ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

MỤC LỤC
Chương 1 : Giới thiệu chung
1. Số liệu đầu vào :......................................................................................................3
2. Nội dung thiết kế :........................................................................3
1 - Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn:.....................3
2 – Trình bày biện pháp thi công hệ móng cọc:.....................4
3 – Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc:.........................................4
4 – Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ:.......................................4
3. Lựa chọn các số liệu còn lại :....................................................4
Chương 2 : Sơ lược trình tự thi công
1. Công tác đònh vò hố móng :.......................................................5
2- Công tác chuẩn bò mặt bằng, bố trí công trường :.............6
3. Thi công trụ cầu :...........................................................................6
Chương 3 : Thiết kế thi công
1. Thiết kế vòng vây cọc ván :
7
1.1 Kích thước vòng vây :.................................................................7
1.2Chọn loại cọc ván:.........................................................................8
1.3 Xác đònh bề dày lớp BT bòt đáy :...........................................8
1.4 Tính độ ổn đònh của kết cấu vòng vây cọc ván trong
các giai đoạn thi công :....................................................................10
1.4.1 Giai đoạn 1 :..........................................................................10
1.4.2 Giai đoạn 2:...........................................................................10
1.4.2.1 p lực thủy tónh (P):............................................................11
1.5.1 Kiểm tra cọc ván thép :.........................................................15
1.5.2 Tính toán khung vành đai :......................................................16
1.5.3 Tính toán thanh chống.............................................................19

khuôn:.............................................................................................3327
4.2 Thiết kế ván khuôn :...............................................................34
4.3.1 Kiểm tra ván thép :...............................................................36
4. Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ :............................37
4.1 Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống và hệ đỡ ván
khuôn:.............................................................................................3727
4.2 Thiết kế ván khuôn :...............................................................37

SVTH:

Page 2


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

CHƯƠNG 1 :
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Số liệu đầu vào :
- Phạm vi đồ án : Thiết kế thi công cho một trụ cầu dưới
sông .
- Nội dung thiết kế :
1. Thiết kế hệ vòng vây cọc ván thép ngăn.
2. Trình bày biện pháp thi công hệ móng cọc.
3. Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc.
4. Thiết kế ván khuôn đổ thân trụ.
- Qui mô công trình :
+ Số hàng cọc:


2

1,73

T
m3

= 220

 Lớp 2: Đất sét pha cát dẻo vừa dày :
L2 = 7.5m
kg
m3

=

γ2 = 1,82 . 103

= 100

 Lớp 3: Đất sét cứng vừa:
L3 = ∞

γ3 = 1,89.103

kg
m3

- Chiều cao thân trụ tính từ đỉnh 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.
3. Lựa chọn các số liệu còn lại :
Sơ đồ vò trí các cọc như hình vẽ :

Chiều sâu mực nước thi công tại tim trụ :Hn=3m
Chiều cao cọc phía trên mặt đất : Lc2 = Hn- H1-0,5= 1 m
Chiều cao bệ cọc : H1 = 1,5m.
Kích thước thân trụ : 2,4 x 6,8 m.
Kích thước mũ trụ : 2,4 x 6,8 m ( bằng thân trụ).
Cọc 30x30. Sức chòu tải Ptk = 2T/m.
----------------------------------------

SVTH:

Page 4


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

CHƯƠNG 2 :
SƠ LƯC TRÌNH TỰ THI CÔNG
1. Công tác đònh vò hố móng :


-

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

-

Xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng,hệ thống đường
công vụ, đường nội bộ,bãichứa vật liệu cho công

SVTH:

Page 5


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

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 :


Page 6


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

- 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 bò 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

công tối thiểu là 0,7m. Chọn là 1m. Vậy cọc ván phải có
chiều cao tính từ mặt đất là 4m.
1.2

Chọn loại cọc ván:

Tổng chiều dài cọc ván cần thiết là (10.5 + 4.5)x2=30 m.
chọn lọai cọc ván do Hàn Quốc sản xuất. Còn cụ thể loại
nào thì sau khi xác đònh được nội lực ta sẽ chọn sau.
1.3 Xác đònh bề dày lớp BT bòt đáy :
Lớp bê tông bòt đáy được xác đònh 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
bòt đáy.
Bề dày lớp bêtông bòt đáy :
h≥

K.H.F.γ n
(F.γ c + n.U.f1 )

Trong đó :
K :hệ số an toàn, K = 1.3
H :chiều sâu cột nước tính từ đáy lớp bêtông bòt đáy
đến mực nước thi công
H =3 m
F :diện tích hố móng, F= 10.5 x 4.5 = 47.25 m 2
γ n : dung trọng của nước, γ n = 1T / m 3

SVTH:



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 = 1.3.1 = 3T / m

Trong đó :

γ =1T/m3

:Dung trọng của nước.

H=3m

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

1m

: Bề rộng của dải BTBD đang xét.

cơng.
Nội lực phát sinh trong dầm :
M max =


=
= 10, 42 T / m 2 = 1, 04 kG / cm 2 < [σ ]btk = 10 kG / cm 2
W
0,17

Vậy lớp BTBD thỏa mãn điều kiện cường độ .
1.4 Tính độ ổn đònh 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 bòt đáy.

cọc đònh vò
L=8m

hệthanh giằ
ng

cọc vá
n thé
p
lassen L=8m

chi ti?t A

bệcọc

chi ti?t C

hệkhung chố

1.00

pmax

pbq

3.00

O
Edb

1.0
Edc

t

Gọi t là chiều sâu ngàm cọc trong đất, chiều sâu này
được tính từ mặt trên của lớp lớp 2. Khi có lớp bêtông bòt
đáy, t được xác đònh từ điều kiện đảm bảo ổn đònh chống
quay của tường cọc ván chung quanh trục tựa của nó vào
điểm O nằm cách mặt trên của lớp bêtông bòt đáy 1
m(trên hình vẽ).
Điều kiện để đảm bảo ổn đònh 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 bò động.
m : hệ số an toàn.
1.4.2.1 p lực thủy tónh (P):


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

1
t
2

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

1.4.2.2 p lực thủy động (Pn):
Lực xung kích bình quân của nước chảy xác đònh theo công
thức :
m.v 2
P = K1.K 2 .
2g
n
bq

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.


Lớp 1:
2
0
2
0
Lớp 2: λ a = tg ( 45 − ϕ / 2 ) = tg ( 45 − 7,5 / 2 ) = 0.77

Dung trọng đẩy nổi của đất :
3
Lớp 1: γ dn = γ w − γ n = 1.52 − 1 = 0.52 ( T / m )

SVTH:

Page 12


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

1
1
P6 = .n c .λ a .γ dn .t 2 = × 1.2 × 0.84 × 0.5 × 12 = 0.26
2
2
Trong đó :
n c = 1.2 :hệ số áp lực chủ động của đất.
t =1

:Chiều sâu của cọc trong lớp 1


Trong đó :
n c = 1.2 : hệ số áp lực chủ động của đất.
γ 'c : dung trọng đẩy nổi của bêtông trong nước
γ 'c = γ c − γ n = 2.5 − 1 = 1.5 ( T / m 3 )
P5 = γ c' .1.t.λ a .n c = 1.5 × 1 × t × 0.77 × 1.2 = 1.4 × t

Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn :
x 5 = 0,5t
M 5 = P5 × x 5 = 0.7 × t 2

1.4.2.5 p lực đất bò động (Edb=P4):
Hệ số áp lực đất bò động :
2
0
2
0
Lớp 1: λ a = tg ( 45 + ϕ / 2 ) = tg ( 45 + 5 / 2 ) = 1,18
2
0
2
0
Lớp 2: λ a = tg ( 45 + ϕ / 2 ) = tg ( 45 + 7,5 / 2 ) = 1, 29

SVTH:

Page 13


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

1
1
P8 = .n c .λ a .γ dn .(t − 1) 2 = × 0,8x1, 29 × 0.741(t − 1) 2 = 0.38(t − 1) 2
2
2
Điểm đặt của áp lực này cách tâm O một đoạn :
x 8 = (t − 1)
1
1
M 8 = .n c .λ a .γ dn .(t − 1) 2 = × 0,8 × 1, 29 × 0.741x(t − 1) 2 = 0.4(t − 1) 2
2
2
1.4.2.6 Kiểm tra điều kiện ổn đònh chống lật :
Điều kiện : M g .m ≥ M l
m = 0.88 : hệ số điều kiện làm việc (tra toán đồ 4.20 “Tính
toán và thiết kế thi công cầu”_Phạm Huy Chính), lấy cho
trường hợp hút toàn bộ nước ra khỏi hố móng tại nơi ngập
nước .
Momen gây lật :
n
M l = M1 + M 5 + M 6 + M 7 + M bq
= 4,5 + 0,7t 2 + 0,17 + 0, 4.(t − 1) 2 + 0, 4275

Momen giữ :
M g = M 2 + M 4 + M 8 = 1,5t 2 + 0,17 + 0, 4(t − 1) 2
Chọn t = 3,5 m ( M l = 16,17 (thoả)
Vậy chiều sâu đóng cọc ván cần thiết là 3,5m

SVTH:

P1
=4,5t/m

p lực thủy tónh

1.0
O

3t/m²

1.0

B

Phản lực tại gối A :

∑ M ( B) = 0 ⇔ R .3 = 4,5.1 ⇒ R
A

A

= 1,5(T / m)

Momen uốn lớn nhất tại điểm đặt của lực P1:
1
1
M max = RA .2, 0 − .1.2, 02. .2, 0 = 1,5.2, 0 − 1,33 = 1, 67 (Tm/m)
2
3



m2/m

0.47

mm

8.0

Sectional
Area
(A)

Weight
(W)

cm2

kg/m

45.21

35.5

Per Linear Meter of Wall
Moment of Setion
Inertia
Mod-ulus
(Lx)
cm4

88.8

4,500

529

Chọn loại mặt cắt số I A, có bề rộng B = 400mm.
Mômen tác dụng vào mặt cắt này là:
M = Mmax . B = 1,67 x 0,4 =0,668(T.m)

SVTH:

Page 15


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

Mômen kháng uốn của tiết diện là: W = 88cm 3. ứng
suất lớn nhất trong cọc cừ thép là:
σ max =

M 0,668× 105
 kG 
=
= 759
2÷
W
88

Sơ đồ tính của vành đai cọc ván thép như hình vẽ dưới:
q=1,5T/m

Thanh vành đai dài

Thanh vành đai ngắn

Thanh chống

SVTH:

Page 16


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

Đưa về sơ đồ tính vành đai như sau:
• Thanh vành đai dài:
q=1,5T/m
N3

N3
N1

N2

N2
3.10


Page 17


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

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

=

Lực dọc (do thanh ngắn truyền qua N3):

N3

=

1,41(T.m)
1,3(T)

M N1 1,41× 105 1,3× 103
 kG 
 kG 
+
=
+
= 785,9
< σ = 1900
2÷ [ ]
2÷
W F
183,181
80,41
 cm 
 cm 

Page 18


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

Vậy chọn thép chữ U mã hiệu No30 .
1.5.3 Tính toán thanh chống.
Thanh chống được tính toán với sơ đồ một thanh chòu nén.
Lực tác dụng vào thanh chống chính bằng phản lực gối tựa
của vành đai. Lấy giá trò lớn nhất để tính, N = 5,11 (T). Tiết
diện thanh chống ta chọn giống với hệ thanh vành đai :
300

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 = 0,97.1, 2.3,5 = 4, 074T : lực cản của đất tác dụng vào
i =1

cọc khi đóng đến chiều sâu tối đa .Với :
u= (400 + 85).2 = 970 mm chu vi cọc ván thép
fi' =1.2 t/m2 :lực ma sát đơn vò
hi = 3,5m : chiều sâu cọc ngàm trong đất .

SVTH:

Page 19


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU


Q + q + qp
Qd

< η2

q=35,5kg/m . 8,4m = 298,2kg :trọng lượng cọc
qp= 0 : trọng lượng các phần phụ tác dụng lên cọc
p=1,5 kG/cm2 : Trò 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 :
Q + q + q p ≥ p.F ⇔ 4, 7 + 0, 298 ≥ 1,5.10 −3.45, 21 ⇔ 4,998 ≥ 0, 0678

η1


Po=2T/m . 42m=84T : Sức chòu tải thiết kế của cọc .
k= 0.8

: Hệ số đồng nhất của đất

m=1:

: Hệ số điều kiện làm việc .
⇒ Pgh =

Po
84
=
= 105 T
k .m 1.0,8

⇒ E ≥ 25.105 = 2625kGm

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

Năng lực xung kích của búa :

-

Trọng lượng búa :

Nh·n

nh¸t/ph
ót

ChiỊu
cao
(m)

55,0

Hệ số hiệu dụng của búa:
K=

Q+ q
E

Trong đó:
Q = 5690kG
q
đệm cọc .

SVTH:

: Trọng lượng búa .

: Trọng lượng của cọc, bao gồm cả mũ và

Page 21


ĐỒ ÁN MƠN HỌC: THI CƠNG CẦU

1.65× 105 1.65× 105+ 150× 0.3

(

)

−2

= 2,37.10 m = 2,37cm

Trong đó:
q = 9,450( T ) : Trọng lượng cọc

n = 150(T/m2) : hệ số kể đến độ nảy đàn hồi của
bêtông.
H=2m chiều cao rơi tính đổi.
m = 1.65 : hệ số kể đến điều kiện làm việc của cọc.
Vậy độ chối thiết kế của cọc là 2,37 cm. Với giá trò này thì
hơi nhỏ, ta nên chọn loại búa có khối lựơng lớn hơn.
2.3 Mô tả biện pháp đóng cọc :
1- Tạo mặt bằng thi công
Xác đònh mặt bằng vò trí mố, trụ cầu cần đóng cọc với
diện tích đáp ứng được thiết bò của máy đóng cọc.
Mặt bằng thi công trụ được đóng vòng vây ván thép sau
đó bơm cát từ lòng sông vào trong vòng vây, cao độ mặt
bằng phải lớn hơn cao độ mực nước thi công (MNTC) ít nhất
là 1m, mặt bằng đầm chặt k=95% .
Dùng tấm bản bê tông dầy 20 - 30 cm kê chỗ đứng cho
máy đóng.
Hố móng có dạng hình chữ nhật, kích thước hố móng

14

15

2

13

16

3

12

17

4

11

18

5

10

19

6



GVHD: Ths NGUYỄN ĐÌNH MẬU

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 kòp thời điều
chỉnh.
3. Thiết kế ván khuôn đổ bệ cọc:
3.1 Chọn loại ván khuôn, bố trí khung chống và hệ
đỡ ván khuôn:
Sử dụng ván khuôn gỗ, do bệ cọc nằm ngay trên lớp
bêtông bòt đáy nên không cần làm ván khuôn đáy bệ
mà chỉ có ván khuôn bên. Chiều cao bệ là 1.5m. Cấu tạo
của ván khuôn như hình dưới:
Thanh giằng

Tấm ván khuôn đứng

Thanh thép giằng

L2

L1

L1
Thanh gỗ nẹp

lực :

* Thành bên của ván khuôn chòu tác dụng của các

o Lần đầu đổ đến cao độ 0,7m , chờ cho betông bắt
đầu ninh kết .
o Lần sau đổ tiếp 0,8m .
Loại đầm sử dụng là đầm dùi có bán kính tác dụng là R =
0,75m > h = 0,684(m) (đầm trong)
Tốc độ đổ bê tông theo chiều cao là:
v=

( )

( )

4
= 0.11 m < 0.5 m
h
h
33,93

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

(

p = γh = 2,35× 0,684 = 1,607 T

m2

) = 1607( kG m )
2

3.1.2 p lực rơi của bêtông từ ống vòi voi là: p x = 400Kg/m2.