BỘ MÔN CẦU VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Là sinh viên khoá 60 - Khoa Cầu Đường - Trường Đại học Xây dựng, sau thời gian tham gia học tập và nghiên cứu tại trường, đạt được các yêu cầu cần thiết của nhà trường đề ra, em đã được

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

_

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN MINH HÙNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN: TRẦN VĂN ĐIỆP

Hà Nội, 13/08/2020

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là sự tổng hợp kiến thức các môn học được trang bị trong suốt thời gian học tập tại trường đại học, cũng như các kinh nghiệm mà sinh viên thu nhận được trong quá trình nghiên cứu và làm đồ án Nó thể hiện kiến thức cũng như trình

độ, khả năng thực thi các ý tưởng trước một công việc, là bước ngoặt cho việc áp dụng những lý thuyết được học vào công việc thực tế sau này Đồng thời nó cũng là một lần sinh viên được xem xét, tổng hợp lại toàn bộ các kiến thức của mình học được dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo của các giáo viên đã trực tiếp tham gia giảng dạy mình trong quá trình học tập, nghiên cứu

Là sinh viên khoá 60 - Khoa Cầu Đường - Trường Đại học Xây dựng, sau thời gian tham gia học tập và nghiên cứu tại trường, đạt được các yêu cầu cần thiết của nhà trường đề ra, em đã được nhận đồ án tốt nghiệp chuyên ngành: “Cầu và Công trình ngầm” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Minh Hùng Nhiệm vụ của đồ án đặt ra bao gồm:

1 Lập dự án khả thi thiết kế cầu Z

2 Thiết kế kỹ thuật cầu Z

3 Thiết kế thi công cầu Z

Đồ án được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn Song do sự hạn chế về trình độ, chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự góp

ý, chỉ bảo của các thầy, cô để đồ án được hoàn chỉnh hơn, giúp em hoàn thiện hơn kiến thức chuyên môn để khỏi bỡ ngỡ trước công việc thực tế sau khi tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Minh Hùng cũng như toàn thể các thầy, cô đã giúp đỡ em trong quá trình học tập tại trường

Hà Nội, ngày 04 tháng 09 năm 2020

Sinh viên

Trần Văn Điệp

THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU VƯỢT SÔNG

13.19.92.6430II

MỤC LỤC

PHẦN I THIẾT KẾ SƠ BỘ 18

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG 19

VỊ TRÍ XÂY DỰNG CẦU 19

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 19

1.2.1 Địa hình 19

1.2.2 Địa chất 20

1.2.3 Thủy văn 20

1.2.4 Khí hậu 21

1.2.5 Lượng mưa 21

1.2.6 Độ ẩm không khí 21

1.2.7 Nhiệt độ không khí 21

1.2.8 Gió 21

CHƯƠNG 2 QUY MÔ CÔNG TRÌNH VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 22

QUY MÔ CÔNG TRÌNH 22

QUY MÔ MẶT CẮT NGANG CẦU 22

TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU 22

2.3.1 Quy phạm thiết kế 22

2.3.2 Tải trọng thiết kế 23

2.3.3 Tĩnh không và vị trí khoang thông thuyền 23

CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CẦU 24

QUY PHẠM THIẾT KẾ 24

TẢI TRỌNG THIẾT KẾ 24

3.2.1 Tĩnh tải 24

3.2.2 Hoạt tải 24

3.2.3 Tổ hợp tải trọng 25

PHẦN I THIẾT KẾ SƠ BỘ

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG

VỊ TRÍ XÂY DỰNG CẦU

Cầu Z vượt qua sông X thuộc quy hoạch phát triển kinh tế của tỉnh A Cầu được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu giao thông giữa 2 khu đô thị lớn của tỉnh A, giúp lưu thông hàng hóa, phát triển kinh tế vùng và an ninh quốc phòng

Sông X là tuyến đường giao thông thủy chính qua khu vực Cấp hạng đường thủy của sông

X được bộ GTVT xác định là sông cấp I Lưu thông thủy diễn ra quanh năm với mật độ cao

và nhiều phương tiện thủy có trọng tải lớn

 Vì vậy việc xây dựng cầu Z là cần thiết

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

1.2.1 Địa hình

Cầu Z được bắc qua sông X thuộc tỉnh A nằm ở khu vực hạ lưu sông, hai bên công trình là khu đô thị

Do vị trí xây dựng cầu nằm ở vùng đồng bằng nên hai bờ sông có bãi rộng, mùa khô không

có nước, mùa lũ bị ngập nước Lòng sông tương đối thoải và không sâu, địa chất phân bố đều

do sự bồi đắp của sông Hình dạng mặt cắt sông tương đối đối xứng

Với đặc điểm địa hình như vậy có thể nêu một số nhận xét có liên quan đến việc lựa chọn

vị trí, kết cấu công trình và biện pháp tổ chức thi công:

Việc vận chuyển vật tư, thiết bị thi công công trình có thể sử dụng đường bộ kết hợp với đường thuỷ đến tận công trình Tuy nhiên để tiếp cận được đến từng vị trí thi công phải tổ chức

bố trí đường phục vụ thi công chạy dọc tuyến nối từ đường hiện hữu tới khu vực xây dựng

Việc bố trí mặt bằng thi công rất thuận lợi do địa hình khu vực xây dựng dọc tuyến bằng phẳng

1.2.2 Địa chất

Bảng 1-1 Số liệu địa chất

Lớp đất Hố khoan số: 1 2 3 4 5

Lý trình (m): 20 130 230 330 430 Lớp 1 Á cát 5.2 3.6 3.2 4.1 4.8 Lớp 2 Sét dẻo mềm 11.3 15.4 16.8 13.7 12.1 Lớp 3 Cát vừa 6.4 4.8 5.2 5.9 7.7 Lớp 4 Á sét 10.9 11.5 11.4 11.8 11.3

- Từ kết quả khoan thăm dò cho thấy:

+ Địa tầng ở đây khá ổn định, phân thành từng lớp rõ rệt

+ Địa chất được phân bố khá đồng đều ở các lỗ khoan Do đó trụ và mố cầu có thể sử dụng hệ móng cọc Cọc khoan nhồi hoặc cọc đóng sẽ được lựa chọn vào giải pháp kết cấu móng

1.2.3 Thủy văn

- Tình hình mưa lũ: Mùa mưa lũ hàng năm xảy ra vào trung tuần tháng 8 đến tháng 11, ngập

lũ chủ yếu do mưa ở thượng nguồn sông X, lòng sông khá thoải cho nên khả năng lũ ở khu vực là thấp

- Các số liệu tính toán thuỷ văn dùng trong thiết kế:

+ Mực nước cao nhất ứng với P=1%: +13.1 m

+ Mực nước thông thuyền ứng với P=5%: +9.9 m

+ Mực nước thấp nhất: +2.6 m

+ Khẩu độ thoát nước tĩnh cần thiết: 430 m

Nhiệt độ bình quân hàng năm là 27.5oC Nhiệt độ thấp nhất 10oC Nhiệt độ cao nhất 40.5oC 1.2.5 Lượng mưa

- Lượng mưa trung bình năm : 1800 mm

- Lượng mưa ngày lớn nhất : 520 mm

- Lượng mưa trung bình tháng lớn nhất : 360 mm (tháng 6)

- Lượng mưa trung bình tháng thấp nhất : 47mm ( tháng 12)

- Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm : 230C

- Nhiệt độ trung bình mùa đông : 170C

- Nhiệt độ trung bình mùa hè : 350C

1.2.8 Gió

Hướng gió chính: Mùa đông có gió mùa Đông Bắc thời tiết lạnh ít mưa và khô hanh, mùa

hè có gió Tây Nam thời tiết nóng ít mua.Vận tốc gió trung bình hàng năm là 22 m/s

CHƯƠNG 2 QUY MÔ CÔNG TRÌNH VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

QUY MÔ CÔNG TRÌNH

- Quy mô xây dựng: Cầu thiết kế vĩnh cửu

- Tần suất lũ thiết kế: P=1%

QUY MÔ MẶT CẮT NGANG CẦU

- Mặt cắt ngang cầu Z dự kiến xây dựng phải được xem xét trên các khía cạnh:

- Thoả mãn lưu lượng phương tiện qua cầu trong chu trình dự án

- Phù hợp với quy hoạch tuyến đường đầu cầu

Bảng 2-1 Mặt cắt ngang điển hình cầu

Nội dung Chiều rộng

(m) Làn xe hỗn hợp 8+2 x1.5=11 Lan can 2 x 0.5=1 Tổng chiều rộng cầu bao gồm làn

TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU

2.3.1 Quy phạm thiết kế

- Quy trình khảo sát:

+ Quy trình khảo sát đường ôtô 22TCN 263-2000

+ Quy trình khoan thăm dò địa chất 22TCN 259-2000

+ Quy trình đo vẽ bản đồ địa hình theo tiêu chuẩn nghành 96TCN43-90

+ Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN262-2000

- Quy trình thiết kế:

+ Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054 - 2005

+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823-2017

+ Quy trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211 - 06

+ Điều lệ báo hiệu đường bộ 22TCN 237 - 01

+ Tính toán dòng chảy tính lũ 22TCN 220 - 95

+ Công trình giao thông trong vùng có động đất-Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 211-95 + Thiết kế công trình chịu động đất TCXDVN 375-2006

+ Quy trình thiết kế công trình và thiết bị phụ trợ thi công cầu

+ Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng đường phố + quảng trường TCVN 333 - 2005 + Tham khảo các quy trình, quy phạm khác của nước ngoài hiện có ở Việt Nam 2.3.2 Tải trọng thiết kế

Tĩnh tải: theo TCVN 11823-2017

Hoạt tải: HL93

2.3.3 Tĩnh không và vị trí khoang thông thuyền

- Mực nước thông thuyền ứng với mực nước cao có tần suất 1%: Hp1% = 13.1 m

- Tĩnh không:

+ Theo chiều cao: 9 m (tính từ mực nước HP1%)

+ Theo chiều ngang: 60 m

- Vị trí khoang thông thuyền: Dự kiến vị trí khoang thông thuyền được bố trí tại khu vực giữa sông tại nơi có mực nước sâu nhất

CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CẦU

QUY PHẠM THIẾT KẾ

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu : TCVN 11823-2017

- Tiêu chuẩn thiết kế đường : TCVN 4054-2005

TẢI TRỌNG THIẾT KẾ

3.2.1 Tĩnh tải

- Tải trọng bản thân kết cấu

- Các bộ phận phi kết cấu: lan can, lớp phủ mặt cầu, dải phân cách, thiết bị thoát nước, chiếu sáng, tấm chắn

Trừ trường hợp qui định trong điều (3.6.1.3.1), mỗi làn thiết kế được xem xét phải được

bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục (Tandem) chồng với tải trọng làn khi áp dụng được Tải trọng được giả thiết chiếm 3000mm theo chiều ngang một làn thiết kế

3.2.2.1 Xe tải thiết kế

Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của tải thiết kế phải lấy theo hình 3.1, lực

xung kích lấy theo điều (3.6.2)

Hình 3.1 Xe tải thiết kế

Trừ quy định trong điều (3.6.1.3.1) và (3.6.1.4.1) cự ly giữa hai trục 145KN phải thay đổi giữa 4300mm và 9000mm để gây ra hiệu ứng lực lớn nhất

3.2.2.2 Xe 2 trục thiết kế

Xe hai trục gồm một cặp trục 110 KN cách nhau 1.2 m Cự ly chiều ngang của các bánh

xe lấy bằng 1.8 m Lực xung kích lấy theo điều (3.6.2)

+ t = 1.05 Cầu quan trọng [1.3.5 TCVN 11823-2017]

+ = 0.950.951.05 =0.95

+ P = 1.25 với DC, P = 1.5 với DW, IM = 33%

NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

3.3.1 Nguyên tắc lựa chọn kết cấu nhịp cầu chính

- Phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn khu vực xây dựng cầu

- Là điểm nhấn kiến trúc trong tổng thể công trình và không gian khu vực

- Thoả mãn yêu cầu thông thuyền, kết cấu nhịp chính có khẩu độ lớn đảm bảo yêu cầu khổ thông thuyền H = 9 m, B = 60m

- Hạn chế tối đa ảnh hưởng tới khả năng thoát nước dưới cầu

- Khả năng thi công của các đơn vị thi công

- Giá thành xây dựng hợp lý

3.3.2 Nguyên tắc lựa chọn phương án nhịp dẫn

- Rút ngắn thời gian thi công

- Khẩu độ nhịp đảm bảo giảm thiểu ảnh hưởng thoát nước của dòng chảy

- Giá thành công trình hạ

CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CẦU

Trên cơ sở các nguyên tắc trên, các phương án kết cấu được đưa ra để xem xét như sau:

 PHƯƠNG ÁN 1: CẦU ĐÚC HẪNG LIÊN TỤC 3 NHỊP + CẦU DẪN NHỊP GIẢN ĐƠN I33

- Sơ đồ cầu : 4 x 33m + 61m + 100m + 61m + 4 x 33m

- Nhịp chính : Cầu dầm liên tục 3 nhịp: 61m + 100m + 61m

- Nhịp dẫn : Gồm các nhịp cầu dầm I bằng BTCT DƯL ,chiều dài nhịp 33m

- Các trụ cầu ( nhịp chính) : Bằng BTCT đổ tại chỗ đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính 1.5m

- Mố và trụ phần nhịp dẫn: Các mố trụ bằng BTCT đổ tại chỗ đặt trên nền móng cọc khoan nhồi đường kính 1.0m

 PHƯƠNG ÁN 2: CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG + CẦU DẪN NHỊP GIẢN ĐƠN I33

- Sơ đồ cầu : 6 x 33m + 1 x 100m + 6 x 33m

- Nhịp chính : Cầu vòm ống thép nhồi bê tông 1 nhịp 100m

- Nhịp dẫn : Cầu dẫn dầm đơn giản I33 (6 x 33m mỗi bên,sau khi thi công bản sẽ được nối liên tục nhiệt )

- Các trụ cầu ( nhịp chính): Bằng BTCT đổ tại chỗ đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính 1.5m

- Mố và trụ phần nhịp dẫn : Các mố và trụ phần nhịp dẫn bằng BTCT đổ tại chỗ đặt trên nền móng cọc khoan nhồi đường kính 1.0m

CHƯƠNG 4.THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 1

GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN

- Sơ đồ cầu: 4 x 33m + 61m + 100m + 61m + 4 x 33m

- Khổ cầu: (như bảng sau)

Bảng 4-1 Mặt cắt ngang điển hình cầu

Nội dung Chiều rộng (m)

Lan can 2 x 0.5=1 Tổng chiều rộng cầu 12 m

- Khổ thông thuyền: B = 60m, H = 9m

- Tải trọng thiết kế :

Hoạt tải xe ô tô trên mặt cầu :HL93

Tải trọng người đi bộ :3KN/m2

- Tiêu chuẩn thiết kế :TCVN 11823-2017

- Khổ thông thuyền dành cho sông cấp II: B=60m;H=9m

- Khẩu độ thoát nước :

Yêu cầu:Lo=430 m

Thiết kế: LO =(4 x 33 + 61 + 100 + 61 + 4 x 33)+(2 x 0.3+6 x 0.05)-(6 x1.4+2 x 2.5+2 x 3+2 x 1) =465.5 m > Lo=430 m

- Trắc dọc cầu:Một phần cầu cố chiều dài 100m nằm trền đường cong tròn có R=3000m,phần còn lại nằm trên đường thẳng có độ dốc dọc id=2.5% và 3%

PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

4.2.1 Kết cấu phần trên

Phần cầu nhịp chính là kết cấu liên tục 3 nhịp, sơ đồ: 61m + 100m + 61m thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng.Dầm liên tục tiết diện hộp 2 vách

Phần cầu dẫn là kết cấu dầm I liên hợp BTCT dự ứng lực căng sau nhịp đơn giản I33 4.2.2 Mặt cắt ngang

hx : chiều cao đáy dầm tại vị trí cách tiết diện có chiều cao h một đoạn x (m)

Hp : chiều cao dầm trên trụ (m)

hc : chiều cao dầm tại giữa nhịp (m)

Lh : chiều dài tính từ tiết diện có chiều cao Hp đến tiết diện có chiều cao hc

Vậy ta có phương trình đường cong biên dưới đáy dầm hộp là:

Chiều dày bản đáy thay đổi theo đường parabol từ chiều dày tại mép trụ là 1000mm đến chiều dày giữa nhịp là 300mm:

Chiều dày sườn dầm 450mm và không thay đổi trên suốt chiều dài dầm để đơn giản cho công tác thi công

Các kích thước khác trên mặt cắt ngang được chọn như hình vẽ đảm bảo yêu cầu chịu lực và thi công

Hình 4.1 Mặt cắt ngang trên trụ và giữa nhịp

- Trụ: Trụ đặc, BTCT, đặt trờn múng cọc khoan nhồi đường kớnh D=1m với trụ dẫn (trụ biờn), sử dụng cọc đường kớnh D=1.5 m với trụ chớnh

Tấm bê tông đúc sẵn Bản mặt cầu BTCT dày 200mm Lớp phòng nước dày 4mm Lớp bê tông Asphalt dày 70mm

1 2 3 4

Hình 4.3 Mặt cắt ngang mố

4.2.4 Kết cấu khác

- Khe co giãn bằng cao su

- Gối cầu: Đối với phần cầu chính ta sử dụng gối chậu, phần cầu dẫn sử dụng gối cao

su

- Lan can cầu bằng bê tông và thép ống

- Lớp phủ mặt cầu: Bêtông nhựa hạt vừa 7cm

+ Bê tông trụ dùng loại bê tông có cấp độ bền 35Mpa

- Thép thường: Theo tiêu chuẩn ASTM 706M

+ Giới hạn chảy : fy = 420 Mpa

+ Mô đun đàn hồi : Es = 2x105 Mpa

- Thép dự ứng lực : Theo tiêu chuẩn ASTM A416M – Grade 270 của hãng VSL

+ Đường kính danh định 1 tao: 15.2 mm

+ Mặt cắt đanh định : Aps =1.41 cm2

+ Cường độ chịu kéo : fpu = 1860 Mpa

+ Cường độ chảy : fpy = 1670 Mpa

+ Mô đun đàn hồi : Eps = 197000 Mpa

TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC SƠ BỘ

4.3.1 Khối lượng nhịp chính

- Việc tính toán khối lượng kết cấu nhịp sẽ được thực hiện bằng cách chia dầm thành những đốt nhỏ (trùng với đốt thi công để tiện tính toán) tính diện tích tại các vị đầu mỗi đốt từ đó tính thể tích của các đốt một cách tương đối bằng cách nhân diện tích trung bình của mỗi đốt với chiều dài của nó

- Phân chia đốt dầm như sau:

+ Khối K0 trên đỉnh trụ dài 13 m

+ Đốt hợp long dài 2 m

+ Cánh hẫng nhip giữa được chia thành 14 đốt: 42.5 m=4x2.5+5x3+5x3.5

+ Khối đúc trên dàn giáo dài 10 m

Hình 4.4 Tiết diện các mặt cắt

Phần dầm kê trên đỉnh trụ có đoạn 2 m là dầm đặc có một lỗ thông kích thước 1.8mx1m ,vuốt 15cm

Bảng 4-2 Khối lượng các đốt đúc

Khối đúc

Diện tích

Chiều dài

Thể tích

Khối lượng (m2) (m) (m3) (T)

D 37,85 1.5 76.61 183.85 K0 28,08 4.5 155.97 374.33 K1 17,32 3 54.03 129.67 K2 16,29 3 52.65 126.36 K3 15,33 3 51.27 123.05 K4 14,43 3 49.95 119.88 K5 13,59 3 48.63 116.71 K6 12,76 3 47.34 113.62 K7 15,94 4 61.28 147.07 K8 14,95 4 59.36 142.46 K9 14,03 4 57.52 138.05 K10 13,26 4 55.72 133.73 K11 14,08 4.5 60.75 145.8 K12 13,64 4.5 58.73 140.94 K13 13,31 4.5 56.7 136.08 K14 13,19 4.5 54.77 131.44 K15 13,31 4.5 52.97 127.12 1/2HL 11.53 1 11.53 27.68 Tổng 1065.78 2557.84

- Thể tích phần khối đúc hẫng:

Vđúc hẫng = 4x1065.78 = 4263,12 m3Phần dầm hộp đúc trên giàn giáo có chiều cao không đổi h = 3 m, chiều dày bản đáy cũng không đổi bằng 25 cm, chiều dày bản sườn không đổi ts = 60 cm Như vậy tiết diện không đổi

có diện tích mặt cắt ngang A = 11.53 m2 Thể tích khối đúc phần dầm hộp đúc trên giàn giáo

và 2 nửa đốt hợp long biên còn lại là:

Vbê tông dầm hộp = Ax11.5x2+2x11,53 = 288,25 m3

Thể tích bê tông phần đầu dầm trên trụ chuyển tiếp là:

V1 đầu = 1,5.A1 đầu = 1,5.25,375 = 38,063 m3

Vđầu dầm = 2.V1 đầu = 2.38,063 = 76,126 m3

Thể tích bê tông phần nhịp liên tục là:

Vliên tục = Vđúc hẫng + Vbê tông dầm hộp + Vđầu dầm = 4627,496 m3

Vb = nnhịp.bbản.Lnhịp.dbản = 8 x (12 x 33 x 0,2) = 633.6 m3Thể tích của tấm đúc sẵn:

Vt = 8 x (4 x (0.08 x 1.85 x 33))= 156.288 m3

Thể tích bê tông phần nhịp cầu dẫn:

Vnhịp cầu dẫn = Vdc + Vdn + Vb + Vt

= 1145.76+99.456 +633.6 +156.288 = 2035.104 m3

Thể tích bê tông kết cấu nhịp toàn cầu:

Vkết cấu nhịp toàn cầu = Vliên tục + Vnhịp cầu dẫn =2523.4226 +2035.104 =4558.5266 m3

4.3.3 Tính toán khối lượng công tác lan can và lớp phủ mặt cầu

Bệ trụ (m3)

Tổng (m3) T1 6.77 33.00 71.085 137.5 241.59 T2 10.60 33.00 111.3 137.5 281.80 T3 14.01 33.00 147.105 137.5 317.61 T4 16.06 33.00 168.63 137.5 339.13 T5 18.17 25.3 254.38 309.375 589.06 T6 19.00 0.00 399 765.0 1164 T7 19.00 0.00 399 765.0 1164 T8 18.17 25.3 254.38 309.375 589.06 T9 16.06 33.00 168.63 137.5 339.13 T10 14.01 33.00 147.105 137.5 317.61 T11 10.60 33.00 111.3 137.5 281.80 T12 6.77 33.00 71.085 137.5 241.59 Tổng 314.6 2303 3248.75 5866.35

- Tổng khối lượng bê tông trụ: V= 5866.35 m3

4.3.3 Khối lượng mố cầu

Bảng 4-4 Khối lượng công tác mố cầu

Mố Bệ mố Tường

cánh

Tường đỉnh

Tường thân Tổng M1 185.625 22.9 14.03 83.7 306.255 M2 185.625 22.9 14.03 83.7 306.255

- Tổng khối lượng công tác bê tông 1 mố: Vmố = 306.255 m3

- Khối lượng bản quá độ cho cầu: V = 1,918.11,5 = 22.057 m3

TÍNH SƠ BỘ KHỐI LƯỢNG CỌC CHO MỐ, TRỤ

4.4.1 Nhận xét chung về điều kiện địa chất lòng sông

Địa chất tại vị trí xây dựng cầu được phân theo từng lớp, các lớp địa chất tương đối ổn định, lớp đất bùn nhão bên trên có bề dày trung bình 1 m Do kết cấu nhịp có phần dầm liên tục là hệ siêu tĩnh, để tránh các ứng suất phụ bất lợi khi mố trụ lún không đều, để đảm bảo sự làm việc tốt của kết cấu, ta chọn phương án móng cọc khoan nhồi, vì cọc khoan nhồi có nhiều

ưu điểm về chịu lực và ổn định hơn so với các loại móng cọc khác

- Địa chất tại vị trí xây dựng cầu

Kiến nghị đặt móng cọc khoan nhồi vào lớp 4

- Móng trụ dự kiến sử dụng các loại đường kính cọc là 1.5 m, với chiều dài 40 m

- Móng mố dự kiến sử dụng các loại đường kính cọc là 1 m, với chiều dài 38 m

Bảng 4-5 Số liệu địa chất

Lớp đất Hố khoan số: 1 2 3 4 5

Lý trình (m): 20 130 230 330 430 Lớp 1 Á cát 5.2 3.6 3.2 4.1 4.8 Lớp 2 Sét dẻo mềm 11.3 15.4 16.8 13.7 12.1 Lớp 3 Cát vừa 6.4 4.8 5.2 5.9 7.7 Lớp 4 Á sét 10.9 11.5 11.4 11.8 11.3

4.4.2 Xác định sức chịu tải của cọc

4.4.2.1 Xác định sức chịu tải trọng nén của cọc khoan nhồi theo vật liệu làm cọc

a Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc

Pn = 0,8.(0,85.fc'.Ac + fy.As) (Đối với cấu kiện có cốt thép đai thường, Theo 5.7.4.4 - TCVN 11823-2017)

Với:

  - Hệ số sức kháng,  = 0,75 (5.5.4.2.1 - TCVN 11823-2017)

 Ac - Diện tích nguyên của bê tông (m2)

 fc - Cường độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày, fc = 30000 (kN/m2)

 fy - Giới hạn chảy của thép chịu lực, fy = 400000 (kN/m2)

 As - Diện tích cốt thép chịu lực (m2)

Chọn sơ bộ: 18Ø25 cho cọc D = 1,0 m và 24Ø36 cho cọc D = 1,5 m

a.Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền

Sức kháng đỡ của cọc được tính theo công thức sau:

Qr = η.(.Qn - Qc) = η.(qp.Qp + qs.Qs - Qc) Với: Qp = qp.Ap và Qs = qs.As

 Qc - Trọng lượng bản thân cọc có xét đến lực đẩy nổi của nước

 qp - Sức kháng đỡ đơn vị của mũi cọc (MPa)

 qs - Sức kháng đỡ đơn vị của thân cọc (MPa)

 As - Diện tích bề mặt thân cọc (mm2)

 Ap - Diện tích của mũi cọc (mm2)

 qp - hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc cho trong bảng 10.5.5-3

 qs - hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong bảng 10.5.5-3

Canada, 1985 0.5

 Sức kháng thân cọc

- Sức kháng đỡ đơn vị của thân cọc trong đất dính có thể xác định theo phương pháp α

qs = α x Su

- Trong đó:

+ α : hệ số kết dính áp dụng cho Su (DIM)

+ Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa)

+ Sức kháng thân cọc trong đất rời có thể xác định theo công thức của Reese và Wright với các kí hiệu như sau:

+ f = Góc ma sát

+ N = Số nhát búa SPT chưa hiệu chỉnh (búa/300 mm)

+ σ'V= ứng suất có hiệu thẳng đứng (MPa)

+ K = hệ số truyền tải trọng

+ Db = Chiều sâu chôn cọc khoan trong tầng đất rời chịu lực (mm)

+ = Hệ số truyền tải trọng

+ z = chiều sâu dưới đất (mm)

 Đối với Đá Granit, trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, chỉ có thể tính sức kháng bên làm sức kháng của cọc trong hốc đá (giả thiết cường độ chịu nén 1 trục của đá < 1,9Mpa)

Reese và Wright (1977)

Với N  53: qs = 0.0028 x N Với 53 < N  100: qs = 0.00021 x (N – 53) + 0.15

Reese và O’Neill (1988)

qs =  x σ'v  0,19 MPa với 0.25    1.2 Trong đó:  = 1.5 – 7.7 x 10-3 x z

- Trong tính toán sử dụng công thức theo phương pháp α trong đất dính và sử dụng công thức của Reese và Wright trong đất rời

+ Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa)

+ D: đường kính cọc (mm)

+ Z: độ xuyên cọc khoan (mm)

- Sức kháng mũi cọc trong đất rời có thể xác định theo các công thức như trong bảng 10.8.3.4.3-1 TCVN 11823-2017, với các kí hiệu:

+ D = Đường kính của cọc khoan (mm)

+ DP = Đường kính mũi cọc khoan (mm)

+ Db = Chiều sâu chôn của cọc khoan trong lớp chịu lực là cát (mm)

Bảng 4-8 Bảng 10.8.3.4.3-1 TCVN-11823-2017

Touma và Reese (1974) Rời: qp = 0.00 MPa

Chặt vừa: qp = 1.5/k MPa

< 0.13 x Ncorr đối với cát

và < 0.096 x Ncorr đối với bùn không dẻo

Reese và Wright (1977) qp = 0.064.N đối với N ≤ 60

+ Trọng lượng bản thân kết cấu nhịp

+ Tải trọng do hoạt tải tác dụng

 Trọng lượng lan can:

glan can = 2.0,25.2,40 = 1,2 T/m

- Trọng lượng bản thân tấm đan:

â đ = 0,0688.6.2,4 = 0,99 T/m

- Vẽ đường ảnh hưởng áp lực gối:

Diện tích đường ảnh hưởng áp lực trụ: ɷ = 17,5m

DC = Pmố + (gdầm + gbản +glan can).ɷ

= 1053,804 + (9,136 + 6,816 + 1.2).17,5

= 1353,964 T

DW = glớp phủ .ɷ = 2.278x17.5 = 39,865 T

 Hoạt tải (LL): Do tải trọng HL-93

 Trường hợp 1: Xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế:

35000

gDC

gDW

1

Hình I.5 Xếp xe tải thiết kế và tải trọng làn

LL = n.m.[(1 + IM).(Pi.yi ) + Plàn.ɷ]

Trong đó:

 n - Số làn xe, n = 3

 m - Hệ số làn xe, m = 0,85

 IM - Lực xung kích (lực động) của xe, (1 + IM) = 1

 Pi, yi - Tải trọng trục xe, tung độ đường ảnh hưởng

 ɷ - Diện tích đường ảnh hưởng

 Plàn: Tải trọng làn, Plàn = 0,93 T/m

LL(xe tải + làn) = 3x0,85[1 x (1x14,5 + 0,877x14.5+0,754x3.5)+ 0,93x17.5] = 117,633 T

 Trường hợp 2: Xe 2 trục thiết kế và tải trọng làn thiết kế

Hình I.6 Xếp xe hai trục thiết kế và tải trọng làn

LL(Xe 2 trục+Làn) = 3x0,85.[1 x (1x11.0 + 0,966x11.0) + 0,93.17,50] = 96,648 T

Vậy: LL = max (LL(xe tải + làn); LL(xe 2 trục + làn)) = 117,633 T

 Tổng tải trọng tính toán dưới đáy đài:

35000

3.5T

4300

0.754 1

14.5T

4300

0.877

14.5T 0.93T/m

Bảng I.9 Tổng hợp tải trọng tính toán dưới đáy đài mố M 0

Nội lực

Nguyên nhân Trạng thái giới hạn

DC (γ = 1,25)

DW (γ = 1,5)

LL (γ = 1,75) Cường độ I

P (kN) 1353,964 39,865 117,633 1958,110

 Tổng cộng tải trọng tác dụng ở đáy bệ trụ M1: P = 1958,11 T

- Sử dụng cọc khoan nhồi D = 1m, L= 38m có sức chịu tải như sau:

Bảng 4-10 Sức chịu tải theo đất nền của cọc D=1m, L=38m tại mố M1

- Vậy sức kháng hữu hiệu của cọc : Pđn = 567,24 (T)

- Chọn sử dụng cọc đường kính D = 1m, L = 38m, sức chịu tải R = 567,24 T

- Vậy số lượng cọc sơ bộ là:

nc =

PβR+ nc : Là số cọc cần thiết

+ β : Hệ số kể đến tác dụng của tải trọng ngang, β = 1.5 với trụ, β = 2 với mố vì mố cầu ngoài việc tiếp nhận áp lực của kết cấu nhịp mố còn chịu áp lực của phần đất đắp sau mố, tải trọng đứng trên lăng thể trượt

+ P : Tải trọng thẳng đứng tác dụng ở đáy đài

+ R : Sức chịu tải tính toán của cọc

Vậy số lượng cọc sơ bộ là:

Mố β P (T) R(T) Số cọc

tính toán

Số cọc chọn A0 2 1958,11 567,24 6,90 8

 Vậy kiến nghị dùng 8 cọc khoan nhồi D = 1m, L = 38m bố trí ngàm vào đài 1m, cự li các cọc và chiều dài cọc được thể hiện trên

Hình 4.7 Mặt bằng mố M1

4.4.4 Xác định số cọc tại trụ T4 phần cầu dẫn

a Xác định tải trọng tác dụng lên trụ T 4

 Tải trọng thường xuyên: (DC , DW)

Gồm trọng lượng bản thân trụ và trọng lượng kết cấu nhịp:

2000 14500

Vẽ đường ảnh hưởng áp lực lên trụ T4:

+ Diện tích đường ảnh hưởng áp lực trụ: ɷ = 35m

+ DC = PTrụ + (gdầm + gbản + gtấm đan + glan can).ɷ

= 813,912+ (9,136+6,816+0,99+1,2)x35 = 1448,882 T + DW = (glớp phủ).ɷ = 2,278x35 = 79,73 T

- Do hoạt tải

 Trường hợp 1: xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế:

Hình I.8 Sơ đồ xếp xe tải thiết kế và tải trọng làn

gDC

gDW

1

35000 35000

14.5T

0.877 14.5T

35000 35000

 Pi , yi - Tải trọng trục xe, tung độ đường ảnh hưởng

 ɷ - Diện tích đường ảnh hưởng

 Plàn - Tải trọng làn, Plàn = 0,93 T/m

LLxe 3 trục = 3x0,85.[1x(1x14,5 + 0.877x14,5 + 0.877x3,5) + 0,93.35] = 160,232 T

 Trường hợp 2 : xe 2 trục thiết kế và tải trọng làn thiết kế:

Hình I.9 Sơ đồ xếp tải xe hai trục thiết kế và tải trọng làn

4300

3.5T

0.571

4300 4300

15000

Hình I.10 Sơ đồ xếp 2 xe tải cách nhau 15m và tải trọng làn

LL2xetải=0,9x3x0.85[14,5x(1+0.877+0.449+0.326)+3,5x(0.754+0.571)+0,93x35]

= 173,597 T

Vậy: LL = max (LLxe tải ; LLxe 2 trục ; LL2 xe tải) = 173,597 T

 Tổng tải trọng tính toán dưới đáy đài

Bảng I.11 Tổng hợp tải trọng tính toán dưới đáy đài trụ T 4

Nội lực

Nguyên nhân Trạng thái giới

hạn Cường độ I

DC (γ = 1,25)

DW (γ = 1,5)

LL (γ = 1,75)

 Tổng cộng tải trọng tác dụng ở đáy bệ trụ T4: P = 2234,49 T

- Sử dụng cọc khoan nhồi D = 1.0m, L=38m có sức chịu tải như sau:

Bảng 4-12 Sức chịu tải theo đất nền của cọc D=1.0m,L=38m tại trụ T4

2,187 50 6,86 0,785 45 3,2 308,7 251,2 169,78 125,6

- Vậy sức kháng hữu hiệu của cọc : Pđn = 551,1 (T)

- Chọn sử dụng cọc đường kính D = 1,0m, L = 38m, sức chịu tải R = 551,1 T

Vậy số lượng cọc sơ bộ là:

Trụ β P(T) R(T) Số cọc

tính toán

Số cọc chọn A0 1.5 2234,49 551,1 6,08 8

 Kiến nghị dùng 8 cọc khoan nhồi D=1,0m, L = 40m bố trí ngàm vào đài 1m, cự li các cọc

và chiều dài cọc được thể hiện trên:

Bảng I.13 Tổng hợp tải trọng tính toán dưới đáy đài các trụ dẫn

Trụ

Nguyên nhân Trạng thái giới

hạn Cường độ I (kN)

DC(T) (γ = 1,25)

DW(T) (γ = 1,5)

LL(T) (γ = 1,75)