từ cho đến khi cả khối đá dăm được bơm vữa. Khi lớp bê tông này đủ cường độ ta hút nước ra ngoài, làm sạch hố móng và lắp ván khuôn đổ bê tông móng mố. Trong quá trình thi công nếu vòng vây không kín thì vẫn phải bố trí máy bơm hút nước ra để không ảnh hưởng tới chất lượng bê tông đang đổ. d. Đổ bê tông móng khối: Sau khi lớp bê tông bịt đáy đủ cường độ ta hút nước ra khỏi hố móng và làm sạch hố móng. Sau đó tiến hành đập lộ cốt thép đầu cọc ra từ (20 ¸40) fcọc đối với cọc bê tông cốt thép tiết diện 40 x 40. Tiếp theo ta lắp dựng cốt thép, ván khuôn, bố trí mặt bằng đổ bê tông và đổ bê tông. Công tác chuẩn bị phải tiến hành thận trọng, khẩn trương để trong quá trình đổ bê tông không có sự cố xảy ra. Để đảm bảo tốt các điều kiện trên phải có dự phòng về thiết bị, nhân lực. CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THI CÔNG 1. Thiết kế vòng vây cọc ván : 1.1 Kích thước vòng vây : Chiều sâu mực nước thi công Hn = 6.9m 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 , ta chọn 1m, 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 7.9 m. Chọn loại cọc ván: Tổng chiều dài cọc ván cần thiết là (14.2 + 7.8) x 2 = 44 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. Xác định bề dày lớp BT bịt đáy : Do 2 lớp địa chất đầu tiên là lớp đất dễ thấm nước, sẽ dễ gây ra hiện tượng trồi đất, nước sẽ thấm vào hố móng khó cho việc thi công, chiều sâu 2 lớp đầu là 10 m là khá lớn nên việc đóng cọc ván thép xuống sâu vào lớp đất tốt (lớp đất 3) gây khó khăn và tốn kém. Ta dùng biện pháp dùng lớp Bê Tông 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 : Trong đó : Hn = 6.9 m: Chiều sâu cột nước tính từ đáy lớp bêtông bịt đáy đến mực nước thi công F :diện tích hố móng, fc : diện tích cắt ngang cọc :fc = 0.4x0.4=0.16 m2 : dung trọng của nước, : ma sát giữa cọc với bêtông bịt đáy, U : chu vi một cọc, = 1,6 m n số cọc =8x4 = 32 cọc 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 : m Diện tích hoạt động của một ống : Số ống cần thiết : (ống) Chọn 10 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. Và coi nó như dầm 1 đầu ngàm tại tim hàng cọc biên còn 1 đầu hang tại chổ tiếp giáp với CVT Trọng lượng bản thân của lớp BTBD, là tải phân bố đều: Trong đđó: = 2.3-1=1.3 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 : Trong đđó: =1T/m3 :Dung trọng của nước. Hn = 6.9 + 0.5m = 7.4 :Chiều sâu cột nước, từ mặt đáy BTBD đến mực nước thi công. 1m : Bề rộng của dải BTBD đang xét. Nội lực phát sinh trong dầm : => căng thớ trên. Momen kháng uốn của dầm : Yêu cầu ứng suất kéo phát sinh trong BTBD phải nhỏ hơn US kéo cho phép của BT, sử dụng BT mác 200 => 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. Ở giai đọan này, 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. Do đó phải tính toán vòng vây về ổn định vị trí và kiễm tra độ bền của các bộ phận kết cấu vòng vây. Gọi t là chiều sâu ngàm cọc trong lớp đất thứ 3, chiều sâu này được tính từ mặt trên của lớp thứ 3. Khi đó chiều dày 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 0.5 về phía dưới (trên hình vẽ). Điều kiện để đảm bảo ổn định chống lật: 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, lay m = 0.8 Áp lực tác dụng gồm: 1.4.2.1 Aùp lực thủy tĩnh (P): 1.4.1 Giai đoạn 1 : Đỗ bê tông bịt đáy tính toán khi bê tông bịt đáy chưa hình thành cường độ. Gọi t là chiều sâu ngàm cọc trong lớp đất thứ 1. Tâm quay nằm tại điểm O tại đáy cọc ván thép. Điều kiện để đảm bảo ổn định chống lật: 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, lay m = 0.8 Áp lực tác dụng gồm: Aùp lực đất chủ động (Edc) : Giả sử chiều sâu đóng cọc vẫn còn nằm trong lớp thứ nhất (t < 3m) . Hệ số áp lực đất chủ động : Lớp 1: Dung trọng đẩy nổi của đất : Lớp 1: Ta tính moment do áp lực đất chủ động gây ra: : Hệ số áp lực chủ động của đất. Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : Aùp lực đất bị động (Eb): Hệ số áp lực đất bị động : Lớp 1: Dung trọng đẩy nổi của đất : Lớp 1: Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : Kiểm tra điều kiện ổn định chống lật: Điều kiện : m = 0.8 : hệ số điều kiện làm việc (tra toán đồ 4.20 “Tính toán và thiết kế thi công cầu”), lấy cho trường hợp hút toàn bộ nước ra khỏi hố móng tại nơi ngập nước . Momen gây lật : Momen giữ : Chọn t = 0.5 m (< 10m), thay số vào ta có : (thoả) 1.4.1 Giai đoạn 2: Aùp lực nước có phạm vi ảnh hưởng từ lớp đất thứ 1 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. Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : ) 1.4.2.2 Aùp lực thủy động (Pn): Lực xung kích bình quân của nước chảy xác định theo công thức : Trong đó: 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 tôùc dòng chảy. g=9.8 m/s2 gia tốc trọng trường. Cách tâm O một đoạn : xn = = 3.45 m Momen gây lật đối với tâm O : 1.4.2.3 Aùp lực đất chủ động (Edc) : Giả sử chiều sâu đóng cọc vẫn còn nằm trong lớp thứ 2 (t < 7m) . Hệ số áp lực đất chủ động : Lớp 1: Lớp 2: Dung trọng đẩy nổi của đất : Lớp 1: Lớp 2: Ta tính moment do áp lực đất chủ động gây ra: : Hệ số áp lực chủ động của đất. h’1 = 2.5 m : Chiều sâu của cọc trong lớp 1.(bỏ đi lớp bê tông bịt đáy ngàm vào 0.5m) h1 = 3 m : Chiều sâu của cọc trong lớp 1 h2 = t m : Chiều sâu của cọc trong lớp 2. Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : 1.4.2.4 Aùp lực bêtông (do TLBT của lớp BT bịt đáy ) : Trong đó : : hệ số áp lực chủ động của đất. : dung trọng đẩy nổi của bêtông trong nước Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : 1.4.2.5 Aùp lực đất bị động (Edb=P4): Hệ số áp lực đất bị động : Lớp 1: Lớp 2: Dung trọng đẩy nổi của đất : Lớp 1: Lớp 2: Ta tính moment do áp lực đất bị động gây ra: : Hệ số áp lực chủ động của đất. h1 = 3 m : Chiều sâu của cọc trong lớp 1 h2 = t m : Chiều sâu của cọc trong lớp 2. Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : m Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : 1.4.2.6 Kiểm tra điều kiện ổn định chống lật : Điều kiện : m = 0.8 : 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 : Momen giữ : Chọn t = 2 m (< 7m, mũi cọc nằm trong lớp thứ 2 ), thay số vào ta có : (thoả) Vậy chiều sâu đóng cọc ván cần thiết là 5 m 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. Phản lực tại gối A : Momen uốn lớn nhất tại điểm đặt của lực P1: Chọn loại cọc Larsen do Hàn Quốc sản xuất ( Oriental Sheet Piling) : Chủng loại Type Kích thước mặt cắt ngang Dimension Per Pile Per 1m of  pile wall width Width B Height h Chiều dầy t F Sectional Area Moment of  Inertia M  Section Modulus Unit mass Sectional Area M of Inertia Section Modulus Unit mass mm mm Mm cm2 Cm4 Cm3 Kg/m cm2/m Cm4/m Cm3/m Kg/m2 SP-II 400 100 10.5 61.18 1,240 152 48 153 8,740 874 120 SP-III 400 125 13 76.42 2,220 223 60 191 16,800 1,340 150 SP-IV 400 170 15.5 96.99 4,670 362 76.1 242.5 38,600 2,270 190 SP-VL 500 200 24.3 133.8 7,960 520 78.2 267.6 63,000 3,150 210 SP-VIL 500 225 27.6 153 11,400 680 79.9 306 86,000 3,820 240 SP-IIW 600 130 10.3 78.7 2,110 203 80.2 131.2 13,000 1,000 103 SP-IIIW 600 180 13.4 103.9 5,220 376 81.6 173.2 32,400 1,800 136 SP-IVW 600 210 18 135.3 8,630 539 83.2 225.5 56,700 2,700 177 Chọn loại mặt cắt số SP-VIL, có bề rộng B = 500mm. Mômen tác dụng vào mặt cắt này là: M = Mmax . B = 20.3 x 0.5 = 10.15 (T.m) Mômen kháng uốn của tiết diện là: W =680 cm3. ứng suất lớn nhất trong cọc cừ thép là: Ưùng suất cho phép của thép là: . Vậy sử dụng loại cọc trên để làm hố móng. Tổng chiều dài của cọc là: l = 7.9+5 = 12.9 (m) Chu vi vòng vây là (14.2 + 7.8) x 2 = 44 m. Vậy ta đóng như sau : Phương ngang ta đóng 28 cây. Phương dọc đóng 16 cây . Tổng cộng đóng 88 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 : : 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: 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) 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 = 17.75 (T.m) Lực dọc (do thanh ngắn truyền qua N3): N3 = 11.73 (T) Chọn thép làm vành đai : Thép sử dụng để làm vành đai là thép CT3, tiết diện chữ C mã hiệu No36 ghép lại : Khi 2 thép chử C ghép lại ta có : Mômen quán tính : Ix= 21640 cm4. Diện tích tiết diện: F = 106,8 cm2. Momen kháng uốn: Wx = Ưùng suất lớn nhất: Vậy chọn thép chữ U mã hiệu No36 . 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= 41.74(T) . Tiết diện thanh chống ta chọn giống với hệ thanh vành đai : Ưùng suất trong thanh chống: 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 BIIY-162 do SNG sản suất có: Q = 11.2 T : Trọng lượng búa . Mc = 3620 kGcm =3.62 KNm: Momen tĩnh của búa. = 808(vòng/phút) = 84.47 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, tức là phải lớn hơn lực cản của đất ở độ sâu thiết kế của cọc (*) Trong đó : : lực cản của đất tác dụng vào cọc khi đóng đến chiều sâu thiết kế . Với: u =mm chu vi cọc ván thép fi' = 1.2 T/m2 :lực ma sát đơn vị (tra bảng 3.9 sách thi công móng trụ mố cầu -lê đình tâm) hi = 5 m : chiều sâu cọc ngàm trong đất . = 1,0 : Hệ số kể đến ảnh hưởng đàn hồi của đất (lấy đối với cọc ván thép) Thay vào (*) ta được: Lực kích của búa: > 8.7 T => THỎA + 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 = 808 vòng/phút = 84.47 rad/s tra bảng 4.19 (Thiết kế thi công cầu _ Phạm Huy Chính) => A = 0,8-1,0 cm. Vậy với A=9,5 mm là hợp lý. Trong đó: Mc = 3620: Moment tĩnh của khối lệch tâm, Kg.cm Q= 11200 : Trọng lượng búa, Kg Mb = 79.9kg/m x 12.9m = 1030.71 kg: Trọng lượng cọc, Kg Q0 = Q + Mb = 11200+ 1030.71 = 12230.71 KG = 1, hệ số phụ thuộc loại cọc (trang 197 sách thi công móng trụ mố cầu-lê đình tâm) A: Biên độ dao động (tra theo bảng 3.10 giáo trình “Thi công móng trụ mố cầu”) với tần số 808 vòng/phút và chân cọc ván ở lớp đất sét thì A không xác định. Do đó điều kiện này không cần kiểm tra. + Điều kiện 3 : Tổng ngoại lực tác động lên cọc phải đủ lớn, đảm bảo hạ cọc và nhổ cọc được nhanh . Qo Trọng lượng cọc, búa chấn động và bệ búa. (KG) F = 2500 cm2 = 0.25 m2 : Diện tích tiết diện cọc = 0.15 và = 0.5 : Hệ số lấy cho cọc cừ ván thép (trang195-thi công móng trụ cầu) Po: Áp suất đơn vị cần thiết lên cọc (Kg/cm2) tra bảng 2 trang 54 “Sổ tay chọn máy thi công _ Nguyễn Tiến Thu _ NXB Xây Dựng”. Po=1,5-3, chọn P=3 Kg/cm2=30T/m2 Q0 = Q + Mb = 11200+ 1030.71 = 12230.71 KG=12.3 T Thay vào : Thay số Chọn búa như trên là hợp lý 2. Biện pháp thi công hệ móng cọc đóng : 2.1 Tính toán phân đoạn cọc. Chiều sâu cọc trong đất là 29 m, lớp bêtông bịt đáy dày 1m, chiều dài cọc trên MDTN là 4.9m chiều sâu ngàm cọc trong đài (kể cả phần thép chờ) là 0.6m. Tổng chiều dài cọc là 35.5 m. Cọc có tiết diện 40x40cm, 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 3 cọc là cọc 11m + cọc 12 m +12.5 cọc ghép lại. Các vị trí mối nối không nên tập trung trên cùng một mặt phẳng. Trình tự ghép từ dưới lên trên như sau: 11m – 12m – 12.5m 11m – 12.5m – 12m 12m – 11m – 12.5m 12m – 12.5m – 11m 12.5m – 11m – 12m 12.5m – 12m – 11m Với các hình thức ghép nối như trên, ta thực hiện mối nối sao cho vị trí các mối nối ở 1 mặt cắt là ít nhất. Mối nối cọc được thực hiện thông qua hộp sắt. 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 = (T) Với: Po : Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền . Po = 2.5T/m x 35.5 m = 88.75T K = 0.8 : Hệ số đồng nhất của đất (thường lay 0.7 – 0.8) m : Hệ số điều kiện làm việc, phụ thuộc vào số lượng cọc, cấu tạo bệ móng, thường lấy bằng 1. Pgh = Chọn lựa búa: Loại búa lớn đại diện cho một số hãng sản xuất hiện nay là những loại mang nhãn hiệu ghi trong bảng 3.5 (Sách Thi Công móng mố trụ Cầu – lê đình tâm). Dựa vào đó ta chọn búa Deizel Vulcan 4N100 có các tính năng kỹ thuật sau : Năng lực xung kích của búa : E = 5880kGms Trọng lượng búa : 56,9 kN=5,69 T Bảng 3.5 (trang 183) Nhãn búa TRỌNG LƯỢNG (KN) Độ cao rơi Năng lượng Số nhát / phút Chiều cao Toàn bộ Phần động (m) (kNm) (m) Vulcan 4N100 56,9 23,5 2,48 58,8 50 - 60 4.6 Kobe K150 358 147.2 2.59 381.3 45 - 60 8.5 SGN 75 - 75 - - - - SNG C974 90 50 3 135 38 - 60 5.5 Mitsubishi MB70 204.6 70.5 2.59 185.7 38 - 60 6.1 Hệ số hiệu dụng của búa: Trong đó: Q = 5690kG : Trọng lượng búa . q : Trọng lượng của cọc, bao gồm cả mũ và đệm cọc . E = 5880kGm: Năng lượng của búa đã chọn ở trên Thay số ta được: < Kmax = 6 (Cọc BTCT + búa Diêzen) Hệ số thực dụng cho phép của búa : Kmax = 6 (Tra bảng 3.6 TK TCC Phạm Huy Chính, nó phụ thuộc vào loại cọc và loại búa đóng). Vậy chọn búa như trên là đạt hiệu quả . Kiểm tra độ chối: Trong đó: Trong đó: : Trọng lượng cọc : Sức chịu tải tính toán của 1 cọc n = 150(T/m2) : hệ số kể đến độ nảy đàn hồi của bêtông. :Năng lượng xung kích tính toán, T.cm Với búa đã chọn là búa kiểu cột, Trong đó: Q=2.35T : Trọng lượng phần xung kích. H=248cm: Chiều cao rơi của búa, cm M = 0.9 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của tác động chấn động lên đất, búa xung kích(bảng 4.17-TK thi công cầu –phạm huy chính) : Trọng lượng toàn bộ của búa. : Hệ số phục hồi va chạm, đóng với búa xung kích. : Hệ số tin cậy, tra bảng 4.15 sách “ Tính toán thiết kế thi công cầu” Vậy độ chối thiết kế của cọc là 1.3 mm. Khi đóng đến cao độ thiết kế mà chưa đạt độ chối (>etk) thì phải tiếp tục đóng nữa cho tới khi đạt được độ chối. Nếu đóng chưa đến cao độ thiết kế mà đã đạt độ chối thì có thể không can đóng nữa nhưng phải đúng với loại búa tính độ chối và đúng với năng lực xung kích tính toán. 2.3 Chọn giá búa : Chọn búa dùng để hạ cọc, nhắc đặt búa, định hướng chiều di chuyễn của hệ cọc và búa trong quá trình đóng cọc.Chiều cao giả thiết của búa xác định theo công thức sau: H = h1 + h2 + h3 Trong đó: + h1: Chiều cao cọc cần đóng; h1= 12.5m (Vì đóng từng đoạn và nối cọc) + h2: Chiều cao của búa; h2 = 4.6m + h3: Chiều cao nâng búa; h3 = 2.48m H = 12.3 + 4.6 + 2.48 = 19.58m Chọn giá búa hiệu SP-33A chạy trên ray có các thông số sau: Chiều cao tháp: 20,4m Sức nâng trọng lượng cọc + búa: 10T Công suất toàn bộ của động cơ điện: 31.5 KW Trọng lượng: 25T Chiều rộng đường ray: 4.5m Tầm với: 6.2m Độ nghiêng góc về phía trước: 1/8, về phía sau: 1/3 Kích thước giới hạn: H=20,4m, B=5m, L=9,6m 2.4 Mô tả biện pháp đóng cọc : 1- Chuẩn bị và tạo mặt bằng thi công Quá trình hạ cọc thường bao gồm các công việc sau: di chuyễn giá búa hoặc cần trục đến vị trí đóng cọc, vận chuyễn và doing cọc vào giá, đặt búa lên đầu cọc và hạ cọc. Chuẩn bị: Cọc được tập kết bên cạnh giá búa từng đợt với số lượng tính toán. Ta chọn phương pháp vận chuyễn cọc bằng sà lan. Trước khi dựng cọc vào giá búa, một lần nữa cọc được kiễm tra kỹ lưỡng các khuyết tật có khả năng xảy ra trong lúc bốc xếp, vận chuyễn. Dễ dàng theo dõi cọc trong quá trình hạ, can vạch dấu sơn trên thân cọc bắt đầu từ mủi cọc và cách nhau khoãng 1 mét, càng gần đỉnh cọc thì các vạch sơn càng gần nhau: 50, 20, 10, 5cm, ngoài ra còn phải căng dây bật mực để lay đường tim. Cọc được tời từ giá búa trực tiếp kéo về cần, thông qua bộ ròng rọc chuyễn hướng, cố định ở chân giá búa Sơ đồ kéo cọc về phía giá búa Đối với các đoạn cọc ngắn thì chỉ can một bàn tời của giá búa có thể xách cọc tại một điễm (móc cẩu trên), mũi cọc lúc này phải đặt trên xe quệt chạy theo đường ray hoặc ván gỗ. Đối với cọc dài can huy động cả 2 dây cáp. Cáp của tời búa dùng để xách móc cẩu trên, cáp của tời nâng buộc vào móc dưới. Cả 2 tời đều nhẹ nhàng nâng cọc ra khỏi xe goon, sau đó chỉ cho tời búa hoạt động, xách cọc đang nằm ngang dần sang tư thế thẳng đứng và dựng cọc áp sát vào cần giá búa 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 vòng vây thi công trụ được đóng 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 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 đặ 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 theo dạng chữ S, do đó búa ít phải di chuyển hơn, phần lớn là di chuyễn ngang và giật lùi những bước ngắn nhất. Búa đóng bắt đầu từ hang ngoài củng và kết thúc là hang ngoài cùng đối diện. Nếu hàng cọc ngoài cùng là hàng cọc xiên thì trước hết cho búa đóng các hàng cọc thẳng, sau khi dựng nghiêng cần búa mới giải quyết các hang cọc xiên. Sơ đồ đóng cọc như sau (phương pháp đóng theo hàng) : +Kỹ thuật đóng cọc: Sau khi bố trí đệm (lót), nhẹ nhàng hạ búa đặt trên đầu cọc. Dưới tác dụng của trọng lượng búa đặt trên đầu cọc. Dưới tác dụng của trọng lượng búa, cọc sẽ lún xuống một đoạn nhất định, tùy theo đất nền. Chỉnh hướng và kiễm tra vị trí cọc lần cuối cùng bằng máy trắc đạc “lấy tim cọc” theo đường bật mực ở cả hai hướng. Sau đó cho búa đóng nhẹ vài nhát để cọc cắm vào đất và để kiễm tra cọc, búa, hệ thống dây và độ ổn định của giá búa. Cuối cùng cho búa hoạt động bình thường. Do đóng cọc dưới nước và 2 lớp đầu là lớp đất yếu nên phải giữ cọc bằng day thừng cho đến khi hạ búa, từ đó day thừng mới được nới lỏng dần. Trong quá trình đóng phải thường xuyên theo dõi vị trí cọc, nếu phát hiện sai lệch can chỉnh lại ngay. Phải theo dõi tốc độ xuống của cọc: độ lún trong từng đoạn phải phù hợp với lát cắt địa chất. Nếu đột nhiên cọc ngừng xuống hoặc độ lúc giãm đột ngột và búa nay dội lên, chứng tỏ cọc đã gặp chướng ngại vật. Nếu không qua được vật cản đó cọc sẽ bị gãy, báo hiệu bởi hiện tượng cọc tụt xuống đột ngột và trục tim cọc bị chệch hướng. Khi mũi cọc bị gãy sẽ xãy ra hiện tượng cọc xuống không đều, khi nhiều khi ít. Cọc gãy phải nhổ lên và thay cọc mới. Trong quá trình đóng cọc phải có quá trình theo dõi, các sự cố và những phát hiện tình hình cọc xuống không bình thường đều phải ghi rõ. Nối cọc rồi đóng tiếp đến cao độ thiết kế . + Công nghệ đóng cọc: Đóng cọc trên nước mặt bằng giá búa trên cặp sà lan ghép đôi. Sơ đồ sà lan và giá búa Trên hình giới thiệu một giá búa nổi bao gồm: hai sà lan được ghép song song bởi hai dầm liên kết kiểu giàn thép, tạo thành một hệ nổi. Khoãng cách thông thủy giữa hai xà lan phụ thuộc vào chiều rộng móng. Hệ thống nỗi được neo giữ tại vị trí đóng cọc bằng các dây neo liên kết với các bàn tời điều chỉnh. Dọc theo các xà lan bố trí hai đường ray trên mặt boong, tạo ra đường nối di động cho một cầu nối ngang, trên đó dựng giá búa có thể di chuyễn tự động trên đường ray thẳng góc với hướng chuyễn động của cầu chạy +Yêu cầu khi đóng cọc : Đúng vị trí, không nghiêng lệch. Đến chiều sâu thiết kế thì ett = elt. 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: 3.1.1 Ván khuôn thành bên của bệ cọc: Ta dùng ván khuôn gỗ 500 x 2200 x 50 mm + Cường độ giới hạn của gỗ( nhóm VI) fu = 120 kG/cm2 + Modul đàn hồi Es = 120000 kG/cm2 + Các tấm ván được liên kết với nhau nhờ thanh nẹp và thanh đứng + Thanh nẹp tiết diện 100x100 mm + Thanh đứng tiết diện 150x150 mm + Sốván gỗ cần dùng: . Do đđó, ta chọn 72(tấm) Kiểm tra ván khuôn thành bên : * Thành bên của ván khuôn chịu tác dụng của các lực : 3.1.1.1 Xác định áp lực vữa (p) : Bệ cọc có kích thước 1.5 x 5.8 x 12.2 => thể tích của bệ là: Vb = 106.14 m3. Tốc độ đổ bêtông là 8 m3/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: 8 x 4 = 32(m3) Diện tích mặt cắt của bệ là: Sb = 5.8 x 12.2 = 70.76 (m2). Chiều cao bêtông đổ được trong vòng 4h là: h = 32 / 70.76 = 0.452(m). Loại đầm sử dụng là đầm dùi trong có bán kính tác dụng là R = 0.75 m > h = 0.452 m Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là: Nên công thức tính áp lực bên (p) của bêtông lấy như sau: 3.1.1.2 Aùp lực rơi của bêtông từ ống vòi voi là: px = 400Kg/m2. 3.1.1.3 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. 3.1.1.4 Thiết kế ván khuôn : Aùp lực lớn nhất tác dụng lên ván khuôn (tại đáy đầm dùi) . qmax = p + f + px = 1130 + 320 + 400 = 1850 (Kg/m2). Aùp 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 1850 = 2405 (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: Tính theo cường độ thì: Như vậy khoảng cách giữa các gỗ nệp lấy bằng L2 = 1.0 m. * 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 : Chọn mặt cắt gỗ nẹp bằng 10 x 10 cm và lấy khoảng cách giữa các gỗ đứng là 1.2m, thì xác định được độ võng f của gỗ nẹp bằng : Kiểm tra độ võng : => Đạt yêu cầu Kiểm tra cường độ của gỗ nẹp : Momen uốn phát sinh trong gỗ nẹp : 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 = 1.2 m - Theo phương đứng : L2 = 1 m Lực kéo lớn nhất trong thanh giằng : T =963.75 x 1 = 963.75 kG Chọn gỗ có tiết diện 12x12 thì độ võng của gỗ đứng là : => đạt yêu cầu Momen uốn phát sinh trong gỗ đứng : Như vậy chọn gỗ đứng 12x12cm là đạt yêu cầu về cường độ. Diện tích tựa ép tựa cần thiết đối với thanh giằng : Với =38 kG/cm2 : cường độ tính toán chịu ép ngang thớ cục bộ của gỗ nhóm IV Thanh giằng dùng bulông 16, khoang lỗ vào gỗ đứng 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 . 3.1.2 Ván khuôn đáy của bệ cọc: Sử dụng ván khuôn gỗ nhóm VI + Kích thước ván khuôn 60 x 400 mm, được xếp dọc theo phương cạnh ngắn. + Thanh ngang ( theo phương dài đáy bệ ) kích thước 100 x 100 mm + Thanh ngang ( theo phương rộng đáy bệ ) kích thước 120 x 120 mm + Buloong liên kết 2 thanh ngang theo hai phương kẹp vào đầu cọc + Khoảng cách giữa 2 thanh ngang là 45 cm 3.1.2.1 Kiểm tra ván khuôn đáy: 3.1.2.2 Tải trọng tác dụng: - Trọng lượng bản thân ván khuôn : - Trọng lượng hỗn hợp bê tông cốt thép: - Tải trọng người và tải trọng vận chuyển trên sàn lát: - Tải trọng ván gỗ bên: Tính toán cho 1 tấm ván khuôn lát đáy theo phương cạnh ngắn, bề rộng đã chọn 0.4m 3.1.2.3 Kiểm toán theo cường độ: Sơ đồ tính (Tính theo phương ngang) Giải theo phần mềm sap 2000 ta tính được. Kết quả nội lực (Tính theo phương ngang) Mô men tại gối là : M = 115.86 kG.m Mô men lớn nhất tại giữa nhịp : M = 66.41 kG.m Mô men kháng uốn của gỗ: cm3 Ứùng suất do tải trọng sinh ra: < kG/cm2 (thỏa) 3.1.2.4 Kiểm toán độ võng của ván khuôn: cm Với cm4 Gỗ dọc thớ , kết cấu được bảo vệ chống ẩm. E = 120000 kG/cm2 < ( thỏa ) 3.1.3 Kiểm tra thanh ngang: Thanh ngang ta xét hệ thanh ngang theo hai phương, gồm 2 thanh liên kết với nhau bằng bu lông kẹp vào cọc. 3.1.3.1 Xác định tải trọng q tác dụng: Giốâng như ván khuôn, nhưng còn có thêm trọng lượng bản thân thanh ngang + thanh dọc G5 = kG Tải trọng phân bố theo phương ngắn của bệ cọc trên diện rộng 830 mm ( theo phương dài) 3.1.3.2 Kiểm toàn theo cường độ: Sơ đồ tính (Tính theo phương ngang) Giải bằng Sap2000 ta tính được: Mô men lớn nhất tại gối: M = 145.28 Kg.m Mô men tại giữa nhịp : M = 129.7 Kg.m Mô men kháng uốn của hệ thanh ngang là: cm3 Ứùng suất do tải trọng sinh ra: < kG/cm2 ( thỏa) 3.1.3.3 Kiểm toán độ võng của thanh ngang: cm Với cm4 Gỗ dọc thớ , kết cấu được bảo vệ chống ẩm. E = 120000 kG/cm2 < ( thỏa ) 3.2. Thiết kế công tác đổ bê tông bệ cọc: Diện tích mặt cắt ngang bệ cọc: F = 70.76 m2 Thể tích bê tông bệ cọc: V = 106.14 m3 Tốc độ đổ bê tông : 4m3/h Tốc độ dâng lên của bê tông theo chiều cao là : v = 4/70.76 = 0.0565 (m/h) Thời gian công tác đổ là: t =106.14 : 4 = 26.535 giờ. Ta chia nhiều lớp để đầm, cứ sau khoảng 1 giờ đổ thì ta tiến hành đầm bằng đầm dùi trong có bán kính ảnh hưởng 0,75m Khoảng cách giữa 2 vị trí đầm cùng hàng hoặc cùng cột là 500mm, khoảng cách giữa 2 vị trí đầm khác hàng, khác cột là 250mm đối với những vị trí đầm trong, khoảng cách giữa 2 vị trí đầm biên là 250mm đối với những vị trí ngần mép bệ. Thời gian giữa 2 lớp đầm phải đảm bảo là khi đầm lớp trên thì tác dụng đầm còn tác dụng xuống lớp dưới trong khi lớp dưới chưa đông cứng. Thời gian đó không quá 2 giờ. Để đảm bảo thời gian đầm thì việc định vị vị trí đầm phải nhanh, do đó ta có thể thiết kế một khuôn cữ định vị bằng gỗ. Sơ đồ đầm bê tông bệ cọc 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 : 10.2 x 4.8 x 3.8 => thể tích của thân trụ là: Vb =186.048 m3. + Chọn máy trộn BT loại C330, công suất trộn BT là : W=10,5 m3/h . Trong 4h có thể trộn được 4.W= 4 x 10,5 = 41.2m3 + 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 = 4.8x10.2 = 48.96 (m2). + Chiều cao bêtông đổ được trong vòng 4h là: h = 41.5 / 48.96 = 0.847 (m). Vậy có thể chia làm 4 lần đổ BT. + Sử dụng kết hợp 2 loại đầm : Đầm dùi cơ điện loại cầm tay I-50A (đầm trong) (R=0.75m): Bán kính đầu quả đầm 114mm Chiều dài đầu đầm 416mm Đầm điện cơ vô hướng IB-19 S-729 (đầm ngoài ) (R=1m) Cách bố trí máy đầm như sau : Như vậy số đầm cần sử dụng : 18 đầm dùi , 12 đầm điện cơ. + Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là: + Nên công thức tính áp lực bên (p) của hỗn hợp bêtông tươi lấy như sau: Trong đó : =2,5T/m3 : TLBT của hỗn hợp BT H=0.847m : Chiều cao lớp bê tông đổ theo từng đợt Thay vào : 4.1.2 Aùp 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: 4.2 Thiết kế ván khuôn : Aùp lực lớn nhất tác dụng lên ván khuôn (tại đáy đầm dùi) . qmax = p + f + px = 2117.5 + 320 + 400 = 2837.5 (Kg/m2). Aùp 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 2837.5 = 3688.75 (Kg/m2). Tải trọng TB tác dụng lên thanh gỗ nẹp ngang bằng : 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 . Khi tính theo độ võng : (E=2100000 kG/cm2) Trong đó : = 0,7 cm :Chiều dầy tấm ván khuôn K1 =0,0021 :Hệ số phụ thuộc vào tỉ số các cạnh của panen Tra bảng 2.4 sách TK TCC – Phạm Huy Chính b=20 cm :Kích thước nhỏ hơn của ô panen p = qmax = 2837.5 kG/m2 :áp lực bên của hỗn hợp btông :Độ võng cho phép . Thay vào : (đúng ) Khi tính theo cường độ : Trong đó : K2 = 0,616 :Hệ số phụ thuộc vào tỉ số các cạnh của panen qcd =3688.75 (Kg/m2) :Aùp lực bên của hỗn hợp bêtông, có kể đến hệ số vượt tải R=1900 kG/cm2 :Cường độ tính toán của thép Thay vào : (đúng ) 4.3.2 Kiểm toán các bộ phận của khung và sừơn cứng tựa lên chu vi ván thép : Các ô panen bố trí hình chữ nhật nên ta kiểm toán các điều kiện cường độ và sử dụng cho cạnh ngắn. Tải trọng tác dụng dưới dạng tam giác, momen trong sườn xác định theo công thức : Trong đó : p=pmax =2837.5 kG/m2 : áp lực bên của hỗn hợp btông b=20cm :Kích thước nhỏ hơn của ô panen Hình : Mặt cắt ngang của sườn gia cường * Tính các đặc trưng tiết diện của sườn gia cường: + Bềrộng phần sườn tăng cường qui đổi : V=0.7x20x5=70cm3 : thể tích của sườn tăng cường quy đổi S=25.20=500cm2 :Diện tích phần S Hình : Tiết diện qui đổi của sườn gia cường + Diện tích tiết diện : + Momen quán tính tỉnh đôí với trục x-x : + Toạ độ trọng tâm tiết diện : yt = 5.7 – 4.8 = 0.9 cm + Momen quán tính đối với trục nằm ngang : + Momen kháng uốn : * Ứng suất lớn nhất trong dầm : < Vậy ván khuôn thép làm việc an toàn . CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MỘT KẾT CẤU TỰ CHỌN TÍNH MỘT HỆ NỔI: A. (XÀ LAN). Xà lan được dùng cho việc thi công đóng cọc, ta dùng xa lan bố trí 2 bên trụ, được liên kết bởi hệ thống dàn thép nhỏ. Trên xà lan đặt một cẩu RDK 280-1 và đặt 8 cọc 40x40cm dài 11m , 8 cọc 40x40cm dài 12m và 8 cọc 40x40cm dài 12.5m, đặt đối xứng ở 2 bên xà lan, chia làm 4 lần chở. Chọn xà lan có kích thước như sau: + L = 30,00 m : Chiều dài của xà lan + B = 6,50 m : Chiều rộng của xà lan + H = 2,05 m : Chiều cao xà lan + d = 0,85 m : Độ chìm của xà lan + h = 0,50 m : Khoảng cách từ mép trên xà lan đến mép nước + To = 0,25 m : Độ chìm không tải của xà lan Thể tích phần chìm của xà lan là: V= L.B.T=L.B.(H-h).d = 30x6.5x(2.05-0.5)x0.85 = 256,91 (m3) Xác định khả năng nổi của xà lan điều kiện: Trong đó: gn = 1,00 T/m3 : Trọng lượng riêng của nước V=256.91 m3 : Thể tích phần chìm của xà lan K1=1 : Hệ số tin cậy S Qi : Tổng trọng lượng đặt trên xà lan và phần xà lan chìm xuống S Qi = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 195.04 T Với: + Q1 : Trọng lượng phần chìm của bản thân xà lan Q1 = gn.L.B. To = 1x30x6.5x0.25 = 48.75T + Q2 : Trọng lượng cần cẩu đặt trên xà lan Q2 = 20.00 T + Q3 : Trọng lượng cọc Q3 = 0.4x0.4x35.5x2.5 x 8(cọc) = 113.6T + Q4 : Trọng lượng búa Q4 = 5.69 T + Q5 : Trọng lượng đối trọng Q5 = 5.0 T + Q6 : Trọng lượng các thiết bị khác Q6 = 3.0 T gn.V = 1 x 256.91 > K1.S Qi = 1.1 x 195.04 = 214.544 T (thõa mãn) Độ nghiêng của phao theo trục thẳng đứng. Công thức xác định : Trong đó: = 8(T/m3) : tổng momen do lực gió, lực nước chảy và các lực khác gây ra đối với tâm nổi. K1=1,2 : hệ số xung kích của gió V=256,91 m3 thể tích phần chìm của xà lan : bán kính ổn định từ tâm nổi tới tâm ổn định. = J: moment quán tính của hệ nổi ở cao độ đường mép nước của các trụ nổi đến trục quay nó khi phần nổi nằm ngang. J=Jnoi-Jn=4618,58 – 2964,38 = 1654,2 m4 Jnoi=( 303 x2,05 + 2,73x3)/12 =4618,58 m4 Jn =(303.1,32)/12= 2964,38 m4 a: khoảng cách từ trọng tâm hệ nổi đến tâm nổi. = Với S = (30.2,052 )/2 + 2,7.3.(3+2,05) =103,94 m3. F = 30.2,05+2,7.3 =69,6 m2 Điều kiện ổn định của xà lan: =6,44 – 1,49 = 4,95>0. vậy xà lan đảm bảo ổn định. Thay giá trị vào công thức trên ta được: =0,43o <4o. vậy xà lan đảm bảo độ nghiêng và ổn định. Tính độ chìm lớn nhất. Điều kiện độ chìm: Tmax =H – T - >=0,5 Trong đó: - H = 2,05 m : Chiều cao xà lan - B = 6,50 m : Chiều rộng của xà lan T= (H –h).d= 1,32m( là độ chìm của xà lan). Thay giá trị vào công thức trên ta được: Tmax =2,05 – 1,32 - Vậy xà lan đảm bảo điều kiện độ chìm. B. HỆ NEO Trong thi công để đảm bảo ổn định cho xà lan do lực gió và nước chảy có thể làm trôi xà lan, do đó ta phải lam neo xà lan cố định. Chọn neo Tổng lực cản tác dụng vào xà lan: R =R1 +R2 Với R1 : lực cản của nước R1 = (f.A + F).V2 f=0,07 là hệ số ma sát giữa nước và xà lan. A= 2Tc .L =80,52 m2. là diện tích xà lan chịu ma sát. Với Tc =H-Tmax =2,05 -0,71 =1,34 m: độ chìm của xà lan. L = 30m : là chiều dài của xà lan. =5: hệ số phụ thuộc vào hình dáng xà lan. F: diện tích chắn nước của xà lan F =B.Tc=6,5x1,34 =8,72 m2 V =1,9m/s là vận tốc của dòng chảy. Thay giá trị ta được R1 = ( 0,07 x80,52 +5x8,72).1,92 =177,81KG R2 =Kx.100 =1x69,6x100 =6960 KG Với : diện tích chắn gió của xà lan trên mặt nước, lấy chiều cao trung bình của các thiết bị trên xà lan là; 1,61m =30x(1,61+0,71) =69,6m2 Trọng lượng neo Lòng sông là bùn sét chảy dẻo nên ta chọn neo hải quân. Trọng lượng N= Vậy chọn neo có trọng lượng N =150kg Tính dây neo Chiều dài đoạn xích nối đầu neo với dây cáp Lo =5.h =5x5,25 =26,25m H =5,25: khoảng cách giữa điểm buộc cáp tới đáy sông Chiều dài tối thiểu của neo Lmin = Q =2,47kg/m: là trọng lượng của 1m dài dây cáp 20 Vậy Lmin = Chiều dài của neo khi xa lan làm việc với MNTC là L = Lo + Lmin =26,25 +21,47 =47,72 m Chọn chiều dài của dây neo là : 50 m. Vậy ta đã tính xong một hệ nổi là xà lan và hệ neo. CHƯƠNG 5 LỰA CHỌN BIỆN PHÁP ĐỔ VÀ BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG MÓNG VÀ THÂN TRỤ Biện Pháp Thi Công Đổ Bê Tông Trộn bê tông bằng máy đặt tại công trường : Bê tông cho tất cả các kết cấu của công trình đều được trộn bằng máy trộn bê tông 500lít đặt tại hiện trường. Cấp phối (Xi măng, cát, đá ) phải đúng theo thiết kế - cấp phối được nhà thầu xây dựng, kiểm tra, đệ trình bên A phê duyệt. Thời gian phải đủ để vật liệu được trộn đều (khoảng 2,5 phút với máy trôn 500lít) Công nhân đang thi công công trình. Trình tự đổ vật liệu vào máy trộn: Trước hết đổ 15-20% lượng nước, sau đó đổ ximăng và cốt liệu cùng một lúc, đồng thời đổ dần và liên tục phần nước còn lại. Khi dùng phụ gia thì việc trộn phụ gia phải theo chỉ dẫn của người sản xuất phụ gia. Trong qua trình trộn để tránh hỗn hợp bê tông bám dính vào thùng trộn, cứ sau 2 giờ làm việc cần đổ vào thùng trộn cốt liệu lớn và nước của một mẻ trôn và quay máy trộn khoảng 5 phút, sau đó cho cát và xi măng vào trộn tiếp theo thời gian qui định. Vận chuyển vật liệu : Bê tông đổ bằng máy trộn tại chỗ sẽ được vận chuyển bằng sà lan vào vị trí đổ. Các phương tiện vận chuyển phải đảm bảo bê tông không bị phân tầng, kín khít để đảm bảo không làm mất nước xi măng trong khi vận chuyển. II. Đổ bê tông Trước khi đổ bê tông: kiểm tra lại hình dáng, kích thước, khe hở của ván khuôn. Kiểm tra cốt thép, sàn giáo, sàn thao tác. Chuẩn bị các ván gỗ để làm sàn công tác . Chiều cao rơi tự do của bê tông không quá 1,5m - 2m để tránh phân tầng bê tông. Khi đổ bê tông phải đổ theo trình tự đã định, đổ từ xa đến gần, từ trong ra ngoài, bắt đầu từ chỗ thấp trước, đổ theo từng lớp, xong lớp nào đầm lớp ấy. Dùng đầm bàn cho sàn, đầm dùi cho cột, dầm, tường. Chiều dày lớp đổ bê tông tuân theo bảng 16 TCVN4453: 1995 để phù hợp với bán kính tác dụng của đầm. Bê tông phải đổ liên tục không ngừng tuỳ tiện, trong mỗi kết cấu mạch ngừng phải bố trí ở những vị trí có lực cắt và mô men uốn nhỏ. Khi trời mưa phải che chắn, không để nước mưa rơi vào bê tông. Trong trường hợp ngừng đổ bê tông qua thời hạn qui định ở bảng 18 TCVN 4453:1995. Bê tông móng chỉ được đổ lên lớp đệm sạch trên nền đất cứng. Đổ bê tông cột có chiều cao nhỏ hơn 5m và tường có chiều cao nhỏ hơn 3m thì nên đổ liên tục. Cột có kích thước cạnh nhỏ hơn 40cm, tường có chiều dầy nhỏ hơn15cm và các cột bất kì nhưng có đai cốt thép chồng chéo thì nên đổ liên tục trong từng giai đoạn có chiều cao 1,5m. Cột cao hơn 5m và tường cao hơn 3m nên chia làm nhiều đợt nhưng phải đảm bảo vị trí và cấu tạo mạch ngừng thi công hợp lí Bê tông dầm và bản sàn được tiến hành đồng thời, khi dầm có kích thước lớn hơn 80cm có thể đổ riêng từng phần nhưng phải bố trí mạch ngừng thi công hợp lý. Đầm bê tông : Đầm bê tông là nhằm làm cho hỗn hợp bê tông được đặc chắc, bên trong không bị các lỗ rỗng, bên mặt ngoài không bị rỗ, và làm cho bê tông bám chặt vào cốt thép. Yêu cầu của đầm là phải đầm kỹ, không bỏ sót và đảm bảo thời gian, nếu chưa đầm đủ thời gian thì bê tông không được lèn chặt, không bị rỗng, lỗ. Ngược lại, nếu đầm quá lâu, bê tông sẽ nhão ra, đá sỏi to sẽ lắng xuống, vữa ximăng sẽ nổi lên trên, bê tông sẽ không được đồng nhất. Khi đầm mặt phải kéo máy từ từ, các dải chồng lên nhau 5-10cm. Thời gian đầm ở 1 chỗ khoảng 30-50s. Bảo dưỡng bê tông : Bảo dưỡng bê tông tức là thực hiện việc cung cấp nước đầy đủ cho quá trình thuỷ hoá của xi măng-quá trình đông kết và hoá cứng của bê tông. Trong điều kiện bình thường.Ngay sau khi đổ 4 giờ nếu trời nắng ta phải tiến hành che phủ bề mặt bằng để tránh hiên tượng ‘trắng bề mặt bê tông rất ảnh hưởng đến cường độ nhiệt độ 15oC trở lên thì 7 ngày đầu phải tưới nước thường xuyên để giữ ẩm, khoảng 3 giờ tưới 1 lần, ban đêm ít nhất 2 lần, những ngày sau mỗi ngày tưới 3 lần. Tưới nước dùng cách phun (phun mưa nhân tạo), không được tưới trực tiếp lên bề mặt bê tông mới đông kết. Nước dùng cho bảo dưỡng, phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật như nước dùng trộn bê tông. Với sàn mái có thể bảo dưỡng bằng cách xây be, bơm 1 đan nước để bảo dưỡng. Trong suốt quá trình bảo dưỡng, không để bê tông khô trắng mặt. CHƯƠNG 6 THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP Công Nghệ Thi Công Kết Cấu Nhịp Thi công kết cấu nhịp bằng công nghệ giá ba chân. Thi công nhanh chóng và giãm được chi phí xây dựng do không phải xây dựng trên đà giáo trụ tạm, không gây cản trở giao thông. Tổ chức thi công Sơ đồ bố trí thi công Trình tự thi công Chế tạo các phiến dầm trong công xưởng đó vận chuyễn đến công trường bằng xe chuyên chở hoặc tiến hành đúc dầm ngay tại bãi đúc đầu cầu. Lắp hệ thống đường ray, xe goòng để di chuyễn giá 3 chân và các phiến dầm ra vị trí nhịp Lắp giá 3 chân trên nền đường đầu cầu. Sau đó di chuyễn trên đường ray ra ngoài sông cho đến khi kê được chân trước lên đỉnh trụ. Di chuyễn dầm bằng xe goòng trên đường ray. Dùng bộ múp của xe trượt số 1 treo đở đầu trước của dầm sau đó tiếp tục di chuyễn cho đến khi đầu sau của dầm đến bên dưới xe trượt thứ 2. Treo dầm bằng cả 2 xe trưếnợt và tiếp tục di chuyễn dầm vào vị trí. Tiến hành sàng ngang và hạ phiến dầm xuống gối: hạ xuống gối cố định trước và gối di động sau Tiến hành đổ bê tông các dầm ngang để liên kết các phiến dầm. Tiếp tục thi công các nhịp tiếp theo bằng cách di chuyễn giá 3 chân trên hệ Lao giá 3 chân ra vị trí lắp dầm Lao dầm ra vị trí của giá lao dầm Lắp dầm lên nhịp Cấu tạo của bộ giá lao ba chân