Thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công hầm vượt đường bộ

ịnh vị bàng thép hình: Hạ các cọc bằng thép hình tại các vị trí góc và trung gian hố móng, ssau đó dùng thép hình ghép lại thành khung định vị Hình 47 Kết cấu khung định vị Sau đó dùng máy hạ cọc ván thép, thiết bị hạ có các loại: đóng, ép, dung. Các cọc hạ được ghép thành từng nhóm (2 – 5 cọc) để hạ, khi hạ thì phải hạ đồng đều các cọc trong nhóm Hình 48 Hạ cọc ván thép Cách đóng cọc được tiến hành đóng ở các cạnh trước và đóng ở các góc sau sau đó hợp long ở các góc, có các sơ đồ đóng cọc sau Hình 49 Các sơ dồ đóng cọc và hợp long. Nếu đóng cọc theo sơ đồ a,b thì số điểm hợp long ít nhưng sai số tích luỹ lớn, sai số trục cũng lớn. Nếu đóng cọc theo sơ đồ (c) thì điểm hợp long nhiều nhưng sai số tích luỹ ít, và phương pháp này thường được dùng (3) Tường chắn bằng cọc bản BTCT Cọc bản BTCT gồm có hai loại BTCT ứng suất trước và BTCTkhông ứng suất trước Cọc bản BTCT không ứng suất trước thường làm có mộng lồi lõm Cọc bản BTCT ứng suất trước có nhiều loại kích thước và hình dạng khác nhau Cọc bản BTCT được sử dụng chống vách trong quá trình thi công được hạ bằng cách dung hạ hoặc đóng, cọc nếu sử dụng một lần thì tiết kiệm hơn so với cọc ván thép, cọc có thể làm kết cấu vĩnh cửu của công trình Cọc BTCT ít được dùng do nặng nề, khó thi công LỰA CHON PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG Do diện thi công tương đối rộng và điêu kiện tương đối ổn định khản năng chịu tải của đất nền đảm bảo ( như đã tính toán ở trên ) và chọn thi công trong mùa khô, mực nước ngầm thấp nên hầm được đào hở . CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG 2.1. NGUYÊN TẮC, ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU CHẮN TẠM 2.1.1. Nguyên tắc thiết kế Nguyên tắc thiết kế công trình kết cấu chắn giữ là : An toàn tin cậy : Đáp ứng yêu cầu về cường độ bản thân, tính ổn định và sự biến dạng của kết cấu chắn giữ, đẩm bảo an toàn cho công trình xung quanh. Tính hợp lý về kinh tế : Dưới tiền đề đảm bảo an toàn tin cậy cho kết cấu chắn giữ, phải xác định phương án có hiệu quả kinh tế kĩ thuật rõ dàng trên cở sở tổng hợp các mặt thời gian, vật liệu, thiết bị, nhân công và bảo vệ môi trường xung quanh. Thuận lợi và bảo đảm thời gian thi công : Điều này khá quan trọng vì công trình Hầm giao thông Kim Liên xây dựng qua khu vực giao thông đi lại rất đông, trong qua trình thi công vẫn phải đảm bảo thông xe qua nút cố ghắng hạn chế ách tắc giao thông, hoàn thiện công trình đúng tiến độ. Kết cấu chắn giữ chỉ có tính chất tạm thời, khi thi công xong là hết tác dụng.Một số vật liệu lầm kết cấu chắn giữ có thể được sử dụng lạinhư cọc bản thép và một số phương tiênj tiện chắn giữtheo kiểu công cụ. 2.1.2. Đặc điểm thiết kế Đặc điểm của công tác thiết kế công trình chắn giữ hố móng là : Tính không xác định của ngoại lực: ngoại lực tác dụng lên kết cấu chắn giữ (áp lực đất chủ động và bị động, áp lực nước ngầm) sẽ thay đổi theo điều kiện môi trường, phương pháp thi công và giai đoạn thi công. Tính không xác định của biến dạng: Khống chế biến dạng là điều kiện rất quan trọng trong thiết kế kết cấu chắn giữ hố móng (TKCGHM) nhưng lại có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến lượng biến dạng này như là: độ cứng của tường vây, cách bố trí tay chống và đặc tính mang tải của cấu kiện, tính chất đất nền , sự thay đổi của mực nước dưới đất, chất lượng thi công, trình độ quản lý ngoại hiện trường... Các biện pháp nhằm giảm chuyển vị (biến dạng) đất quanh hố móng : Sử dụng các tường chắn để chống đỡ đất cả trong dài hạn và ngắn hạn. Sử dụng các tấm hay tường có độ cứng chống uấn. Tránh làm mất đất bởi các dung động hay các nguyên nhân khác. Đảm bảo độ chôn sâu của tường trong lớp đất tốt. Đảm bảo tường chống đỡ tạm có các tâm thẳng đứng và giảm các tâm này theo độ sâu. Thiết lập sự chống đỡ thấp nhất gần cốt đáy hố móng. Có thể tạo độ cứng chống nén trong các thanh chống. Gia tải trước(kéo trước) trong thanh chống. Tránh chậm trễ trong việc lắp dựng các thanh chống nga và dọc. Tránh làm mất đất do đầm lèn hoặc mất các hạt mịn trong quá trình bơm hút. Trong đất yếu việc gia cố đất nằm dưới đáy hố móng phải bảo đảm sao cho sức kháng bị động trong ván cừ cân bằng với cường độ và độ cứng cao của đất. Phải tiến hành theo dõi biến dạng của nền đất và kết cấu chắn giữ trong suốt quá trình thi công: Sử dụng các máy đo biến dạng lún của đất nền, Đo độ lún của các công trình lân cận bằng máy tắc đạc theo các mốc đo lún được chôn vào tường công trình, Đo độ lún của tường cừ , Đo dịch chuyển ngang bằng thiết bị Inclinometer nhằm kiểm tra quá trình thi công và hệ chống đỡ, Đo biến dạng trong các thanh chống bằng các đầu đo cảm biến(sensor). Tính chất không xác định của đất: Tính chất không đồng nhất của đất nền(hoặc của lớp đất) và chúng cũng không phải là số không đổi, hơn nữa lại có các phương pháp xác định khác nhau(như cắt không có và có thoát nước...) tuỳ theo mẫu lấy ở những vị trí và giai đoạn thi công không giống nhau của hố móng tính chất đất cũng thay đổi , sự tác dụng của đất nền lên kết cấu chắn giữ hố móng hoặc lực chắn giữ của nó cũng theo đó mà thay đổi. Những nhân tố ngẫu nhiên gây ra sựthay đổi: những thau đổi ngoài ý muốn của sự phân bố áp lực đất trên hiện trường thi công, sự không nắm vững các chướng ngại vật trong lòng đất (ví dụ tuyến đường ống cũ nát), những thay đổi của môi trường xung quanh...đều có ảnh hưởng đến việc thi công và sử dụng hố đào sâu một cách bình thường. 2.1.3. Lựa chọn và bố trí kết cấu chắn giữ Giới thiệu sơ lược Tường vây và tay chống (hoặc thanh neo) phải lựa chọn thành một hệ hoàn chỉnh gồm có vật liệu dùng là gì , hình thức kết cấu và cách bố trí.Điều này chủ yếu tuỳ thuộc vào quy mô công trình , đặc điểm công trình cụ thể, điều kiện hiện trường, tài liệu khảo sát đất nền, phương pháp đào hố móng , cùng với phân tích so sánh vói đảm bảo an toàn tin cậy mà chọn ra phương án khả thi và kinh tế hợp lý nhất. Ngoài ra còn phải theo các nguyên tắc sau: + Trong điều kiện bình thường thì cấu kiện của kết cấu chắn giữ hố móng (tường vây, tay chống...) không được vượt ra ngoài phạm vi vùng đất cho công trình, hai bên đường xe cộ đi lại không bị ảnh hưởng + Cấu kiện của kết cấu chắn giữ thành hố móng không làm ảnh hưởng đến việc thi công bình thường các kết cấu chính của công trình. Do diều kiện địa chất khu vực thi công phức tạp(dất sét bùn yếu và MNN cao ) nên em kiến nghị lựa chọn kết cấu chắn giữ như sau (sử dụng trên toàn bộ chiều thi công công trình) 2.1..3.1. Hệ thống tường chắn giữ kiểu hàng liên tục sử dụng cọc bản Do đất yếu thường thì không thể hình thành được vàm đất, nên cọc chắn giữ phải sếp thành hàng liên tục chồng khít lên nhau. Có nhiều kiểu tường cọc bản như cọc bản thép, cọc bản bêtông cốt thép, cọc bản bê tông cốt thép ứng suất trước. Chọn cọc bản thép thẳng lòng bụng kiểu máng làm tường chắn giữ, sơ bộ chọn cọc bản thép loại Laxen như hình vẽ : 2.1..3.2. Hệ thống các thanh chống Hệ thống các thanh chống cùng với tường chắn đất làm tăng thêm ổn định tổng thể của kết cấu chắn giữ, không những cóliên quan đến an toàn của hố móng và công việc đào đất , mà còn ảnh hưởng rất lớn đến gia thành và tiến độ của công trình hố móng Áp lực đất, nước tác động vào tường chắn có thể được các thanh chống bên trong truyền dẫn đi và duy trì cân bằng, chún còn có thể làm giảm chuyển dịch của kết cấu chắn giữ. Hệ thống các thanh chống có hai loại : Các thanh chống bên trong và Neo trong đất được đặt phía sau lưng tường quây giữ. Sử dụng các thanh chống bên trong có thể trực tiếp cân bằng áp lực ngang của tường quây giữ hai bên, cấu tạo đơn giản, chịu lực dõ dàng. Neo đất đặt ở phía sau lưng của tường quây giữ, tạo được không gian cho việc đào đất và thi công kết cấu công trình, có lợi cho việc nâng cao năng suất thi công. Trong các vùng đất yếu, đặc biệt là trong thành phố công trình sây dựng chen dày thì chống bên trong được sử dụng nhiều hơn. Chọn sử dụng các thanh chống bên trong : bao gồm hệ thống các thanh văng, thanh giằng ,xà quây và cột đứng... Lựa chọn vật liệu làm thanh chống Hệ thống chắn giữ sử dụng thương chia làm ba loại vật liệu là thép ống, thép hình, và bêtông cốt thép Chọn vật liệu các thanh chống là kết cấu thép (thép hình), chúng có ưu nhược điểm như sau : +) Ưu điểm : trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ rất thuận tiện, hơn nữa có thể sử dụng nhiều lần. Căn cứ vào tiến độ đào đất , chống bằng thép có thể vừa đào vừa chống, lại có thể làm cho chống tăng thật chặt. rất có lợi cho việc hạn chế biến dạng của rhân tường. +) Nhược điểm : do độ cứng tổng thể của kết cấu thép tương đối kém, mối nối lắp ghép khá nhiều, khi cấu tạo mắt nối không hợp lí, hoặc thi công không thoả đáng không phù hợp yêu cầu thiết kế thì rất rễ gây ra chuyển dịch ngangcủa hố móng do thanh chống và mắt nối bị biến dạng. Có khi cả mắt nối bị pha huỷ dẫn đến toàn bộ bị phá hỏng. Vì vậy, phải có thiết kế hợp lý, quản lý hiện trường chặt chẽ. Sơ bộ lựa chọn tiết diện các thanh chống nhă sau : +) Các thanh văng (có phương vuông góc với dãy tường cọc ván), xà quây (dầm quây), cột đứng: sử dụng thép hình TD chữ H350x350x12x19 +) Các thanh giằng (có phương song song góc với dãy tường cọc ván) sử dụng thép hình TD chữ C200x76x5.2x9, các thanh chống tam giác, chống chéo ở góc sử dụng thép góc đều cạnh L100x10 Hình thức bố trí các thanh chống Do mặt bằng hố móng dài và rộng (23.5m-28.5m) nên chống giữ phải có nhiều nhịp, sử dụng hệ thống chống ngang. Hệ thống chống ngang: do xà quây (tức là dầm thép được bố trí phía bên trong của tường quây giữ, áp sát và chạy dọc theo chiều nằm ngang theo hướng tường quây giữ), chống ngang(thanh văng) và cột đứng tạo thành. 2.2. Tính toán và thi công vòng vây CỌC ván thép Vòng vây cọc ván thép là loại kết cấu ngăn nước dùng phổ biến trong thi công cầu cũng như trong thi công hầm đào hở. Ưu điểm của dạng vòng vây này là độ cứng lớn có thể dùng trong điều kiện ngập sâu trên 10m nước, kích thước vòng vây không hạn chế, kết cấu gọn ít chắn dòng, sử dụng được nhiều lần. Phạm vi áp dụng của vòng vây cọc ván thép là có tầng đất đủ dầy cho phép đóng ngập với độ sâu sao cho không bị xói hở chân cọc. Trong thi công sử dụng phổ biến loại cọc lòng máng Larxen, có các thông số kỹ thuật được tra bảng. Các cọc này phân cấp theo số hiệu mặt cắt, chiều dài chế tạo của cọc là 822m , khi cần chiều dài lớn hơn có thể nối bằng hàn. 2.2.1. Cấu tạo vòng vây cọc ván thép hệ Larxen Các cọc ghép lại liên tục với nhau và vây kín khu vực thi công gọi là vòng vây. Rãnh khoá cho phép cọc nọ xoay đi so với cọc kia một góc nhất định và như vậy vòng vây có thể đóng thành vòng tròn, thành các mặt tường thẳng rồi nối lại với nhau và nối hai mặt phẳng với hai đầu tròn (hình ôvan ). Tuy rãnh khoá có thể quay tự do nhưng không thể đổi hướng ghép đi một góc 900 được, bởi vậy khi ghép vòng vây thành hình chữ nhật, ở bốn góc phải chế tạo cọc góc riêng bằng cách xẻ đôi cọc thành hai nửa và hàn bụng cọc với hai cánh cảu một thanh thép góc L100x100x10 như hình cánh dơi hoặc hàn một cọc nguyên với một cọc xẻ đôi. Hình 50 Mặt cắt của cọc ván thép loại lòng máng hệ Larxen a) Mặt cắt cọc ván; b) Ghép cọc ván; c) Rãnh me của cọc Larxen Kích thức vòng vây cọc ván theo kích thước của hố đào sao cho đảm bảo khoảng cách tĩnh giữa vòng vây và bề mặt của công trình 70cm. Vị trí chân cọc ván phải cách lưng hàng cọc bê tông ngoài cùng là 50cm. Hình dạng của vòng vây dựa theo hình dạng của hố đào có thể là tròn, ôvan hình chữ nhật, trong đồ án này là hố đào hình chữ nhật do vậy vòng vây là dạng hình chữ nhật. Hình 51 Sơ đồ bố trí cọc ván thép Số lượng cọc ván xác định theo chu vi của vòng vây và bằng phần nguyên của tỉ số giữa chu vi và chiều dài danh định của tiết diện cọc phần kích thước còn dư tính cho cọc hợp long cưôi cùng. Đối với vòng vây chữ nhật khép kín vòng vây ở hai góc đối diện nhau. Các cọc đóng thẳng đứng theo hai phương theo cả hai phương và tuyệt đối song song với nhau, nếu chỉ có một cọc bị nghiêng, tất cả các cọc khác sẽ gị nghiêng theo và tạo thành khe hở hình chữ V ơ vị trí khép góc. Chân cọc đóng cắm sâu vào trong nền đầu cọc tựa vào khung chống bằng thép. Khung chống được chế tạo bằng các thép hình chữ I hoặc chữ C. Vành đai khung chống áp sát vào với các đầu cọc thép và liên kết cứng vớ nhau đảm bảo không biên hình, các thanh chống biên trong có vai trò tăng cường cho khung và bố trí sao cho không gây khó khăn cho thi công trong vòng vây như đào đất và vận chuyển vật liệu, kết cấu vào trong hố đào. Nếu chiều sâu ngập nước không lớn có thể không cần khung chống trên các đầu cọc, chỉ cần một đầu cọc ngàm vào trong nền là đủ, tường cọc ván làm việc theo sơ đồ công son. Ngược lại trong vùng nước ngập sâu, để tăng cường cho cọc ván, ngoài khung chống trên đầu cọc còn phải bổ sung thêm một số tầng khung chống trung gian. Với diện tích của mặt phẳng vòng vây lớn hơn 300m2 và phải sử dụng các thanh chống dài, khi đó sử dụng vành đai khung chống có kết cấu dạng giàn. Để liên kết khung chống với các đầu cọc người ta dùng những đoạn cốt thép uốn thành hình chữ U và hàn nối hai bên thành máng với khung chống. Cách liên kết này vừa có tác dụng chống, vừa có tác dụng giằng và không làm ảnh hưởng đến việc sử dụng sau này của cọc ván thép. Khi tháo dỡ dùng chạm sắt tẩy mối hàn tách cọc ván ra khỏi khung chống. Hình thức liên kết đầu cọc ván thép vào khung chống. a) Cọc ván Larxen; b) Thép liên kết; c) Cọc chống. 2.2.2. Biện pháp thi công vòng vây cọc ván thép hệ Larxen Để đảm bảo khép kín được vòng vây, trước tiên người ta khép vòng vây theo hình dạng thiết kế sau đó dùng búa rung hạ các cọc xuống dần đều nhau. Búa rung hạ cọc là loại búa chuyên dụng mã hiệu W2 và MW2, búa có hàm kẹp, khi rung kẹp chặt vào vào bụng cọc và cũng dùng chính búa này để nhổ cọc. Không nên dùng búa Diezel để đóng cọc ván thép vì sẽ làm vênh móp tiết diện khó sử dụng lần sau. Trường hợp không có búa rung phải dùng búa Diezel để đóng thì không cho nô mà chỉ dùng trọng lượng búa để ép cọc xuống gọi là biện pháp đóng câm. Trình tự các bước thi công vòng vây cọc ván thép như sau: Đóng một số cọc chữ H xung quanh về phía trong của vòng vây để làm cọc định vị khoảng cách 23m/cho một cọc. Dùng búa rung để đóng. Dùng cần cẩu lắp khung chống tựa trên các cọc định vị để làm khung dẫn hướng cho các cọc. Dựa vào khung dẫn hướng tiến hành ghép vòng vây. Đối với vòng vây hình chữ nhật, xuất phát từ hai góc của vòng vây. Tại điểm hợp long, đo cụ thể khoảng hở còn lại để chế tạo cọc khép mối và tiến hành khép kín mối nối. Dùng búa rung rung hạ cọc ván, đi lần lượt từ một góc cho hết một lượt xung quanh vòng vây, chiều sâu hạ giữa các cọc chênh nhau không quá 1m Hình 52 Thi công cọc ván thép. Để ngăn không cho nước thâm nhập vào hố đào từ các phía, sau khi hạ vòng vây cọc ván thép cần phải đổ lớp bê tông bịt đáy. 2.2.3. Tính toán thiết kế vòng vây cọc ván thép 2.2.3.1. Lựa chọn thông số cho cọc ván thép Cần tính chiều sâu ngàm cọc ván vào trong đất dưới đáy trong hố đào để cọc ván ổn định xét cho trường hợp có một tầng chống. Vòng vây cọc ván được sử dụng để làm tường chắn phục vụ thi công trụ. Cọc ván sử dụng là loại LASSEN IV có các đặc trưng của tiết diện ngang như sau: (tính cho 1 cọc đơn ) Bảng 15 Đặc trưng của cọc ván Lassen IV Mã hiệu bmin (cm) Bmin (cm) Hmin (cm) F (cm2) G (kg/m) J (cm4) W ( cm3) LS IV 292 400 180 94.3 74 4660 405 2.2.3.2. Lựa chọn thông số cho thanh chống Chọn thép hình chữ H, loại H350x350x19x12 Đặc trưng kỹ thuật của loại cọc này: + Diện tích tiết diện : F= 173.9 cm2 + Khối lượng trên một đơn vị dài : q = 137 kg/m + Mô men quán tính với trục X : Ix= 40300 cm4 + Mô men quán tính với trục Y : IY = 13600 cm4 + Mômen kháng uấn với trục X : Wx= 2300 cm3 + Mômen kháng uấn với trục Y : WY = 776 cm3 + Bán kín quán tính với trục X : rx = 15.2 cm + Bán kín quán tính với trục Y : rY = 8.84 cm Liên kết Sử dụng bản gá hoặc vai kê để liên kết các thanh chống vào xà quây và cột đứng,sử dụng liên kết hàn hoặc bulông thường. 2.2.3.3. Cường độ vật liệu Với cọc ván Lassen Sử dụng thép hợp kim thấp : + Cường độ chịu kéo(nén) R0 = 2700 kg/cm2 + Cường độ chịu uấn Ru = 2800 kg/cm2 Cọc chống, bu lông thường , vai kê ,bản cá Sử dụng thép than : + Cường độ chịu kéo(nén) dọc trục: R0 = 1900 kg/cm2 + Cường độ chịu uấn : Ru = 2000 kg/cm2 2.2.3.4. Tính toán chiều sâu cọc ván thép Nội dung tính toán: Tính toán điều kiện ổn định vòng vây chống đẩy trôi hay đổ cọc. Tính toán điều kiện cường độ của cọc ván. B1: Tính toán ổn định: Nhằm xác định chiều sâu t đóng cọc vào trong đất nền so với cao độ thấp nhất của nền. Điều kiện ổn định của cọc được xác định: Ml m.Mg - Trong đó: Ml : Tổng mô men gây lật. Mg : Tổng mô men giữ. m : Hệ số an toàn, lấy bằng 0,95. Chú ý: Điểm cân bằng mô men cần chọn sao cho phương trình cân bằng chỉ có một ẩn t. Đối với cọc ngàm điểm này trùng với điểm M = 0. Đối với vòng vây có 1 tầng khung chống, điểm này trùng với điểm đặt của văng chống. Nhữmg thành phần lực nào gây ra mô men lật thì nhân với hệ số tải trọng n1=1.2, nhữmg thành phần lực nào gây ra mô men giữ thì nhân với hệ số tải trọng n2=0.9,. Trong điều kiện ngập nước, nền đất rời, chiều sâu chôn cọc phải đảm bảo chân cọc không bị xói ở phía ngoài hoặc trong (PP đào đất bằng xói hút). Trong đó: hn : Chiều sâu cột nước m1 : Hệ số điều kiện làm việc, nền cát =0.5, nền sỏi sạn = 0.75. : Trọng lượng đẩy nổi của đất nền. Đối với nền đất yếu (bùn sét, cátmịn...) , còn phải đảm bảo điều kiện chống đùn chảy: p – áp lực lên vòng vây tại đáy móng (tính cho vòng vây đắp đảo nhân tạo) Ngoài ra chiều sâu chôn cọc phải đảm bảo ổn định trong các giai đoạn khác nhau của quá trình thi công: + Đối với vòng vây có một tầng văng chống có hai giai đoạn thi công cần phải xét đến là: 1- Đào đất đến cao độ đáy móng nhưng chưa đổ bê tông bịt đáy và chưa hút nước hố móng. Khi đó phải tính toán ổn định chống lật của cọc ván với mực nước trong hố móng thấp hơn mực nước bên ngoài hố móng 2.0m. 2- Đã đổ lớp bê tông bịt đáy và bơm cạn nước. Với sơ đồ này thi cọc chỉ bất lợi theo sơ đồ chịu uốn, không sử dụng trong tính chiều sâu cọc ván. B2: Tính toán về cường độ: - Các bộ phận tính duyệt : cọc ván, khung chống, văng chống, các thanh giằng. - Các sơ đồ tính cọc ván: + Đối với sơ đồ cọc ngàm (không có văng chống) vị trí có mô men lớn nhất nằm ở độ sâu Z so với mặt đáy móng xác định theo cách tính cực trị của biểu thức mô men. + Đối với sơ đồ một tầng văng chống, sơ đồ tính là dầm giản đơn với một đầu tựa trên văng chống, đầu kia tựa tại vị trí t/2 đối với hố móng không có lớp bê tông bịt đáy, và tại vị trí cách mặt lớp bê tông bịt đáy 0.5m. + Đối với sơ đồ nhiều tầng văng chống, quy về sơ đồ dầm giản đơn có khẩu độ là cự ly lớn nhất giữa hai tầng văng chống sát đáy, sau đó các giá trị nội lực được nhân với hệ số ngàm 0,8. - Sơ đồ tính khung chống: + Khung chống của vòng vây cọc ván hình chữ nhật làm bằng các loại thép hình, làm việc như dầm liên tục kê trên các gối là các văng chống tương ứng của mặt phẳng cọc ván đó, hai đầu ngoài cùng được kê trên hai cạnh của hai mặt phẳng cọc ván vuông góc với nó. + Với khung chống dạng hình tròn: Các thanh trong hệ khung chống làm việc chịu nén: D: đường kính của vòng vây cọc ván. - Sơ đồ tính văng chống: + Văng chống ngoài việc chịu nén nó còn chịu uốn do các tải trọng thi công đặt trên sàn công tác. B3. Tải trọng tính toán vòng vây cọc ván: a. Tải trọng trên mặt đất cạnh hố móng: b. áp lực thuỷ tĩnh và áp lực ngang của đất nền: - Áp lực chủ động của đất: Mặt đất được coi là bằng phẳng, tường ván thẳng, nhẵn. Theo lý thuyết cân bằng dẻo của Rankin. + Trong điều kiện trên cạn và thoát nước: - Đối với đất rời ở độ sâu hi có: pi,a = gtb.la.hi - Đối với đất dính ở độ sâu hi có: pi,a = gtb.la.hi – 2.C. + Trong khu vực ngập hoặc không thoát nước: Chiều cao cột nước phía ngoài vòng vây do áp lực thuỷ động: H = Hn + DH, với DH = Trong đó: v: lưu tốc nước, được tính đến khi v2m/s g: gia tốc trong trường = 9.81m/s2 Khi đó trọng lượng riêng của đất được lấy với trọng lượng đẩy nổi: Trong đó: gs : dung trọng hạt của đất, gs = 2.7T/m3 e: hệ số độ rỗng của đất, = 0.4-1. - Đối với đất rời ở độ sâu hi có: pi,a = gdn.la.hi - Đối với đất dính, bão hoà nước la=1 + Chân cọc không chuyển vị ở độ sâu hi có: pi,a = gdn.la.hi – 2.Cu + Chân cọc chuyển vị, khi đó áp lực này bằng 0 Trong các công thức trên: la là hệ số áp lực ngang chủ động la = tg2(45o-j/2) Cu: Hệ số độ dính của đất bão hoà nước. C: Hệ số độ dính của đất dính. - Áp lực thuỷ tĩnh: + Đối với đất rời áp lực này tác dụng trên toàn bộ chiều dài của cọc ván ngập trong nước. Còn đất dính thì phụ thuộc vào chuyển vị của chân cọc mà áp lực nước sẽ tác dụng trên chiều dài khe nứt giả định bằng: - 0,8.(Hm+t) đối với cọc không có văng chống - 0.5t trong trường hợp có 1 tầng văng chống - Nếu chân cọc không chuyển vị thì tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh chỉ tác dụng trên chiều dài tính từ mặt nước đến cao độ mặt nền không thấm nước. - Áp lực chủ động của đất: Áp lực ngang bị đỗng suất hiện khi có sự chênh lệch của áp lực chủ động trong và ngoài hố móng. + Trong điều kiện trên cạn và thoát nước: - Đối với đất rời ở độ sâu hi so với mặt nền có: pi,p = gtb.lp.hi - Đối với đất dính ở độ sâu hi so với mặt nền có: pi,p = gtb.lp.hi + 2.C. + Trong khu vực ngập hoặc không thoát nước: Khi đó trọng lượng riêng của đất được lấy với trọng lượng đẩy nổi: Trong đó: gs : dung trọng hạt của đất, gs = 2.7T/m3 e: hệ số độ rỗng của đất, = 0.4-1. - Đối với đất rời ở độ sâu hi có: pi,p = gdn.lp.hi - Đối với đất dính, bão hoà nước lp=1pi,p = gdn.lp.hi + 2.Cu Trong các công thức trên: lp là hệ số áp lực ngang chủ động lp = tg2(45o+j/2) Cu: Hệ số độ dính của đất bão hoà nước. C: Hệ số độ dính của đất dính. c. Tải trọng bản thân kết cấu chắn đỡ 2.2.3.4.1. Tính chiều sâu cọc ván ngàm vào đất Xác định chiều sâu chôn cọc ván T (tính từ mặt đáy hố đào ) là đại lượng rất quan trọng vì nó liên quan đến qua tình kiểm toán ổn định của công trình chắn giữ. Có rất nhiều phương pháp tính, trong đồ án này em sử dụng “ phương pháp dầm đẳng trị” để tính. Lý luận của phương pháp dầm đẳng trị Phương pháp dầm đẳng trị còn gọi là phương pháp thay thế. Cọc cắm vào đất có một đầu ngàm đàn hồi vào đất , đầu kia thì gối đơn giản. Hai bên tường có tác động của tải trọng phân bố tức là ALĐCĐ và ALĐBĐ : Coi vị trí điểm không O của áp lực đất lên tương cọc ván rất gần với vị trí điểm không của biểu đồ mômen uấn , tại đố ta cho dầm (tức cọc ) đứt ra để tính theo hai sơ đồ riêng, mà sơ đó mômen ở đoạn này sẽ rông như khi tính cả dầm nguyên vẹn, phần đoạn cắt ra này gọi là dầm đẳng trị của đoạn dầm còn nguyên ấy. Phương pháp tính giản hoá này gọi là phương pháp dầm đẳng trị. Sơ đồ tính và tải trọng như hình vẽ: Hình 53 Sơ đồ tính chiều sâu cọc ván một tầng chống. Công thức tính các chỉ tiêu trung bình: Tải trọng máy thi công: q = 4,5 KN/m2 Tải trọng tác dụng lên cọc ván: Hệ số áp lực ngang chủ động la = tg2 (450 - j/2) = tg 2(450 –23.10/2)=0,44 Áp lực ngang máy thi công Pq = q . la = 4,5.0,44 = 1,98 KN/m Áp lực ngang chủ của đất: Pa =g .H .la = 18,8.9,4.0,44 = 77,8KN/m Hệ số áp lực ngang bị đông lb = tg2 (450 + j/2) = 2,29 Áp lực ngang của bị động nền đất Pb = g .t lb= 18,8.t.2,29= 43,052 t Áp lực nước Pn2= gn.t Tính mô men chủ động và bị động với điểm đầu neo và lập phương trình: Ma – mMp = 0 Với m = 0,9 từ đó sẽ tính ra d như sau: Giải phương trình Ma – mMp = 0 Suy ra 17.12t3 - 89.67t2 –356.72t – 762.64 = 0 Suy ra 21.34t3 -71.5 t2 –225.4t -684.7 = 0 ta được t = 8.4m Chiều sâu ngàm cọc trong đất d= 1,2t = 10.8m. Vậy chọn d = 11m Tổng chiều dài cọc là: L= 0,3 + 9.4 +11 = 20.7 m. Tính với trường hợp có hai tầng neo để giảm chiều dài cọc ván, coi tầng neo phía trên chịu toàn bộ tải trọng phía trên tầng neo thứ hai. Sơ đồ tính như sau: Hình 54 Sơ đồ tính chiều sâu cọc ván hai tầng chống. Các bước tính toán tương tự trên ta giải phương trình bậc 3: 21.34t3 -71.5 t2 –225.4t -684.7 = 0 Được t = 6m Chiều sâu ngàm cọc trong đất d = 1,2t = 7.2m. Vậy chọn d = 8m Tổng chiều dài cọc là: L= 0,3 + 9.4 +8 = 17.7 m Tính toán tương tựco các mặt cắt tại các vị trí còn lại ta được kết quả sau: Đốt thi công Cao độ đáy cọc (m) D1, D2, D19, D20 -6.5 D3, D4; D17, D18 -9.5 D5, D6, D15, D16 -11.5 D7, D8, D13, D14 -14.5 D9, D10, D11, D12 -17.7 HK1, HK2, HK3, HK4, HK5, HK6, HK7 -17.7 2.2.3.4.2. Tính chuyển vị của cọc ván Ta đi tính chuyển vị của cọc ván để xét ổn định của cọc ván khi không có thanh chống ngang. Để tính chuyển vị này em sử dụng phần mềm Plaxis với mô hình tính như sau: Biểu đồ mômem của tường: Ta có kết quả chuyển vị: Do đặc điểm của cọc Larxen dẽ bị cong nên ta chỉ xét chuyển vị của cọc, còn về mômen ta sẽ đề cập trong phần kiểm toán. Bảng kết quả: Plate Element Node X Y Ux Uy [m] [m] [m] [m] 1 1 284 26.6 0 0.240348 0.001001 Cu Thep 283 26.6 -0.75 0.221099 0.001002 282 26.6 -1.5 0.201856 0.001006 281 26.6 -2.25 0.182657 0.001012 295 26.6 -3 0.16358 0.001022 2 295 26.6 -3 0.16358 0.001022 Cu Thep 298 26.6 -3.5 0.150991 0.001029 297 26.6 -4 0.138554 0.001038 296 26.6 -4.5 0.126315 0.00105 473 26.6 -5 0.114321 0.001062 3 473 26.6 -5 0.114321 0.001062 Cu Thep 476 26.6 -5.5 0.102627 0.001077 475 26.6 -6 0.091288 0.001094 474 26.6 -6.5 0.080361 0.001112 591 26.6 -7 0.069907 0.001132 4 591 26.6 -7 0.069907 0.001132 Cu Thep 594 26.6 -7.525 0.059509 0.001155 593 26.6 -8.05 0.049781 0.00118 592 26.6 -8.575 0.040811 0.001208 817 26.6 -9.1 0.032706 0.001237 5 817 26.6 -9.1 0.032706 0.001237 Cu Thep 820 26.6 -9.825 0.023185 0.001279 819 26.6 -10.55 0.01587 0.001323 818 26.6 -11.275 0.010814 0.001365 1015 26.6 -12 0.007802 0.001407 6 1015 26.6 -12 0.007802 0.001407 Cu Thep 1018 26.6 -12.7125 0.006399 0.001444 1017 26.6 -13.425 0.005976 0.001478 1016 26.6 -14.1375 0.006058 0.001508 1155 26.6 -14.85 0.006324 0.001534 7 1155 26.6 -14.85 0.006324 0.001534 Cu Thep 1158 26.6 -15.5625 0.0066 0.001556 1157 26.6 -16.275 0.006821 0.001575 1156 26.6 -16.9875 0.006983 0.00159 1365 26.6 -17.7 0.007114 0.001604 Từ kết quả tính ta thấy chuyển vị lớn nhất của cọc là tại đầu cọc với chuyển vị là 24cm. Như vậy ta phải bố trí thêm các thanh chống ngang để đảm bảo ổn định cho tường trong quá trình thi công. Chọn thép hình chữ H, loại H350x350x19x12. 2.2.3.4.2. Tính phản lực thanh chống và mômen trong tường cọc ván Sử dụng phần mềm Plaxis để tính với mô hình như sau: Ta có kết quả chuyển vị của tường: Ta có bảng kết quả chuyển vị: Plate Element Node X Y Ux Uy [m] [m] [m] [m] 1 1 2881 26.6 0 0.007974 0.005439 Cu 400 2882 26.6 -0.16667 0.007727 0.005439 2883 26.6 -0.33333 0.007481 0.005438 2884 26.6 -0.5 0.007236 0.005438 3102 26.6 -0.66667 0.006993 0.005438 2 3102 26.6 -0.66667 0.006993 0.005438 Cu 400 3103 26.6 -0.83333 0.006754 0.005438 3104 26.6 -1 0.006523 0.005438 3105 26.6 -1.16667 0.006301 0.005439 3106 26.6 -1.33333 0.006094 0.005439 3 3106 26.6 -1.33333 0.006094 0.005439 Cu 400 3083 26.6 -1.5 0.005905 0.005439 3084 26.6 -1.66667 0.005739 0.005439 3085 26.6 -1.83333 0.005603 0.005439 3086 26.6 -2 0.005503 0.005439 4 3086 26.6 -2 0.005503 0.005439 Cu 400 3070 26.6 -2.25 0.00544 0.005439 3071 26.6 -2.5 0.005455 0.005439 3072 26.6 -2.75 0.005532 0.00544 3069 26.6 -3 0.005655 0.00544 5 3069 26.6 -3 0.005655 0.00544 Cu 400 3052 26.6 -3.225 0.005798 0.00544 3053 26.6 -3.45 0.005963 0.005441 3054 26.6 -3.675 0.006145 0.005441 3051 26.6 -3.9 0.006337 0.005442 6 3051 26.6 -3.9 0.006337 0.005442 Cu 400 2822 26.6 -4.125 0.006535 0.005442 2823 26.6 -4.35 0.006734 0.005443 2824 26.6 -4.575 0.006934 0.005444 3222 26.6 -4.8 0.007133 0.005444 7 3222 26.6 -4.8 0.007133 0.005444 Cu 400 3223 26.6 -5.025 0.007334 0.005445 3224 26.6 -5.25 0.007542 0.005446 3225 26.6 -5.475 0.007763 0.005447 3226 26.6 -5.7 0.008007 0.005448 8 3226 26.6 -5.7 0.008007 0.005448 Cu 400 3203 26.6 -5.8625 0.00821 0.005449 3204 26.6 -6.025 0.008423 0.00545 3205 26.6 -6.1875 0.008641 0.005451 3206 26.6 -6.35 0.008857 0.005452 9 3206 26.6 -6.35 0.008857 0.005452 Cu 400 3189 26.6 -6.5125 0.009065 0.005453 3190 26.6 -6.675 0.009262 0.005454 3191 26.6 -6.8375 0.009442 0.005455 3192 26.6 -7 0.009603 0.005456 10 3192 26.6 -7 0.009603 0.005456 Cu 400 3171 26.6 -7.175 0.00975 0.005457 3172 26.6 -7.35 0.009866 0.005459 3173 26.6 -7.525 0.009949 0.00546 3174 26.6 -7.7 0.009995 0.005462 11 3174 26.6 -7.7 0.009995 0.005462 Cu 400 3126 26.6 -7.875 0.010004 0.005463 3127 26.6 -8.05 0.009975 0.005465 3128 26.6 -8.225 0.009908 0.005466 3139 26.6 -8.4 0.009803 0.005468 12 3139 26.6 -8.4 0.009803 0.005468 Cu 400 3140 26.6 -8.575 0.009662 0.00547 3141 26.6 -8.75 0.009488 0.005472 3142 26.6 -8.925 0.009285 0.005474 3157 26.6 -9.1 0.009059 0.005476 13 3157 26.6 -9.1 0.009059 0.005476 Cu 400 3158 26.6 -9.28125 0.008806 0.005479 3159 26.6 -9.4625 0.008543 0.005481 3160 26.6 -9.64375 0.008276 0.005483 3317 26.6 -9.825 0.008011 0.005485 14 3317 26.6 -9.825 0.008011 0.005485 Cu 400 3318 26.6 -10.0063 0.007752 0.005487 3319 26.6 -10.1875 0.007504 0.005489 3320 26.6 -10.3688 0.007272 0.005491 3336 26.6 -10.55 0.007058 0.005493 15 3336 26.6 -10.55 0.007058 0.005493 Cu 400 3337 26.6 -10.7313 0.006864 0.005494 3338 26.6 -10.9125 0.006691 0.005496 3339 26.6 -11.0938 0.006541 0.005498 3340 26.6 -11.275 0.006413 0.005499 16 3340 26.6 -11.275 0.006413 0.005499 Cu 400 3253 26.6 -11.4563 0.006307 0.0055 3254 26.6 -11.6375 0.006223 0.005501 3255 26.6 -11.8188 0.00616 0.005502 3256 26.6 -12 0.006117 0.005503 17 3256 26.6 -12 0.006117 0.005503 Cu 400 3236 26.6 -12.2036 0.006092 0.005504 3237 26.6 -12.4071 0.00609 0.005505 3238 26.6 -12.6107 0.006104 0.005505 3270 26.6 -12.8143 0.00613 0.005505 18 3270 26.6 -12.8143 0.00613 0.005505 Cu 400 3267 26.6 -13.0179 0.006165 0.005504 3268 26.6 -13.2214 0.006204 0.005504 3269 26.6 -13.425 0.006244 0.005503 3286 26.6 -13.6286 0.006284 0.005502 19 3286 26.6 -13.6286 0.006284 0.005502 Cu 400 3287 26.6 -13.8321 0.006321 0.005501 3288 26.6 -14.0357 0.006353 0.005499 3289 26.6 -14.2393 0.00638 0.005498 3290 26.6 -14.4429 0.006401 0.005496 20 3290 26.6 -14.4429 0.006401 0.005496 Cu 400 2780 26.6 -14.6464 0.006416 0.005494 2781 26.6 -14.85 0.006425 0.005492 2782 26.6 -15.0536 0.006428 0.00549 2793 26.6 -15.2571 0.006424 0.005488 21 2793 26.6 -15.2571 0.006424 0.005488 Cu 400 2794 26.6 -15.4607 0.006414 0.005486 2795 26.6 -15.6643 0.006398 0.005484 2796 26.6 -15.8679 0.006376 0.005482 3361 26.6 -16.0714 0.00635 0.005479 22 3361 26.6 -16.0714 0.00635 0.005479 Cu 400 3362 26.6 -16.275 0.006318 0.005477 3363 26.6 -16.4786 0.006282 0.005475 3364 26.6 -16.6821 0.006243 0.005473 3433 26.6 -16.8857 0.0062 0.005471 23 3433 26.6 -16.8857 0.0062 0.005471 Cu 400 3434 26.6 -17.0893 0.006154 0.00547 3435 26.6 -17.2929 0.006106 0.005468 3436 26.6 -17.4964 0.006057 0.005467 3627 26.6 -17.7 0.006009 0.005466 Từ bảng kết quả chuyển vị ta thấy chuyển vị lớn nhất của tường chống lúc này chỉ còn 11.4cm. Giá trị này nằm trong phạm vi cho phép dịch chuyển của cọc ván trong quá trình thi công. Như vậy ta với thanh chống như đã chọn ta có thể thi công được an toàn. Đảm bảo chuyển vị ngang cho tường chống. 2.2.3.4.2. Kiểm toán tiết diện các thanh chống và tường cọc ván Ta có bảng kết quả mômen lớn nhất và nội lực trong các thanh chống ngang: Tầng chống 1 Tầng chống 2 Mômen cọc ván N1(kN) N2(kN) Mmax kN/m 80.23 77.94 40.4 Kiểm toán cọc ván Laxen Kết cấu chịu uấn. Kiểm tra cường độ chịu uấn lớn nhất Đạt Trong đó: Mmax = 4.04 Tm/m Wx = 405 cm3 Kiểm toán thanh chống ngang tiết diện H350x350x19x12 Kiểm tra theo cường độ chịu nén dọc trục + Tầng chống thứ nhất các thanh chống ngang cách nhau 6m Lực nén dọc trục trong thanh N = 6xN1= 6x8.023 = 48.138 (T) + Tầng chống thứ 2 các thanh chống ngang cách nhau 2m Lực nén dọc trục trong thanh N = 6xN4 = 6x7.794 = 46.764 (T) Đạt Kiểm tra theo ứng suất pháp Mômen do trọng lượng bản thân: l – là chiều dài tính toán của thanh chống ngang, l=10m Phương trình kiểm tra : Đạt Kiểm tra độ ổn định của thanh chống + Độ mảnh của thanh theo phương x : m là hệ số phụ thuộc điều kiện liên kết ở hai đầu thanh , hai đầu thanh liên kết khớp nên lấy m=1.0 Þ Thanh có độ mảnh vừa theo phương x + Độ mảnh của thanh theo phương y : Þ Thanh có độ mảnh lớn theo phương y Þ Kiểm tra ổn định theo công thức EULER j là hệ số uốn dọc , l=113.122 tra bảng có j =0.510 {s} ứng suất bền cho phép {s}=R0 Thay số : Thanh ổn định 2.2.3.5. Bơm nước trong hố móng Không được để đáy móng ngâm trong nước, đặc biệt trong thời gian đổ bê tông và khi bê tông móng đang ninh kết không để nước ngập đến cao độ đáy móng. Vì vậy cần bố trí bơm thường xuyên hạ mực nước xuống thấp hơn cao độ đáy móng cho đến khi bê tông bệ móng kết thúc ninh kết ( sau 4h kể từ khi kết thúc đổ bê tông ). Nước thâm nhập vào hố móng gồm những nguồn sau: - Nước ngầm: Qng = 1,6qF (m3/h) Trong đó F là diện tích thấm F = Pl với P là chu vi, l là bước đào l = 10m Chiều sâu hố đào là 9.4m, giả sử mực nước ngầm bắt đầy từ cao độ -2m. P = 26.8 + 7.4 + 7.4 = 41.6m F = 10 x 41.6 = 416 m2 q là cường độ thấm qua 1m2 đáy móng (m3/hm2) Loại nền q Cát mịn 0.150.25 Cát vừa 0.30.5 Cát lẫn sỏi 1.03.0 Đất sét 0.020.05 Trong đồ án này chọn q = 0.03 suy ra Qng = 1.6x0.03x416 = 20 (m3/h) Nước mưa: (m3/h) Khi đào một bước (m3/h) Trong đó m = 1.5 là hệ số dự trữ A là diện tích đáy hố đào A = 545x.41.6 = 22672 (m2) h lượng mưa ngày , thi công vào mùa khô lấy h = 50mm. Nước tụ có sẵn trong hố móng do bơm rửa vệ sinh đáy móng Qtu = 1m3/h Từ đó tính được lưu lượng nước thâm nhập vào hố móng trong một giờ trong một bước đào: Q = Qtu + Qng + Qm = 22.3(m3/h) Khi đào xong toàn bộ móng thì đã thi công xong phần chống thấm cho kết cấu. Làm rãnh thoát nước xung quanh đáy hố móng, độ dốc dọc 0,6% để dẫn về 2 hố móng được bố trí ở hai góc của hố móng. Dung tích của hố tụ sao cho trong 1 giờ chứa được hết lưu lượng Q = 30(m3/h). Máy bơm hoạt động không dưới 10 phút. Xung quanh hố tụ dùng gỗ kè chống sụt lở và lấy đá dăm hoặc đá sỏi lót đáy hố. Kích thước hố tụ là 3x2x2 Hình 59 Sơ đồ bố trí rãnh thoát nước và hố thu trong thi công. Chọn loại máy bơm với lưu lượng bơm là 40m3/h. Khi đó bơm hết 22.3 m3 trong 33.45M. Đạt yêu cầu do mưa liên tiếp trong 1h mới có dung tích 22.3m3. 2.3. TỔ CHỨC THI CÔNG 2.3.1. Các vấn đề chung 2.3.1.1. Tình hình và nhiệm vụ của đơn vị thi công Đơn vị thi công có thể là một công ty thi công cơ giới hoặc nhiều công ty có khả năng xây dựng hầm và các hệ thống đường cũng như hệ thống kỹ thuật trong thành phố. Đơn vị thi công yêu cầu phải có đầy đủ máy móc, trang thiết bị, nhân vật lực để đảm bảo tổ chức thi công theo đúng yêu cầu kỹ thuật và tiến độ thi công đề ra. Đơn vị thi công có nhiệm vụ thi công 140m đường hầm kín, 405m đường hầm dẫn, phần đường tránh và phần đường trên nóc hầm, các hệ thống thoát nước của nút, và các hệ thống đường hầm kỹ thuật, các hệ thống chiếu sáng đường hầm, đường dẫn… Trong quá trình thi công, đơn vị thi công phải đảm bảo được yếu tố an toàn cũng như việc đảm bảo cảnh quan môi trường, giảm tiếng ồn, tránh ô nhiễm trong quá trình thi công. Vấn đề quan trọng nhất đó là trong quá trình thi công vẫn phải đảm bảo được vấn đề giao thông diễn ra bình thường tại khu vực nút. 2.3.1.2. Vật liệu xây dựng Vật liệu dây dựng là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng của công trình. Đặc biệt là đối với các công trình ngầm giao thông cần phải lựa chọn kiểm tra kỹ lưỡng các loại vật liệu xây dựng hầm. Dự kiến vật liệu xây dựng hầm là bê tông M300# được sản xuất tại nhà máy và vận chuyển đến công trường bằng xe mix. Dự định sẽ lấy bê tông thương phẩm tại nhà máy trộn bê tông cách khu vực xây dựng khoảng 3km. Trước khi đổ bê tông phải kiểm tra độ sụt của bê tông, lấy mẫu và ghi chép cẩn thận. Vật liệu chống thấm sử dụng hỗn hợp sơn phụ gia và tấm pôlime. Thiết bị đèn chiếu sáng được lấy của công ty Thăng Long Neon 2.3.1.1. Thời gian thi công Thời gian thi công đường hầm nút giao thông Kim Liên được tính toán dựa vào khối lượng công việc, cũng như yêu cầu nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng, song vẫn phải đảm bảo giao thông trong quá trình thi công. 2.3.2. Các giai đoạn thi công chính 2.3.2.1. Công tác chuẩn bị 2.3.2.1.1. Khôi phục cọc và định vị phạm vi thi công Ở đây đường hầm của chúng ta xuyên qua nút Kim Liên dựa trên cơ sở tuyến đường cũ. Như ở thiết kế kỹ thuật đã đề xuất phương án lựa chọn thì lấy tim đường cao tốc làm tim đường hầm. Việc khôi phục cọc nhờ vào các mốc chuẩn và lên tim hầm không có gì khó khăn. 2.3.2.1.2. Công tác dọn dẹp chuẩn bị mặt bằng Đường đô thị và đường cao tốc là đường đã làm. Nút của chúng ta đã chọn phương án làm hầm do đó mặt bằng thi công của chúng ta chỉ chiếm 545 x 26.8m2, diện tích này nằm trên toàn bộ đường cao tốc. Vì vậy không cần phải dọn dẹp mặt bằng mà chỉ phải chuẩn bị các biển báo công trường và hàng rào khu vực thi công. 2.3.2.2. Các giai đoạn thi công chính 2.3.2.2.1. Giai đoạn 1 Tiến hành làm đường tránh để thi công phần hầm kín và một bên hầm dẫn với chiều dài hầm chính là 140m còn phần hầm dẫn dài 195m. Giai đoạn này gồm các công việc: Làm đường tránh Tiến hành rung hạ cọc ván thép, tường cọc ván cao hơn cao độ mặt đất tự nhiên là 0,3m Sử dụng các máy đào chuyên dụng thi công đào đất. Sau khi đào đất xong tiến hành thi công lớp cát đệm đá dăm đầm chặt tạo phẳng làm ván khuôn đáy thi công đáy hầm. Lắp dựng ván khuôn, đặt cốt thép bản đáy hầm (cốt thép được lấy trong kho thép đã được gia công tại công trường. Đổ bê tông đáy hầm bằng xe bơm bê tông, bê tông được lấy từ trạm trộn bê tông vận chuyển đến công trường bằng xe Mix. Trước khi đổ phải lấy mẫu thử độ sụt đúc mẫu thí nghiệm. Đợi bê tông đáy hầm đạt cường độ tiến hành lắp dựng ván khuôn đổ bê tông tường hầm. Đợi bê tông tường hầm đạt cường độ tiến hành lắp dựng ván khuôn và đổ bê tông nóc hầm. Chú ý: Trong quá trình đổ bê tông kết cấu vỏ hầm được chia thành các đốt 10m để thi công. Thi công các hạng mục kỹ thuật khác: hoàn thiện bề mặt hầm, thi công mặt đường, bể thu mước, rãnh thoát nước, trạm bơm nước, chiếu sáng,… 2.3.2.2.2. Giai đoạn 2 Sau khi thi công xong giai đoạn 1 tiến hành lấp đất trả lại mặt bằng cho xe chạy và tiến hành thi công phần hầm dẫn còn lại. Trình tự các bước thi công giống như ở giai đoạn 1 2.3.2.2.3. Giai đoạn 3 Hoàn thiện hầm, tạo mỹ quan Thông xe hầm, đưa hầm vào khai thác sử dụng. 2.3.3. Thi công cọc ván thép Trên mặt bằng tiến hành đo đạc các vị trí xác định tim cọc, từ đó xác định được vị trí các cọc. Mặt bằng phải thoát nước và đủ không gian cho thi công Di chuyển máy rung hạ cọc. Rung hạ đến khi đầu cọc cách cao độ mặt đất 0,3m. Chọn loại búa rung DEK 251 Hình 61 Thi công cọc ván thép. 2.3.4. Thi công đào đất trong hầm Sau khi thi công tường cọc ván xong tiến hành đào đất trong hầm. Trình tự đào được tiến hành từ phía hầm dẫn tiến vào hầm chính. Do thi công bằng phương pháp đào hở mặt bằng thi công rất thuận lợi cho công tác đào đất. Căn cứ vào tình hình và điều kiện cụ thể ta sẽ sử dụng loại máy xúc gầu thuận kết hợp với máy ủi để đào đường hầm và đường dẫn. Với điều kiện cụ thể của nút ta sử dụng phương pháp đào là đào theo chiều dọc hầm: cho máy đào tuần tự di chuyển theo chiều dọc của hố móng. Hình 62 Sơ đồ đào đất hầm. Sơ đồ đào đất được thể hiện như hình vẽ trên, máy xúc đào đất rồi đổ lên ôtô. Ta chọn máy đào gầu ngoạm mã hiệu KC-4361 (K-161) Bảng 16 Bảng thống kê số liệu kỹ thuật của máy xúc gầu ngoạm KC-4361 (K-161) TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Khối lượng 1 Dung tích gầu q m3 1,0 2 Chiều dài tầm với l m 18 3 Trọng lượng máy tấn 19,5 4 Thời gian một chu kì khi góc quay j = 90o giây 15,0 Năng suất của máy đào: Trong đó: Q - là năng suất máy q – là dung tích gầu q = 1,0 (m3) kd - hệ số làm đầy gầu = 1,2 (đất sét ẩm) kt là hệ số sử dụng thời gian kt = 0,95 ktx Hệ số tơi xốp của đất đá. = 1,3 Tck – là thời gian một chu kỳ làm việc = 15s Vậy Khối lượng đào một đốt hầm kín 10m là: V = 26.8x9.4x10 =2519.2m3 Khối lượng đất cần đào phần hầm chính và một nửa hầm dẫn là: V = 26.8x9.4x140 + 1/2x26.8x195x9.4 =59831 (m3) Sử dụng hai máy đào như trên, thời gian hoàn thành quá trình đào là: Chọn mỗi ca thi công là 8h thì để đào xong đất là hết 20 ca. Khối lượng đất cần đào phần hầm chính và một nửa hầm dẫn là: V = ½. 31.210.9 = 29295 (m3) Sử dụng hai máy đào như trên, thời gian hoàn thành quá trình đào là: Chọn ôtô vận chuyển là loại xe có dung tích 5m3, ra vào liên tục. 2.3.5. Công tác cốt thép Phần lớn cốt thép trong kết cấu là ở dạng lưới thép được gia công trước tại bãi gia công cốt thép. Việc nắn thẳng cốt thép được thực hiện bằng tời. Sơ đồ công nghệ gia công cốt thép Cốt thép được đưa xuống hào băng cần cẩu và được lắp dựng theo từng đoạn đổ bê tông, cốt thép được nối với nhau bằng hàn hồ quang, khi hàn phải đảm bảo bề mặt mối nối nhẵn, không cháy, không đứt quãng, không thu hẹp cục bộ, đảm bảo chiều cao và chiêu dài đường hàn. Cốt thép trong đáy và nóc hầm được liên kết bằng cách buộc. Sử dụng liên kết hàn hồ quang để nối cốt thép với thép chờ để sẵn trong tường. 2.3.4. Công tác bê tông Bê tông sử dụng là loại bê tông thương phẩm được sản xuất tại nhà máy. Ta sử dụng tổ hợp đổ bê tông để thi công bao gồm: xe Mix để vận chuyển bê tông, máy bơm bê tông. Máy đẩy vữa bê tông qua một hệ thống ống cao su chuyên dụng… Những điều cần chú ý khi đổ bê tông: Trước khi đổ bê tông cần kiểm tra nghiệm thu ván khuôn, cốt thép, hệ thống sàn công tác đã đạt được các yêu cầu kỹ thuật hay chưa. Làm sạch ván khuôn, cốt thép, sửa các khuyết tật nếu có. Khi đổ bê tông lên lớp vữa đã đổ trước thì phải làm sạch bề mặt lớp vữa, tưới nước xi măng rồi mới đổ bê tông. Đối với bê tông khối lớn phải đổ thành nhiều lớp. Khi đổ phải đổ từ xa tới gần so với vị trí tiếp nhận. Trong quá trình thi công bê tông bản đáy hầm phải chú ý đến các vị trí đặt bể thu nước, xử lý chống thấm cho mạch ngừng thi công bằng các gioăng chống thấm chuyên dụng… 2.3.6. Thi công đáy hầm Sau khi thi công xong phần lớp cát đầm chặt và lớp bê tông mác nghèo, tiến hành lắp dựng cốt thép và ván khuôn chuẩn bị đổ bê tông đáy hầm. Bê tông được cấp bằng xe mix và được đổ bằng máy bơm bê tông. Hình 65 Thi công bê tông đáy hầm. 2.3.7. Biện pháp thi công cốt thép và bê tông cho tường Cốt thép tường được chế tạo và lắp đặt sẵn tại công trường, cốt thép được sử dụng là cốt thép gai, cốt thép được liên kết bằng cách buộc lại với nhau. Sử dụng cẩu để đưa lồng cốt thép vào trong hào, quá trình cẩu phải sử dụng dây buộ để định hướng tránh để lồng cốt thép trượt ra ngoài mép hố đào. Trên lồng cốt thép có bố trí các con kê định vị làm bằng bê tông hoặc bằng các tai thép hoặc bằng nhựa, có tác dụng bảo đảm chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép và tránh làm lở thành hố đào. Cường độ của bê tông là 30Mpa, độ lớn cốt liệu <50mm. Bê tông cần phải dẻo, thời gian ninh kết là tối đa, độ sụt từ 16-20mm. Chọn chiều dài khối đào sao cho kết thúc khối đổ trong thời gian bằng một hoặc hai lần thời gian ninh kết của xi măng, để tăng thời gian ninh kết ta sử dụng phụ gia.Bê tông sử dụng là loại bê tông thương phẩm được chở đến công trường bằng xe Mix Lắp dựng cốt thép và ván khuôn chuẩn bị đổ bê tông. Hình 66 Thi công bê tông tường hầm. 2.3.8. Biện pháp thi công cốt thép và bê tông cho bản nóc Cốt thép tường được chế tạo và lắp đặt sẵn tại công trường, cốt thép được sử dụng là cốt thép gai, cốt thép được liên kết bằng cách buộc lại với nhau. Sử dụng cẩu để đưa lồng cốt thép vào trong hào, quá trình cẩu phải sử dụng dây buộ để định hướng tránh để lồng cốt thép trượt ra ngoài mép hố đào. Trên lồng cốt thép có bố trí các con kê định vị làm bằng bê tông hoặc bằng các tai thép hoặc bằng nhựa, có tác dụng bảo đảm chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép và tránh làm lở thành hố đào. Cường độ của bê tông là 30Mpa, độ lớn cốt liệu <50mm. Bê tông cần phải dẻo, thời gian ninh kết là tối đa, độ sụt từ 16-20mm. Chọn chiều dài khối đào sao cho kết thúc khối đổ trong thời gian bằng một hoặc hai lần thời gian ninh kết của xi măng, để tăng thời gian ninh kết ta sử dụng phụ gia.Bê tông sử dụng là loại bê tông thương phẩm được chở đến công trường bằng xe Mix Lắp dựng cốt thép và ván khuôn chuẩn bị đổ bê tông. Hình 67 Thi công bê tông nóc hầm. 2.3.9. Thi công phòng nước cho kết cấu Bề mặt bê tông được láng một lớp phủ vữa xi măng dày 2 – 3cm. Trên bề mặt lớp láng ta phun một lớp phòng nước phủ lên. Để tránh khỏi những tác động cơ học người ta láng lên lớp phòng nước một lớp vữa phủ xi măng dày 2 – 3cm. Lớp phòng nước được sử dụng là lớp vải thuỷ tinh, điều này cho phép thi công cơ giới hoá nhanh chóng. Với loại này ta sẽ phun lên tường bảo vệ một lớp phủ Bitum đặc chảy hoặc hơi nóng dày 1,5 – 2mm. Đây là công trình ngầm, việc chống thấm hết sức quan trọng, đảm bảo công trình hoạt động tốt trong khai thác. Kết cấu hầm đã được thiết kế bằng 3 loại vật liệu: Chống thấm đáy: Dùng loại trải sẵn trước khi đổ bê tông, sau khi đổ bê tông lớp chống thấm bám chặt vào đáy hầm đảm bảo chống thấm ngược từ đáy. Chống thấm thành bên: Dùng loại dán nguội sau khi đổ bê tông để chống thấm theo phương ngang. Chống thấm đỉnh: Dùng loại dán nguội trên mặt bê tông đã đông cứng, lớp này có tính năng chịu nhiệt khi rải thảm bê tông nhựa. Chống thấm khe nối: Các khe nối được chèn bằng 2 loại: Loại trương nở khi gặp nước, đặt trước khi đổ bê tông, bịt kín mặt sau tường chống thấm ngang, loại đàn hồi dẻo được đúc sau khi bê tông đông cứng, che khe nối phía mặt lộ ra ngoài không khí tạo thẩm mỹ cho các đốt hầm. Cụ thể như sau: Lớp phòng nước gián ngoài kết cấu chọn loại mềm và chịu được biến dạng và tính cách nước tốt do vậy ta chọn loại PVC dày 2mm. a) Phần nóc hầm . 1- Kết BTCT 2-Lớp phòng nước Loại PVC dày 2 mm b) Phần tường hầm 1-Kết BTCT 2-Lớp phòng nước Loại PVC dày 2 mm. c) Phần đáy hầm 1-Kết BTCT 2-Lớp phòng nước Loại PVC dày 2 mm 3- Lớp cát, dày 50 cm, tácdụng vệ sinh đáy móng Công tác an toàn lao động Khi thi công công trình ngầm đào lộ thiên, đất trong hào đến độ sâu lớn và thi công công trình trong rãnh hào được tạo bởi 2 tường , ta phải cân nhắc đến công tác an toàn lao động tránh các trường hợp rủi ro xảy ra. Trong các công tác được tiến hành thi công thì công tác làm đất có thể gây ra nhiều nguy hiểm nhất. Biện pháp an toàn trong công tác đào đất đó là: Hố đào phải có rào ngăn, có biển báo, ban đêm phải thắp đèn đỏ Trước mỗi buổi làm việc phải cử người đi kiểm tra hệ thống neo tường trong đất…sau đó rồi mới cho công nhân làm việc Không để công nhân ngồi nghỉ ngơi, ngồi tránh nắng ở chân tường trong đất. Các đống vật để trên hố đào phải cách mép hố đào ít nhất 0,5m Trước khi khởi công đào đất phải điều tra hệ thống mạng lưới đường ống ngầm, dây cáp điện, đường ống… Không được cho phép làm các công việc phụ gần khoang đào, không để người đi đứng trong phạm vi quay của cần máy đào và của xe vận chuyển. Không để máy đào đào thành các rãnh đất, gầu máy đào đổ đất vào thùng xe ô tô phải đi từ sau xe tới. Ngoài ra các hệ thống biển báo, đèn hiệu phải đầy đủ giữ an toàn cho người và mọi phương tiện giao thông tại khu vực phạm vi công trường. KẾT LUẬN Ở Việt Nam nói chung và ở Hà nội nói riêng, việc sử dụng công trình ngầm để giải quyết vấn đề giao thông đô thị còn ít. Việc xây dựng công trình ngầm qua nút giao thông Kim Liên là một yêu cầu cấp thiêt giải quyết tình trạng tắc ngẽn giao thông nghiêm trọng hiện nay, nâng cao an toàn giao thông và tiết kiệm đất đai do không phải mở rộng diện tích đường trên mặt đất. Đề tài mang tính thực tiễn cao vì nó giải quyết được bức xúc trong phát triển hạ tầng cơ sở của hệ thống giao thông đô thị Thủ Đô Hà Nội. Song, đồng thời với đó là khối lượng công việc rất lớn liên quan đến nhiều vấn đề trong khi đó trình độ kiến thức cũng như thời gian hạn chế nên không thể giải quyết được trọng vẹn đồng thời không tránh khỏi những sai xót trong các vấn đề đưa ra. Với mục đích tổng hợp, hệ thống hoá kiến thức đã được trang bị trong quá trình học tập. Được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Ts. Nguyễn Phương Duy cùng các thầy trong bộ môn Cầu Hầm và với sự cố gắng của bản thân em đã giải quyết được cơ bản các nội dung yêu cầu của đồ án đặt ra. Kính mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đề tài của em có thể hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên TRẦN VĂN KHOA TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Công trình ngầm – Đỗ Như Tráng, Trần Đình Châu; Nxb HVKTQS-1995 Phần 1: Thiết kế công trình ngầm Phần 2: Áp lực đất đá và tính toán kết cấu công trình ngầm Phần 3: Thi công công trình ngầm Thiết kế và thi công hố móng sâu – Nguyễn Bá Kế; Nxb Xây Dựng – 2002 Chỉ dẫn thiết kế và thi công cọc Baret, tường trong đất, neo trong đất – Nguyễn Văn Quảng – Nxb Xây Dựng – 2003 Cơ học đất – Bùi Anh Định Tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu hầm đường sắt và hầm đường ô tô – Nxb Xây Dựng – 2003 Thiết kế và xây dựng Công trình ngầm và công trình đào sâu – Vilen Alếchxêvích Ivácnhúc – Nxb Xây Dựng – 2004 Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05 Công nghệ thi công công trình ngầm bằng phương pháp tường trong đất – Nguyễn Thế Phùng – Nxb Giao thông vận tải Hà Nội – 1998 Thiết kế công trình hầm giao thông – Nguyễn Thế Phùng, Nguyễn Quốc Hùng – Nxb Giao thông vận tải Hà Nội – 2004 Cơ học kết cấu - Lều Thọ Trình - Nxb Giao Xây Dựng – 2004.