PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VƢỢT KHẨU ĐỘ NHỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

giao thông vận tải ở tỉnh Quảng Ngãi với rất nhiều kết cấu vượt khẩu độ nhỏ suối, đường dân sinh,… cần được đầu tư xây dựng mới để đảm bảo chức năng khai thác và thoát nước ngang của nhi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HOÀNG MINH THIỆN

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VƯỢT KHẨU ĐỘ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

HOÀNG MINH THIỆN

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VƯỢT KHẨU ĐỘ NHỎ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 8.58 02 05

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN LAN

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Hoàng Minh Thiện

giao thông vận tải ở tỉnh Quảng Ngãi với rất nhiều kết cấu vượt khẩu độ nhỏ (suối, đường dân sinh,…) cần được đầu tư xây dựng mới để đảm bảo chức năng khai thác và thoát nước ngang của nhiều tuyến đường trong thời gian đến Việc lựa chọn kết cấu vượt khẩu độ nhỏ là rất đa dạng, kết cấu nào là phù hợp với điều kiện thực tế địa phương Quảng Ngãi, đảm bảo việc sử dụng được thuận lợi và có tính tiết kiệm kinh phí cần được phân tích và nghiên cứu nhằm giúp cho cấp quyết định đầu tư, chủ đầu tư và tư vấn thiết kế đưa ra quyết định phù hợp và đúng đắn Luận văn cao học này đã tập trung nghiên cứu lý thuyết mô hình hóa tính toán nội lực và thiết kế cống hộp BTCT theo AASHTO từ đó đề xuất hướng sử dụng cống hộp BTCT nhiều cửa để vượt khẩu độ nhỏ và tính toán để minh chứng rằng giải pháp cống hộp BTCT nhiều cửa có chi phí xây dựng tiết kiệm đáng kể nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật

so với thực tiễn xây dựng một công trình cầu bản BTCT hoặc cầu BTCT nhịp giản đơn để vượt khẩu độ nhỏ

Từ khóa: Cống hộp BTCT, cầu BTCT khẩu độ nhỏ, nội lực, thiết kế, tiết kiệm chi

phí

ANALYSIS OF SELECTION STRUCTURES TO PASS SHORT SPANS

ABSTRACT: Road transport networks is the most important position in the

transportation system in Quang Ngai province with many structures pass short spans (streams, people's roads, etc.) that need to be invested to ensure the traffic and drainage of many roads

in the coming time The selection of small span structures is very diverse, which structure is appropriate to the local conditions of Quang Ngai, ensuring the use of favorable and cost-saving to be analyzed and Research to help the project owner and designer make the right decision This master thesis focused on the theory of modeling of internal forces and design of reinforced concrete box culverts according to AASHTO, thus suggesting the use of multi-box reinforced concrete culverts to pass the short spans and prove The solution of multi-box reinforced concrete culverts has cost save but still meets the technical requirements as compared with the concrete deck bridges and simple reinforced concrete bridges

Keywords: Concrete box culverts, Reinforced concrete bridge, internal forces, design,

cost save

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Kết quả dự kiến 2

5 Bố cục luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG KẾT CẤU VƯỢT KHẨU ĐỘ NHỎ ĐÃ ÁP DỤNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI 3

1.1 Tình hình đầu tư xây dựng các kết cấu vượt sông/suối tại Quảng Ngãi 3

1.2 Các dạng kết cấu vượt khẩu độ nhỏ đến khẩu độ trung bình 4

1.2.1 Cầu bản BTCT [2] 4

1.2.2 Cầu dầm BTCT 8

1.2.3 Cống 11

1.3 Tiêu chuẩn thiết kế cống 14

1.4 Các dạng kết cấu vượt khẩu độ nhỏ sử dụng phổ biến tại địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 15

1.4.1 Mô tả tổng quan về số lượng cầu bản BTCT vượt khẩu độ nhỏ, số lượng cống các loại trên địa bàn tỉnh 15

1.4.2 Các dạng kết cấu cầu BTCT vượt khẩu độ nhỏ, sốc ống tròn, cống hộp sử dụng tại địa phương Quảng Ngãi: 20

1.5 Kết luận Chương 1 31

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HÓA TÍNH TOÁN NỘI LỰC VÀ THIẾT KẾ CỐNG HỘP BTCT THEO AASHTO 33

2.1 Tổng quan về mô hình hóa cống hộp BTCT 33

2.1.1 Tính toán tải trọng và tổ hợp theo AASHTO[5] 33

2.2.2 Các sơ đồ tính toán cống hộp BTCT 36

2.2.3 Các phương pháp xác định mô đun phản lực nền 40

2.2.4 Phương pháp xác định hệ số nền theo lý thuyết: 40

2.2.5 Phương pháp xác định hệ số nền thực nghiệm theo TCVN 9354:2012 44

2.3 Mô hình hóa và thiết kế công hộp bằng Phần mềm SAP2000 v14.2 [7] 49

2.3 Kết luận Chương 2 50

CHƯƠNG 3 SO SÁNH PHƯƠNG ÁN CẦU VÀ CỐNG HỘP NHIỀU CỬA 51

3.1 Phương án 1 51

3.1.1 Tổng quan về công trình: 51

3.1.2 Phương án thiết kế cầu: 51

3.1.3 Phương án thiết kế cống 52

3.1.4 Mô hình hóa và thiết kế phương án công hộp: 53

3.1.5 Chi phí xây dựng phương án cống hộp: 71

3.2.4 Mô hình hóa và thiết kế phương án công hộp: 73

3.2.5 Chi phí xây dựng phương án cống hộp: 85

3.3 Kết luận Chương 3 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT

BTCT : Bê tông cốt thép GTVT : Giao thông vận tải

BT : Bê tông TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCN : Tiêu chuẩn ngành DƯL : Dự ứng lực TTGH CĐ : Trạng thái giới hạn cường độ

Bảng 1.1 Thống kế số lượng cầu vượt khẩu độ nhỏ trên các tuyến đường

DANH MỤC HÌNH

ghép

10

Hình 1.15 Minh họa thực tế kèm theo định nghĩa cống theo Wikipedia:

Cống tròn nhiều cửa ở Ý, cống hộp lót gạch ở Bắc Anh, cống đá ở Mechums Depot, Charlottesville, VA 22903,

Birmingham-Hoa Kỳ

11

Hình 1.16 Minh họa về cống tròn, cống hộp BTCT 12 Hình 1.17 Minh họa cống tròn và cống hộp BTCT được ứng dụng làm

Hình 1.23 Cầu Bi tại Km2+842, ĐT.621, xã Bình Thới, huyện Bình Sơn

có chiều dài toàn cầu 39m

23

Hình 1.24 Cầu Suối Doanh tại Km13+450, ĐT.622C, xã Tịnh Hiệp, huyện

Sơn Tịnh

24

Hình 1.28 Cống hộp 4 cửa (3x3)m tại Km0+406, Đường Văn Bân-Ba Xã,

huyện Mộ Đức

29

Hình 1.29 Cống Ren Con 4 cửa (2,5x2,5)m, xã Ba Dinh, huyện Ba Tơ

đang đầu tư xây dựng theo dự án LRAMP, có giá trị xây 1ắp

1,484 tỷ đồng

29

Hình 1.30 Cống Suối Ôn 1 có 4 cửa kích thước (5x2)m, xã Ba

Thành,huyện Ba Tơ đang ĐTXD theo dự án LRAMP, có giá trị

Hình 1.32 Cống tròn 2Φ150cm tại Km37+950 (Đèo Eo Chim), ĐT.624,

huyện Minh Long

31

Hình 1.33 Cống tròn 7Φ150cm tại Km1063+577, QL1, xã Nghĩa Thương,

huyện Tư Nghĩa được đầu tư xây dựng mới năm 2015 thuộc dự

án Nâng cấp, mở rộng QL1-TPCP2 (gói 15MR)

31

Hình 2.1 Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp

cống với chiều dày đất đắp nhỏ hơn 2 feet (61 cm)

33

Hình 2.2 Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp

cống với chiều dày đất đắp lớn hơn 2 feet (61 cm) ) với trường

hợp 02 bánh xe có diện tích phân bố riêng biệt

34

Hình 2.3 Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp

cống với chiều dày đất đắp lớn hơn 2 feet (61 cm)) với trường

hợp 02 bánh xe có diện tích phân bố trùng lên nhau

Hình 2.13 Hình ảnh thí nghiệm hiện trường 47

Hình 3.3 Vẽ mô hình không gian bằng các phần tử Shell 56 Hình 3.4 Khai báo độ cứng lò xo bằng liên kết Springs 57

Hình 3.7 Gán các phần tử cho các mặt cắt tương ứng 59

Hình 3.9 Khai báo áp lực đất tác dụng lên thành cống 60 Hình 3.10 Khai báo áp lực đất tác dụng lên thành cống 60

Hình 3.12 Khai báo các trường hợp tải phân tích 61

Hình 3.17 Chuyển vị dưới tác dụng của tĩnh tải bản thân 64

Hình 3.20 Hàm lượng thép phương X nắp cống (0,852mm2/mm) 65 Hình 3.21 Hàm lượng thép phương Ynắp cống (0,448mm2/mm) 66 Hình 3.22 Hàm lượng thép thành ngoài phương Z (0,935mm2/mm) 66 Hình 3.23 Hàm lượng thép thành ngoài phương Y (0,689 mm2/mm) 67 Hình 3.24 Hàm lượng thép thành trong phương Z (0,619mm2/mm) 67 Hình 3.25 Hàm lượng thép thành trong phương Y (0,484mm2/mm) 68 Hình 3.26 Hàm lượng thép lưới dưới phương Z (1,171mm2/mm) 68 Hình 3.27 Hàm lượng thép lưới dưới phương Y (0,453 mm2/mm) 69

Hình 3.29 Ứng suất theo phương X: 2,32<3,45 (Mpa) (Đạt) 70 Hình 3.30 Ứng suất theo phương Y: 2.28<3.45 (Mpa) (Đạt) 71

Hình 3.34 Mô hình không gian 3D hoàn thiện 76 Hình 3.35 Khai báo áp lực đất tác dụng lên thành cống 76

Hình 3.38 Chuyển vị dưới tác dụng của tĩnh tải bản thân 78

Hình 3.41 Hàm lượng thép phương X nắp cống (1,505mm2/mm) 79 Hình 3.42 Hàm lượng thép phương Ynắp cống (1,063mm2/mm) 80 Hình 3.43 Hàm lượng thép thành ngoài phương Z (1,672mm2/mm) 80 Hình 3.44 Hàm lượng thép thành ngoài phương Y (1,131 mm2/mm) 81 Hình 3.45 Hàm lượng thép thành trong phương Z (0,761mm2/mm) 81 Hình 3.46 Hàm lượng thép thành trong phương Y (0,760mm2/mm) 82 Hình 3.47 Hàm lượng thép lưới dưới phương Z (1,397mm2/mm) 82 Hình 3.48 Hàm lượng thép lưới dưới phương Y (0,681 mm2/mm) 83

Hình 3.50 Ứng suất theo phương X: 2.26<3.45 (Mpa) (Đạt) 84 Hình 3.51 Ứng suất theo phương Y: 2.31<3.45 (Mpa) (Đạt) 84

MỞ ĐẦU

Mạng lưới giao thông đường bộ chiếm vị trí quan trọng nhất trong hệ thống giao thông - vận tải ở Quảng Ngãi, đóng vai trò quan trọng đối với quá trình phát triển kinh tế - xã hội, góp phần bảo đảm quốc phòng - an ninh, nâng cao đời sống nhân dân Hiện nay, mạng lưới giao thông đường bộ đã và đang được quan tâm đầu tư xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông theo Nghị quyết số 02-NQ/TU ngày 01/7/2016 của Tỉnh ủy Quảng Ngãi và Quyết định số 584/QĐ-UBND ngày 31/10/2016 của UBND tỉnh Quảng Ngãi về đầu tư kết cấu hạ tầng, nhất là hạ tầng giao thông và hạ tầng đô thị giai đoạn 2016-2020; trong đó có các dự án trọng điểm nhằm kết nối Quảng Ngãi với các

tỉnh trong vùng kinh tế trọng điểm miền Trung, như: Dự án đường cao tốc Đà

Nẵng-Quảng Ngãi; Dự án Nâng cấp, cải tạo Quốc lộ 1; Dự án đường ven biển Dung

Quất-Sa Huỳnh; các Dự án trong Khu kinh tế Dung Quất; các Dự án đầu tư xây dựng các tuyến đường tỉnh 623 (Sơn Hà-Sơn Tây), dự án đường Tránh lũ (QL24-Sơn Kỳ), đường tỉnh 623B (Quảng Ngãi –Thạch Nham), đường tỉnh 624 (Quảng Ngãi-Chợ Chùa),…

Theo số liệu thống kê năm 2017, hiện nay ở tỉnh Quảng Ngãi có 3 tuyến Quốc

lộ do Sở GTVT Quảng Ngãi quản lý với tổng chiều dài 257,4km, gồm: Quốc lộ 24 (dài 69km), Quốc lộ 24B (dài 108km), Quốc lộ 24C (dài 80,4 km) và đường tỉnh có 11 tuyến với tổng chiều dài 394 km, chủ yếu đi qua địa bàn các huyện trung du và miền

núi Trong đó, trên 03 tuyến Quốc lộ có 135 cầu với tổng chiều dài 4.237m (có 116

cầu dầm nhịp nhỏ với tổng chiều dài 2.317m có chiều dài nhịp < 33m, chiếm tỷ lệ 85,92%); 11 tuyến đường tỉnh có 213 cầu với tổng chiều dài 4.301,5m (có 180 cầu vượt khẩu độ < 33m với tổng chiều dài 1.793,5m, chiếm tỷ lệ 84,50% số lượng cầu);Trung bình tuổi đời khai thác tính đến năm 2017 là 23,04 năm

Từ dữ liệu thống kê cho thấy rằng trong thời gian đến sẽ có rất nhiều kết cấu vượt các chướng ngại vật có khẩu độ nhỏ (suối, đường dân sinh,…) cần được đầu tư xây dựng mới để đảm bảo chức năng khai thác và thoát nước ngang của tuyến đường

Có nhiều dạng kết cấu vượt khẩu độ nhỏ như: Cầu bản, cầu dầm, cống hộp 1 hoặc nhiều cửa… Việc lựa chọn giải pháp kết cấu nào để đạt được các mục tiêu thi công dễ dàng, kết cấu ổn định, thoát nước ngang đảm bảo, khả năng định hình hóa và đặc biệt là giá thành hạ là vấn đề cần nghiên cứu, phân tích, so sánh và tổng kết Vấn

đề nghiên cứu này cũng có tính ứng dụng khá cao

Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ ứng dụng, học viên lựa chọn đề tài mang tên

“ Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu vượt khẩu độ nhỏ ” là rất cần thiết và có tính

ứng dụng

tương ứng với điều kiện địa chất, địa hình tại các sông, suối nhỏ có chiều sâu dòng chảy < 4m, không yêu cầu về thông thuyền để đảm bảo được tiết kiệm chi phí đầu tư, rút ngắn thời gian thi công

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu cống hộp và cầu vượt khẩu độ nhỏ có chiều dài nhịp <33m

- Phạm vi nghiên cứu: Trên mạng lưới các tuyến Quốc lộ và đường tỉnh do Sở GTVT Quảng Ngãi quản lý cắt qua các sông, suối nhỏ có chiều sâu dòng chảy < 4m, không yêu cầu về thông thuyền

3 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập hồ sơ hoàn công, hồ sơ thiết kế kỹ thuật thi công và dự toán của một

số cầu vượt khẩu độ nhỏ và cống hộp BTCT nhiều cửa đã thi công hoàn thành từ năm

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo trong luận văn

gồm có các chương như sau:

Chương 1 Tổng quan về các dạng kết cấu vượt khẩu độ nhỏ đã áp dụng tại tỉnh Quảng Ngãi

Chương 2 Cơ sở thiết kế cống hộp BTCT

Chương 3 Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu và đánh giá hiệu quả kinh tế của cống hộp BTCT nhiều cửa và cầu vượt khẩu độ nhỏ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG KẾT CẤU VƯỢT KHẨU ĐỘ NHỎ ĐÃ ÁP

DỤNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI

1.1 Tình hình đầu tƣ xây dựng các kết cấu vƣợt sông/suối tại Quảng Ngãi

Theo Luật Giao thông đường bộ 2008, cầu và cống đường bộ là bộ phận cấu thành của kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ Triển khai thực hiện Nghị quyết số 02-NQ/TU ngày 01/7/2016 của Tỉnh Ủy tỉnh Quảng Ngãi về đầu tư kết cấu hạ tầng, nhất là hạ tầng giao thông và hạ tầng đô thị, Nghị quyết số 21/2016/NQ-HĐND ngày 30/9/2016 của Hội đồng nhân dân tỉnh Quảng Ngãi, trong những năm qua tình hình đầu tư xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ đạt được những kết quả [1]:

- Tính đến nay, tỷ lệ nhựa hoá, cứng hoá trên địa bàn tỉnh đối với các loại đường là: Quốc lộ 100%, đường tỉnh đạt 95% (386km/406km); đường đô thị đạt 82,6% (226Km/274,7Km), đường huyện đạt 62,5% (886Km/1.416Km); đường xã đạt

54,15% (920Km/1.699Km); đường thôn, khối phố đạt 27,2% (913Km/3.357,8Km)

- Các tuyến Quốc lộ và đường tỉnh đã thi công hoàn thành: Đường tránh lũ, cứu

hộ, cứu nạn các huyện vùng Tây tỉnh Quảng Ngãi, đoạn Long Môn-Sơn Kỳ; bàn giao 100% mặt bằng đường cao tốc Đà Nẵng - Quảng Ngãi cho Chủ đầu tư dự án; đôn đốc hoàn thành các dự án: Quốc lộ 24 (đoạn Phổ Phong-Thị trấn Ba Tơ), Mở rộng Quốc lộ

1, đoạn Dốc Sỏi-VSIP; đường ven biển Dung Quất-Sa Huỳnh, Đoạn Dung Quất-Mỹ Khê trong năm 2017; Cảng Bến Đình trong năm 2018; lựa chọn nhà thầu khởi công các dự án: đường Sơn Liên-cầu Tà Meo, Eo Chim-Trà Nham-Dốc Bình Minh; đang triển khai đầu tư các dự án: Nâng cấp đường Quảng Ngãi-Chợ Chùa; Đoạn còn lại tuyến Sơn Hà-Sơn Tây; Cầu Cửa Đại; Nâng cấp, mở rộng ĐT.624B (Quán Lát-Đá Chát), ĐT.623B (Quảng Ngãi-Thạch Nham), giai đoạn 2; đưa vào danh mục đầu tư theo hình thức đối tác công tư (PPP) các dự án: Đường ven biển Dung Quất-Sa Huỳnh, giai đoạn II, Đường Minh Long-Ba Động; Riêng các dự án đã cho lập dự án và đã phê duyệt TKBVTC-DT nhưng không được bố trí vốn để thực hiện như: Đường Tịnh Phong-cảng Dung Quất II, giai đoạn 1; Mở rộng Quốc lộ 24B (đoạn qua trung tâm

huyện ly Sơn Tịnh mới)

- Từ nguồn Ngân sách tỉnh đã ưu tiên các tuyến đường đô thị: Hoàn thành Đường bờ Nam sông Trà Khúc, Đường Nguyễn Trãi (giai đoạn 2); đang triển khai thi công đường Nguyễn Công Phương (giai đoạn 2), cầu Thạch Bích; đang triển khai đầu

tư xây dựng mới các dự án: Đường Lê Văn Sỹ, Đường Tô Hiến Thành, Đường Lê Thánh Tôn (Đinh Tiên Hoàng-Ngã 5 Ba La), Đường Nguyễn Tự Tân (đoạn từ đường Trương Định đến đường Trần Thái Tông), đường Trần Thủ Độ; Đường Chu Văn An

đường số 3 Khu công nghiệp Tịnh phong; đang triển khai thực hiện đầu tư: các tuyến đường trục KCN Dung Quất phía Đông (giai đoạn 2), đường số 8 Khu công nghiệp Tịnh Phong; đang chuẩn bị thực hiện đầu tư: Kè chắn cát cảng Dung Quất (giai đoạn 2), Đường trục liên cảng Dung Quất 1, đường Dốc Sỏi - Sân bay Chu Lai

- Tổng kinh phí đầu tư 05 năm trong giai đoạn 2011-2015 là 1.733.547 triệu đồng, trong đó:

+ Ngân sách Trung ương : 507.896 triệu đồng; chiếm tỷ lệ 29,3 % + Ngân sách tỉnh : 445.096 triệu đồng; chiếm tỷ lệ 25,8 % + Ngân sách huyện : 281.342 triệu đồng; chiếm tỷ lệ 16,2 % + Ngân sách xã : 108.878 triệu đồng; chiếm tỷ lệ 6,3 % + Vốn ODA : 72.972 triệu đồng; chiếm tỷ lệ 4,2 % + Vốn huy động xã hội : 10.724 triệu đồng; chiếm tỷ lệ 0,6 % + Vốn đóng góp của nhân dân : 92.641 triệu đồng; chiếm tỷ lệ 5,3 % + Vốn khác : 213.983 triệu đồng; chiếm tỷ lệ 12,3%

1.2 Các dạng kết cấu vƣợt khẩu độ nhỏ đến khẩu độ trung bình

1.2.1 Cầu bản BTCT [2]

*Cầu bản BTCT là cầu nhịp nhỏ, có mặt cắt ngang có dạng hình chữ nhật (dạng đặc hoặc rỗng) Cầu bản BTCT có ưu điểm là: Kết cấu đơn giản, thi công đơn giản, không cần dùng mấy móc phức tạp, chiều cao kiến trúc nhỏ, khối lượng đất đắp đầu cầu ít nhưng không tiết kiệm vật tư như cầu dầm, không thể vượt các khẩu độ lớn

*Phạm vi sử dụng: Khi chiều dài nhịp từ 3-9m thì áp dụng cầu bản BTCT; Khi chiều dài nhịp nhịp < 25m thì áp dụng cầu bản cầu bản BTCT DƯL

*Có các loại sơ đồ cầu:

- Loại cầu bản BTCT giản đơn sử dụng mố nặng, mố nhẹ:

+ Loại mố nặng: Loại mố liền có ưu điểm khả nặng chống lật, chống trượt tốt

so với mố rời; khối lượng vật liệu không nhiều, thoát nước tốt đối với các lạch sông suối nhỏ lòng máng Tuy nhiên, nhược điểm là chịu lực phức tạp, cốt thép nhiều

Hình 1.1 Cầu bản BTCT giản đơn sử dụng mố nặng

+ Loại mố nhẹ: Được dùng phổ biến trong thực tế, mố chịu tải trọng ngang và làm việc như dầm kê trên hai gối: Gối trên là kết cấu nhịp và gối dưới là thanh chống

Mố có thể toàn đổ BT toàn khối hoặc lắp ghép

Hình 1.2 Cầu bản BTCT giản đơn sử dụng mố nhẹ

Sơ đồ tính là hệ kết cấu làm việc như khung 4 khớp Đây là hệ biến hình và nó

ổn định nhờ đất đắp ở 02 mố cân bằng Để khử mô men do áp lực đất gây ra ta đặt chốt lệch tâm Đất đắp sau mố cần được đầm kỹ và đắp đất đều, đối xứng 02 bên để cân bằng áp lực đất

-Loại cầu bản mút thừa: Loại này tiết kiệm vật liệu hơn so với cầu bản BTCT giản đơn nêu trên, đầu dầm có thể được kê trực tiếp lên đất, không phải xây mố nhưng cũng làm phá hoại kết cấu áo đường khi lực xung kích ở đầu mút thừa lớn

Hình 1.3 Cầu bản BTCT mút thừa

độ có 02 cọc riêng biệt, có 02 xà mũ riêng Có 03 phương án phân chia như sau: Cầu

có sơ đồ 01 liên khi chiều dài toàn cầu Ltc< 40-45m; Cầu có sơ đồ 02 liên khi chiều dài

01 liên < 35-40m; Cầu gồm nhiều liên khi chiều dài liên biên< 35-45m và chiều dài liên giữa < 35-45m

Hình 1.6 Kích thước xà mũ và cốt thép cọc

*Có các loại mặt cắt ngang cầu:

- Loại có mặt cắt ngang toàn khối

Hình 1.7 Mặt cắt ngang cầu bản đổ tại chỗ

Cốt thép chịu lực không nhỏ hơn Φ10, thường Φ14-Φ16; số thanh chịu lực/1m rộng của bản là 5-14 thanh, số thanh uốn không cần tính: 01 thanh thẳng thì chỉ có 01 thanh uốn lên với góc uốn 300-450, cốt cấu tạo Φ8-Φ10 được đặt cách nhau 20-25cm

các khối lại với nhau để cùng chịu tải trọng giai đoạn 2 (hoạt tải, tải trọng động đất), tiết diện hình thành theo 02 giai đoạn:

Hình 1.10 Các dạng mặt cắt ngang phần đúc sẵn

- Loại có mặt cắt ngang bản lắp ghép ứng suất trước: Thường áp dụng cho cầu

có chiều dài nhịp L<=24m, dùng cốt thép sợi rời Φ3-5mm, hoặc dạng tao 7 sợi, đường kính tao Φ12,7-15,2mm, Bê tông M400-500, thi công có thể toàn khối hoặc lắp ghép

và tùy thuộc vào phương tiện lao lắp, thông thường bề rộng khối lắp ghép từ 105cm, sử dụng neo có thể hình khuyên, hình nón hoặc neo OVM Ưu điểm của loại này so với dạng BTCT thường thì loại cầu bản BTCTƯST tiết kiệm vật liệu hơn rất nhiều: như BT giảm được 20-30%, cốt thép thường giảm 2-3 lần, trọng lượng bản thân giảm nhiều và thi công cẩu lắp dễ hơn

90-1.2.2 Cầu dầm BTCT

Khi chiều dài nhịp tăng lên mà việc sử dụng các loại cầu bản không phát huy hết khả năng làm việc của vật liệu làm tổn hao vật liệu, phát sinh chi phí thì để vượt được khẩu độ của lòng sông nhỏ, suối lớn thì người ta sử dụng cầu dầm BTCT Dưới tác dụng của tải trọng thì các dầm BTCT chịu kéo ở thớ dưới và chịu nén ở thớ trên nên có thể tiết kiệm được vật liệu, giảm nhẹ trọng lượng bản thân/1m dầm dài so với

cầu bản và vượt được nhịp lớn hơn Cầu dầm BTCT dễ tiêu chuẩn hóa cấu kiện, định hình hóa kích thước và rất hiệu quả trong việc giải quyết lắp ghép; thuận tiện cho chế tạo, vận chuyển, lao lắp ở công xưởng Tuy nhiên, cầu dầm BTCT cũng có những nhược điểm nhất định là dầm BTCT được bố trí cốt thép tương đối dày và chặt nên đổ

BT khó, dễ rỗ mặt, quá trình vận chuyển lao lắp dầm dễ mất ổn định, chiều cao kiến trúc lớn và tốn vật liệu hơn so với cầu dầm BTCTƯST

Hình 1.11 Các mô hình cầu dầm BTCT nhịp nhỏ

Cầu dầm BTCT thường được dùng trong các cầu có nhiều nhịp, với chiều dài nhịp từ 7,5-20m thì dùng dầm BTCT thường, với chiều dài nhịp từ 20-42m thường dùng BTCTƯST

- Cầu dầm BTCT giản đơn toàn khối:

Thường được áp dụng với BTCT thường có chiều dài nhịp <= 22m vì có những ưu điểm như: có độ cứng tốt do chúng tạo thành một khối, truyền lực ngang tốt, không yêu cầu cao về kỹ thuật thi công và có thể tận dụng vât liệu địa phương; nhưng cũng có một số nhược điểm như: thi công đòi hỏi giàn đà giáo, ván khuôn, thời gian thi công lâu và phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên môi trường

Bản mặt cầu: Hệ dầm phức tạp chỉ áp dụng khoảng cách giữa hai dầm chủ là 6m Hệ dầm giản đơn chỉ áp dụng khoảng cách giữa hai dầm chủ là 2-3m

5-Hình 1.12 Mô tả hệ dầm phức tạp và hệ dầm đơn giản

Nếu 02 dầm chủ cách nhau 2-3m thì cần bố trí dầm ngang Thông thường chiều cao dầm chủ trong khoảng (1/8-1/16) của chiều dài dầm chủ

Dầm ngang: Có tác dụng tăng độ cứng kết cấu theo phương ngang của kết cấu nhịp nhưng thi công khó nên xu hướng là ít sử dụng dầm ngang mà chỉ bố trí theo cấu tạo gồm 3 dầm ngang cho 1 nhịp Chiều cao của dầm ngang thường > 2/3 chiều cao dầm chủ

Hình 1.13 Mặt cắt ngang cầu dầm BTCT giản đơn toàn khối

- Cầu dầm BTCT giản đơn lắp ghép và bán lắp ghép:

So sánh với cầu dầm BTCT giản đơn toàn khối thì cầu dầm BTCT giản đơn lắp ghép và bán lắp ghép có một số ưu điểm như sau: Dầm BTCT được định hình hóa, chế tạo, sản xuất tại nhà máy nên đảm bảo chất lượng BT tốt hơn đổ tại chỗ, khả năng

cơ giới hóa cao và dễ dàng sản xuất hàng loạt, tiết kiệm được vật liệu, thi công nhanh

và ván khuôn được sử dụng nhiều lần, láp ráp cầu không cần giàn giáo; tuy nhiên vẫn

có những nhược điểm là thi công đòi hỏi thiết bị lao lắp phức tạp (có thể khắc phục bằng cấu kiện bán lắp ghép)

Khi phân khối lắp ghép cần đảm bảo yêu cầu như trọng lượng khối ghép phải phù hợp với phương tiện vận chuyển, lao lắp và phương pháp thi công Các phương pháp phân khối lắp ghép là: phân khối theo chiều dọc, phân khối theo chiều ngang và phân khối theo chiều dọc, ngang

Hình 1.14 Mặt cắt ngang cầu dầm BTCT giản đơn lắp ghép và bán lắp ghép

Dầm I

lắp ghép

Mối nối BT

đổ sau

1.2.3 Cống

Cống là một công trình trong phạm vi nền đường của tuyến đường nhằm giải quyết việc thoát nước của dòng chảy khi giao cắt với tuyến đường hoặc đồng thời giải quyết việc thoát nước của dòng chảy chảy dọc theo tuyến đường Khi công trình thoát nước có khẩu độ thoát nước từ 2-6m thì gọi là cống Cống khác cầu bản BTCT ở chỗ

là nước chảy trong cống không những chỉ có chế độ chảy không áp mà còn có loại chảy có áp hoặc bán áp và chiều cao đất đắp trên đỉnh cống (kể cả chiều dày kết cấu

áo đường) tối thiểu là 0,5m (đối với đường ôtô)

Theo Wikipedia thì cống được định nghĩa là một cấu trúc cho phép nước chảy

tự nhiên dưới đường bộ, đường ray, đường mòn, hoặc đảm bảo không tắc nghẽn nước

từ một phía sang phía bên kia Cống thường được bao quanh bởi đất, cống có thể được làm từ một đường ống, bê tông cốt thép hoặc các vật liệu khác Cống có thể là cấu trúc giống cầu được thiết kế để cho phép xe cộ hoặc người đi bộ vượt qua đường thủy trong khi cho phép nước đi qua đầy đủ Cống có nhiều kích cỡ và hình dạng bao gồm hình tròn, hình elip, phẳng đáy, hình quả lê và hộp Việc lựa chọn loại cống dựa trên một số yếu tố bao gồm yêu cầu về hiệu suất thủy lực, giới hạn về độ cao mặt nước thượng lưu và chiều cao đê đường bộ Nếu khẩu độ thoát nước vượt quá 12 feet (3,7 m), cấu trúc đó được gọi là cầu và nếu không là cống [3]

Hình 1.15 Minh họa thực tế kèm theo định nghĩa cống theo Wikipedia: Cống tròn nhiều cửa ở Ý, cống hộp lót gạch ở Bắc Birmingham-Anh, cống đá ở Mechums Depot,

Charlottesville, VA 22903, Hoa Kỳ

BTCT thường là cống tròn, cống hộp, có ưu điểm bền chắc, dễ vận chuyển và lắp ghép

- Theo hình thức cấu tạo, cống thì có các loại: Cống tròn, cống vòm, cống hộp Phổ biến nhất là: Cống tròn có đường kính thường là 0,5-1,5m, chịu lực tốt, thích hợp với các loại nền móng, chỉ cần bố trí tường đầu, không cần mố trụ cho nên khối lượng xây ít, giá thành xây dựng tương đối thấp, nhưng không sử dụng ở chỗ nền đường đắp thấp Cống hộp thích hợp với những chỗ nền móng tương đối yếu, cống hộp được thi công trực tiếp tại công trường hoặc đúc sẵn thành các cấu kiện trong nhà máy rồi mang ra công trường lắp ghép Hiện nay, tại Việt Nam việc thiết kế cống hộp BTCT được thưc hiện theo tiêu chuẩn TCVN 9116:2012

- Theo tính chất thủy lực, cống chia thành: cống chảy có áp, cống chảy bán áp, cống chảy không áp và cống xi-phông

Hình 1.16 Minh họa về cống tròn, cống hộp BTCT

Để lựa chọn loại cống cần căn cứ vào:

-Điều kiện thủy văn: Với cống làm mới, thường dùng cống chảy không áp, chỉ trong trường hợp có xét đến việc tích nước trước cống và không làm ngập lụt ruộng đồng, thôn xóm thì mới cho phép làm cống có áp hoặc bán áp nhưng phải xử lý không

để nước thấm trong ra ngoài và cửa vào phải làm theo dạng đường nước chảy Trong phạm vi một tuyến đường nên cố gắng dùng ít kiểu loại cống và cùng khẩu độ để tập trung chế tạo hàng loạt, đơn giản bớt điều kiện xây lắp

Khi lưu lượng thiết kế vào khoảng 10m3/s thì nên làm cống tròn BTCT vì dễ thi công Tuy nhiên khi không đủ chiều cao đắp đất hoặc khi dòng chảy có nhiều bùn cát, cây cỏ thì nên làm cống có bản nắp thay cho cống tròn

Khi lưu lượng thiết kế vào khoảng 20m3/s dù có đảm bảo chiều cao đắp đất tối thiểu trên cống thì cũng nên làm cống bản nắp

- Điều kiện về giá thành: Chiều cao nền đường ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành xây dựng Nền đường càng đắp cao thì cống càng dài Khi chiều cao nền đường nhỏ 6m thì nên tiến hành làm cống

- Điều kiện vật liệu và điều kiện thi công: Nên cố gắng tận dụng, sử dụng vật liệu địa phương, tiết kiệm cốt thép Khi thiết kế phải tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công sau này Nên sử dụng các thiết kế định hình theo kiểu lắp ghép để đỡ tốn kém ván khuôn và dùng được các cấu kiện đúc sẳn (thường có chất lượng tốt hơn kết cấu

đổ tại chỗ) Cống không làm thay đổi các điều kiện chuyển động của xe ôtô chạy trên đường khi qua vị trí cống; không hạn chế mặt đường và lề đường; không yêu cầu thay đổi loại kết cấu mặt đường trên cống

Việc bố trí cầu trên đường cong (cong bằng hoặc cong đứng) hay trên đường dốc thường gây nên sự phức tạp về kết cấu; song đối với cống có thể bố trí một cách

dễ dàng với bất kỳ một tổ hợp nào của bình đồ và trắc dọc mà vẫn không gây nên sự phức tạp của kết cấu

Do nằm sâu dưới nền đường nên sự tăng tải trọng của đoàn xe ít ảnh hưởng đến cống Vì vậy khi nâng cấp đường (tăng cấp tải trọng) ít khi phải tăng cường cống (nhất là khi chiều cao đất đắp trên đỉnh cống  2m)

- Điều kiện địa chất: Địa chất ở đáy móng cống có ảnh hưởng rất lớn đến thời hạn sử dụng cống Nếu địa chất yếu thì phải xử lý hoặc dùng cống hộp BTCT

- Điều kiện duy tu, bảo dưỡng: Khi chọn loại cống phải tạo điều kiện thuận lợi cho việc duy tu bảo dưỡng sau này, không làm cống quá dài và với cống tròn thì đường kính cống không được nhỏ hơn 0,5m

Phạm vi ứng dụng:

Tùy theo giải quyết việc thoát nước của dòng chảy khi giao cắt với tuyến đường (thoát nước ngang) hoặc giải quyết việc thoát nước của dòng chảy chảy dọc theo tuyến đường (thoát nước dọc) mà cống được sử dụng làm cống ngang hoặc cống dọc

- Cống ngang: Cấu tạo của cống gồm 3 bộ phận cơ bản: Đầu cống, thân cống

và móng cống Cống ngang được ứng dụng rộng rãi trong các tuyến đường giao thông

Hình 1.17 Minh họa cống tròn và cống hộp BTCT được ứng dụng làm cống

ngang đường

-Cống dọc: Nước mưa sau khi được gom về từ các hố thu sẽ được cống dọc chuyển tải về đến cống ngang hoặc thoát nước trực tiếp tại cửa xả

Hình 1.18 Cống tròn được sử dụng để thoát nước dọc

1.3 Tiêu chuẩn thiết kế cống

- Các tiêu chuẩn tính toán thủy văn thủy lực cống gồm:

+ Tiêu chuẩn quốc gia TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ; + Tiêu chuẩn ngành 22TCN220-95 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ; + Quy trình khảo sát đường ô tô 22TCN263-2000;

-Các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu cống gồm:

+ Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn: 22TCN 18-79;

+ Đường ô tô-Yêu cầu thiết kếTCVN4054-2005;

+ Đường đô thị-Yêu cầu thiết kế TCVN1044-2007;

+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05;

+ Tiêu chuẩn AASHTO LRFD của Hiệp hội đường bộ Mỹ xuất bản năm 1998, 2007;

+ Tiêu chuẩn quốc gia TCVN9116:20123 Cống hộp bê tông cốt thép;

+ Tiêu chuẩn xây dựng Việt namTCXDVN392-2007 Cống hộp bê tông cốt thép đúc sẵn- Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử

1.4 Các dạng kết cấu vƣợt khẩu độ nhỏ sử dụng phổ biến tại địa bàn tỉnh Quảng Ngãi

1.4.1 Mô tả tổng quan về số lượng cầu bản BTCT vượt khẩu độ nhỏ, số lượng cống các loại trên địa bàn tỉnh

Trên mạng lưới giao thông đường bộ do Sở GTVT Quảng Ngãi quản lý gồm: + 03 tuyến Quốc lộ với tổng chiều dài 257,4km ( Quốc lộ 24 (dài 69 km), Quốc

lộ 24B (dài 108 km), Quốc lộ 24C (dài 80,4 km)) ;

+ 11 tuyến đường tỉnh có tổng chiều dài 394 km, chủ yếu đi qua địa bàn các huyện trung du và miền núi

Trong đó, trên 03 tuyến Quốc lộ có 135 cầu với tổng chiều dài 4.237m (có 116 cầu dầm nhịp nhỏ với tổng chiều dài 2.317m có chiều dài nhịp < 33m, chiếm tỷ lệ 85,92%); 11 tuyến đường tỉnh có: 213 cầu với tổng chiều dài 4.301,5m (có 181 cầu vượt khẩu độ < 33m với tổng chiều dài 1.800m, chiếm tỷ lệ 84,50% số lượng cầu) và 1.186 cống có khẩu độ các loại

Bảng 1.1 Thống kế số lượng cầu vượt khẩu độ nhỏ trên các tuyến đường tỉnh

cầu (Km)

Chiều dài cầu (m)

Chiều rộng cầu (m)

Kết cấu trên dầm nhịp

Tải trọng thiết kế

Năm xây dựng

Đánh giá tình trạng cầu

Số nhịp

Sơ đồ nhịp

Kết cấu nhịp

6 Cầu Nước Giọt Km34+687 15,0 5,5 1,0 15x1 BTCT H30-XB80 2002 Tốt

6 Cầu Nước Nâu Km40+232 9,0 6,0 1,0 9x1 BTCT H30-XB80 2002 Tốt

7 Cầu Nước Rang Km42+508 12,0 6,0 1,0 12x1 BTCT H30-XB80 2002 Tốt

7 Cầu Con Lan Km43+446 18,0 6,0 1,0 18x1 BTCT H30-XB80 2002 Tốt

STT Tên cầu cầu (Km) Lý trình

Chiều dài cầu (m)

Chiều rộng cầu (m)

Kết cấu trên dầm nhịp

Tải trọng thiết kế

Năm xây dựng

Đánh giá tình trạng cầu

Số nhịp

Sơ đồ nhịp

Kết cấu nhịp

6 Cầu Mới Km5+500 9,0 5,0 1,0 9x1 BTCT 1990 YẾU

7 Cầu Thuỷ lợi Km9+100 21,0 6,0 1,0 21x1 BTCT 2006 TB

8 Cầu bản Km9+700 6,0 6,0 1,0 6x1 BTCT 2007 TB

9 Cầu Mễ Sơn Km12+700 12,0 5,0 2,0 6x2 BTCT 1998 YẾU

10 Cầu Luật Km16+616 12,0 7,5 1,0 12x1 BTCT 2005 TB

11 Cầu Lồ Ồ Km17+657 6,0 7,5 1,0 6x1 BTCT 2005 TB

12 Cầu Thiên Xuân Km18+400 18,0 5,5 3,0 9x3 BTCT 1997 TB

13 Cầu Suối Lim Km21+710 6,0 6,0 1,0 6x1 BTCT 2000 TB

STT Tên cầu cầu (Km) Lý trình

Chiều dài cầu (m)

Chiều rộng cầu (m)

Kết cấu trên dầm nhịp

Tải trọng thiết kế

Năm xây dựng

Đánh giá tình trạng cầu

Số nhịp

Sơ đồ nhịp

Kết cấu nhịp

13 Cầu nước Biết II Km18+450 18,0 9,0 1,0 18x1 BTCT H30-XB80 2007 Tốt

14 Cầu nước Biết I Km18+425 6,0 7,0 1,0 6x1 BTCT H30-XB80 2007 Tốt

1.4.2 Các dạng kết cấu cầu BTCT vượt khẩu độ nhỏ, sốc ống tròn, cống hộp

sử dụng tại địa phương Quảng Ngãi:

1.4.2.1 Cầu bản BTCT nhịp nhỏ:

- Loại cầu bản BTCT giản đơn sử dụng mố nặng, mố nhẹ:

+ Loại mố nặng:

Hình 1.19 Cầu bản BTCT tại Km14+030, ĐT.622C

Hình 1.20 Cầu Bồn Điền tại Km18+150, ĐT.622C, xã Tịnh Hiệp, huyện Sơn Tịnh

Hình 1.21 Cầu bản BTCT tại Km58+900, QL24B

- Loại cầu bản mút thừa:

Hình 1.22 Cầu Bến Bè tại Km30+585, QL24B

- Loại cầu bản liên tục:

Hình 1.23 Cầu Bi tại Km2+842, ĐT.621, xã Bình Thới, huyện Bình Sơn có chiều dài

toàn cầu 39m

Hình 1.24 Cầu Suối Doanh tại Km13+450, ĐT.622C, xã Tịnh Hiệp, huyện Sơn Tịnh 1.4.2.2 Cầu dầm BTCT nhịp nhỏ

* Cầu La Hà (Km1062+876, QL1):

Thuộc địa bàn xã Nghĩa Thương, huyện Tư Nghĩa Cầu được xây dựng trước năm 1975 có tải trọng khai thác 25T, với bề rộng toàn cầu: 12m, sơ đồ nhịp 3x12,5m, chiều dài toàn cầu 38,3m Kết cấu nhịp bằng dầm BTCT và BTCT DƯL dạng bụng cá,

mố bằng BTCT Trụ cầu dạng trụ kê, xà mũ bằng BTCT đặt trên 10 cọc BTCT 35x35cm

Năm 2014, cầu được đầu tư xây dựng mở rộng và hoàn thành vào tháng 10 năm

2015 với quy mô: Cào bỏ BTN mặt cầu, phá bỏ lan can, gờ chắn lề đi bộ Bổ sung 02 đơn nguyên cầu có sơ đồ nhịp 2x18,77m để trụ tránh các cọc xiên của trụ cầu hiện hữu, bề rộng cầu sau mở rộng là 23m Mỗi đơn nguyên gồm 5 dầm bản BTCT DƯL có cường độ 40Mpa cao 0,65m, đặt cách nhau 1,11m Bản mặt cầu dày 15cm bằng BTCT 30Mpa, mặt cầu được bố trí liên tục nhiệt tại đỉnh trụ để tạo êm thuận cho xe qua lại, lớp phủ BTN chặt C19 dày 7cm Phần mố của mỗi đơn nguyên dạng mố chữ U bằng BTCT 30Mpa, móng mố đặt trên hệ cọc BTCT 40x40cm dài 12,5m Trụ cầu dạng thân hẹp 2 đầu tròn bằng BTCT, móng trụ đặt trên hệ cọc BTCT 40x40cm dài 12,5m

Hình 1.25 Cầu La Hà (Km1062+876, QL1)

* Cầu Xéo (Km11+315, ĐT.622C): Cầu được xây dựng năm 2003, vượt qua kênh Thủy lợi chính Bắc của tỉnh Cầu với bề rộng toàn cầu: 8m, sơ đồ nhịp 3x10m Kết cấu nhịp là hệ dầm giản đơn gồm 4 dầm T bằng BTCT, liên kết bằng hệ dầm ngang, mố chữ U bằng BTCT, giá cố mái bằng đá xây Trụ cầu dạng trụ đặc bằng BTCT đặt trên móng nông

Hình 1.26 Cầu Xéo (Km11+315, ĐT.622C)

- Cầu dầm BTCT giản đơn lắp ghép và bán lắp ghép:

Hình 1.27 Cầu Suối Nước Lang

Cầu Suối Nước Lang được đầu tư xây dựng hoàn thành trong tháng 05/2018 thuộc dự án LRAMP với sơ đồ nhịp 3x14m, dầm BTCT giản đơn lắp ghép dạng dầm

T tại xã Ba Dinh, huyện Ba Tơ, có giá trị xây lắp: 2,196 tỷ đồng