KHÁI NIỆM CHUNG Thiết kế sơ đồ cấu tạo cầu là một nhiệm vụ kỹ thuật tổng hợp, gồm: xác định các kích thước tổng thể của công trình, chiều dài nhịp hợp lý, chọn các loại vật liệu phù hợp
Trang 1CHƯƠNG II
GIẢI PHÁP KỸ THUẬT PHƯƠNG ÁN CẦU
I KHÁI NIỆM CHUNG
Thiết kế sơ đồ cấu tạo cầu là một nhiệm vụ kỹ thuật tổng hợp, gồm: xác định các kích thước tổng thể của công trình, chiều dài nhịp hợp lý, chọn các loại vật liệu phù hợp với nền móng, mố trụ, và các hệ thống kết cấu nhịp Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu là giá thành xây dựng, độ bền vững của công trình, khả năng sử dụng và hình dạng bên ngoài sẽ phụ thuộc vào giải pháp lựa chọn đúng đắn
II CÁC ĐỊNH HƯỚNG ĐỐI VỚI GIẢI PHÁP KỸ THUẬT
1 Lựa chọn khẩu độ nhịp và chủng loại dầm
Việc lựa chọn khẩu độ nhịp dựa trên những định hướng sau:
- Đối với các nhịp dẫn: Dùng các loại dầm BTCT tiền áp đúc sẵn mặt cắt chữ “I”, chữ
“T” với các khẩu độ L=33.00m, L = 40.00m đang được sử dụng phổ biến và có hiệu qủa
ở khu vực phía Nam
- Đối với các nhịp chính: Nhịp thông thuyền đòi hỏi khẩu độ lớn, ưu tiên xem xét sử dụng kết cấu dầm liên tục thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng (đang phát triển mạnh ở Việt Nam) Điều này giúp giải quyết tốt một số vấn đề cốt lõi sau:
+ Tạo được hiệu quả kiến cao, hạn chế tính đơn điệu trong kết cấu nhờ việc sử dụng kết cấu nhịp liên tục có tiết diện thay đổi phù hợp đặc điểm sông nước bao la trên khu vực + Đưa các trụ đỡ nhịp thông thuyền vào gần bờ tối đa, tăng tĩnh ngang thông thuyền, tránh cản trở và thắt hẹp dòng chảy vì vậy giảm được đáng kể nguy cơ va đập của các phương tiện giao thông thủy vào trụ cũng như giảm mức độ xói lở cục bộ đáy lòng sông quanh trụ
+ Đưa các trụ lên bờ, nhờ đó giúp giảm được phức tạp trong thi công, khối lượng phụ trợ thi công (khung vây cọc ván thép, bêtông bịt đáy,.v.v.) và thời gian thi công
2 Tổng chiều dài cầu
Tổng chiều dài cầu được xác định phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Đặc điểm loại hình kết cấu nhịp ở nhịp thông thuyền
- Bán kính cong lồi mặt cầu R= 4000m, cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật của tuyến
- Độ dốc dọc tối đa của nền đường đầu cầu khống chế bằng 4%
- Không thắt hẹp dòng chảy nhằm tránh làm cho hiện tượng xói lở lòng sông thêm nghiêm trọng
- Chiều cao đất đắp sau mố
- Tổng thể cảnh quan kiến trúc công trình
3 Chủng loại móng mố trụ cầu
Với đặc điểm địa chất và địa hình như đã trình bày tại chương I, cũng như loại hình kết
cấu nhịp dự kiến chọn dùng như đã nêu ở trên, chỉ có giải pháp móng cọc cho kết cấu mố trụ là thích hợp, các loại cọc có thể là loại cọc đóng BTCT tiết diện nhỏ hay cọc tròn đường kính lớn thi công theo phương pháp khoan nhồi Việc thi công các loại cọc này hiện nay khá phổ biến, không gặp trở ngại gì về công nghệ, thiết bị cũng như trình độ tay nghề của đội ngũ xây dựng cầu
III GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CƠ BẢN
Trang 2Với các định hướng đã nêu tại mục II, mục này sẽ đưa ra giải pháp kỹ thuật cho các phương án kết cấu Bao gồm các nội dung sau:
1 Hai phương án kết cấu nhịp
a Phương án I:
+ Gồm 9 nhịp bố trí theo sơ đồ: (3x40m) + (75m+120m+75m) + (3x40m)
+ Tổng chiều dài cầu là 511.1m (tính đến mép sau tường mố)
+ Trắc dọc mặt cầu tạo theo đường cong lồi bán kính R= 4000m
- Nhịp chính:
+ Sơ đồ bố trí nhịp chính : Gồm 3 nhịp liên tục, bố trí theo sơ đồ 75m+120m+75m + Dầm hộp BTCT M500 dự ứng lực hậu áp đổ tại chỗ bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng trên xe treo, trong đó nhịp thông thuyền rộng 120m Mặt cắt ngang dạng kết cấu nhịp có dạng hình hộp, chiều cao thay đổi
- Nhịp biên:
+ Mỗi bờ gồm 3 nhịp giản đơn 3x40m
+ Dầm super-T, bằng BTCT M500 UST căng trước
+ Mặt cắt ngang mỗi nhịp gồm 8 phiến dầm
b Phương án II:
+ Gồm 11 nhịp bố trí theo sơ đồ: (4x33m) + (75m+120m+75m) + (4x33m)
+ Tổng chiều dài cầu là L= 535.1m (tính đến mép sau tường mố).
+ Trắc dọc mặt cầu tạo theo đường cong lồi bán kính R= 4000m.
- Nhịp chính:
+ Sơ đồ bố trí nhịp chính : Gồm 3 nhịp liên tục, bố trí theo sơ đồ 75m+120m+75m + Dầm hộp BTCT M500 dự ứng lực hậu áp đổ tại chỗ bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng trên xe treo, trong đó nhịp thông thuyền rộng 120m Mặt cắt ngang dạng kết cấu nhịp có dạng hình hộp, chiều cao thay đổi
- Nhịp biên:
+ Mỗi bờ gồm 4 nhịp giản đơn 4x33m
+ Dầm chữ “I”, bằng BTCT M500 UST căng sau
+ Mặt cắt ngang mỗi nhịp gồm 8 phiến dầm
2 Kết cấu mố - trụ cầu cho cả hai phương án
Mố - trụ cầu bằng bêtông cốt thép đổ tại chỗ nằm trên hệ móng cọc khoan nhồi Þ150cm
3 Các kết cấu khác
- Mặt cầu phủ bêtông nhựa
- Bố trí hệ thống chiếu sáng cho cầu
- Bố trí hệ lan can tay vịn bằng thép nhúng mạ kẽm trên lề bộ hành khác mức bằng bằng bêtông cốt thép đổ tại chổ
- Xây dựng kè chống xói bờ sông bằng bêtông cốt thép đổ tại chỗ nằm trên hệ móng cọc bêtông cốt thép
IV BẢNG KHÁI TOÁN KINH PHÍ CHO HAI PHƯƠNG ÁN NHỊP DẪN
1 Lập bảng khái toán cho hai phương án kết cấu nhịp dẫn
Căn cứ để lập khái toán công trình chúng ta dựa vào đơn giá vật liệu của sở tài chính vật giá của địa phương nơi xây dựng công trình Và những quyết định khác của những đơn vị có liên quan
Trang 3Theo thống kê từ nhiều công trình thì suất đầu tư cho hai loại hình kết cấu này là có chênh lệch, tuy nhiên mức chênh lệch này là không nhiều và chấp nhận được so với hiệu quả mà nó mang lại
Trên cơ sở tham khảo khối lượng một số dầm “I” (L = 33m) và dầm Super – T (L = 40m) đã được sản xuất và thi công, Lập bảng so sánh sơ bộ điều kiện giá thành vật tư xây dựng cho 2 phương án kết cấu nhịp dẫn như sau:
PHƯƠNG ÁN I - DẦM GIẢN ĐƠN SUPER – T, L = 40m ST
Khối lượng
Đơn Giá Thành Tiền
(Triệu đồng) (Triệu đồng)
I Kết cấu phần trên
Dầm Super-T 40m m3 1373.20 5.60 7,690 Cốt thép dầm Super-T 40m T 205.98 8.00 1,648 Bê tông dầm ngang m3 429.40 0.80 344 Cốt thép dầm ngang T 42.94 7.50 322 Diện tích bản mặt cầu m2 4080 10.5 42,840 Gối cao su dầm đơn giản Cái 96.00 3.50 336
PHƯƠNG ÁN II - DẦM GIẢN ĐƠN CHỮ “I”, L = 33m ST
Khối lượng
Đơn Giá Thành Tiền
(Triệu đồng) (Triệu đồng)
I Kết cấu phần trên
Dầm I đơn giản 33m m3 1600.00 5.60 8,960 Cốt thép dầm I 33m T 243.20 8.00 1,946 Bê tông dầm ngang m3 782.08 0.80 626 Cốt thép dầm ngang T 51.84 6.80 353 Diện tích bản mặt cầu m2 4488 10.5 47,124 Gối cao su dầm đơn giản Cái 128.00 3.50 448
GHI CHÚ: Bảng khối lượng trên chỉ nêu các hạng mục cơ bản của kết cấu phần trên,
không nêu các hạng mục của kết cấu phần dưới và các hạng mục có khối lượng tương đương nhau ở cả 2 phương án (kết cấu mố – trụ, phần nhịp chính,…).
2 So sánh lựa chọn phương án thiết kế
Thông qua bảng khái toán kinh phí sơ bộ, ta thấy phương án II có mức đầu tư lớn hơn phương án I Chênh lệch giữa hai phương án là khoảng 8 tỷ, tuy nhiên phần chênh này không hoàn toàn là do chênh lệch của suất đầu tư giữa hai dạng kết cấu nhịp mà nó còn
do phần lớn bởi chênh lệch diện tích mặt cầu xây dựng
Trang 4Thông qua giáo viên hướng dẫn, em lựa chọn phương án kết cấu I để thiết kế chi tiết trong đồ án tốt nghiệp
V QUY MÔ – TIÊU CHUẨN KĨ THUẬT CỦA PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1 Quy mô
Quy mô công trình :Vĩnh cửu
2 Tiêu chuẩn kĩ thuật
2.1 Khổ cầu
Bề rộng mặt cầu là 17m được bố trí như sau :
- Phần xe ô tô : 2x3.5m = 7.00m
- Phần xe thô sơ : 2x3.5m = 7.00m
- Lề bộ hành : 2x1.20m = 2.40m
- Dải lan can : 2x0.30m = 0.60m
2.2 Tải trọng thiết kế
- Tải trọng xe thiết kế : Xe HL – 93
- Người trên lề bộ hành : 300 kG/m2
- Tiêu chuẩn thiết kế cầu : 22 TCN 272 – 05
2.3 Tĩnh không thông thuyền
- Cấp sông : cấp III
- Chiều cao thông thuyền : 7.0m, tính từ mực nước ứng với tần suất 5%
- Chiều rộng thông thuyền : 50m
2.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản được áp dụng khi thiết kế
- Vận tốc thiết kế : Vtk=80km/h
- Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu : R = 4000m
- Độ dốc dọc lớn nhất : imax = 4%
VI GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
1 Kết cấu nhịp
a Sơ đồ nhịp: Gồm 9 nhịp bố trí theo sơ đồ : 3x40m+(75m+120m+75m)+3x40m, tổng
chiều dài cầu là 511.1m (tính đến mép sau tường mố)
b Nhịp chính:
+ Sơ đồ bố trí nhịp chính : Gồm 3 nhịp liên tục, bố trí theo sơ đồ 75m+120m+75m + Dầm hộp BTCT M500 dự ứng lực hậu áp đổ tại chỗ bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng trên xe treo, trong đó nhịp thông thuyền rộng 120m Mặt cắt ngang dạng 1 hộp có vách ngăn ở giữa, thành hộp đứng với các thông số chính như sau:
• Chiều rộng đáy hộp mặt ngoài: 10.0m
• Chiều cao hộp thay đổi từ 7.0m tại trụ đến 3.0m tại giữa nhịp
• Cáp dự ứng lực dọc dùng 3 loại: bó 22 tao 15.2mm, bó 19 tao 15.2mm và bó 12 tao 15.2mm
• Ống ghen dùng cho từng loại tao cáp: bó cáp 22 tao và 19 tao dùng ống ghen Þ100/107mm, bó cáp 12 tao dùng ống ghen Þ80/87mm
• Mặt trên hộp được căng cáp dự ứng lực ngang với khoảng cách 1.0m/1 sợi Cáp ngang dùng bó 4 tao 12.7mm, ống ghen dùng ống dẹt kích thước 19x70mm
• Sơ đồ phân đốt như sau : Khối đúc trên đà giáo tại đỉnh trụ gồm: K0 dài 4.0m, khối K1 dài 4.0m Các khối đúc trên xe treo gồm : K2 đến K6 mỗi khối dài 3.0m, khối K7 đến K11 mỗi khối dài 3.5m, khối K12 đến K16 mỗi khối dài 4.0m, khối đúc trên đà giáo trong bờ K17 dài3.5m, khối hợp long K18 dài 3.0m
Trang 5• Gối cầu dùng loại gối cao su chậu thép mua của nước ngoài, Có thể tham khảo các loại gối GPZ do hãng OVM chế tạo với quy cách như sau :
Vị trí đặt gối
Khả năng chịu Nén tối thiểu (T)
Khả năng dịch chuyển tối thiểu Dọc cầu/ngang cầu (mm)
Kích thước ngoài của gối (mm)
- Tại 2 trụ nhịp biên T3, T6:
+ Di động song hướng GPZ8SX
+ Di động hướng dọc GPZ8DX 800800 100/40100/0 820x1140x170925x1140x170
- Trụ nhịp chính T4:
+ Di động hướng
ngangGPZ60DX
+ Cố định 2 hướng GPZ60GD
6000
6000 0/2000/0 2360x2620x3602280x2280x360
- Trụ nhịp chính T5:
+ Di động song hướng GPZ60SX
+ Di động hướng dọc GPZ60DX
6000 6000
200/50 200/0
2300x2580x360 2620x2360x360 Có thể sử dụng gối do các hãng khác chế tạo có kích thước và tính năng tương đương Gối của bất kỳ hãng nào cũng phải có chứng nhận chất lượng sản phẩm
c Nhịp dẫn:
+ Mỗi bờ gồm 3 nhịp giản đơn 3x40m
+ Dầm super-T, bằng BTCT M500 UST căng trước, gồm 2 loại :
• Loại 1 : dùng cho nhịp số 1, 3, 7, 9 có chiều dài L = 39.18m
• Loại 2 : dùng cho nhịp số 2, 8 có chiều dài L = 38.33m
+ Mặt cắt ngang dầm dạng hộp hở, thành mỏng xiên, chiều cao không đổi H=1.75m; đoạn kê trên mũ trụ ở 2 đầu dầm được cắt khấc bậc để giảm chiều cao kết cấu và đảm bảo mỹ quan do tạo đáy dầm bằng đáy mũ trụ Khoảng hở 1.70m giữa 2 đầu dầm của 2 nhịp cạnh nhau được giải quyết bằng chiều rộng mũ trụ kết hợp đổ bản BTCT mặt cầu lên trên Ở đáy dầm tại vị trí đầu dầm và các vách ngăn bố trí ống PVC Þ25/30 để thoát nước
+ Liên kết các dầm chủ bằng 2 dầm ngang BTCT M350 tại vị trí đầu dầm
+ Bản mặt cầu bằng BTCT M300 dày 20 cm đổ tại chỗ sau khi lao lắp xong dầm chủ, liên kết giữa dầm chủ với bản mặt cầu bằng thép neo Þ16 Bản mặt cầu phủ qua đỉnh mũ trụ và làm việc theo sơ đồ liên tục nhiệt
+ Gối cầu dùng loại gối cao su cốt bản thép Có thể tham khảo các loại gối do hãng Liểu Châu Trung Quốc chế tạo với quy cách như sau :
Vị trí đặt gối Kích thước Sức chịu nénmin(KN)
Khả năng biến vị ngang tối thiểu (mm)
Khả năng biến
vị góc tối thiểu
tgÞ
Mố M1, M2, trụ T3,
Trụ T1, T2, T7, T8 300x600x78 1800 30 0.0091 Có thể sử dụng gối do các hãng khác chế tạo có kích thước và tính năng tương đương Gối của bất kỳ hãng nào cũng phải có chứng nhận chất lượng sản phẩm
d Mặt cầu:
Trang 6+ Lớp phủ mặt cầu gồm lớp chống thấm nhập ngoại có thể là loại vật liệu tạo thành một lớp dán trên bề mặt bê tông hoặc loại tạo thành màng được phun trên bề mặt bê tông; sau đó là lớp bê tông nhựa hạt mịn Độ dốc ngang 2 mái 1% được tạo bằng chính mặt bê tông của dầm hộp đối với nhịp liên tục hoặc tạo dốc mặt mũ mố trụ đối với nhịp dẫn + Trắc dọc cầu được tạo theo đường cong tròn lồi R = 4000m, đoạn tiếp tuyến có độ dốc 4%
+ Khe hở tại trụ chuyển tiếp giữa nhịp chính và nhịp dẫn cũng như tại mố được phủ bằng khe co
giãn cao su cốt bản thép hoặc bằng thép Trên mặt cắt ngang khe co giãn này được bố trí trên toàn phần mặt đường xe chạy và cả trên phần lan can lề người đi
+ Gờ lan can bằng BTCT M300 đổ tại chỗ kết hợp lắp ghép
+ Lề bộ hành : gờ lề bộ hành bằng BTCT M300 đổ tại chỗ liên kết với mặt cầu có cốt thép chờ liên kết Mặt lề bộ hành gồm các tấm BTCT M300 đúc sẵn phía trên có phủ 1 lớp vữa xi măng M100 dày 2cm, tại khe giữa các tấm được tạo chỉ rộng 1m lõm vào trong
+ Hệ thống lan can: cột, lan can, tay vịn bằng thép mạ kẽm dày 150µm
+ Hệ thống thoát nước mặt cầu gồm các ống nhựa PVC Þ160mm phân bố dọc theo chiều dài cầu ở sát mép 2 bên gờ lan can Phần ống xuống trên phần nhịp sẽ được trôn sẵn trong thân trụ, mố để thoát nước ra mặt đất tự nhiên Riêng phần thoát nước nhịp chính được đổ trực tiếp xuống sông
2 Kết cấu mố-trụ
a Kết cấu mố:
- Dạng mố tường chắn bằng BTCT M300 đổ tại chỗ
- Móng : móng cọc khoan nhồi BTCT M350, mỗi mố gồm 8 cọc, chiều dài dự kiến mỗi cọc L=15m, mũi cọc hạ vào tầng đá dạng sét kết khoảng 5m Lớp lót đáy móng bằng bê tông đá 4x6cm M100 dày 10cm
- Trong phạm vi đường 2 đầu cầu mái taluy, tứ nón được lát gạch trồng cỏ dày 8cm Chân khay bằng đá hộc xây vữa xi măng M100 đặt trên nền thiên nhiên Để tăng độ ổn định, phía trước mố được đắp bệ phản áp rộng 4m
- Sau mố đặt bản quá độ bằng BTCT M300 dày 30cm, dài 5m, rộng 16.0m
b Kết cấu trụ:
- Trụ T1, T2, T7, T8:
+ Trụ thân đặc dạng chữ “I”, ở giữa dày 1.4m và ở 2 đầu dày 1.8m bằng BTCT M300 đổ tại chỗ Mặt ngoài thân trụ tạo chỉ lõm vào trong theo phương ngang Mũ trụ bằng BTCT M300 dạng chữ “T “ ngược
+ Móng cọc khoan nhồi BTCT M350 Þ150cm, mỗi trụ gồm 6 cọc, chiều dài cọc dự kiến L=14m đối với trụ T1, T8 và L=17m đối với trụ T2, T7 Mũi cọc hạ vào tầng đá dạng sét kết khoảng từ 4m đến 5m Lớp lót đáy móng bằng bê tông đá 4x6cm M100 dày 10cm
- Trụ T3, T6:
+ Trụ thân đặc dạng chữ “I”, ở giữa dày 1.4m và ở 2 đầu dày 1.8m bằng BTCT M300 đổ tại chỗ Mặt ngoài thân trụ tạo chỉ lõm vào trong theo phương ngang Mũ trụ bằng BTCT M300 dạng chữ “T “ ngược
+ Móng cọc khoan nhồi BTCT M350 Þ150cm, mỗi trụ gồm 8 cọc, chiều dài cọc dự kiến
L=19m Mũi cọc hạ vào tầng đá dạng sét kết khoảng từ 4,5m Lớp lót đáy móng bằng bê tông đá 4x6cm M100 dày 10cm
Trang 7- Trụ T4, T5:
+ Trụ thân đặc dạng chữ “I”, ở giữa dày 3.6m và ở 2 đầu dày 4.0m bằng BTCT M400 đổ
tại chỗ Mặt ngoài thân trụ tạo chỉ lõm vào trong theo phương ngang
+ Móng cọc khoan nhồi BTCT M350 Þ150cm, mỗi trụ gồm 24 cọc, chiều dài cọc dự kiến
L=15m Mũi cọc hạ vào tầng đá dạng sét kết khoảng từ 7,5m đến 10m Dưới đáy móng là lớp bê tông bịt đáy M200 dày 300cm