Bài tập kỹ thuật thi công cầu 1 có đáp án

I, VÍ DỤ TÍNH TOÁN CỌC VÁN THÉP Bài 1: Một hố móng công trình cầu được bố trí như hình vẽ sau, kích thước là m.. Yêu cầu: a Tính và vẽ biểu đồ áp lực nước, áp lực đất chủ động và áp lực

I, VÍ DỤ TÍNH TOÁN CỌC VÁN THÉP

Bài 1: Một hố móng công trình cầu được bố trí như hình vẽ sau, kích thước là (m) Đất hố

móng là đất rời có tỷ trọng  = 2.7; góc nội ma sát  = 30o; lực dính đơn vị c = 0; hệ số rỗng e = 0.6 Trọng lượng đơn vị của nước n = 10kN/m3 Hệ số điều kiện làm việc m = 0.95; hệ số áp lực đất chủ động na = 1.2; hệ số áp lực đất bị động nb = 0.8

Yêu cầu:

a) Xác định các loại tải trọng tác dụng lên 1m chu vi vòng vây thép? Bỏ qua trọng lượng vòng vây ván thép

b) Tính chiều sâu tối thiểu đóng cọc ván thép? Không xét đến ảnh hưởng của sự thấm nước qua vòng vây

Giải:

a) Xác định các loại tải trọng tác dụng lên vòng vây:

- Áp lực nước tĩnh:

1

2



- Áp lực đất chủ động:

6.00

5.00

6.50

3.50 x

MNTC

Ðáy móng Vßng v©y thép

 

0

2 2

3

2

2

1

2

o

n dn

kN m e









- Áp lực đất bị động:

 

0

2 2

3

2

2

1

2

o

n dn

kN m e









b) Sơ đồ tính toán:

Chiều sâu tối thiểu đóng cọc ván (x) phải thỏa mãn điều kiện:

Trong đó:

- Tổng mô men gây lật, lấy đối với điểm lật A:

n

M - Tổng mô men do áp lực nước gây ra, lấy đối với điểm lật A:

6.00

5.00

6.50

3.50

MNTC

Vßng v©y thép

pp

A

pn

pn

E a

pa

t a

t p

hp

2 2

M  p h  h h E  x  x

(3)

a

M - Tổng mô men do áp lực đất chủ động gây ra, lấy đối với điểm lật A:

- Tổng mô men giữ, lấy đối với điểm A:

3 4.25

Với: M p- Tổng mô men do áp lực đất bị động gây ra, lấy đối với điểm lật A

3.55x 15.657x 17.23x2.367 0 (6) Thay số và giải phương trình (6), suy ra: x5.4m

Bài 2: Một hố móng công trình cầu được bố trí như hình vẽ sau, kích thước là (m) Đất hố

móng là đất rời có tỷ trọng  = 2.7; góc nội ma sát  = 30o; lực dính đơn vị c = 0; hệ số rỗng e = 0.6 Cho trọng lượng đơn vị của nước n = 10kN/m3 Hệ số điều kiện làm việc m

= 0.95; hệ số áp lực đất chủ động na = 1.2; hệ số áp lực đất bị động nb = 0.8

Yêu cầu:

a) Tính và vẽ biểu đồ áp lực nước, áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động tác dụng lên vòng vây?

b) Kiểm tra vòng vây cọc ván thép theo điều kiện ổn định? Bỏ qua trọng lượng vòng vây ván thép và không xét đến ảnh hưởng của sự thấm nước qua vòng vây

Giải:

3.00

Ðáy móng 1.00

3.50

0.00

MNTC

Vßng v©y thép

a) Tính và vẽ biểu đồ áp lực nước, áp lực đất chủ động và bị động:

- Áp lực nước tĩnh:

2

10 3 30 / 1

45 / 2



- Áp lực đất chủ động:

0

2 2

3

2

2

1

o

n dn

a

kN m e

h









- Áp lực đất bị động:

0

2 2

3 2

2

1

o

n dn

p

kN m e

h









Biểu đồ áp lực:

b) Kiểm tra điều kiện ổn định của vòng vây:

1.00

3.50

0.00

MNTC

Vßng v©y thép

30

30

12.27

3.00

79.66

Điều kiện:

g

M m

Trong đó:

- Tổng mô men gây lật, lấy đối với điểm lật A:

322.57 /

n

M - Tổng mô men do áp lực nước gây ra, lấy đối với điểm lật A:

2

a

M - Tổng mô men do áp lực đất chủ động gây ra, lấy đối với điểm lật A:

30.07 /

- Tổng mô men giữ, lấy đối với điểm A:

Với: M p- Tổng mô men do áp lực đất bị động gây ra, lấy đối với điểm lật A

Cuối cùng ta được: l 4.86 0.95

g

M

m

Vòng vây thép không đảm bảo điều kiện ổn định chống lật

Bài 3: Một hố móng công trình cầu được bố trí như hình vẽ sau, kích thước là (m) Vòng

vây cọc ván thép có cường độ R = 19kN/cm2; mô đun kháng uốn tính cho 1m chu vi vòng vây là W = 1650cm3 Đất hố móng là đất rời có tỷ trọng  = 2.7; góc nội ma sát  = 30o; lực dính đơn vị c = 0; hệ số rỗng e = 0.6 Trọng lượng đơn vị của nước n = 10kN/m3 Hệ

số điều kiện làm việc m =0.95; hệ số áp lực đất chủ động na = 1.2; hệ số áp lực đất bị động nb = 0.8

Yêu cầu:

a) Tính và vẽ biểu đồ áp lực nước, áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động tác dụng lên vòng vây

b) Kiểm tra vòng vây cọc ván thép theo điều kiện cường độ Bỏ qua trọng lượng vòng vây ván thép và không xét đến ảnh hưởng của sự thấm nước qua vòng vây

Giải:

a) Tính và vẽ biểu đồ áp lực nước, áp lực đất chủ động và bị động:

- Áp lực nước tĩnh:

2

10 3 30 / 1

45 / 2



- Áp lực đất chủ động:

0

2 2

3

2

2

1

o

n dn

a

kN m e

h









- Áp lực đất bị động:

9.00

11.50

8.00

MNTC

Vßng v©y thép 11.00

Ðáy móng

Thanh chèng

 

0

2 2

3 2

2

1

o

n dn

p

kN m e

h









Biểu đồ áp lực:

b) Kiểm tra vòng vây thép theo điều kiện cường độ:

- Sơ đồ tính toán: Thiên về an toàn, coi vòng vây như một dầm giản đơn, một đầu gối trên thanh chống, một đầu gối ở độ sâu bằng t/2 kể từ đáy móng Bỏ qua áp lực đất bị động Tải trọng tác dụng là áp lực thủy tĩnh và áp lực đất chủ động quy đổi rải đều tương ứng trên dầm:

9.00

11.50

8.00

MNTC

Vßng v©y thép

30

30

E a

14.025

E p

E n

11.00

95.59 Thanh chèng

- Tính tải trọng tương đương, tính cho 1m chu vi vòng vây:

+ Do áp lực thủy tĩnh:

2

1

4.5



+ Do áp lực đất chủ động:

2

2

0.5 8.766 2.5

2.5

a

- Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm, bằng:

2 2

2

a

n q l

q l

- Duyệt tiết diện ngang ván thép theo điều kiện cường độ:

5728

W 1650

M

Vòng vây ván thép đảm bảo yêu cầu cường độ

II, Ví dụ tính ván khuôn

Bài 1: Tính ván thành

Thi công đổ bê tông một phần thân trụ cầu bê tông cốt thép có chiều cao 3m, tiết diện ngang như hình vẽ Sử dụng ván khuôn thép, tấm ván đơn phần thẳng có khoảng cách sườn tăng cường đứng a=500mm, khoảng cách sườn tăng cường ngang b=500mm,

Bảng tra các hệ số α, β khi tính tôn lát theo bản kê 4 cạnh

t/2 =1.5m

l = 3+t/2 = 4.5m

q1

q2

1+t/2 =2.5m

l/4 = 4.5/4

(1.5.3)/4.5 = 1

DahM

DahM

1

2

l/2

t/2 =1.5m

1,5m 8m 1,5m

3m

vật liệu thép có cường độ chịu uốn Ru=19kN/cm2, mô đun đàn hồi E=2,1.104 kN/cm2,

độ võng cho phép  f 1 a

400

 Biết thời gian đổ bê tông thân trụ là 4h Đổ bê tông bằng xe bơm bê tông.Đầm bê tông bằng đầm rung trong (đầm dùi) Yêu cầu xác định bề dày tôn lát ( bản mặt ván khuôn) của tấm ván khuôn trên?

Bài giải : Tính ván khuôn thành

1) Sơ đồ tính, tính và vẽ biểu đồ áp lực ngang

- Xác định biểu đồ áp lực ngang của vữa BT

+ chiều cao biểu đồ áp lực: H = 4.h1h

Tốc độ đổ BT trong 1h : h1h = V/(4.F); V= Hthân trụ .F Vậy : h1h = 3/4 = 0,75m/h Vậy chiều cao biểu đồ áp lực : H = 4.0,75 = 3 m

Do H = 3m > 1m nên khi tính ta bỏ qua tác dụng của lực xung kích khi đổ BT

pmax = bt.R=18,75 kN/cm2;

vẽ biểu đồ :

Tôn lát làm việc như một bản kê 4 cạnh trên các sườn tăng cường đứng và ngang

2) Xác định tải trọng tác dụng vào tôn lát:

R= 0,75m

H= 3m

Pmax

Tải trọng tương đương tiêu chuẩn:

td

(2H R).0, 5 .R (2.3 0, 75).0, 5.25.0, 75

Tải trọng tương đương tính toán:

td

3) Xác định bề dày tôn lát :

- Theo điều kiện cường độ:

tt ax ax

W

M

R

2 max

td

2

W 6

b

 ; tra bảng  = 0,0513

4,15.10



tt

u

M

m

b R



- Theo điều kiện độ cứng: f ≤ [f] = a/400; tra bảng  = 0,0138

4 3

tc td

P a f

E





3

3 400

tc td

P a

m E

Vậy tôn lát phải có bề dầy  ≥ 4,15mm, chọn  = 5mm

Bài 2, Tính ván đáy

Thi công đổ bê tông dầm chữ T bằng BTCT, tiết diện ngang quy đổi như hình vẽ Sử dụng ván khuôn thép, tấm ván đáy có khoảng cách sườn tăng cường đứng a=500mm, khoảng cách sườn tăng cường ngang b=500mm,

Bảng tra các hệ số α, β khi tính tôn lát theo bản kê 4 cạnh

vật liệu thép có cường độ chịu uốn

Ru=19kN/cm2, mô đun đàn hồi E=2,1.104

kN/cm2, độ võng cho phép  f 1 a

400

 Biết thời gian đổ bê tông dầm xong trước 4h Đổ

bê tông bằng xe bơm bê tông.Đầm bê tông

bằng đầm rung trong (đầm dùi) Yêu cầu

xác định bề dày tôn lát( bản mặt ván

khuôn) của tấm ván khuôn trên?

Bài giải : Tính ván khuôn đáy

1 Sơ đồ tính, tính và vẽ biểu đồ áp lực ngang

- Xác định biểu đồ áp lực ngang của vữa BT

+ chiều cao biểu đồ áp lực: H = 4.h1h

Do đổ BT dầm xong trước 4h nên H =hdầm =0,9m

Vậy H = 0,9m < 1m nên khi tính ta phải xét đến tác dụng của các lực xung kích khi

đổ BT

Tôn lát làm việc như một bản kê 4 cạnh trên các sườn tăng cường đứng và ngang

2 Xác định tải trọng tác dụng vào tôn lát:

*Tải trọng tiêu chuẩn:

- Trọng lượng dầm BTCT : qtcBTCT  BTCT.F26.0,3.0, 97,02kN / m

- Trọng lượng bản thân ván khuôn: vì nhỏ có thể bỏ qua

Vậy : tc tc

BTCT

q q 7,02kN / m

*Tải trọng xung kích :

- Người và dụng cụ thi công : khi dầm cao 0,9m khi thi công không có người và dụng

cụ thi công tác dụng phía trên.( chỉ tính tải trọng này khi không tính chấn động do dầm rung)

- Chấn động do đầm rung : lấy bằng 200 kg/m2 = 2kN/m2

damrung

q 2.0,3.1 0,6kN / m

- Chấn động do đổ BT : Đổ bằng bơm BT lấy bằng 400kg/m2= 4kN/m2

 qdoBT 4.0,3.1 1,2kN / m Tổng hợp tải trọng xung kích : qxk qdamrungqdoBT 1,8kN / m

*Tải trọng tính toán :

tt tc

BTCT xk

q 1, 2.q 1,3.q 9, 984kN / m

3 Xác định bề dày tôn lát :

- Theo điều kiện cường độ:

tt ax ax

W

M

R

2 max

Mtt .q tt a 0,128(KN m ),

2

W 6

b

 ; tra bảng  = 0,0513

 6 max 3

2,84.10



tt

u

M

m

b R



- Theo điều kiện độ cứng: f ≤ [f] = a/400; tra bảng  = 0,0138

4 3



tc

q a f

E



 

3

3 400

tc

q a

m E

Vậy tụn lỏt phải cú bề dầy  ≥ 2,84mm, chọn  = 3mm

III, Tớnh toỏn lớp bờ tụng bịt đỏy

Bài 1: Thi cụng một hố múng hỡnh chữ nhật cú kớch thước đỏy 12ì10m, tại nơi cú nước

mặt, người ta sử dụng vũng võy cọc vỏn thộp, sơ đồ bố trớ hố múng như hỡnh vẽ, kớch thước là (m) Cho gia tốc trọng trường g = 9.81m/s2 Trọng lượng đơn vị của bờ tụng bt = 23kN/m3 ; hệ số tải trọng n = 0.9; trọng lượng đơn vị của nước n = 10kN/m3; cường độ kộo uốn của bờ tụng bịt đỏy Ru = 20daN/cm2; trọng lượng vũng võy thộp tớnh cho 1m chu

vi là 60kN/m; hệ số ma sỏt giữa đất với thộp f2 = 20kN/m2; hệ số ma sỏt giữa bờ tụng với thộp f3 = 40kN/m2; hệ số an toàn K = 1.5;

Yờu cầu: Xỏc định chiều dày lớp bờ tụng bịt đỏy?

Giải:

Trọng lượng lớp bờ tụng bịt đỏy phải lớn hơn lực đẩy nổi của nước:

n h  H

5.50

3.00

6.50

0.00

1.50

Đáy móng

Vòng vây thép Thanh chống

6.0m

h

Bê tông bịt đáy

bt

Trong đó:

bt

h - Chiều dày lớp bê tông bịt đáy;

bt

 - Trọng lượng đơn vị của bê tông;

n

 - Trọng lượng đơn vị của nước;

H - Chiều cao tính từ MNTC tới cao độ đáy móng;

n - Hệ số tải trọng, n = 0.9;

Từ điều kiện trên, suy ra:

n bt bt

H h

n





Trong công thức (1), đã bỏ qua lực ma sát giữa bê tông với cọc công trình và tường cọc ván hố móng

Chiều dày lớp bê tông bịt đáy tối thiểu theo quy định 22TCN 200-89 bằng 1m để đảm bảo

đổ bê tông dưới nước

Theo đầu bài, ta có:

10 4

1.932 1 0.9 23

bt

Ngoài ra, còn phải tính theo cường độ lớp bê tông bịt đáy chịu uốn dưới tác dụng

áp lực nước đẩy lên (qn) và trọng lượng bê tông đè xuống (qbt)

Cắt 1m bề rộng lớp bê tông, coi là một dầm giản đơn có nhịp là khoảng cách giữa hai tường cọc ván dài hơn Sơ đồ tính toán:

Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm:

;

8

M





Điều kiện:

2

;W

bt k

bh M

R

l = 12m

qbt

qn

Trong đó:

b – Bề rộng dải bê tông bịt đáy, b = 1m

Ru - Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông

Thay số vào (2), (3), ta có bất phương trình: 2

Bất phương trình (4) luôn đúng với mọi giá trị của hbt (**)

Từ (*) và (**) ta chọn chiều dày lớp bê tông bịt đáy: h bt 1.932m

Duyệt lại chiều dày hbt đã chọn theo điều kiện vòng vây chịu lực đẩy nổi của nước:

- Lực đẩy nổi vòng vây: P dnHFn  4 12 10 10  4800kN

- Trọng lượng toàn bộ vòng vây: P112 10  2 602640kN

- Ma sát giữa bê tông bịt đáy với cọc công trình: P  2 0

- Ma sát chân cọc ván thép với đất: P3 12 10  2 1.5 20 1320  kN

- Ma sát giữa bê tông bịt đáy với tường cọc ván thép:

4 12 10 1.932 40 1700.16

Điều kiện: P g P1P2P3P2 KP dn

Thay số, được: P g 5660.16KP dn 1.5 4800 7200kN

Chiều dày lớp bê tông bịt đáy đã chọn không đảm bảo yêu cầu chống đẩy nổi vòng vây

Bài 2: Thi công một hố móng hình vuông có kích thước đáy 12×12m, tại nơi có nước mặt,

người ta sử dụng vòng vây cọc ván thép để ngăn nước Móng gồm 16 cọc BTCT tiết diện 40×40cm bố trí thành 4 hàng, mỗi hàng 4 cọc, như hình vẽ (kích thước là m) Bê tông bịt đáy có trọng lượng đơn vị bt = 23kN/m3; cường độ kéo uốn Ru = 20daN/cm2 Vòng vây thép có trọng lượng 1m chu vi là 40kN/m; hệ số ma sát giữa đất với thép f2 = 20kN/m2;

hệ số ma sát giữa bê tông với thép f3 = 40kN/m2; hệ số ma sát giữa bê tông với bê tông f1

= 60kN/m2; hệ số an toàn K = 1.5; hệ số tải trọng n = 0.9; trọng lượng đơn vị của nước

n = 10kN/m3; cường lực dính giữa bê tông với bê tông cọc [] = 100kN/m2

Yêu cầu: Xác định chiều dày lớp bê tông bịt đáy?

Giải:

Chiều dày lớp bờ tụng bịt đỏy phải thỏa món điều kiện:

 

n bt

bt

HF



Trong đú:

bt

h - Chiều dày lớp bờ tụng bịt đỏy;

bt

 - Trọng lượng đơn vị của bờ tụng;

n

 - Trọng lượng đơn vị của nước;

H - Chiều cao tớnh từ MNTC tới cao độ đỏy múng;

n - Hệ số tải trọng, n = 0.9;

m – Hệ số điều kiện làm việc, m = 0.9

[] – Cường độ dớnh bỏm của bờ tụng;

F – Diện tớch đỏy hố múng;

k – Số lượng cọc cụng trỡnh, ở đõy k = 16 cọc

Chiều dày lớp bờ tụng bịt đỏy tối thiểu theo quy định 22TCN 200-89 bằng 1m để đảm bảo

đổ bờ tụng dưới nước

Theo đầu bài, ta cú:

10 5 12 12

2.1 1.0 0.9 23 12 12 16 0.4 0.4 16 4 0.4 20 0.9

bt

3 x 3.0m

16 C?c BTCT, 40x40cm

MNTC

Bê tông bịt đáy

hbt

6.00

4.00

7.00

1.00

Vòng vây thép

Thanh chống I200

-2.00

12.0m

Ngoài ra, còn phải tính theo cường độ lớp bê tông bịt đáy chịu uốn dưới tác dụng

áp lực nước đẩy lên (qn) và trọng lượng bê tông đè xuống (qbt)

Cắt 1m bề rộng lớp bê tông, coi là một dầm giản đơn có nhịp là khoảng cách giữa hai tường cọc ván dài hơn Sơ đồ tính toán:

Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm:

;

8

M





Điều kiện:

2

;W

bt k

bh M

R

Trong đó:

b – Bề rộng dải bê tông bịt đáy, b = 1m

Ru - Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông

Thay số vào (2), (3), ta có bất phương trình: 2

Bất phương trình (4) luôn đúng với mọi giá trị của hbt (**)

Từ (*) và (**) ta chọn chiều dày lớp bê tông bịt đáy: h bt 2.1m

Duyệt lại chiều dày hbt đã chọn theo điều kiện vòng vây chịu lực đẩy nổi của nước:

- Lực đẩy nổi vòng vây: P dn HFn  3 12 12 10  4320kN

- Trọng lượng toàn bộ vòng vây: P112 12  2 602880kN

- Ma sát giữa bê tông bịt đáy với cọc công trình:

2 tx 1 16 2.1 0.4 4 60 3225.6

ở đây, Ftx là diện tích tiếp xúc của một cọc với bê tông bịt đáy;

- Ma sát chân cọc ván thép với đất: P3 12 12   2 3 10 1440 kN

- Ma sát giữa bê tông bịt đáy với tường cọc ván thép:

4 12 12 2.1 40 2016

l = 12m

qbt

q n

Điều kiện: P g P1P2P3P2 KP dn

Thay số, được: P g 9561.6KP dn 1.5 4320 6480kN

Chiều dày lớp bê tông bịt đáy đã chọn đảm bảo yêu cầu chống đẩy nổi vòng vây

Kết luận: Chọn chiều dày bê tông bịt đáy bằng 2.1m./

IV, Tính búa đóng cọc

Một móng cọc bệ thấp có 16 cọc BTCT, tiết diện 40×40cm; sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền Pgh = 1000kN; trọng lượng của cọc, đệm đầu cọc, đệm búa và đoạn cọc dẫn bằng q = 1 Tấn; trọng lượng toàn bộ phần rơi của búa bằng Q = 5 Tấn; trọng lượng toàn

bộ búa Qb = 9 Tấn; hệ số thích dụng của búa lớn nhất kmax = 6; hệ số phụ thuộc vào vật liệu cọc và phương pháp đóng n = 0.15; hệ số phụ thuộc vào loại móng và số lượng cọc m

= 1.85; hệ số phục hồi sau va đập k2 = 0.2;

Yêu cầu:

a) Chọn búa đóng cọc?

b) Tính toán độ chối của cọc?

Giải:

a) Búa được chọn dựa trên hai chỉ tiêu:

- Năng lượng xung kích tối thiểu của búa W: W25P gh 25 100 2500daNm

Ở đây, 25 là hệ số, daN/T; còn sức chịu tải giới hạn của cọc Pgh tính bằng Tấn

- Hệ số thích dụng của búa : b ax

m

W



Trong đó :

Qb - Trọng lượng toàn bộ của búa, daN;

q - Trọng lượng của cọc, đệm đầu cọc, đệm búa, cọc dẫn, daN;

W - Năng lượng xung kích của búa đã chọn; daNm;

Ta có : 9000 1000 4 ax 6

Đạt yêu cầu về hệ số sử dụng búa

b) Độ chối của cọc được xác định theo công thức sau, theo 22TCN 266-2000: