Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo
THI ẾT ẾT
Tính toán thiết kế thi công một trụ cầu dưới
sông
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 kèm với cọc ván.
+ Tính và chọn búa đóng cọc ván.
2- Trình bày biện pháp thi công hệ móng cọc đóng
+ Tính toán phân đoạn cọc
+ Tính và 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 hệ 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 đứng theo cường độ và biến dạng.
Yêu cầu:
- Trình bày thuyết minh trên giấy A4, bản vẽ trên giấy A1. Trên bản vẽ thể hiện:
+ Mặt bằng, mặt đứng vòng vây cọc ván, các chi tiết của vòng vây cọc ván.
+ Sơ đồ biện pháp thi công đóng cọc
+ bản vẽ hệ ván khuôn đổ bệ cọc và thân trụ.
Các số liệu thiết kế:
Số hàng cọc: 10 hàng
Số cột: 4 cột
Số lượng cọc: n = 4.10 = 40 cọc
Chiều sâu đóng cọc: L
c

Trước hết cần xác định phạm vi hay diện rộng của lớp bê tông bịt đáy, ở đây, lớp bê tông
bịt đáy phủ kín đáy của hố móng. Kích thước đáy hố móng được xác định sao cho có thể
thi công thuận tiện một cái bệ có thể chứa được số lượng cọc theo như đề ra ( 40 cọc ).
Khoảng cách giữa các cọc bằng 3 đến 5 lần đường kính cọc, ta chọn khoảng cách giữa
các cọc là 1,6m.Mép cọc ngoài cùng cách mép bệ ít nhất là 50cm. Với các thông số như ở
trên, ta chọn được kích thước sơ bộ của bệ cọc để đảm bảo bố trí đủ số lượng cọc.
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 2
Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo
Kích thước của bệ cọc được chọn như sau:
A
1
= 15,8m
B
1
= 6,2m
Kích thước hố mọng được chọn phải rộng hơn kích thước bệ cọc mỗi bên từ 0,5m đến
1m để bố trí ván khuôn bệ và để thuận tiện trong quá trình thi công lắp ván khuôn.
Chọn kích thước hố móng như sau:
A = 16,5m
B = 7m
Chọn chiều dày 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 cọc và trọng
lượng lớp bê tông bịt đáy.

( )
F.hh.h U.nF.h.
1nBT
+γ≥τ+γ
Trong đó:
γ

h là chiều dày lớp bê tông bịt đáy.
Từ công thức trên, ta tính được chiều dày lớp bê tông bịt đáy tối thiểu là:

877,0
F U.nF.
F.h.
h
nBT
1n
=
γ−τ+γ
γ
=
Ta chọn chiều dày lớp bê tông bịt đáy là 1m.
Từ đó ta tiến hành đổ bê tông bịt đáy bằng phương pháp vữa dâng
Bán kính hoạt động của mỗi ống là 1m
Diện tích hoạt động của mỗi ống là π.r
2
= 3,14.1
2
= 3,14 m
2
Số ống cần thiết là:

78,36
14,3
5,115
r.
F
n

d
2
1
E γγ=
Trong đó:

437,0
2
26
4
tg
24
tg
22
a
=






−
π
=






+=+γ=
Điểm đặt này cách chân cọc 1 đoạn là 1/3.(d+6)
Áp lực bị động của đất:

2
đnbb
d
2
1
E γγ=
Trong đó:

4,69
2
26
45tg
24
tg
22
b
=






+=



3
1
3
3
3
≤−++

Giải bất phương trình trên ta tìm được
m27,4d ≥
Chọn đoạn ngàm vào đất của cọc ván là 5m.
3.Tính toán cọc ván thép:
Ta tính các lực tác dụng vào cọc ván trong giai đoạn bất lợi nhất, qua đó chọn loại cọc
cho phù hợp.
Tính cọc ván ở giai đoạn đã đổ bê tông bịt đáy và hút hết nước hố móng, khi đó sơ đồ
tính cọc ván, để cho đơn giản, ta xem như là sơ đồ của dầm giản đơn, có 2 gối: tại vị trí
vách chống và vị trí cách lớp bê tông bịt đáy 0,5m. Tải trọng tác dụng gồm có tải phân bố
đều dạng tam giác do áp lực nước.
Sử dụng phần mềm Sap, ta tính được nội lực cọc ván và các phản lực như sau:
M
max
= 23.6 T.m
N
A
= 14.33 T
σ = 1,9.10
4
T/m
2
là ứng suất cho phép của cọc ván
Mômen chống uốn cần thiết:

r = 16,3 cm
Công thức kiểm tra độ ổn định:

σ≤
φ F.
R
Trong đó: Φ là hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh của cọc ván:

4.67
r
L
=
Với L là độ dài của cọc ván, L = 11m
Tra bảng ta được Φ = 0,42
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 6
Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo
Thay vào công thức kiểm tra ổn định ta được:

2242
cm/T9,1m/T10.9,1cm/T433,1
4,71.42,0
99,42
F.
R
==σ≤==
φ
(đạt)
5.Tính toán nẹp ngang:
Nẹp ngang coi như dầm liên tục, kê trên gối chịu tải trọng phân bố đều. Khoảng cách
giữa các gối chính là khoảng cách giữa các văng chống, là 3m.

chống
= 947cm
3
6.Biện pháp thi công vòng vây cọc ván, chọn loại búa:
- Cọc ván được thi công bằng núa rung chấn động. Búa và các cọc ván được tập kết trên
xà lan tại vị trí cần đóng cọc ván.
- Xà lan phải được neo cố định bằng các neo xung quanh. Có thể neo vào vật cố định trên
bờ hoặc neo xuống đáy sông bằng các khối bê tông nặng. Lực neo có được do trọng lượng
của các khối bê tông nặng và do ma sát của chúng với đáy sông. Khi cần đóng các cọc
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 7
Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo
khác, có thể di chuyển xà lan tới các vị trí đóng cọc bằng tời kéo và tời hãm đặt ở các dây
neo. Phải đồng thời kéo tời kéo và thả tời hãm nhịp nhàng, đảm bảo xà lan không bị va vào
các cọc đã đóng trước.
- Búa để đóng cọc chỉ có thể là búa rung, vì nếu dùng các loại búa đóng khác có thể làm
đầu cọc ván bị hỏng và không thể lắp các cọc ván tiếp theo vào được. Không nhất thiết
phải đưa cọc đến cao độ thiết kế, nếu gặp đá mồ côi, có thể không cần phải đóng tiếp.
- Để đảm bảo việc hợp long các vòng vây ván được dễ dàng, đồng thời tăng độ cứng của
vòng vây, ngay từ đầu nên ghép các cọc ván theo từng nhóm để hạ. Trước khi hạ cọc ván
phải kiểm tra khuyết tật của cọc ván. Đồng thời kiểm tra độ thẳng, độ đồng đều của khớp
mộng bằng cách luồn thử vào khớp mộng một đoạn cọc ván chuẩn dài từ 1,5 đến 2m.
- Để xỏ và đóng cọc ván được dễ dàng, khớp mộng của cọc ván phải được bôi trơn bằng
dầu mỡ. Phía khớp mộng tự do (phía trước) phải bít chân lại bằng một miếng thép để khi
xỏ và đóng cọc ván sau được dễ dàng.
- Phải đảm bảo cọc đóng theo phương thẳng đứng. Nếu cọc ván nghiêng lệch ra khỏi mặt
phẳng của tường vây có thể dùng tời chỉnh lại vị trí. Trong trường hợp bị nghiêng lệch
trong mặt phẳng của tường cọc ván thì thường điều chỉnh bằng kích và dây neo.
- Lúc đầu hạ đến một độ sâu nào đó, cùng hạ tất cảc các cọc đến một độ sâu nào đó. Thực
hiện hợp long vòng vây cọc ván. Phải điều chỉnh sao cho khoảng cách hợp long vừa đủ bề
rộng 1 cọc. Nếu không được như trên, hay khoảng cách hợp long không bằng nhau ở trên

đóng cọc vào đất. Ngoài ra việc bố trí trình tự đóng cọc cần đảm bảo cho chất lượng của
công trình được đúng như yêu cầu của thiết kế.
Nếu trong hố móng có các cọc đứng và cọc nghiêng thì nên đóng cọc nghiêng trước, rồi
sau đó mới đóng các cọc đứng sau.
Khi số lượng cọc nhiều mà khoảng cách các ccọ lại ngắn thì trình tự đóng cọc có ảnh
hưởng rất nhiều đến độ chặt của đất. Khi đóng cọc theo từng dãy thì đất sẽ bị dồn và ép
chặt theo hướng tiến của đường đóng cọc, đồng thời mặt đất cũng bị phồng lên theo hướng
này. Hiện tượng này có thể gây ra sự dịch chuyển của công trình hoặc khối đất gần những
dãy đóng cọc cuối cùng của hố móng và làm ảnh hưởng đến chất lượng các công trình
xung quanh.
Nếu đóng cọc theo vòng trôn ốc từ ngoài vào trong thì sẽ gây ra hiện tượng nén chặt đất
ở giữa và những cọc cuối cùng rất khó đóng cho đúng độ sâu thiết kế.
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 10
Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo
Từ những điều trên và theo trường hợp cụ thể của bài thiết kế, ta chọn trình tự đóng cọc
như sau:
4.Tính toán và chọn búa đóng cọc:
Theo công thức kinh nghiệm, năng lượng của một nhát búa phải lớn hơn hoặc bằng 25
lần khả năng chịu lực giới hạn của cọc.
Ta tính toán sơ bộ khả năng chịu lực giới hạn của cọc:
Theo kinh nghiệm, khả năng chịu tải tính toán của cọc 40x40 là 3T/m
Ở đây, cọc dài tổng cộng 40m nên sức chịu tải tính tóan của một cọc là: 3.40 = 120T
Năng lực đóng một nhát búa tối thiểu phải bằng 25 lần khả năng chịu lực giới hạn của
cọc nên năng lực đóng một nhát búa tối thiểu là 120.25 = 3000T
Với năng lực đóng búa như trên, hầu như không có loại búa điêzen nào phù hợp để đóng.
Do đó ở đây ta nên dùng búa thủy lực.
Búa thủy lực có thể có năng lương xung kích lớn, bộ phận xung kích có thể được chế tạo
có trọng lượng từ 2,1-2,4T, búa nâng cao đến 1,2m, do đó có thể đóng các cọc đường kính
lớn xuống đến độ sâu 50-100m. So với búa Điêzen đang dùng phổ biến hiện nay thì năng
lượng xung kích lớn hơn rất nhiều ( Trọng lượng của bộ cung kích búa điêzen lớn nhất hiện

cọc và đóng vòng vây cọc ván (trình tự đóng cọc và vòng vây như đã trình bảy ở trên), sau
đó xử lý hố móng, cần đặt bệ sâu xuống mặt đất thì nên thi công theo trình tự ngược lại vì
khi đó cho phép quá trính đào đất bằng cơ giới như gầu ngoặm, máy hút xói bùn.
Ván khuôn đổ bê tông cọc tựa vào vòng vây cọc ván.
Chi tiết ván khuôn đổ bệ cọc và cách bố trí ván khuôn, khung chống, hệ đỡ được thể hiện
trong bản vẽ.
+ Diện tích bệ: F = 97,96 m
2
.
+ Chiều cao bệ: H
1
= 2 m
+ Chọn 2 loại máy trộn bê tông loại C330 với công suất trộn bê tông của mỗi máy
là:
W = 10,5 m
3
/h
Vậy trong 4h có thể trộn một thể tích là V = 84 m
3
.
Từ đó ta suy ra chiều cao lớp bê tông mà trạm trộn có thể trộn được trong 4h là:
h = 0,857 m
Chọn tốc độ thi công là h
o
= 0,75 m/h. Chiều cao biểu đồ áp lực vữa là H = 4.h
o
= 4.0,75
= 3 m
Khi đổ bê tông, chọn đầm dùi có bán kính tác dụng: R = 0,75m
Suy ra h > 2R

= 0,5cm
Chiều dày sườn đứng và sướn ngang: δ
stc
= 0,5cm
Chiều cao sườn đứng và sườn ngang: h
stc
= 5cm
Kích thước mãng ván tiêu chuẩn: 2x1 m
Các mảng ván khuôn được nối ghép với nhau bằng bulông. Hệ nẹp đứng, nẹp ngang sử
dụng thép góc 100x100x10. Khoảng cách giữa các nẹp đứng và nẹp ngang là 1,5m.
Hệ thanh giằng được bố trí dạng hình hoa mai, thanh giằng bằng thép Φ20, nhóm AII,
lưới thanh giằng là 1,5x1,5m.
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 16
Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo
Sườn tằng cường 0,5x5 cm
Các thép la của ván khuôn được tính toán như bản kê 4 cạnh ngàm cứng.
Kiểm tra độ võng giữa nhịp của ván khuôn thép:
Công thức kiểm tra:

cm
250
l
.E
b.q
.f
3
4tc
qđ
≤
δ

3
4
3
4tc
qđ
==≤==
δ
β=
(thỏa)
Kiểm tra điều kiện bề của ván thép:
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 17
Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo
Mômen uốn lớn nhất được tính theo công thức:
M = α.q
tt
qđ
.b
2
Tra bảng 4.4 (GT xây dựng cầu) với a/b = 1, ta được α = 0,0513
Từ đó ta tính được mômen lớn nhất như sau:
M = α.q
tt
qđ
.b
2
= 0,0513.2,6.0,5
2
= 0,0333 Tm
Công thức kiểm tra:


−
(thỏa)
b.Tính nẹp ngang:
Các thanh nẹp ngang có cấu tạo là một khung nhỏ khép kín. Khung này chịu áp lực
ngang của bê tông. Mômen uốn trong tiết diện nẹp ngang được tính theo công thức:

( )
l.10
H.25,0l.H.a.q
M
2tt
qđ
−
=
Trong đó:
a = 1,5m chiều dài tính toán của thanh nẹp ngang
H = 3m chiều cao lớp đổ bê tông trong 4h
l = 1,5m chiều dài ảnh hưởng do tấm ván gây lên nẹp ngang.
Thế vào công thức trên, ta tính được mômen uốn trong tiết diện ngang như sau:

( )
( )
8775,0
5,1.10
3.25,05,1.3.5,1.6,2
l.10
H.25,0l.H.a.q
M
2
2tt

S
tt
qđ
=
−
=
−
=

Chọn thanh thép nẹp là thành thép góc L100x100x10 có:
F = 19,20 cm
2
J = 179 cm
4
W = 58,69 cm
3

Công thức kiểm tra:

2
cm/KG1900R
W
M
F
S
=≤+=σ
Thế các giá trị vừa tính toán được ở trên vào công thức kiểm tra ta được:

222
64

2
Thay vào công thức trên ta tính được lực tác dụng lên thanh giằng:
T = F
al
.q
tt
qđ
= 2,25.2,6 = 5,85 T
Thanh giằng là thanh chịu kéo đúng tâm, vậy ta chọn thanh thép Φ20 làm thanh giằng.
Công thức kiểm tra độ bền:

[ ]
σ≤=σ
F
T
Diện tích thanh giằng: F = 3,14 cm
2

Từ đó suy ra
[ ]
22
3
cm/KG1900cm/KG1863
14,3
10.85,5
F
T
=σ≤===σ
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 19
Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo

3
.
Từ đó ta suy ra chiều cao lớp bê tông mà trạm trộn có thể trộn được trong 4h là:
h = 2,667 m
Chọn tốc độ thi công là h
o
= 0,75 m/h. Chiều cao biểu đồ áp lực vữa là H = 4.h
o
= 4.0,75
= 3 m
Khi đổ bê tông, chọn đầm dùi có bán kính tác dụng: R = 0,75m
Suy ra h > 2R
Sơ đồ tải trọng tác dụng của ván khuôn:
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 21
Đồ án thiết kế môn học: Thi công cầu GVHD: Võ Vĩnh Bảo
Tải trọng tác dụng vào ván khuôn là:
+ Áp lực do dầm ngang gây ra:
q
d
= γ.R = 2,4.0,75 = 1,8 T/m
2

+ Lực xung kích khi đổ bê tông:
q = 0,2 T/m
2
Vậy áp lực tác dụng vào ván khuôn quy đổi là:
q
tc
qđ
= 1,8 +0,2 = 2 T/m


cm
250
l
.E
b.q
.f
3
4tc
qđ
≤
δ
β=
Trong đó:
q
tc
qđ
= 2 T/m
2
= 0,2 KG/cm
2
b = 50cm là chiều dài viền ván.
E = 2000000 KG/cm
2
là môđun đàn hồi của thép
δ = 0,5cm là chiều dày ván
l = 50cm là chiều dài nhịp ván
Với a = b = 50cm (các cạnh của ván khuôn) thì ta có được β = 0,0138
Thay vào công thức kiểm tra ta được:


Tra bảng 4.4 (GT xây dựng cầu) với a/b = 1, ta được α = 0,0513
Từ đó ta tính được mômen lớn nhất như sau:
M = α.q
tt
qđ
.b
2
= 0,0513.2,6.0,5
2
= 0,0333 Tm
Công thức kiểm tra:

2
cm/KG1900R
W
M
=≤=σ
Trong đó,
36
2
2
t
m10.0833,2
6
005,0.5,0
6
.b
W
−
==

Thế vào công thức trên, ta tính được mômen uốn trong tiết diện ngang như sau:

( )
( )
8775,0
5,1.10
3.25,05,1.3.5,1.6,2
l.10
H.25,0l.H.a.q
M
2
2tt
qđ
=
−
=
−
=
Tm
Lực kéo trong thanh nẹp ngang:

( )
l.2
H25,0l.H.B.q
S
tt
qđ
−
=
Trong đó:


2
cm/KG1900R
W
M
F
S
=≤+=σ
Thế các giá trị vừa tính toán được ở trên vào công thức kiểm tra ta được:

222
64
cm/KG1900Rcm/KG23,1897m/T3,18972
10.0833,2
8775,0
10.20,19
775,8
W
M
F
S
=≤==
+=+=σ
−−
c.Tính thanh giằng:
Thanh giằng chịu lực được xác định theo công thức:
T = F
al
.q
tt

Từ đó suy ra
[ ]
22
3
cm/KG1900cm/KG1863
14,3
10.85,5
F
T
=σ≤===σ
SVTH: Lê Quang Thịnh Trang 25