ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

CHƯƠNG I
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. Sinh viên tự chọn mực nước thi công, khổ thông thuyền, chiều dài nhịp,
khổ cầu.
2. Chọn loại cọc ván và kích thước vòng vây(nếu có).
3. Tính chiều sâu đóng cọc ván, cân nhắc có dùng khung chống, BTBD hay
không nếu có thiết kế với cọc ván thép.
4. Phân đoạn cọc, tính và chọn búa đóng cọc (nếu có), mô tả biện pháp thi
công cọc.
5. Thiết kế ván khuôn đổ bê tông móng và thân trụ.
6. Lụa chọn biện pháp đổ bê tông móng và thân trụ.
7. Tính toán tổ chức thi công kết cấu nhịp cầu.
8. Lập bảng tiến độ thi công cho trụ và kết cấu nhịp.
-



-

Loại địa chất DC1.

1. Lớp 1: Đất cát hạt vừa dày 5.5m :
L1 = 5.5m

γ 1 = 1.73

T
3 kg
3 =1.73 x 10
m
m3

φ1 = 220

2. Lớp 2: Đất sét pha cát dẻo vừa dày 7.5m :
L2 = 7.5m

γ 2 = 1.82 x 103

kg
m3

φ 2 = 100

3. Lớp 3: Đất sét chặt:
L3 = �

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.
-

Tính và lựa chọn búa đóng cọc ván.

1.2.3. Trình bày biện pháp thi công cọc khoan nhồi
-

Tính toán phân đoạn cọc..

-

Mô tả biện pháp thi công cọc khoan nhồi.

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

cấu tạo của công trình bên trên thi công sau này.
B
a1

TRUC TIM CAU
b1
b2

A
MA

T1

T2

MB

a2

C

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.
-

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.
2.4. 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.
+ Lắp khung dẫn hướng để giữ ống vách.
+ Gia công lồng thép.
+ Thi công cọc khoan nhồi

-

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.

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.

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ THI CÔNG
3.1. Thiết kế vòng vây cọc ván
3.1.1. Kích thước vòng vây
Chiều 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.
11600
9600

1000

8000



GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

H :chiều sâu cột nước tính từ đáy lớp bêtông bịt đáy đến mực nước thi công
H = 3,6 m
S :diện tích lớp BT bịt đáy, S= 11.6x8=92.8(m2)
So:diện tích hố móng: So=92.8-1.2x6=85.6(m2)
 n : dung trọng của nước,  n  1T / m 3
f1 : ma sát giữa cọc với bêtông bịt đáy, f  10T / m 2
U : chu vi một cọc,U=3.14x1.2 =3.77 m
Số cọc k=6 cọc
Chọn m=0.9, n= 0.9
h

3.6 92.8 1
0.89m
(0.9 85.6 2.5  6 x3.77 x10) x0.9

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   �R   �2  12.56 m

Số ống cần thiết : n 

S

Trang 6


ĐỒ ÁN MƠN HỌC THI CƠNG CẦU

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

q2   .H .1  1.2, 6.1  2, 6T / m

Trong đó :
 = 1T/m3

:Dung trọng của nước.

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  q 2 2 2.3  2.6 2
l 
8  2.4(Tm)
8
8

=> căng thớ trên.
Momen kháng uốn của dầm :
W


P
2 1 55

TL 1:70

2 2 00

KHUNG
VÀ
NH ĐAI

BỆMÓ
NG
THANH
CHỐ
NG

2 1 55

2 2 00

8 7 10

CỌC ĐỊ
NH VỊ

1205

2700



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.
3.1.3.2.1. Áp lực thủy tĩnh (P)
Áp lực nước có phạm vi ảnh hưởng từ lớp đất sét pha cát dẻo vừa đến mực nước

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

1
2

2
2
=> P6  nc  a đn t  1.2 0.455 0.73 5.5 6.028(T / m)

Trong đó :
n c  1.2 :hệ số áp lực chủ động của đất.
t =5.5m :Chiều sâu của cọc trong lớp 1.
2
3

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : X 6  5.5 3.667 m
=> M 6 P6 X 6 5.038 3.667 18.474(T )
Tương tự: với lớp 2:
đn w  n 1.82  1 0.82(T / m 3 ) .
1
2

1
2

=> P7  nc  a đn t 2  1.2 0.704 0.82 t 2 0.346t 2 (T / m)
2
3

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : X 7  t  5.5

 atb 

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

a1 h1  ha 2 h2 0.455 5.5  0.704 7.5

0.599
h1  h2
5.5  7.5

=> P5 1.5 1.1(5.5  t ) 0.599 1.2 6.523  1.186t (T / m)
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn : X 5 0.5 (t  5.5)

=>

2

M 5  P5 X 5 (6.523  1.186t ) 0.5 (t  5.5) 0.593t  6.523t  17.938(T )

3.1.3.2.5. Áp lực đất bị động
Hệ số áp lực đất bị động :
2
0
2
0
Lớp1: b tg ( 45  / 2) tg (45  22 / 2) 2.198
2
0
2
0

=> P9  nc b đn t  0.8 1.42 0.82 .t 0.466t (T / m)

2
3

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn: X 9  t  5.5
2
3




2
3
2
=> M 9  P9 xX 9 0.466t x t  5.5  0.311t  2.563t (T )

=> P10 nc xb xđn xt 0.8 x6.404t 5.123t (T )
1
2

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn: X 10  t  5.5
1
2




2
=> M 10  P10 xX 10 5.123t x t  5.5  2.562t  28.177t (T )

đồ như hình dưới.

Phản lực tại gối A : �M ( B)  0 � RA .3, 6  6, 48.1, 2 � RA  2,16(T / m)
Momen uốn lớn nhất tại điểm đặt của lực P1:
M max  R A x 2.4 

1
1
1
2
x1x 2.4 2 x x 2.4 2.16 x 2.4  x1x 2.4 2 x x 2.4 2.88(Tm / m)
2
3
2
3

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

SVTH:

Trang 12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

Dimensions
Section
Type

IA


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)


529

Dimensions and Sectional Properties

Chọn loai mặt cắt số I A, có bề rộng B = Ws = 400mm. Mômen tác dụng vào mặt
cắt này là:
M = Mmax . B = 2.88 x 0.4 =1.152(T.m)
Mômen kháng uốn của tiết diện là: W = 88cm3,ứng suất lớn nhất trong cọc cừ thép
là:
 max 

�kG �
M 1,152�105

 1309� 2 �
W
88
�cm �





Ứng suất cho phép của thép là:    1900 KG cm2 . Vậy sử dụng loại cọc trên để
làm hố móng.
Tổng chiều dài của cọc là: l = 1+3.6+5.5+1.5 = 11.6(m)
Chu vi vòng vây là =39.2 m. Vậy ta đóng như sau :
Phương ngang ta đóng 29 cây.
Phương dọc đóng 20 cây.

4000

3800

N1

11600

 Thanh vành đai ngắn:
q=2.16T/m
N1

N1

N3

N3

N4
4000

4000
8000

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

Trang 14



Trang 15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

Ứng suất lớn nhất:
max 

�kG �
�kG �
M N2 9,37�105 15,68�103



 757,14� 2 �
 ��


1900
� 2�
��
W F
1570
97,8
�cm �
�cm �


 Điều kiện 1: Lực kích động phải đủ lớn để hạ cọc vào trong đất :
Qd   .T

Trong đó :
n

T ux f i ' xhi 1.14 x(1.2 x5.5  1.7 x1.5) 10.431T : lực cản của đất tác dụng vào
i 1

cọc khi đóng đến chiều sâu tối đa .Với :
u = (400  2.85).2  1140 mm =1.14m chu vi cọc ván thép
fi' =1.2 t/m2 :lực ma sát đơn vị
hi : 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 :
Qd  xT  Qd 1x10.431 10.431(T )

Với búa đã chọn :

SVTH:

Trang 16


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU
Qd 

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU



Thay vào :
Q q��
q p �۳
p.F

1 

Q  q  qp
Qd

4, 7 0, 2698 1,5.103.45, 21

 2 � 0,15 

4,9698 0, 068

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 khoan nhồi:
3.2.1. Tính toán phân đoạn các lồng thép cọc khoan nhồi và thứ tự khoan
cọc:
Chiều sâu cọc trong đất là 50m, lớp bêtông bịt đáy dày 1m, chiều sâu ngàm cọc
trong đài (kể cả phần thép chờ) là 0.8m, tổng chiều dài cọc là 50.8m, nên chọn
Lc=50.8m.Ta
có
thể


1200

4

5

6
1200

3600

3600

1200

9600

3.2.2Thi công cọc khoan nhồi:
- Theo điều kiện địa chất: lớp 1 là đất cát hạt vừa, lớp 2 là đất sét pha cát dẻo,
lớp 3 là đất sét chặt và vị trí trụ thi công ở giữa sông và có nước mặt nên ta
chọn phương pháp khoan tạo lỗ dùng ống vách.
*Ưu điểm của cọc khoan nhồi:
+ Rút bớt được công đoạn đúc sẵn cọc, do đó không còn các khâu xây dựng bãi
đúc, lắp dựng ván khuôn, chế tạo mặt bằng hoặc mối nối cọc. Đặc biệt không
cần điều động những công cụ vận tải và bốc xếp cồng kềnh trong khâu vận
chuyển cẩu lắp phức tạp .
+ Vì cọc đúc ngay tại móng, nên có khả năng thay đổi kích thước hình học, chẳng
hạn chiều dài, đường kính cọc và số lượng cốt thép so với bản vẽ thiết kế, để phù
hợp với thực trạng của đất nền được phát hiện chính xác hơn trong quá trình thi

sông, vì vậy không có lợi về mặt thi công .
+ Rất dể xảy ra khuyết tật ảnh hưởng đến chất lượng cọc, chẳng hạn :
- Hiện tượng thắt hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi đi qua
nhiều lớp đất đá khác nhau.
- Bê tông xung quanh cọc dể bị rửa trôi lớp xi măng khi gặp mạch ngầm và gây ra
hiện tượng rổ “kẹo lạc’’
- Ngoài ra còn rất nhiều nguyên nhân chủ quan khác làm cho cọc khoan nhồi kém
chất lượng
+ Thi công cọc đúc tại chổ thường phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết
+ Hiện trường thi công cọc dể bị lầy lội.
* Trình tự thi công cọc khoan nhồi gồm các bước sau đây:
*Công tác chuẩn bị thi công:
- Khi thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần phải điều tra và thu thập các
tài liệu sau:
+ Bản vẽ thiết kế móng cọc khoan nhồi, khả năng chịu tải, các yêu cầu thử tải
và phương pháp kiểm tra nghiệm thu.
+ Tài liệu điều tra về mặt địa chất, thủy văn nước ngầm.

SVTH:

Trang 19


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

+ Tài liệu về bình đồ, địa hình nơi thi công, các công trình hạ tầng tại chổ như
đường giao thông, mạng điện, nguồn nước phục vụ thi công.
+ Nguồn vật liệu cung cấp cho công trình, vị trí đổ đất khoan.

Trang 20


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

+ Lập bản vẽ thể hiện các bước thi công, các tài liệu hướng dẫn các thao tác thi
công đối với các thiết bị chủ yếu, lập qui trình công nghệ thi công cọc khoan
nhồi để hướng dẫn, phổ biến cho cán bộ, công nhân tham gia thi công làm chủ công
nghệ
- Mặt bằng thi công phụ thuộc vào địa hình: ở đây ta sử dụng hệ phao nổi để
đặt máy khoan và neo cố định hệ thống phao nổi.
Công tác khoan tạo lỗ dùng ống vách:
- Ống vách có tác dụng ngăn không cho đất bên ngoài sạt lở vào hố móng, ống
vách thường lắp chân xén bằng hợp kim cứng và sắt.
- Dùng thiết bị khoan, đưa ống vách vào đất và chuyển đất từ cọc nhồi ra bằng
thiết bị khoan tự hành.
Định vị lắp đặt ống vách:
- Ngoài việc sử dụng các lọai máy móc thiết bị trên để đo đạc và định vị cần
dùng thêm hệ thống khung dẫn hướng. Khung dẫn hướng dùng để định vị ống
vách phải đảm bảo ổn định dưới tác dụng của lực thủy động.
. Thiết bị hạ ống vách:
- Sử dụng búa rung đóng ống vách xuống kết hợp với việc lấy đất bên trong
lồng ống vách bằng máy khoan.
Chuẩn bị khoan:
- Trước khi thi công cọc khoan nhồi, cần phải chuẩn bị đầy đủ hồ sơ tài liệu,
thiết bị máy móc và mặt bằng thi công đảm bảo yêu cầu sau:
+ Khoan thăm dò địa chất tại vị trí có lỗ khoan
+ Chế tạo lồng thép.

- Đối với những cọc có đường kính lớn, không được nâng chuyển lồng cốt thép
tại 1 hoặc 2 điểm, phải giữ lồng cốt thép tại nhiều điểm để tránh biến dạng .
+ Lồng cốt thép phải được giữ cách đáy lỗ khoan 10cm.
+ Lồng cốt thép sau khi hạ và ống thăm dò phải thẳng và thông suốt .
. Đổ bêtông cọc theo phương pháp di chuyển thẳng đứng ống dẫn:
- Khi đổ bêtông cần tuân thủ các quy định sau:
+ Trước khi đổ bêtông cọc khoan, hệ thống ống dẫn được hạ xuống cách đáy
hố khoan 20cm. Lắp phểu đổ vào đầu trên ống dẫn.
+ Treo quả cầu đổ bêtông bằng dây thép hoặc dây thừng. Quả cầu được đặt
thăng bằng trong ống dẫn tại vị trí dưới cổ phểu khoảng 20-40cm và phải tiếp
xúc kín khít với thành ống dẫn.
+ Dùng máy bơm rót dần bêtông vào cạnh phểu, không được rót trực tiếp
bêtông lên cầu làm lật cầu.
+ Khi bêtông đầy phểu, thả sợi dây thép giữ cầu để bêtông ép cầu xuống và
tiếp tục cấp bêtông vào phểu.
+ Phải đổ bêtông với tốc độ chậm để không làm dịch chuyển lồng thép và
tránh bêtông bị phân tầng.

SVTH:

Trang 22


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

+ Trong quá trình đổ bêtông phải giữ mũi ống dẫn luôn ngập vào trong bêtông
tối thiểu là 2m và không vượt quá 5m. Không được cho ống chuyển động
ngang. Tốc độ rút hạ ống khống chế khoảng 1,5m/phút.

Trang 23


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THI CÔNG CẦU

GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU

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:
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

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 = 0.28(m)
(đầm trong)
Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là:
v

 

 

4
0.069 m  0.5 m
h
h
57.6

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

 m  658kG m 

p xh 2.35 x0.28 0.658 T

2

2