Bai Giang Thi Cong Cau Ths. Nguyen Dinh Mau [PDF]

Zitiervorschau

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH ThS: NGUYỄN ĐÌNH MẬU

BÀI GIẢNG

THI CÔNG CẦU (Lưu hành nội bộ)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2017

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây các công trình cầu ở nước ta được xây dựng rất nhiều từ thành thị cho đến nông thôn, từ vùng đồng bằng sông nước đến các vùng miền núi. Từ các công trình cầu nhỏ giản đơn như cầu dầm I, T, Super T đến các cây cầu lớn với công nghệ xây dựng hiện đại như cầu dây văng, dây võng, cầu đúc hẫng, cầu vòm…Đáp ứng nhu cầu đi lại cũng như vận chuyển hàng hóa phục vụ nhu cầu phát triển đất nước. Công nghệ xây dựng cầu thường rất đa dạng, phức tạp và thường xuyên đổi mới để thích ứng với xã hội không ngừng phát triển. Vì vậy cùng với sự phát triển của nhiều ngành khoa học, công nghệ và kỹ thuật xây dựng cầu cũng không ngừng vươn lên, ngày càng nhiều phương pháp xây dựng mới, hiệu quả, rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành xây dựng… Bài giảng thi công cầu được biên soạn theo đề cương môn học “Thi Công Cầu”, Khoa Công trình giao thông, trường Đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh. Nội dung bài giảng đề cập đến các vấn đề về thi công một công trình cầu hoàn chỉnh từ kết cấu hạ tầng như nền móng, mố trụ…đến kết cấu thượng tầng. Bài giảng sẽ cung cấp cho sinh viên đặc biệt là các sinh viên năm cuối chuyên ngành cầu hầm, cầu đường và các ngành có liên quan kiến thức về xây dựng cầu, một số tính toán các công trình và kết cấu phụ trợ trong xây dựng cầu. Các công nghệ hiện đại trong xây dựng cầu đã và đang được áp dụng tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Nội dung bài giảng đề cập đến nhiều phương pháp thi công khác nhau và phức tạp, khó có thể triển khai tỷ mỷ trong một cuốn sách. Mỗi công nghệ chỉ đề cập đến nội dung cơ bản, những nguyên tắc chủ yếu, phân tích ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng chính của phương pháp thi công. Bài giảng được biên soạn lần đầu vì vậy chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các bạn đọc. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ Email: [email protected] tác giả xin chân thành lãnh hội ý kiến và trân trọng cảm ơn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2017 Tác giả

NGUYỄN ĐÌNH MẬU

DANH MỤC VIẾT TẮT

MNCN: Mực nước cao nhất MNTT: Mực nước thông thuyền MNTC: Mực nước thi công MNTN: Mực nước thấp nhất MĐSX: Mặt đất sau xói MĐTN: Mặt đất tự nhiên CĐĐB: Cao độ đáy bệ CĐĐIB: Cao độ đỉnh bệ KCN: Kết cấu nhịp BTCT DUL: Bêtông cốt thép dự ứng lực BTCT: Bêtông cốt thép

MỤC LỤC Chương 1: CÔNG TÁC ĐO ĐẠC TRONG XÂY DỰNG CẦU ..................... 1 1.1. Nội dung và tầm quan trọng của công tác đo đạc: ................................................... 1 1.1.1. Tầm quan trọng của công tác đo đạc: ............................................................... 1 1.1.2. Nội dung công tác đo đạc: ................................................................................ 1 1.1.3. Những tài liệu làm căn cứ đo đạc: .................................................................... 1 1.2. Đo đạc trước khi thi công: ....................................................................................... 1 1.2.1. Xây dựng hệ thống cọc mốc: ............................................................................ 1 1.2.2. Định vị tim mố, trụ cầu: ................................................................................... 2 1.3. Đo đạc trong quá trình thi công: .............................................................................. 10 1.3.1. Đo đạc trong thi công móng nông: ................................................................... 10 1.3.2. Đo đạc trong thi công móng cọc và móng cọc ống: ......................................... 10 1.3.3. Đo đạc trong thi công móng cọc nhồi: ............................................................. 11 1.3.4. Đo đạc các kích thước kết cấu: ......................................................................... 11 1.4. Đo đạc sau khi thi công: .......................................................................................... 11 1.4.1. Xác định vị trí cầu: .......................................................................................... 12 1.4.2. Xác định cao độ các bộ phận: ........................................................................... 12 1.4.3. Quan trắc lún (cầu, đường vào cầu):. ............................................................... 12

Chương 2: CÁC CÔNG TRÌNH VÀ KẾT CÁU PHỤ TRỢ........................... 13 2.1. Đà giáo và trụ tạm:................................................................................................... 13 2.1.1. Đà giáo và trụ tạm chế tạo tại chỗ:. .................................................................. 13 2.1.2. Các loại đà giáo và trụ tạm vạn năng: .............................................................. 14 2.1.3. Nguyên lý tính toán đà giáo và trụ tạm: ........................................................... 16 2.2. Cầu tạm thi công: ..................................................................................................... 17 2.3. Bến tạm: ................................................................................................................... 17 2.4. Âu tàu - triền tàu: ..................................................................................................... 18 2.5. Neo trong đất: .......................................................................................................... 19 2.6. Hệ nổi: ...................................................................................................................... 20 2.6.1. Các phương tiện nổi dùng trong thi công cầu: ................................................. 20 2.6.2. Cách lắp các phương tiện thành hệ nổi: ........................................................... 21 2.6.3. Nguyên lý tính toán hệ nổi: .............................................................................. 22 2.7. Kết cấu chống va trôi:. ............................................................................................. 30

Chương 3: THI CÔNG MỐ TRỤ CẦU ............................................................ 31 3.1. Thi công móng khối trên nền thiên nhiên:. .............................................................. 31 3.1.1. Thi công hố móng ở nơi không có nước mặt: .................................................. 31 3.1.2. Thi công hố móng ở nơi có nước mặt:. ............................................................ 43

3.1.3. Thi công hố móng trong những trường hợp đặc biệt: ...................................... 73 3.1.4. Công tác đổ bêtông móng khối:........................................................................ 73 3.2. Thi công móng cọc chế tạo sẵn:............................................................................... 75 3.2.1. Khái niệm chung: ............................................................................................. 75 3.2.2. Chế tạo các loại cọc: ......................................................................................... 75 3.2.3. Bãi đúc cọc bêtông cốt thép thường tiết diện đặc: ........................................... 77 3.2.4. Vị trí móc cẩu hoặc luồn cáp cẩu cọc: .............................................................. 80 3.2.5. Thiết bị hạ cọc bêtông cốt thép tiết diện đặc: ................................................... 81 3.2.6. Sơ đồ đóng cọc - trình tự thao tác hạ cọc: ........................................................ 98 3.2.7. Các biện pháp tạo mặt bằng đóng cọc: ............................................................. 99 3.2.8. Công nghệ hạ cọc bằng búa chấn động: ........................................................... 104 3.2.9. Các phương pháp nối cọc: ................................................................................ 105 3.2.10. Xử lý đầu cọc thừa: ........................................................................................ 107 3.2.11. Những sự cố thường gặp trong công tác đóng cọc: ........................................ 107 3.2.12. Ứng dụng phương pháp xói nước để hạ cọc: ................................................. 108 3.2.13. Đặc điểm công tác hạ cọc ống đường kính lớn: ............................................. 111 3.2.14. Nghiệm thu công tác thi công cọc: ................................................................. 113 3.3. Thi công cọc khoan nhồi:......................................................................................... 114 3.3.1. Giới thiệu về công nghệ khoan cọc nhồi: ......................................................... 114 3.3.2. Phân loại cọc khoan nhồi:................................................................................. 115 3.3.3. Thiết bị khoan và mở rộng chân cọc khoan nhồi: ............................................ 115 3.3.4. Công nghệ khoan tạo lỗ:. .................................................................................. 116 3.3.5. Gia công và lắp hạ lồng thép. ........................................................................... 122 3.3.6. Công tác đổ bêtông cọc khoan nhồi. ................................................................ 126 3.3.7. Các thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc nhồi:.................................................. 130 3.4. Thi công móng giếng chìm: ..................................................................................... 142 3.4.1. Giới thiệu móng giếng chìm và giếng chìm khí ép: ......................................... 142 3.4.2. Thi công hạ giếng chìm trên cạn: ..................................................................... 143 3.4.3. Thi công hạ giếng chìm dưới nước: ................................................................. 143 3.4.4. Phương pháp kiểm tra và xử lý sự cố khi hạ giếng: ......................................... 145 3.5. Thi công thân mố trụ:............................................................................................... 146 3.5.1. Cấu tạo các loại ván khuôn thân mố trụ: .......................................................... 146 3.5.2. Nguyên lý tính toán thiết kế ván khuôn: .......................................................... 154 3.5.3. Tổ chức đổ bêtông mố trụ trong những điều kiện địa hình khác nhau: ........... 169

Chương 4: THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP CẦU THÉP ................................... 175 4.1. Thi công mối nối dầm, giàn thép: ............................................................................ 175 4.1.1. Thi công mối nối đinh tán: ............................................................................... 175 4.1.2. Thi công mối nối bu lông cường độ cao:.......................................................... 176 4.1.3. Thi công mối nối hàn:....................................................................................... 177

4.2. Thi công cầu dầm thép đặc: ..................................................................................... 178 4.2.1. Lắp đặt dầm bằng cần cẩu: ............................................................................... 178 4.2.2. Lao dọc trên đường trượt: ................................................................................. 178 4.2.3. Lao ngang dầm thép:. ....................................................................................... 179 4.3. Thi công cầu giàn thép: ............................................................................................ 179 4.3.1. Lắp giàn thép trên giàn giáo: ............................................................................ 179 4.3.2. Lắp tại chỗ theo phương pháp hẫng và bán hẫng: ............................................ 181 4.3.3. Lao kéo kết cấu nhịp giàn thép: ........................................................................ 184 4.3.4. Phương pháp chở nổi giàn thép: ....................................................................... 191 4.3.5. Thi công cầu dầm thép liên hợp bản bêtông cốt thép (BTCT). ........................ 192

Chương 5: THI CÔNG KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP ............................ 195 5.1. Công Tác Bêtông, Cốt Thép Và Ván Khuôn: .......................................................... 195 5.1.1. Phương pháp kiểm soát chất lượng bêtông: ..................................................... 195 5.1.2. Kỹ thuật gia công cốt thép: ............................................................................... 198 5.2. Thi công chế tạo và lao lắp kết cấu nhịp cầu bêtông cốt thép: ................................ 199 5.2.1. Phương pháp đổ tại chỗ: ................................................................................... 199 5.2.2. Phương pháp lắp ghép: ..................................................................................... 200 5.2.3. Chế tạo dầm bêtông cốt thép thường: ............................................................... 200 5.2.4. Chế tạo dầm bêtông cốt thép DƯL: .................................................................. 202 5.2.5. Nguyên tắc chung trong thiết kế ván khuôn đúc dầm: ..................................... 219 5.3. Thi công kết cấu nhịp cầu bêtông cốt thép (BTCT) đúc sẵn: .................................. 220 5.3.1. Lao lắp kết cấu nhịp (KCN) bằng cần cẩu: ...................................................... 220 5.3.2. Thi công lắp đặt bằng giá lao dầm: .................................................................. 227 5.4. Thi công lắp hẫng, bán hẫng và lắp trên đà giáo di động: ....................................... 240 5.4.1. Thi công lắp hẫng, bán hẫng: ........................................................................... 240 5.4.2. Thi công lắp trên đà giáo di động: .................................................................... 243 5.5. Thi công đúc tại chỗ kết cấu nhịp: ........................................................................... 248 5.5.1. Đúc tại chỗ trên đà giáo cố định: ...................................................................... 248 5.5.2. Đúc tại chỗ trên giàn giáo di động: .................................................................. 253 5.5.3. Thi công đúc hẫng: ........................................................................................... 267 5.5.4. Thi công đúc đẩy: ............................................................................................. 306 5.5.5. Thi công cầu vòm: ............................................................................................ 317

Chương 6: TỔ CHỨC XÂY DỰNG CẦU ........................................................ 331 6.1. Khái niệm chung: ..................................................................................................... 331 6.1.1. Mục đích, ý nghĩa và yêu cầu của công tác tổ chức xây dựng: ........................ 331 6.1.2. Nguyên tắc cơ bản trong tổ chức xây dựng cầu: .............................................. 332 6.1.3. Các giai đoạn trong đầu tư xây dựng cầu: ........................................................ 332 6.2. Thiết kế tổ chức thi công: ........................................................................................ 332

6.2.1. Các căn cứ thiết kế tổ chức thi công:................................................................ 332 6.2.2. Nội dung của một đồ án thiết kế tổ chức thi công: ........................................... 333 6.3. Mặt bằng công trường thi công: ............................................................................... 334 6.3.1. Vai trò của tổ chức mặt bằng công trường và những yêu cầu: ......................... 334 6.3.2. Chọn địa điểm và lập quy hoạch mặt bằng công trường: ................................. 336 6.4. Công tác kế hoạch: ................................................................................................... 339 6.4.1. Công tác tiến độ: ............................................................................................... 339 6.4.2. Lập các kế hoạch khác:..................................................................................... 340 6.5. Công tác bảo hộ lao động và an toàn kỹ thuật: ........................................................ 341 6.6. Công tác quản lý xây dựng cầu: ............................................................................... 341 6.6.1. Phân cấp quản lý:.............................................................................................. 341 6.6.2. Hợp đồng trong xây dựng cầu:. ........................................................................ 342 6.6.3. Quản lý trong quá trình thi công:. .................................................................... 343 6.6.4. Nghiệm thu và bàn giao công trình: ................................................................. 344

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

1 Chương 1 CÔNG TÁC ĐO ĐẠC TRONG XÂY DỰNG CẦU 1.1 Nội dung và tầm quan trọng của công tác đo đạc: 1.1.1 Tầm quan trọng của công tác đo đạc: Công tác đo đạc giữ vị trí rất quan trọng trong quá trình thi công. Nó được tiến hành từ khi bắt đầu thi công đến khi nghiệm thu để bàn giao công trình đưa vào sử dụng. Trong quá trình thi công, nếu đo đạc không chính xác thì xảy ra hậu quả rất nghiêm trọng làm ảnh hưởng đến quá trình thi công như có thể kéo dài thời gian thi công, làm tăng kinh phí xây dựng, có khi phải sửa đổi lại thiết kế hoặc phá bỏ bộ phận bị đo đạc sai. Chính vì vậy trong quá trình xây dựng cầu tất cả các công tác đo đạc đều phải được tiến hành hết sức chính xác, nghiêm túc và phải được kiểm tra lại nhiều lần nhất là công tác định vị tim mố, trụ và cao độ mố, trụ. 1.1.2 Nội dung công tác đo đạc: Đo đạc định vị nhằm đảm bảo chính xác về vị trí, kích thước từng bộ phận hay toàn bộ công trình và được thực hiện trong suốt quá trình thi công cụ thể là: - Xác định, kiểm tra lại các cọc mốc, cọc đỉnh, cọc tim cầu. - Cắm thêm các cọc mốc trên thực địa để định vị tim mố, trụ cầu. - Kiểm tra đo đạc trên thực địa từng phần riêng biệt của công trình để đảm bảo thi công đúng vị trí, kích thước theo hồ sơ thiết kế. - Kiểm tra lại hình dạng, kích thước các cấu kiện đúc sẵn được vận chuyển đến công trường. - Định vị trên thực địa để thi công các công trình phụ trợ phục vụ thi công như đường tránh, đường công vụ, bến bốc dỡ, kho bãi vật liệu… - Công tác đo đạc còn được tiến hành cho từng phần cầu đã thi công xong để phục vụ công tác nghiệm thu thanh toán từng giai đoạn và trong một số trường hợp địa chất xấu cần phải quan trắc lún, biến dạng của các phần công trình đã xây dựng xong. 1.1.3 Những tài liệu làm căn cứ đo đạc: Công tác đo đạc và định vị được làm theo các chỉ dẫn của đồ án thiết kế công trình và các tài liệu sau: - Bình đồ khu vực cầu có ghi rõ đường trục dọc cầu (đường tim tuyến) và đường vào cầu. Nếu cần thì trên bình đồ ghi thêm đường trục dọc phụ song song với đường trục dọc chính của cầu. - Sơ đồ bố trí và thuyết minh các yếu tố của đường sườn đo đạc. - Bản sao các tọa độ và cao độ của các cọc đường sườn đo đạc. - Các yếu tố của đường sườn đo đạc (điểm định vị tim cầu và tuyến đường vào cầu, mốc cao đạc hoặc cọc mốc). 1.2 Đo đạc trước khi thi công: 1.2.1 Xây dựng hệ thống cọc mốc: Đối với các cọc đường sườn đo đạc phải được đóng sao cho có thể giữ được hoàn toàn cố định trong suốt thời gian thi công công trình. Các điểm định vị có thể làm bằng bêtông, bêtông cốt thép hoặc thép. Vị trí của các điểm định vị phải được đánh dấu với lý trình chung của tuyến đường. Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 1

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Các mốc cao đạc phải được bố trí ở nơi đất không bị ngập lụt, hoặc có thể đặt trên nền móng của các công trình hiện hữu nếu độ ổn định (nhất là về lún) của công trình đó không đáng nghi ngại. Mặt bằng và số lượng cọc phải thỏa mãn các yêu cầu trong bảng sau: Bảng 1.1: Số lượng cọc mốc [10].

Tỉ lệ bình đồ

Số lượng cọc

Loại công trình

Theo đường trục dọc cầu

Cầu và cống < 50m 1/1000

ít nhất 1 cọc

Cầu dài từ 50÷100m

1/2000

Cầu dài từ 100÷500m

1/5000

Cầu dài hơn 500m

Ít nhất 2 cọc mỗi bờ

1 cọc ở mỗi bờ

2 cọc ở mỗi bờ

1/10000 Cầu đặc biệt

(b)

20cm Ñinh Saét

30-50cm 10-15cm

- Nếu tim cầu đi qua bãi nổi giữa sông thì bổ sung 1÷2 cọc định vị trên bãi giữa sông. - Nếu cầu nằm trên đường cong tròn thì ta phải định vị theo hướng của cung tròn. Nếu cầu nằm 1 phần trên đường cong thì còn phải định vị thêm đường tiếp tuyến của cung. Các cọc mốc được làm bằng bêtông, bêtông cốt thép hoặc ống thép. Chúng được chôn sâu vào trong đất từ 0,3÷0,5m và nhô cao hơn mặt đất không nhỏ hơn 10÷15cm. Đối với công trình thi công lâu năm, các cọc mốc này phải được che chắn cẩn thận. (a)

Cọc mốc

Hình 1.1. Mốc cao độ

(c)

1

h>50cm

D16 2

2

2

30cm 30cm

65cm

Hình 1.2. Cấu tạo một số loại mốc đối với trục chính. 1- Nắp đậy. 2 - Vữa bêtông

1.2.2 Định vị tim mố, trụ cầu: a. Phương pháp đo đạc và định vị trực tiếp. Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 2

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

15-20m

Đối với cầu dài dưới 100m và sông cạn thì chiều dài cầu và khoảng cách giữa tim mố, trụ nên xác định bằng phương pháp đo trực tiếp bằng thước thép hoặc thước cuộn và ngắm thẳng bằng máy kinh vĩ. Trong phạm vi ngập nước, việc đo và đánh dấu được tiến hành trên cầu tạm. + Định vị cầu nhỏ. Vị trí cọc tim của mố ,trụ cầu được xác định bằng cách đo 2 lần từ cọc mốc gần nhất dẫn ra theo trục dọc cầu. Tất cả các mố ,trụ đều được đo dẫn từ cùng một cọc mốc đó. Tại cọc tim mố trụ, người ta dùng dụng cụ đo góc để định hướng trục dọc của mố ,trụ rồi đóng mỗi bên thượng và hạ lưu 2 cọc định vị trục dọc cho mỗi mố trụ. Để xác định các điểm đặc trưng của móng mố trụ, người ta dùng giá gỗ và chăng dây. Để xác định các cao độ của các phần công trình phải đặt các mốc cao đạc, mốc đó được dẫn ra từ mốc cao đạc chính (Hòn Dấu-Hải Phòng).

3

15-20m

M2

T2

T1

M1

1 2

Hình 1.3. Sơ đồ định vị mố trụ cầu nhỏ 1. Các cọc định vị tim dọc cầu, 2. Các cọc định vị tim mố, trụ ở hai phía thượng và hạ lưu, 3. Vị trí móng mố, trụ cầu.

Nếu cầu bắc qua khe sâu, dốc và hẹp ta phải làm cầu tạm nhỏ, chia làm nhiều bậc để đo trực tiếp như hình vẽ:

1m

Hình 1.4. Cầu tạm để đo trực tiếp

Sai số cho phép khi định vị móng mố trụ cầu nhỏ là ±5cm. + Định vị cầu trung và cầu lớn khi có thể đo trực tiếp khoảng cách. Chiều dài cầu và khoảng cách giữa các tim mố trụ được đo trực tiếp từ các cọc mốc định vị trục dọc cầu. Khi đo khoảng cách phải đo 2 lần: theo hướng đi và theo hướng về, sau đó hiệu chỉnh kết quả đo theo nhiệt độ và theo độ dốc mặt đất. Khi đo Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 3

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

phải dùng dây dọi để đánh dấu các điểm kéo thước gián đoạn. Chiều dài cần đo được tính theo công thức sau: L  n.l  0,0000125(t  t o )n.l 

h d n.l

Trong đó:

L : Chiều dài thực tế cần đo. n : Số lần kéo thước. l : Chiều dài thước đã chuẩn. t : Nhiệt độ thước lúc đo. to : Nhiệt độ thước lúc chuẩn h : Mức chênh lệch giữa các điểm đầu của thước trong mỗi lần kéo. d : Đoạn dư của thước lần đo cuối. Vị trí tim mố trụ được đo dần từ cọc mốc định vị trục dọc cầu TC1 và TC2 trên hai bờ sông. Tại cọc tim mố trụ, người ta dùng dụng cụ đo góc để định hướng trục dọc của mố trụ, rồi đóng mỗi bên thượng và hạ lưu 2 cọc định vị trục dọc cho mỗi mố trụ. Coïc ñònh vò

Saøn ñaïo coâng taùc

TC1

TC2

Hình 1.5. Cọc mốc xác định tim mố trụ cầu

+ Định vị cầu trung và cầu lớn khi dùng đà giáo và cầu tạm bên cạnh. Khi thi công cầu ở khu vực mực nước nông mà nhất là cầu được thay mới trên tuyến đường đang lưu thông thì thông thường phải làm cầu tạm phục vụ đảm bảo giao thông khi đó sử dụng cầu tạm này để định vị. Tại các cọc tim mốc ban đầu là A, B ta đặt máy kinh vĩ tại A, B mở một góc 90 o ngắm hướng và đóng đinh trên cầu tạm xác định hai điểm A' và B' sao cho AA' = BB'. Căn cứ vào A' và B' trên cầu tạm người ta dùng thước thép đo khoảng cách đánh dấu được các điểm 1', 2', 3', 4'. Trong trường hợp cầu tạm song song với tim cầu chính thì tại các điểm 1', 2', 3', 4' ta đặt máy và mở góc 90o so với hướng A'B' khi đó giao điểm hướng ngắm này và trục dọc cầu là tim mố, trụ cầu cần tìm (các điểm 1, 2, 3, 4). (a)

A

1

A'

1'

900

2

3

4

B

2'

3'

4'

B'

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 4

Trường ĐH GTVT Tp.HCM (b)

A

1

Bài giảng môn học Thi công cầu 3

2

 A'

1'

B

4'

B'





2'

4

3'

Hình 1.6. Sơ đồ định vị tim cầu bằng cầu tạm a) Cầu tạm song song với trục cầu chính; b) Cầu tạm không song song với trục cầu chính.

Trong trường hợp cầu tạm xiên một góc so với cầu chính một góc  thì ta phải đo thêm hai góc  và  để tính được góc     90 o  90 o    Vậy ta có chiều dài A' B ' 

  . 2

AB cos

Các điểm 1', 2', 3', 4' Cũng được tính khoảng cách tương tự như A'B'; sau đó tại các vị trí này mở máy một góc  hoặc  so với hướng A'B' để định hướng và đánh dấu các điểm 1, 2, 3, 4. Nếu tại công trường có sẵn 1 cầu cũ nằm song song với cầu mới thì nên đặt trục dọc phụ ngay trên vỉa hè của cầu cũ. b. Phương pháp đo đạc và định vị gián tiếp: Đối với những cầu trung và cầu lớn có địa hình phức tạp, nước ngập sâu và dòng chảy xiết, sông có thông thuyền... không thể áp dụng phương pháp đo trực tiếp. + Phương pháp tam giác đạc: Là phương pháp xác định chiều dài cầu và khoảng cách giữa các tim mố trụ bằng mạng tam giác và máy kinh vĩ. Trên hai bờ sông, người ta lập mạng lưới đo đạc cơ sở gồm các tam giác hay tứ giác mà các đỉnh của chúng đã được xác định tọa độ và cao độ với độ chính xác cao. Đối với các công trình cầu nhỏ, có thể dùng 1 tam giác và 1 cơ tuyến. Đối với công trình lớn nên lập 2 tam giác với 2 cơ tuyến. Cơ tuyến nên có chiều dài lớn hơn nửa chiều dài cần xác định. Độ chính xác khi đo cơ tuyến lấy gấp đôi khi đo các khoảng cách khác. Cơ tuyến phải được cắm trên chỗ đất phẳng có độ dốc không quá 1%. Mạng lưới chung phải có ít nhất 2 điểm định vị tim cầu, mỗi bên 1 điểm. Các điểm của mạng lưới phải được đóng bằng các cọc cố định. Tim mố trụ cầu được xác định bằng phương pháp giao tuyến của ít nhất 3 đường ngắm từ 3 mốc của mạng lưới. Sai số của điểm giao hội không quá 1,5cm. Các bộ phận khác của mố trụ được xác định căn cứ trên vị trí tim mố trụ bằng các phương pháp đơn giản (phương pháp tọa độ vuông góc). Góc của các tam giác trong mạng lưới không được nhỏ hơn 25o và không được >130o. Nếu là tứ giác, các góc không nhỏ quá 200.

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 5

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Hình 1.7. Các sơ đồ mạng lưới tam giác đạc

Ví dụ 1: Chiều dài cơ tuyến AC, AD và góc 1, 2 tương ứng của chúng với đường tim cầu đã được đo đạc và xác định từ trước. Chiều dài AT 2 xác định theo tài liệu thiết kế. Từ các yếu tố trên giải các tam giác ACT2, ADT2 tính được các góc 1T2 và 2T2. Đặt kinh vĩ tại đỉnh C và D ngắm về A mở lần lượt các góc 1T2 và 2T2 giao hội với nhau và giao hội với tia ngắm của máy đặt tại A ngắm dọc theo tim cầu. C

T2"

T



A



B M1

T1

T2

T3

M2

T

T2'

D

Hình 1.8. Sơ đồ định vị tim trụ bằng phương pháp giao hội tia ngắm

+ Đo đạc đối với cầu cong: Đường tim cầu cong sẽ được lấy theo phương trình đường cong trục cầu. Đường trục dọc mố, trụ cầu thường được lấy theo hướng bán kính đường cong ngoại trừ một số trường hợp cá biệt. Để định vị tim mốc mố, trụ cầu cong ta cần căn cứ các số liệu sau: - Các yếu tố đường cong trục dọc cầu - Khoảng cách giữa các tim mố, trụ cầu - Lý trình điểm đầu và cuối của cầu - Đường tên của cung tương ứng với nhịp cầu Tuỳ theo điều kiện địa hình và quy mô cầu, có thể chọn một trong các phương pháp sau: - Phương pháp đa giác: Thường dùng cho cầu nhỏ, cầu trung có số nhịp < 3. khi định vị trên thực địa, vị trí tim mố trụ được xác định lần lượt nên sai số bị cộng dồn vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng khi số nhịp < 3 nhịp.

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 6

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

A1

A4



 

L1



A2

L3

A3

L2

Hình 1.9. Phương pháp đa giác Ñ

- Phương pháp tiếp tuyến: Cắm tim mố trụ tương tự cắm các điểm chi tiết trong đường cong: góc đỉnh  và bán kính cong R xác định được T = Rcotg(/2) và các yếu tố đường cong khác. Đặt máy kinh vĩ tại M0 xác định hướng tiếp tuyến, đo chiều dài T, xác định được đỉnh Đ. Đặt kinh vĩ tại Đ mở góc  với tiếp tuyến M0Đ, đo chiều dài T xác định được M3. Vị trí tim trụ T1, T2...được xác định bằng phương pháp toạ độ vuông góc. Trục toạ độ thường chọn là tiếp tuyến M0Đ. Sử dụng máy kinh vĩ có Độ chính xác  30”.

 

T2' T

T

T1' T1

T2 M3

M0

R 0

Hình 1.10. Phương pháp tiếp tuyến

- Phương pháp dây cung kéo thẳng: Với các cầu cạn hoặc cầu có sử dụng cầu tạm để đo đạc nên dùng phương pháp dây cung kéo thẳng. Từ hồ sơ thiết kế, có thể tính được dây cung M0M5, chiều dài các đoạn kéo thẳng và cự ly lẻ của các đoạn trên dây cung. Các cự ly phải đo theo mặt phẳng nằm ngang. Trên dây cung, xác định các điểm hình chiếu của mố trụ bằng thước thép, có máy kinh vĩ ngắm hướng. Từ các điểm hình chiếu đó được xác định, đặt máy kinh vĩ mở góc 900 so với dây cung, ngắm hướng để đo độ dài tung độ dóng từ dây cung, xác định vị trí tim trụ. T2

T3

T1

T4

M0

M5

Hình 1.11. Phương pháp dây cung kéo thẳng

Biết bán kính R, chiều dài các nhịp L1, L2, L3 vị trí cọc mốc tâm O, mố M0 và M3. Áp dụng những phép tính giải tích để xác định các thông số đo: Góc chắn cung có chiều dài dây cung Li: β i = 2arcSin

Li 2R

Góc chắn cung M0Mn: β    βi Chiều dài dây cung MoM3 = Cx: Cx = 2RSin Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

β 2

Khoa Công trình giao thông

Page 7

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

(β 2  β 3 ) 2 2 2 2  L  C x  T1M 3  Góc nhìn cạnh T1M3, góc 1: 1 = Arccos  1  2L1C x  

Các cạnh còn lại của tam giác: ví dụ cạnh T1M3 = 2RSin

Xác định chiều cao h1 và khoảng cách d1 tìm được vị trí D1. L2

T1

T2

h1

L1

L3 Cx

M0

M3

D1 d1

- Phương pháp toạ độ cực. Dựa vào hồ sơ thiết kế, xác định được các yếu tố của tam giác ABO, từ đó xác định tâm O trên thực địa. Ngoài ra, cũng tính được các toạ độ cực của các tim mố trụ với các góc 1, 2... tương ứng. Dùng máy kinh vĩ đặt tại O mở các góc với OA là 1, 2 . Xác định được vị trí hình chiếu xuyên tâm của các trụ T1, T2, T3 là T1’, T2’, T3’ trên dây cung AB. Dùng kinh vĩ đặt tại O, ngắm hướng để đo các toạ độ cực tương ứng xác định được vị trí tim trụ T1, T2, T3. T1





T2

M0

M3 R





A4

A2

R

A1



0

A3

Hình 1.12. Phương pháp tọa độ cực

Phương pháp giao hội tia ngắm từ các đỉnh của mạng lưới đo đạc. Thường dùng C với cầu lớn. Khi dùng thước thép để T3 T2 định vị cầu cong thì sai số không được T1 T4 quá  0,5cm. Khi A dùng phương pháp M2 M1 giao hội tia ngắm thì giao điểm của ba tia ngắm không được D lệch quá 3cm. -

T3"'

T3'

T3" B

Hình 1.13. Phương pháp giao hội tia ngắm

+ Phương pháp đo cao độ mố, trụ cầu: Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 8

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

- Ngoài đo đạc định vị được thực hiện trước và trong suốt quá trình thi công còn phải đo đạc cao độ công trình. - Công tác đo cao được thực hiện bằng máy thuỷ bình. - Cao độ công trình phải thống nhất được dẫn về từ một mốc cao đạc. - Để việc dẫn cao đạc chính xác, nhanh chóng thì cần lập hệ thống mốc cao đạc bổ sung phân bố thuận tiện trên công trường. Hệ thống mốc cao đạc chính và phụ liên hệ thống nhất với nhau. Mỗi bên mố bắt buộc phải có một mốc cao đạc phụ. - Đối với thi công trụ thì cần đặt những mốc cao độ phụ ở mức nước thấp và mức nước cao. - Việc đo cao độ được tiến hành đo 2 lần bằng máy thuỷ bình có độ chính xác theo yêu cầu tương ứng. c. Độ chính xác trong đo đạc định vị: Khi đo đạc có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sai số do đó trước khi đo phải chuẩn lại các dụng cụ đo và hiệu chỉnh chiều dài đo về các điểm sau: - Hiệu chỉnh về kết quả số đo nhiều lần. - Hiệu chỉnh chênh lệch nhiệt độ khi đo và lúc chuẩn dụng cụ. - Hiệu chỉnh về độ dốc mặt bằng của đường đo. Bảng 1.2. Sai số đo dài khi lập mạng lưới tam giác đạc của cầu [8].

Chiều dài cầu (m) L  200m 200m  L  500m 500m  L  1000m L  1000m

Sai số tương đối cho phép Khi đo chiều dài cầu Khi đo chiều dài cơ tuyến 1/5.000 1/10.000 1/15.000 1/30.000 1/25.000 1/50.000 1/40.000 1/80.000

Bảng 1.3. Sai số khi đo góc mạng lưới tam giác đạc phải tuân thủ theo bảng [10].

Chiều dài cầu (m)

Độ chính xác cần thiết khi đo

Sai số khi Sai số khi khép đo góc đơn góc trong mỗi (s) tam giác (s)

L < 200

1/10000

 20

 35

L=200500

1/30000

7

 10

L=5001000

1/50000

3

5

L >1000

1/80000

 1.5

2

Các dụng cụ cần dùng để đo và số lần khi đo góc Thước thép hoặc thước cuộn, máy kinh vĩ 30 ’’ với 2 lần quay vòng Thước thép hoặc thước cuộn có khắc ly, máy kinh vĩ 10’’ với 3 lần quay vòng Dây thép hoặc hợp kim inva, máy kinh vĩ 1’’ với 3 lần quay vòng Dây hợp kim inva, máy kinh vĩ 1’’ với 5 lần quay vòng

Đối với các cầu có L < 100m, khi đo khoảng cách giữa các cọc mốc định vị tim cầu và khoảng cách giữa các tim mố, trụ yêu cầu sai số không được lớn hơn 1/5000. Đối với các cầu có L > 100m thì sai số L cho phép lấy như sau: - Cầu dầm thép, BTCT thì cho phép xê dịch tim bệ gối  5 cm. - Đối với cầu vòm, cầu khung kiểu cứng: Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 9

Trường ĐH GTVT Tp.HCM l  

Bài giảng môn học Thi công cầu Ln

 6000  0,5n

(cm)

- Đối với cầu vòm, cầu khung kiểu cứng có kích thước bệ gối rất hạn chế thì: l  

Ln

 10000  0,5n

(cm)

Trong đó: Ln : Chiều dài nhịp cầu (cm) n : Số nhịp cầu. - Sai số khi cao đạc các mốc đặt ở hai đầu cầu đảm bảo độ chính xác là : c ≤  20 L (mm) Trong đó: c là độ chính xác cho phép (mm) và c ≤  10mm. L là khoảng cách cao đạc tính bằng km. Các mốc cao đạc phụ phải cao đạc 2 lần, sai số lớn nhất  15mm. 1.3 Đo đạc trong quá trình thi công: Trong quá trình thi công phải tiến hành định vị, xác định cao độ, kích thước của từng bộ phận công trình, để đảm bảo toàn bộ công trình đúng vị trí, hình dạng hình học như thiết kế. 1.3.1 Đo đạc trong thi công móng nông: Trước khi thi công móng nông, ta cần tạo mặt bằng thi công, mặt bằng cần lớn hơn kích thước móng về mỗi phía ít nhất 1m. Để định vị chính xác móng, có thể dùng phương pháp chăng dây trên khung gỗ và thả dọi nếu khung gỗ ở trên cao. Cao độ đáy móng phải được đo tại các vị trí tâm móng và các điểm góc. - Sai số khi định vị móng khối là  5cm. - Sai số khi đào hố móng phải được đo đạc xác định lại vị trí của móng để việc xây lắp được chính xác. - Đáy móng và đỉnh móng cần được cao đạc lại tất cả các góc. 1.3.2 Đo đạc trong thi công móng cọc và móng cọc ống: Để định vị vị trí đóng cọc, cần căn cứ bản vẽ bố trí cọc trong móng, xác định các khoảng cách từ tim cọc đến tim mố trụ và các cọc mốc tại mố trụ. Sau đó đo từ các cọc mốc để định vị vị trí đóng cọc. Chiều sâu đóng cọc thường phụ thuộc thực tế, tùy vào trường hợp để biết lúc dừng đóng cọc. - Thường dùng phương pháp giao hội tia ngắm để xác định vị trí và đóng 2 cọc đầu tiên, kết hợp với đo kiểm tra trực tiếp chiếu qua đường tim dọc và đường tim ngang của mố, trụ đã xác định từ trước. - Những cọc được chọn đóng trước là các cọc thẳng đứng và cách xa nhau. - Từ hai cọc này dẫn ra các cọc khác trong bãi cọc. - Trong khi dựng cọc cần kiểm tra phương của cọc bằng máy kinh vĩ, trong suốt thời gian đóng cọc cần theo dõi vị trí của cọc để phát hiện sớm các sai lệch và có biện pháp điều chỉnh kịp thời. - Gần vị trí nhóm cọc cần dựng mốc cao đạc phụ để theo dõi cao độ đầu cọc trong quá trình đóng.

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 10

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

- Trường hợp đóng cọc ở trên phao, để điều chỉnh giá búa đang treo cọc đi vào đúng vị trí đóng, nên dùng hệ thống neo tời bố trí ở 4 góc của hệ nổi, khi đã vào đúng vị trí thì các tời được hãm lại và neo cố định giá búa ở một vị trí đóng. 1.3.3 Đo đạc trong thi công móng cọc nhồi: Việc xác định vị trí cọc nhồi cũng thực hiện tương tự như cọc đóng. Chiều sâu khoan cọc nhồi được đo bằng cách thả thước dây có buộc quả dọi. Cần lưu ý thay thước dây thường xuyên để tránh sai số do thước dây bị chùng. 1.3.4 Đo đạc các kích thước kết cấu: Các kích thước của kết cấu có thể dùng thước thép hoặc thước dây để đo từ các mốc tại tim mố trụ. Thường xuyên kiểm tra lại vị trí của các bộ phận kết cấu từ các mốc cao độ trong bờ. Bao gồm các công tác sau: + Đo đạc kích thước, cao độ của các phần móng, thân, mũ mố trụ, vị trí đặt gối, khoảng cách tim giữa các mố, trụ... + Đo đạc kích thước, hình dạng của các kết cấu chế tạo sẵn được đưa tới công trường. + Cao đạc những vị trí quan trọng, khống chế những vị trí khác của kết cấu nhịp như đáy dầm, đỉnh dầm, mặt cầu. + Đo đạc xác định kích thước, hình dạng của các cấu kiện đúc tại công trường như nhịp dầm bêtông cốt thép, bản mặt cầu, lề người đi, dải phân cách, cột lan can... + Đo đạc những vị trí, kích thước ván khuôn, cự ly đặt cốt thép. Công tác đo đạc các bộ phận, chi tiết cần được tiến hành theo từng bước cùng với quá trình thi công. Đo đạc định vị móng mố trụ thường chưa chính xác do điều kiện khó khăn. Sau khi đào xong hố móng hoặc đóng cọc xong, tiến hành xây bệ phải xác định lại để hiệu chỉnh cho vị trí chính xác hơn. Sau khi xây dựng xong bệ móng cũng tiến hành như vậy đối với thân mố và thân trụ. Đối với cao độ cũng phải kiểm tra theo từng giai đoạn thi công để kịp thời điều chỉnh, đảm bảo kích thước xà mũ không bị thay đổi do sai số cộng dồn. Với cầu thép lắp tại chỗ đòi hỏi đo đạc cự ly giữa các gối cầu thật chính xác. Đo cao độ kê tại các chồng nề để kiểm tra tạo độ vồng. Phải thường xuyên theo dõi độ võng của nhịp trong quá trình lắp hẫng để kịp thời điều chỉnh. Công tác đo đạc được tiến hành theo trình tự thiết kế đề ra, mỗi số liệu phải được đo ít nhất 2 lần. Trong thi công đúc hẫng kết cấu nhịp bêtông cốt thép, cần đo kiểm tra ngay khi lắp dựng đà giáo và ván khuôn xác định chính xác các cao độ, hướng của nhịp và hình dạng kết cấu. Sau khi đúc xong mỗi đốt, sau khi căng kéo mỗi đợt cốt thép đều phải kiểm tra lại cao độ và vị trí nhịp. Trong thi công đúc đẩy cần chú ý: + Vị trí và cao độ bệ đúc. + Vị trí và cao độ của các ụ trượt trên đỉnh trụ. Độ chính xác lấy cao gấp 2 lần so với đo đạc thông thường. 1.4 Đo đạc sau khi thi công: Nhằm xác định lại toàn bộ kích thước chung của cầu, làm hồ sơ hoàn công (lý lịch cầu) để theo dõi trong quá trình quản lý khai thác sau này. Nội dung đo đạc này xác định vị trí cầu để quản lý về sự xê dịch nếu có trong quá trình khai thác; xác định cao độ giữa các bộ phận để quản lý vấn đề lún phát sinh (nếu có). Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 11

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

1.4.1 Xác định vị trí cầu: Được xác định bằng tọa độ của mố, trụ và tim dọc cầu các kết quả này được lập thành bản vẽ và so sánh với bản vẽ thiết kế. Khi đo tim dọc cầu cần phải đo cả tim tuyến đường vào cầu, trên đó thể hiện rõ các yếu tố đường cong (nếu có); mặt cắt ngang của đường vào cầu và cầu. Tọa độ các điểm đo được xác định bằng máy kinh vĩ điện tử hoặc thiết bị GPS. 1.4.2 Xác định cao độ các bộ phận: Cao độ các bộ phận chủ yếu của cầu như cao độ mặt cầu, cao độ mũ mố, mũ trụ cần được đo chính xác. Xác định cao độ của tim đường và cao độ vai đường dẫn để theo dõi hiện tượng lún đường vào cầu. 1.4.3 Quan trắc lún (cầu, đường vào cầu). Để quan trắc lún của cầu hay đường vào cầu trước hết phải lập các mốc cao đạc ngoài phạm vi cầu hay đường đầu cầu 50m. Theo định kỳ 6 tháng, 1 năm hay 3 năm tiến hành đo đạc lại cao độ các bộ phận để phát hiện hiện tượng lún nếu có. Trong quá trình thi công đắp gia tải nền đường cũng cần quan trắc lún để xác định mức độ cố kết của nền đường đắp. Theo dõi lún bằng cách đo cao độ của tiêu đo lún.

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 12

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu 2.

Chương 2

CÁC CÔNG TRÌNH VÀ KẾT CẤU PHỤ TRỢ 2.1 Đà giáo và trụ tạm: Để xây dựng kết cấu nhịp ở đúng vị trí cần thiết, người ta dùng hệ đà giáo để tạo mặt bằng thi công ngay tại vị trí kết cấu. Đà giáo là hệ kết cấu tạm có đủ độ vững chắc cần thiết để chịu tải trọng của toàn bộ kết cấu và tải trọng thi công. Trụ tạm là những kết cấu tạm dạng trụ dùng để chống đỡ kết cấu nhịp trong công tác thi công lao lắp kết cấu nhịp. Thường dùng ở trong các biện pháp lắp hẫng, lắp đẩy, đúc hẫng, đúc đẩy kết cấu nhịp.

Hình 2.1. Đà giáo và trụ tạm trong thi công cầu

2.1.1 Đà giáo và trụ tạm chế tạo tại chỗ: a. Đà giáo chế tạo tại chỗ: Đà giáo chế tạo tại chỗ là hệ kết cấu chống đỡ được lắp ghép theo một thiết kế có tính toán về khả năng chịu lực và độ ổn định, khả năng lắp ghép và khả năng tái sử dụng. Đà giáo thường làm bằng vật liệu gỗ và các thanh thép hình. Có thể dùng kết hợp với trụ tạm. Yêu cầu cơ bản khi chế tạo đà giáo là: + Cần có dạng kết cấu đơn giản, dễ thi công. + Dễ vận chuyển, đơn giản và an toàn khi lắp ráp, sử dụng và tháo dỡ. + Số chủng loại chi tiết của đà giáo phải ít nhất và khả năng tái sử dụng phải cao. b. Móng tạm và chồng nề: Móng tạm được sử dụng để chống đỡ cho đà giáo và trụ tạm, thường bố trí ở những vị trí chịu tải trọng lớn. Móng tạm có thể là móng nông hoặc móng cọc tạm. Móng cọc tạm có thể dùng cọc gỗ, cọc thép hoặc 3 1 cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ. 2 Chồng nề là bộ phận dùng để điều chỉnh cao độ cho từng vị trí của kết cấu trong khi thi công. 4 Chồng nề có thể gồm 2 phần: 1 phần không thay đổi chiều cao và 1 phần có thể thay đổi chiều cao. Hình 2.2. Trụ chồng nề 1.Gỗ xếp dọc;2. Gỗ xếp ngang; 3. Đinh đĩa liên kết; 4. Cấu tạo đinh đĩa

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 13

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

c. Trụ tạm: Trụ tạm chế tạo tại chỗ thường dùng những thanh thép hình ghép nối với nhau (hàn, bắt bu lông) thành kết cấu khung, đôi khi người ta dùng trụ tạm bằng nhiều cột (cọc) BTCT liên kết với nhau ở đỉnh trụ bằng cách đổ BTCT liên kết. Trụ tạm cần có móng tạm vì phải chịu tải trọng thi công lớn. Trụ tạm là kết cấu tạo ra chiều cao để lắp đặt đà giáo, kê kích các cấu kiện trong quá trình thi công. Hình 2.3. Trụ tạm phục vụ thi công XAØ MUÕ

XAØ KEÏP

GIAÈNG NEO

COÏC

XAØ ÑAÙY

Hình 2.4. Sơ đồ các dạng trụ kiểu vì cọc a. Trụ kiểu vì cọc đóng vào đất; b. Trụ kiểu vì cọc kê trên nền đá

2.1.2 Các loại đà giáo và trụ tạm vạn năng: a. Kết cấu MIK: Thanh vạn năng MIK: là những ống thép đường kính 159 và 203mm, chiều dài 2÷4m, ở đầu có hàn sẵn các bản nối có lỗ để liên kết bằng bulông. Ngoài ra còn có hệ dầm làm bằng thép I550, thanh vạn năng thường được sử dụng làm đà giáo và trụ tạm. b. Giàn Bailey: Là những kết cấu định hình dạng vuông dẹt có thể nối với nhau bằng chốt ở các đỉnh hình vuông. Thường dùng để lắp ráp giàn cầu tạm.

Hình 2.5. Giàn Bailey làm cầu tạm

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 14

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

c. Kết cấu YUKM: Thanh vạn năng YUKM: Là những thanh thép góc ghép nối với nhau thông qua bản nút. Tiết diện có thể thay đổi tùy theo yêu cầu chịu lực. Hệ dầm dọc I550, hệ dầm ngang [30, và các thanh liên kết của hệ dầm bằng thép chữ L100×100×10 cùng các phụ kiện của hệ dầm. Các bản nút hệ giàn, bản đệm, bulông thô ∅20. Một số dạng kết cấu phụ trợ được lắp từ các thanh YUKM: - Đà giáo, cầu tạm: lắp thành giàn chạy trên chiều cao 2 và 4m, khẩu độ đến 24m và giàn chạy dưới khẩu độ đến 20m. - Trụ tạm: kết cấu trụ tạm rất đa dạng, chiều cao có thể đến 16÷20m. - Đà giáo mở rộng trụ: dùng cho công nghệ đúc hẫng, lắp hẫng cầu bêtông cốt thép và lao lắp cầu giàn thép. - Giá lao cầu: dùng để cẩu lắp các phiến dầm cầu bêtông cốt thép lắp ghép chiều dài 24÷35m thay cho những loại giá lao dầm chuyên dụng. - Cần cẩu long môn. - Cần cẩu nổi. - Trụ nổi: lắp dựng thành các dạng trụ đỡ đặt trên hệ nổi dùng cho lao dọc hoặc lao ngang kết cấu nhịp cầu bằng biện pháp chở nổi. Có thể sử dụng các thanh YUKM để lắp thành những cần cẩu chuyên dụng có sức nâng lớn mà những cần cẩu thông dụng không thể đáp ứng. (a)

(d)

A A

(b)

(e) (c)

Hình 2.6 - Một số dạng kết cấu phụ trợ và thiết bị lắp dựng từ các thanh YUKM. a) Đà giáo và cầu tạm (có thể chạy trên hoặc chạy dưới). b) Trụ tạm. c) Đà giáo mở rộng đỉnh trụ. d) Giá lao dầm bêtông. e) Cần cẩu nổi.

Hình 2.7: Kết cấu YUKM của Nga làm trụ cầu tạm đường sắt

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 15

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

d. Giàn T66:

Hình 2.8: Giàn T66 của Trung Quốc Xe ruøa

Xe ruøa

Daøn T66 Daàm 33m

Daøn T66

CÑSL

T4

M2

T5

Xe ruøa

Daøn T66

Chaân giaù chöõ A

Chaân baèng YUKM

CÑSL

Taø veït goã 20x20x150 Truï T5

Ñaù daêm 30cm

Hình 2.9: Kết hợp giàn T66 của Trung Quốc và UIKM của Nga thành giá long môn

2.1.3 Nguyên lý tính toán đà giáo và trụ tạm: a. Các kiểm toán cần thực hiện: - Độ bền, độ ổn định vị trí của các kết cấu. - Độ bền của các bộ phận để treo hay cố định đà giáo, sàn đạo.... - Độ bền của các bộ phận kết cấu cơ bản tiếp nhận trực tiếp tải trọng truyền xuống từ đà giáo và trụ tạm. - Độ cứng của mặt sàn đạo: trị số độ võng của các tấm ván lát dưới tác dụng của một lực tập trung 60kg không vượt quá 0,25cm. Nếu bề rộng tấm ván < 15cm thì lực tập trung lấy bằng 30kg. b. Các tải trọng dùng trong tính toán độ bền và ổn định của đà giáo và trụ tạm: - Trọng lượng bản thân của kết cấu cần xây dựng. - Hoạt tải do trọng lượng của các thiết bị nặng. - Hoạt tải do người, dụng cụ và thiết bị nhỏ: + Đối với ván khuôn, ván lát sàn và các bộ phận trực tiếp chống đỡ cho chúng: lấy bằng 250kg/m2 rải đều. + Đối với các kết cấu chịu lực chính của đà giáo và trụ tạm: lấy bằng 200kg/m2 nếu chiều dài đặt tải < 60m, lấy bằng 100kg/m2 nếu chiều dài đặt tải  60m. Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 16

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

+ Đối với trụ tạm dùng thi công kết cấu nhịp lắp ghép không có đường bộ hành: lấy bằng 75kg/m2. + Đối với cột lan can: lấy bằng 1 lực tập trung 70kg đặt ở điểm giữa cột lan can. + Đối với các móc treo thang: lấy bằng 200kg. + Đối với sàn treo dùng cho 1 người thi công: lấy bằng lực tập trung 120kg đặt ở vị trí nguy hiểm. Đối với sàn treo dùng cho 2 người thi công: lấy bằng lực tập trung 250kg đặt ở vị trí nguy hiểm. - Tải trọng gió: được tính đối với kết cấu cần xây dựng và những trụ tạm đứng riêng biệt. Tải trọng gió tiêu chuẩn tính theo công thức sau: q cH  q o .k.c

Trong đó: qo : áp suất gió động (kg/m2) c : hệ số khí động lực k : hệ số xét đến thay đổi áp suất theo chiều cao 2.2 Cầu tạm thi công: Cầu tạm thi công dùng cho các phương tiện vận chuyển, các máy móc xây dựng và máy nâng hàng đi lại làm việc. Cầu tạm nên làm thẳng, độ dốc không quá 5% và làm về phía hạ lưu so với cầu chính. Cầu tạm cho công nhân đi lại cần phải có lề cho người đi tối thiểu 0,75m mỗi bên và có lan can bảo hiểm. Kết cấu nhịp của cầu tạm nên dùng kết cấu kim loại dạng dầm giản đơn hoặc giàn lắp ghép từ kết cấu vạn năng. Trụ của cầu tạm nên làm kiểu trụ bằng móng cọc, hoặc bằng kết cấu vạn năng trên móng cọc. Nếu không có khả năng đóng cọc thì dùng kiểu lồng gỗ. Trường hợp đặc biệt có thể dùng trụ bằng chồng nề. Để đảm bảo ổn định tổng thể của dầm, nên dùng các liên kết ngang ở má chịu nén của dầm để tăng khả năng chống xoắn cục bộ của dầm. Cầu tạm thi công phải tính theo tải trọng thực tế mà cầu phải chịu. Hệ số xung kích lấy bằng 1,05 đối với xe chạy tốc độ chậm. Chỉ cần kiểm tra độ bền và độ ổn định của kết cấu, không cần tính toán về biến dạng.

Hình 2.10: Cầu tạm dùng trong thi công

2.3 Bến tạm: Bến tạm dùng để chuyển tải các khối hàng lớn, các kết cấu lớn và chở người trong thời gian thi công cầu. Có thể làm bến bằng lồng gỗ trên móng cọc hoặc rọ đá, hoặc làm bằng hệ nổi. Khi chọn địa điểm đặt bến, phải xét đến các điều kiện tự nhiên đảm bảo có đường vào bến thuận tiện và tránh được sóng. Nên đặt bến về phía hạ lưu của cầu đang xây dựng. Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 17

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Chênh lệch độ cao giữa mặt bến và boong tàu nên kiểm soát trong khoảng 0,75m; trường hợp có nhiều loại tàu khác nhau thì làm bến có nhiều bậc hoặc bố trí thang. Trên bến phải bố trí các thiết bị neo buộc và chống va, ngoài ra cũng cần phải có gờ chắn bánh cao 20cm, dây chắn và lan can bảo hiểm cao 1,1m. Đường nối bến vào bờ phải có độ dốc  10%. Dốc cầu thang từ bến lên bờ phải >1:3 và có lan can bảo hiểm 2 bên. Kết cấu bến cần được tính toán theo các tải trọng dưới đây: + Trọng lượng bản thân. + Tải trọng do va chạm tàu thuyền khi cập bến. + Tải trọng do neo buộc (do lực thủy động và lực gió tác dụng vào tàu thuyền được neo buộc). + Tải trọng do trọng lượng người và dụng cụ thiết bị nhỏ (400kg/m2). + Trọng lượng hàng hóa trên bến. + Trọng lượng máy nâng, máy vận chuyển trên bến (nằm đứng và ngang). + Áp lực đất nếu bến trên bờ. Tải trọng do tàu thuyền tác dụng khi cập bến được coi như đặt ở cao độ của các thiết bị chống va. Tải trọng neo buộc thì căn cứ vào vị trí thực tế của thiết bị neo buộc. 2.4 Âu tàu - triền tàu: Triền tàu dùng để hạ thủy lồng gỗ, giếng chìm, xà lan ...v.v. Nền làm bằng dầm thép, dầm bêtông cốt thép hoặc dầm gỗ gối trên nền đá hoặc móng cọc. Mặt trên triền tàu có đường trượt hướng ra sông. Chiều dài phần triền tàu trên cạn xác định theo điều kiện chế tạo và bố trí kết cấu hạ thủy, chiều dài triền tàu dưới nước xác định theo vị trí khi kết cấu nổi hoàn toàn trong nước. Dầm dọc phải được cố định vào bờ bằng neo, lực neo phải lớn hơn lực ma sát khi hạ thủy kết cấu.

3

h

1

2

Hình 2.11: Sơ đồ tính toán chiều dài phần dốc của triền tàu 1. Tấm chắn sóng; 2. Dầm dọc;3. Cọc neo; h. Độ chìm tương ứng với vị trí của vật khi nổi.

Chỉ dùng móng đá khi nền đất ổn định, và độ dốc đáy sông từ 1:4 ÷ 1:7 và đất nền là các loại sét hoặc cát pha sỏi, cát hạt thô và cát hạt trung. Nếu nền đất là nền cát mịn, cát chảy hoặc đáy sông dốc đứng thì phải làm móng cọc. Khi dùng móng đá phải sử dụng đá có đường kính hạt < 3V2 (dm) trong đó V (m/s) là vận tốc dòng chảy, những lớp dưới là đá hạt to, những lớp trên là đá hạt nhỏ. Khi tính toán ổn định lật kết cấu, phải giả định đầu ngoài dầm phía sông có độ lún là 0,5m.

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 18

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Khi dầm tựa lên nền đá xếp có bề dày > 20cm và với trọng lượng kết cấu hạ thủy  100Tấn thì tiết diện của dầm dọc có thể lấy theo cấu tạo nhưng không được < 4 thanh tiết diện 20x20cm (đặt thành hai hàng). Khi dùng móng cọc thì xem như cọc chỉ chịu lực thẳng đứng, thành phần lực ngang do neo chịu. Các dầm dọc được chia thành những dầm giản đơn để tính toán. Để di chuyển kết cấu hạ thủy có thể sử dụng tời kéo có dây kéo cố định vào nhóm cọc hoặc neo dưới nước, cũng có thể dùng kích đẩy. Nếu dộ dốc lớn thì nên đặt tời hãm. Khi chọn công suất tời kéo (hoặc kích) cần xét đến lực ma sát và lực thủy động với tốc độ giả định là 0,1m/phút. 2.5 Neo trong đất: Dùng để giữ các dây chằng, dây kéo, puli, cáp neo và kéo trong đất nên áp dụng: - Neo chôn ngầm (trong đó có cọc neo và neo chôn). - Neo trên mặt đất (trong đó có neo dùng chốt). Neo dùng cọc neo là các cây gỗ tròn đơn, bó gỗ tròn hoặc các cây bêtông cốt thép được đóng hay chôn trong đất với một góc xấp xỉ 90o so với phương của lực neo. Để tăng khả năng của neo, người ta dùng các tấm chắn đặt phía trước mặt neo ở phần trên, đặt ở phía ngoại lực tác dụng. Các cọc neo và tấm chắn liên kết với nhau bằng bu lông. Tại vị trí neo cáp, phải đặt một bản đệm thép. Khi thiết kế cọc neo, phải tính toán khả năng chịu uốn của cọc neo tại vị trí sâu 0,75m so với mặt đất, bỏ qua phản lực đất phía trên và sự làm việc chung nhóm cọc neo (mômen kháng uốn của neo bằng bó gỗ tròn lấy bằng tổng mômen kháng uốn của từng cái). Ngoài ra còn phải tính chiều sâu chôn neo trong đất theo công thức sau: h  1,15t o Trong đó: to - chiều sâu điểm quay của cọc, xác định từ phương trình cân bằng mômen tính toán như phần cọc ván thép ngăn nước ML = m.MG. Kích thước bản tựa (2a + b) và d xác định theo điều kiện:   2a  0,4 2  o 2  b  0,5t o tg 3   PH  t o   tg 2  45   d  t  d  to  2  2 3  6    R 0,3m

P

d

A-A A

2a + b

a

b

h

to

a

A

Hình 2.12: Cọc neo

Neo cọc phải được kiểm toán chịu nhổ do tác động của thành phần lực hướng dọc theo cọc (tính như cọc làm việc theo ma sát (nền móng)). Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 19

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Tiết diện tấm chắn phải được tính toán với giả thiết cho rằng phản lực phân bố đều theo diện tích của nó. Neo dạng tấm bản hoặc cây chôn vùi nằm ngang trong đất thì khả năng chịu lực của neo xác định theo công thức: NB 

1 N n  0,9.g  .cos KH

Trong đó: KH : Hệ số tin cậy. Lấy bằng 1 đối với kết cấu neo chỉ lăn ngang, lấy bằng 1,2 đối với neo của hệ nổi hoặc neo của tời nâng. g : Trọng lượng bản neo.  : Góc nghiêng của lực NB so với phương thẳng đứng. Nn : Khả năng chịu lực của nền bản neo: N n   3 .V. cos   Wi .Co .sin   i 

3 : Trọng lượng thể tích đất phủ. V : Thể tích lăng thể đất xác định theo hình. Co = 0,5C: Với C là lực dính đơn vị của đất.  : Góc nội ma sát của đất phủ. i : Góc nghiêng so với phương đứng của mép lăng thể đất trồi.  i 

   2 2

Tính toán độ bền của chính tiết diện bản neo (hay bó gỗ tròn) theo tải trọng rải đều trên bề mặt của nó với cường độ 1,1NB/F với F là diện tích mặt bản hay bó gỗ. Đối với neo đặt trên mặt đất, làm việc nhờ trọng lượng bản thân, kiểm toán chống nhổ và chống trượt: Kiểm toán chống nhổ theo công thức: Q  1,5.P.sin 

Kiểm toán chống trượt theo công thức:

Q  P.sin .f  1,8.P.cos

Trong đó: Q : Trọng lượng neo. P : Lực neo.  : Góc của lực P so với phương ngang. f : Hệ số ma sát của neo với đất.

NB



A

A-A i 

i   i  

A

NB

i 

Hình 2.13: Sơ đồ tính toán neo chôn trong đất

2.6 Hệ nổi: 2.6.1 Các phương tiện nổi dùng trong thi công cầu: a) Phao nổi, xà lan: Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 20

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Phao nổi là phương tiện hữu dụng khi thi công ở những vùng nước sâu. Phao nổi dùng chuyên chở vật tư, thiết bị, máy móc và làm mặt bằng thi công cho công trình. Phao nổi còn dùng để lao lắp kết cấu nhịp. Phao nổi có thể làm bằng vật liệu tổng hợp hoặc bằng thép (xà lan), trường hợp đặc biệt có thể dùng phao nổi bằng bêtông cốt thép hoặc bằng gỗ. b) Trụ nổi: Trụ nổi là trụ tạm đặt trên các phao nổi, sử dụng khi thi công lao lắp kết cấu nhịp ở những vùng nước sâu. 2.6.2 Cách lắp các phương tiện thành hệ nổi: - Khi lắp hệ nổi bằng các phao thép thì cần tổ hợp chúng theo dạng chữ nhật trên mặt bằng và bố trí phao đối xứng. - Cần bố trí cạnh dọc hệ nổi (cạnh lớn) theo phương chịu tác dụng của moment uốn lớn nhất. - Khi dùng xà lan làm hệ nổi thì cần chú ý khả năng chịu lực tập trung trên bề mặt của xà lan. Nên dùng xà lan dài không quá 50m. Tải trọng của xà lan nên lấy lớn hơn tải trọng chuyên chở 25%. - Khi ghép nhiều xà lan với nhau thì nên dùng 1 loại xà lan. - Khi dòng chảy có vận tốc >1m/s nên trang bị mũi rẽ nước cho hệ phao nổi. - Khi tải trọng tập trung lớn nên dùng giàn kim loại để phân bố lực cho các phao. - Có thể tạo ứng suất trước cho hệ nổi bằng cách: đặt các đối trọng ở đầu hệ nổi, liên kết hệ nổi bằng giàn kim loại tăng cường, sau đó dỡ bỏ đối trọng. - Đối với các hệ nổi dùng chuyên chở các tải trọng lớn dễ mất ổn định, cần bố trí các thiết bị tạo đối trọng (giằng tải). Các thiết bị này có khả năng tạo đối trọng trong thời gian không quá 1,5÷2h và tháo đối trọng trong thời gian không quá 2h÷2,5h. Nếu dùng phao KC theo định hình của Liên xô (cũ) có kích thước 1,8x3,6x7,2m. Các phao có thể ghép kề thành vào nhau theo chiều cao 1,8m và ghép úp mặt vào nhau để có chiều cao 3,6m. 2

8x0,9=7,2m

1

4x 0, 9= 3, 6

1,8

1 3 380

A 3x90

380

4

A-A

Löïc taùc duïng leân maët boong P4 P3 P1 P3

A P2

Hình 2.14: Cấu tạo phao đơn KC 1 – Lỗ có nút ren; 2 – Cửa vào ngăn phao có nắp kín; 3 – Bản liên kết; 4 – Bu lông chịu cắt.

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 21

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Hình 2.15: Xà lan chở dầm

2.6.3 Nguyên lý tính toán hệ nổi: Tải trọng tác dụng lên hệ nổi: - Trọng lượng bản thân của phao hoặc xà lan. - Trọng lượng nước trong các ngăn phao. - Trọng lượng bản thân của trụ nổi và kết cấu được lắp dựng trên hệ nổi. - Trọng lượng của thiết bị, kết cấu và vật liệu cần chuyên chở. - Áp lực gió tác dụng lên những diện tích hứng gió trên hệ nổi. - Lực đẩy của dòng chảy tác dụng lên phần chìm của phao. - Lực đẩy nổi của nước. Nội dung cần tính toán khi thiết kế hệ nổi:  Theo trạng thái giới hạn thứ nhất (với những tải trọng tính toán). - Độ nổi của hệ nổi. - Độ ổn định của hệ nổi. - Độ bền của hệ phao hoặc xà lan, của sàn đà và các giàn liên kết.  Theo trạng thái giới hạn thứ 2 (tính với tải trọng tiêu chuẩn). - Khối lượng đối trọng nước và dung tích của khoang đối trọng, có xét đến độ chìm cho phép biến dạng của trụ nổi và những thiết bị chất tải. Những tổ hợp tải trọng, được xét đến khi tính toán các trụ nổi theo phương dọc và phương ngang lấy theo bảng 2.1. Khi tính toán các trụ nổi về độ bền, thì trong tổ hợp tải trọng thứ hai, hệ số tổ hợp của những tải trọng tạm thời x được lấy bằng 0,95. Trừ trọng lượng của trụ nổi và các sàn đà, giàn liên kết cũng như thiết bị, trọng lượng của đối trọng dư và áp lực thuỷ tĩnh của nước. Những tải trọng và tổ hợp của chúng để tính toán các phương tiện nổi dùng cho cần cẩu, giá búa và các thiết bị khác được lấy theo chỉ dẫn của bảng 2.2. Bảng 2.1. Tổ hợp tai trọng khi tính trụ nổi [5].

Thứ tự

1 2

Tải trọng và lực tác dụng

Trọng lượng của kết cấu nhịp chuyên chở kể cả kết cấu lắp thêm đặt lên nó, P.. Trọng lượng của các trụ nổi, kể cả sàn đà... và thiết bị, G

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khi tính toán độ bên Tổ hợp tải trọng 1 2

Khi tính toán độ Khi tính toán độ nổi ổn định Hệ nổi Của hệ Của trụ Của nói nổi nói nổi trụ nổi chung chung

+

+

+

-

+

-

+

+

+

+

+

+

Khoa Công trình giao thông

Page 22

Trường ĐH GTVT Tp.HCM 3 4 5 6 7 8 9

Trọng lượng của đối trọng dư, Gđ Trọng lượng của đối trọng điều chỉnh, Gđc Trọng lượng của đối trọng làm việc, Glv Áp lực gió tác dụng lên kết cấu nhịp, Wn Áp lực gió tác dụng lên trụ nổi, wt Áp lực thuỷ tĩnh của nước Lực sóng

Bài giảng môn học Thi công cầu +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

+

-

-

-

+

-

+

+

-

-

+

-

-

+

+

+ -

+ +

+ -

+ -

+ -

+ -

Chú thích : 1. Những tải trọng nêu ở mục 1, 3, 6 và 7 được tính theo chỉ dẫn của chương 2 cùng với hệ số vượt tải tương ứng. Bảng 2.2. Những tổ hợp tải trọng khi tính trụ nổi dùng cho cần cẩu, giá búa [5].

Tải trọng và lực tác dụng (1) Trọng lượng bản thân của xà lan kể cả kết cấu đặt trên nó. Trọng lượng cần cẩu giá búa và các thiết bị khác Trọng lượng hàng treo ở móc cẩu quả búa, cọc treo ở giá búa: - Không kể xung kích - Có kể xung kích Trọng lượng đối trọng và tải trọng dằn Áp lực gió: - Tác dụng lên xà lan - Tác dụng lên cần cẩu (hoặc giá búa) - Tác dụng lên vật cẩu (hoặc cọc) Áp lực thuỷ tĩnh của nước Lực sóng

Tổ hợp tải trọng Khi tính độ bền Khi tính độ nổi của xà lan và độ ổn định 1 2 3 4 (2) (3) (4) (5) +

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+ +

+

+ + +

+ + -

+ + +

+ + -

+ +

+ -

+ -

+ -

Chú thích: 1. Trong tổ hợp 2 và 4 cường độ của tải trọng gió lấy bằng cường độ tính toán đối với những vùng đã cho, trong tổ hợp 1 và 3 thì cường độ tải trọng gió lấy ứng với vận tốc gió V = 10m/s. 2. Trong tổ hợp 1 và 3 trọng tâm của vật cần phải lấy điểm treo nó vào cần cẩu (hoặc giá búa) với vị trí bất lợi nhất của giá búa (hoặc cần cẩu) trên xà lan. 3. Trong tổ hợp 1 và 3 được xét trường hợp vật cẩu bị đứt. 4. Khi tính toán xà lan dùng cho cần cẩu, thì trong tổ hợp 1 và 3 cần phải xét các trưng hợp: a) Chiều cao cẩu vật lớn nhất. b) Độ vươn lớn nhất của cẩu vật. 5. Lực sóng được xác định theo phụ lục 7 tiêu chuẩn 22TCN200-1989.

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 23

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

a. Xác định các đặc trưng hình học của hệ nổi: a1. Diện tích bề mặt phần chìm của phao tính theo đường ngấn nước (Diện tích mớn nước). Fn = LB (m2) Trong đó: L và B là chiều dài và rộng của hệ nổi tính theo mớn nước khi hệ nổi ở vị trí cân bằng, lúc hệ nổi bị nghiêng theo chiều dọc thì chiều dài theo mớn nước là L/cos, với  là góc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang. a2. Mô men quán tính phần chìm tính theo diện tích mớn nước: Ở trạng thái cân bằng mô men quán tính của hệ nổi xác định theo các công thức sau: B×L3 12 L×B3 = 12

Theo chiều dọc hệ nổi:

Jd =

(m 4 )

Theo chiều ngang hệ nổi:

J ng

(m 4 )



a



-a

b. Độ nổi của hệ nổi được xác định theo công thức: Vn  kH Q Trong đó:  - Dung trọng của nước, đối với nước ngọt lấy bằng 1(t/m3) Vn - Lượng choán nước giới hạn của các trụ của hệ nổi, bằng tổng lượng choán nước của chúng ứng với độ chìm bằng chiều cao mạn ở mặt cắt ngang tại giữa phao. Đối với hệ phao được ghép từ các phao đơn thì cho phép không tính đến độ võng của hệ phao. Q - Trọng lượng tính toán của hệ nổi bằng tổng của các trọng lượng tính toán. Trọng lượng của nhịp cầu chuyên chở P, kể cả kết cấu lắp thêm trên nó, trọng lượng của các trụ nổi G (kể cả phần kết cấu và các thiết bị đặt trên nó), trọng lượng của đối trọng điều chỉnh và đối trọng dư (Gdc + Gd). kH : hệ số tin cậy: lấy bằng 1,125 đối với trụ nổi tạo đối trọng bằng lỗ đáy phao; lấy bằng 1,2 đối với trụ nổi tạo đối trọng bằng bơm; lấy bằng 2 đối với xà lan đặt giá búa và cần cẩu thông thường; lấy bằng 1,25 đối với xà lan đặt cần cẩu chân dế. c. Độ ổn định của hệ nổi:  1) Trong mọi trường hợp tính toán, chiều cao của tâm nghiêng phải là một số dương. -a>0 Trong đó:  - Bán kính tâm nghiêng Q (m): bằng khoảng cách từ trọng tâm của khối nước đã bị choán chỗ ở trạng thái cân bằng C đến tâm nghiêng O; O là điểm giao nhau của đường thẳng đứng đi qua tâm của b khối nước bị choán chỗ dịch chuyển b khi nghiêng với trục đứng 0 – 0 của hệ nổi hay trụ nổi. Hình 2.16: Sơ đồ xác định độ ổn định của hệ nổi Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 24

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

a - Khoảng cách từ trọng tâm của hệ nổi A đến tâm của khối nước bị choán chổ C. ( - a) - gọi là chiều cao tâm nghiêng. 2) Khi nghiêng (có độ chênh mớn nước) các trụ nổi và hệ nổi nói chung khi đồng thời chịu tác dụng của tải trọng gió tính toán thì một điểm bất kì ở mép boong cũng không được ngập dưới nước. d. Bán kính tâm nghiêng  (tính bằng m) được xác định theo công thức:



J   Jn  Vn

Trong đó: J - Mômen quán tính của diện tích hệ phao ghép (hoặc xà lan) ở cao độ đường mớn nước của các trụ nổi đối với trục quay của nó khi trụ nổi bị nghiêng: lấy với trục có mômen quán tính nhỏ; còn khi có độ chênh mớn nước (nghiêng dọc) thì lấy đối với trục có mômen quán tính lớn (m4). Jn- Tổng của những mômen quán tính của bản thân bề mặt trong những phao (hoặc các khoang của xà lan) làm đổi trọng đối với trục đi qua trọng tâm của những bề mặt này song song với trục nghiêng của trụ nổi hoặc hệ nổi (m4). Mỗi ngăn phao có kích thước trong mặt phẳng ổn định là bp ngoài là lp khi đó ta có công thức tính mô men quán tính riêng là:  1  lp  bp cos    Jn  n 12 Với n là số ngăn của phao hoặc khoang xà lan.

3

Hình 2.17: Sơ đồ tính mô men quán tính trong các ngăn của phao hoặc xà lan V n - Thể tích phần chìm (lượng nước rẽ) của hệ nổi hay trụ nổi riêng biệt (m3)

tính như mục b. e. Độ chìm của hệ nổi: Độ chìm của những trụ nổi tB (tính bằng m) do các tải trọng thẳng đứng gây ra, cần phải xác định theo công thức: Q tB   (m) k BFn  n Trong đó: Q - Tải trọng tính toán (hoặc tải trọng tiêu chuẩn xem điều 6.131-22TCN2001989) tác dụng lên trụ nổi (tính bằng tấn) Fn- Diện tích của trụ nổi, tính theo mặt phẳng đường mớn nước (m2) k B - Hệ số làm đầy của khối nước bị choán chỗ đối với phao KC lấy bằng 0,97

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 25

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Độ chìm của những trụ nổi tr (tính bằng m) do tải trọng gió tính toán gây ra nghiêng hoặc độ chênh mớn nước của trụ nổi riêng biệt (hoặc qua hệ nổi) được xác định theo công thức : tr = b.tg (m) Trong đó:  - Góc nghiêng hay độ chênh mớn nước của trụ nổi (hoặc của hệ nổi) b - Một nửa kích thước của trụ nổi trong mặt phẳng của mômen nghiêng. m M tg   Q   a Nếu tính xà lan. Khi đặt giá búa hay cần cẩu trên xà lan thì cần phải tính toán độ nghiêng của xà lan do tác dụng của mô men nghiêng. Góc nghiêng tính theo công thức:

tg 

 M

t

 m Mh 

 Q   a

Trong đó: M – Tổng mômen đối với tâm của đường nước rẽ do tải trọng gió tính toán tác dụng lên hệ nổi (T.m) m - Hệ số xét đến lực xung kích của gió và lực quán tính của trụ nổi (hoặc hệ nổi) lấy bằng 1,2 Mt – Mô men tính toán do tĩnh tải Mh – Mô men tính toán do hoạt tải Khoảng cách a tính theo công thức sau:

a

M Q

Trong đó: M là tổng mô men do lực ngang, do lệch tâm tác dụng lên hệ nổi. Góc  cần phải thoả mãn điều kiện:   1 ;   2

Trong đó: 1 - Góc nghiêng (hoặc góc chênh) tướng ứng với vị trí khi mép boong bắt đầu chạm nước. 2 - Góc nghiêng (hoặc góc chênh) tương ứng với vị trí khi đáy hệ nổi (giữa lườn) bắt đầu hở khỏi mặt nước. f. Khối lượng đối trọng nước V (tính bằng m3) để cân bằng trụ nổi: V = Vlv + Vđc + Vđ Trong đó: Vlv, Vđc, Vđ: Tương ứng là khối lượng nước đối trọng làm việc, đối trọng điều chỉnh và đối trọng dư (tính bằng m3).

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 26

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Trị số Vlv cần thiết để trụ nổi chìm xuống (hoặc nổi lên) khi chất tải kết cấu nhịp hoặc đặt nó lên gối được xác định theo công thức: Vlv = P + kB Trong đó: P là trọng lượng tiêu chuẩn của kết cấu nhịp (tấn)  = 1 + 2 + 3 + 4  - Lượng chìm yêu cầu (hoặc nổi lên) của trụ nổi (m) 1 - Trị số biến dạng đàn hồi của kết cấu nhịp khi chất tải hoặc đặt nó lên gối 2 và 3 - Trị số biến dạng của các kết cấu đỡ tải và trụ nổi 4 - Khe hở giữa đáy kết cấu nhịp và đỉnh kết cấu chất tải, hoặc với đỉnh gối, lấy bằng 0,02÷0,03m. Để tính toán sơ bộ cho phép lấy  = 0,15÷0,20m Khối lượng đối trọng điều chỉnh Vđc được xác định theo công thức : Vđc = kB.hđc Trong đó: hđc - Trị số điều chỉnh độ chìm của trụ nổi trong trường hợp có sự dao động của mực nước trong vòng một chu trình chuyên chở, nhưng không ít hơn một ngày đêm. Trị số hđc cần phải lấy không nhỏ hơn trị số mức nước thay đổi lớn nhất ghi được trong vòng 10 gần đây qua theo dõi vào thời kì chuyên chở. Trong những trường hợp cần thiết phải tính đến đối trọng dùng để khắc phục độ nghiêng hoặc độ chênh mớn nước của các trụ nổi hoặc hệ nổi không đối xứng. Khối lượng của đối trọng dư cần phải được xác định theo công thức: Vđ = kB. Trong đó :  - Chiều dày của lớp đối trọng dư (m) đối với phao KC được xếp đối trọng bằng cách dùng máy bơm nước thì lấy bằng 0,1; còn đối với xà lan thì lấy tuỳ thuộc vào kết cấu của khung sườn đáy. Đối với những phao KC được xếp đối trọng thông qua những lỗ ở đáy, thì chiều dày của lớp đối trọng dư được lấy bằng 0,08m; còn đối với những phao kín của hệ phao không xếp đối trọng thì lấy bằng 0. g. Tính toán lực kéo dắt và lực neo hệ nổi: Khi di chuyển hoặc khi neo đậu, hệ nổi chịu những lực tác dụng gồm: - Lực gió tác dụng lên diện tích hứng gió của các phần nổi TW. - Lực đẩy của dòng chảy tác dụng lên diện tích cản dòng của phần chìm Td. - Lực ma sát giữa nước và diện tích tiếp xúc của phần chìm Tf. Các lực này tác dụng lên hệ nổi theo phương của chúng, lực cản của dòng chảy phụ thuộc vào hướng nước chảy và hướng di chuyển của phao. Lực cản tổng hợp là hợp lực của các lực trên xác định theo nguyên tắc cộng véc tơ. Hình 2.18: Thành phần các lực cản tác dụng lên phao

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 27

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

 Lực cản của gió: Tw = ω k i .Fi

(kN)

Với: ki – Hệ số cản gió của các kết cấu phần nổi lấy theo TCVN 2737-1995. Fi – Diện tích hứng gió của mỗi bộ phận nổi  - Áp lực gió khi di chuyển hệ nổi lấy bằng 0,125 kN/m2, khi neo đậu lấy bằng 1,8 kN/m2.  Lực đẩy của dòng chảy: Td = i. .F1

v12 2g

(kN)

Trong đó: i – Hệ số cấu tạo của hệ nổi. Vuông i = 1; vát cạnh hoặc vuốt tròn i = 0,75 v1 –Vận tốc tương đối giữa chuyển động của phao và dòng chảy (m/s) – Trọng lượng thể tích của nước lấy bằng 10 kN/m3. F1 – Diện tích của hình chiếu mặt cắt phần chìm lên mặt phẳng vuông góc với hướng của v1 (m2). Xác định V1 và F1 theo sơ đồ hình 2.15. v1 = v2p  vn2  2v p vn cos(   )

(m/s)

Góc ( - ) giữa v1 và hướng di chuyển,  là góc xác định theo định lý sin: v v sin(   ) v1 = n =>  =Arc sin n sin(   ) sin  v1 Đường chéo của hệ nổi: D = B2  L2 Diện tích cản dòng theo hướng v1 là: B  F1 = t.D.Sin    Arc sin  với t là độ chìm của hệ nổi D 

h. Lực cản do ma sát: Tf = f.F2 .V12

(kN)

Trong đó: f: Hệ số ma sát; phao thép lấy bằng 0,17; phao gỗ lấy bằng 0,25 F2: Diện tích bề mặt ma sát của phao tính theo một trong hai công thức sau: F2 = 2F1 (theo Kôlôkôlốp) F2 = 2,7L F2 = 2,7L i.B.t (theo Taylor) Lực cản theo hướng v1: T1 = Td + Tf Lực kéo và lực neo hệ nổi là hợp lực của hai lực cản do gió và lực T1 T = T w + T1

Tùy thuộc vào trạng thái của hệ nổi mà lực T là lực kéo hay lực neo, vì theo hướng T1 ta đã kể đến giá trị v1 và véctơ tổng hợp của v p và vn , khi phao đứng yên vp = 0. j. Tính cáp và neo: Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 28

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Lực kéo tác dụng lên một nhánh neo: S1 =

T 2Cosβ

(kN)

 - góc xiên giữa hướng neo và phương của lực T ; 2 là số nhánh neo ở một phía của hệ nổi. Khi tính neo, lực T xác định với áp lực gió tối đa là 1,8kN /m2 còn khi tính lực kéo của tời di chuyển phao lực gió lấy bằng 0,125kN/m2. S1 V

h

Qneo

S1

q

S1

V

h

V

S1=H

2Lmin Hình 2.19: Sơ đồ tính toán neo

Tính cáp neo tương tự như tính cho một dây võng có trọng lượng 1m dài là q, khẩu độ tính toán là 2Lmin, đường tên là h, Chiều dài cáp xác định theo chiều dài Lmin: 2hS1 q

Lmin =

(m)

Xuất phát từ công thức xác định lực ngang và phản lực thẳng đứng của neo tại hai đầu dây võng: H = S2 =

q(2 Lmin ) 2 8h

(kN)

V = qLmin

Ta tính được lực căng dây cáp neo: Scap = H 2 + V 2 =S1 1 

2qh S1

(kN)

Với chiều dài Lmin lực ngang tác dụng vào neo S1 Cần chọn neo trọng lực có trọng lượng là Q sao cho khả năng chống trượt của neo là Rneo đảm bảo điều kiện. S1 ≤ Rneo k. Chọn tàu kéo dắt hệ nổi: Công suất tàu kéo chọn theo điều kiện: N=

T + Sqt p

(Mã Lực)

Trong đó: T - Lực cản xác định với w = 0,125 kN/m2. Sqt - Lực kéo để thắng quán tính của hệ nổi: Sqt = Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

G.v  .g

(kN)

Khoa Công trình giao thông

Page 29

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

G -Trọng lượng hệ nổi. P - Lực kéo tính trên đơn vị công suất của tàu kéo lấy bằng 0,12÷0,15 kN/mã lực. v - Vận tốc khởi động của tàu kéo bằng 1÷1,5m/s.  - Thời gian đạt được vận tốc ban đầu 180÷300s; g=9,81 m/s2. 2.7 Kết cấu chống va trôi. Khi xây dựng trụ tạm ở vùng có cây trôi trong mùa lũ, đôi khi cần bố trí kết cấu chống va trôi. Kết cấu gồm 2 dãy cọc đường kính 20cm30cm tạo thành 1 góc nhọn. Các cọc nối với nhau bằng cùm hoặc bện cáp. Bên ngoài ốp 2 lớp ván dày 5cm. Dọc mép nhọn của góc nhọn bố trí 1 thanh ray, phía trong chất đá hộc. Chiều cao kết cấu phải lớn hơn mực nước thi công 0,5m.

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 30

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

3 Chương 3 THI CÔNG MÓNG MỐ, TRỤ CẦU 3.1 Thi công móng khối trên nền thiên nhiên. Biện pháp thi công móng khối trong tất cả các điều kiện địa hình đều thống nhất chung các bước như sau: thi công hố móng, xử lý đáy móng, lắp đặt cốt thép móng, lắp dựng ván khuôn, đổ bêtông móng, chống thấm và đắp đất hố móng. Trong mỗi bước thi công biện pháp công nghệ được lựa chọn căn cứ vào những yếu tố sau đây: - Kích thước móng: diện tích đáy, chiều cao móng. - Chiều sâu đặt móng. - Dạng đất nền: loại đất, điều kiện ổn định của mái dốc, hiện tượng cát trôi. - Dạng nền dưới đáy móng: là nền đất hay nền đá. - Điều kiện địa hình: bằng phẳng hay sườn dốc, diện tích mặt bằng thi công rộng rãi hay chật hẹp. - Điều kiện thuỷ văn: khô cạn hay ngập nước, ở trên cạn thì có hay không có nước ngầm. Trong khu vực ngập nước thì mức nước ngập nông hay sâu. - Điều kiện kỹ thuật của đơn vị thi công: thiết bị đào lấy đất, công nghệ chế tạo và cung cấp vữa bêtông. 3.1.1 Thi công hố móng ở nơi không có nước mặt: 3.1.1.1 Hố móng không chống vách. + Điều kiện áp dụng. - Đất tương đối cứng và đồng chất, hoặc đất đắp đã đầm chặt. - Mực nước ngầm nằm sâu dưới đáy móng. - Đất khô hoặc ít ẩm. - Trong phạm vi đào đất không có các công trình khác. Ñaát ñaép Raõnh thoaùt nöôùc 1m 1: m

1: m

(0,3-0,5)+Brãnh

moùng

(0,3-0,5)+Brãnh

Hình 3.1.1: Thi công hố móng không chống vách

+ Hố móng dốc đứng. Hố móng trong đất dính có thể đào vách thẳng đứng nhưng độ sâu theo lý thuyết không vượt quá: H max = Trong đó:

4C Có thể tham khảo Hmax trong bảng 3.1-1: 

C: hệ số dính của đất; : trọng lượng riêng của đất. Bảng 3.1-1. Độ sâu đào móng vách thẳng đứng [1].

Loại đất sét

Rất mềm

Mềm

Cứng

Hệ số dính (kN/m2)

0÷17,5

17,5÷35,0

35,0÷70,0

Độ sâu Hmax

4

4÷8

8÷16

Tuy nhiên, để tránh rủi ro, nên dùng hệ số an toàn giảm 2÷3 lần do xét đến độ ẩm của đất thay đổi theo thời gian. Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 31

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Thông thường chỉ dùng hố móng dốc đứng có độ sâu không quá 2m và móng thi công nhanh. Đối với hố móng dốc đứng đào trong đá, cần lưu ý đến độ nghiêng của lớp đá và độ toàn khối của chúng. + Hố móng nghiêng. Tùy theo loại đất, độ sâu cần đào, thời tiết và tải trọng đặt trên bờ hố móng để xác định độ dốc taluy thành hố móng. Tải trọng phải đưa ra khỏi mép hố móng khoảng cách 1m. Đối với móng sâu và rộng, trong đất đào có nhiều lớp, nếu không có điều kiện chống vách, có thể đào trần thành nhiều cấp. Mỗi cấp cao không quá 2÷3m tùy loại đất, có thềm rộng 0,5÷1m. Độ dốc của mỗi cấp tùy vào điều kiện đất đá của từng cấp.

0,5-1m

0,5-1m

1: m

1: m

(0,3-0,5)+Brãnh

(0,3-0,5)+Brãnh

moùng

Hình 3.1.2: Thi công hố móng không chống vách

Nếu đất có độ ẩm bình thường, thời gian thi công ngắn thì độ dốc ta luy hố đào có thể thảm khảo bảng 3.1-2. Tên lại đất Đất đắp, đất cát, đất sỏi Đất pha cát Đất pha sét Đất sét Đất hoang thổ (khô) Đá rời Đá chặt

Bảng 3.1-2. Độ dốc mái ta tuy ứng với độ sâu đào móng [10]. Độ dốc ta luy ứng với độ sâu đào hố móng < 3m 3 ÷ 6m 1:1,25 1:1,50 1:0,75 1:1,00 1:0,67 1:0,75 1:0,50 1:0,67 1:0,50 1:0,50 1:0,10 1:0,25 1:0,00 1:0,10

Theo California Foundation Manual, tải trọng tạm thời phải cách xa mép hố móng để bảo đảm ổn định mái dốc với khoảng cách được xác định từ hình 3.1.2-2. Hình a thể hiện góc mái dốc  và góc mặt trượt phá hoại  = tg45 0 + /2. Khi  ≤  thì tải trọng tạm thời sẽ không ảnh hưởng đến mái dốc và x được lấy tối thiểu 600mm như hình b và khi  >  thì x được xác định theo kích thước hình học và không được nhỏ hơn 600mm hình c. x

(a)

Taûi troïng taïm thôøi

600mm

Taûi troïng taïm thôøi

x

Taûi troïng taïm thôøi

(c) H

(b)

 







=+/2

Hình 3.1.2-2: Xác định khoảng lùi mái dốc

Giảng viên: ThS. Nguyễn Đình Mậu

Khoa Công trình giao thông

Page 32

Trường ĐH GTVT Tp.HCM

Bài giảng môn học Thi công cầu

Ví dụ 3.1. Hố móng như hình c biết H=3000mm,  = 53 0 ứng với độ dốc 1:0,75 và  = 46 0 (đất có góc nội ma sát rất nhỏ). Khi đó khoảng lùi x được xác định như sau: 3000 3000 x= − = 636.4mm tg46 0 tg530 + Các biện pháp chống nước mưa: Có thể dùng rãnh đỉnh và các loại rãnh thoát nước để đưa nước ra xa khỏi hố móng. Trường hợp mái dốc bị thấm ẩm, cần đề ra các biện pháp đề phòng trượt lở như: tạm dừng thi công cho đến khi tháo khô được nước thấm, hạ bớt độ dốc ta luy, chống vách. 3.1.1.2 Hố móng có vách chống: Vách chống được dùng để giữ ổn định cho hố móng đào thẳng đứng. Ngoài ra đối với nền đất cát hoặc sét yếu nên chống vách để tăng ổn định. Nhìn chung có 2 loại vách chống: Loại dùng cho đất có mực nước ngầm thấp và loại dùng cho đất có mực nước ngầm cao. Khi đất có mực nước ngầm thấp, thường dùng ván lát bằng gỗ. Ván lát bằng gỗ thường theo những dạng sau. Ván lát ngang dùng thanh văng để chống ngang. A-A

150-200

A

1

50-100

150-200

d=15-18

2

30-50

3

4

3 23 12