phục vụ cho đồ án phương án cầu : tính toán sơ bộ phương án cầu vòm từ các sô liệu mặt cắt sông , địa chất , mặt cắt ngang cầu tính toán sơ bộ cọc , hoạt tải , tĩnh tải từ đó tính toán ra được sơ bộ chỉ tiêu cầu ( VND m2 ) , đồ án nhầm phục vụ cho sinh viên Xây Dựng và các chuyên ngành liên quan
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẦU VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU
_
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Ngọc Tuyển
Hà Nội, 15/06/2024
Trang 2ĐỒ ÁN MÔN HỌC
LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 6
1.1 MỞ ĐẦU 6
1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 6
1.2.1 Mục tiêu 6
1.2.2 Phạm vi nghiên cứu 6
CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM VỊ TRÍ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 7
2.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 7
2.2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH 7
2.3 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT 7
2.4 ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU 7
2.4.1 Nhiệt độ không khí 8
2.4.2 Mưa 8
2.4.3 Độ ẩm 8
2.4.4 Gió 9
2.5 ĐIỀU KIỆN THỦY VĂN 9
2.5.1 Đặc điểm thủy văn tại khu vực xây dựng cầu 9
2.5.2 Tần suất thiết kế 9
2.5.3 Mực nước thiết kế 9
2.5.4 Khổ thông thuyền 9
CHƯƠNG 3 QUY MÔ CÔNG TRÌNH VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT 10
3.1 QUY TRÌNH, TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG 10
3.2 CẤP HẠNG CÔNG TRÌNH 10
3.3 MẶT CẮT NGANG CẦU 10
CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẦU 11
4.1 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ 11
4.2 LỰA CHỌN KẾT CẤU NHỊP DẪN 11
4.3 LỰA CHỌN KẾT CẤU MÓNG 11
4.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẦU CHÍNH, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU 12 4.4.1 Phương án 1: Cầu dầm liên tục 3 nhịp 12
Trang 3ĐỒ ÁN MÔN HỌC
LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU
4.4.2 Phương án 2: Cầu dầm liên tục nhiều nhịp 12
CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN 13
5.1 PHƯƠNG ÁN 1: CẦU DẦM LIÊN TỤC 13
5.1.1 Giới thiệu chung 13
5.1.2 Phương án kết cấu 13
5.1.2.1 Kết cấu phần trên 13
5.1.2.2 Kết cấu phần dưới 17
5.1.3 Vật liệu 20
5.1.4 Tính toán khối lượng sơ bộ 20
5.1.4.1 Khối lượng nhịp chính 20
5.1.4.2 Khối lượng nhịp dẫn 21
5.1.4.3 Khối lượng trụ 21
5.1.4.4 Khối lượng mố 22
5.1.5 Xác định tải trọng tác dụng lên đáy bệ 23
5.1.5.1 Xác định tải trọng tác dụng lên đáy bệ mố A1, A2 23
5.1.5.2 Xác định tải trọng tác dụng lên đáy bệ trụ nhịp dẫn 25
5.1.5.3 Xác định tải trọng tác dụng lên đáy bệ trụ nhịp chính 27
5.1.6 Xác định sức chịu tải của cọc 33
5.1.6.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu.(A.5.7.4.4) 33
5.1.6.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền 34
5.1.7 Xác định, bố trí cọc cho các mố trụ 37
5.1.7.1 Mố A1.38 5.1.7.2 Trụ Dẫn P10 38
5.1.7.3 Trụ chuyển tiếp P9 : 39
5.1.7.4 Trụ khung nhịp chính P8 : 40
5.1.7.5 Sơ bộ các mố trụ còn lại Error! Bookmark not defined. 5.1.7.6 Tổng khối lượng của Cầu : 41
Trang 4MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 2-1 Khổ thông thuyền 9
Hình 5-1 Mặt cắt dọc cầu 13
Hình 5-2 Mặt cắt ngang cầu Error! Bookmark not defined. Hình 5-3 Mặt cắt ngang dầm nhịp dẫn 17
Hình 5-4 Mặt cắt ngang dầm dẫn 17
Hình 5-5 Chọn sơ bộ kích thước trụ cầu nhịp chính 18
Hình 5-6 Chọn sơ bộ kích thước trụ cầu dẫn 19
Hình 5-7 Chọn sơ bộ kích thước mố cầu 19
Hình 5-8 Sơ đồ phân chia đốt thi công Error! Bookmark not defined. Hình 5-9 Đường ảnh hưởng Pa1 24
Hình 5-10 Đường ảnh hưởng Pa1 25
Hình 5-11 DAH Ptru 26
Hình 5-12 DAH Ptru 27
Hình 5-13 DAH Ptru 27
Hình 5-14 Tải trọng tác dụng gđ1 Error! Bookmark not defined Hình 5-15 Tải trọng tác dụng gđ2 Error! Bookmark not defined Hình 5-16 Tải trọng tác dụng gđ3 Error! Bookmark not defined Hình 5-17 Tải trọng tác dụng gđ3 Error! Bookmark not defined Hình 5-18 Tải trọng tác dụng gđ4 Error! Bookmark not defined Hình 5-19 Tải trọng tác dụng gđ5 Error! Bookmark not defined. Hình 5-20 ĐAH Ptru 29
Hình 5-21 ĐAH Ptru 30
Hình 5-22 ĐAH Ptru 30
Hình 5-23 ĐAH Ptru 31
Hình 5-24 ĐAH Ptru 32
Hình 5-25 ĐAH Ptru 32
Hình 5-26 Mặt cắt cọc 36
Hình 6-1 Mặt cắt ngang cầu Error! Bookmark not defined Hình 7-1 Mặt cắt ngang dầm chủ Error! Bookmark not defined Hình 7-2 Hoạt tải HL93 Error! Bookmark not defined.
Trang 5MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1 Số liệu địa chất 7
Bảng 2-2 Đặc trưng nhiệt độ 8
Bảng 2-3 Đặc trưng cơ chế mưa 8
Bảng 2-4 Đặc trưng độ ẩm 8
Bảng 5-1 Bảng thể hiện diện tích các mặt cắt và thống kê khối lượng nhịp chính Error! Bookmark not defined. Bảng 5-2 Bảng thống kê khối lượng nhịp dẫn 21
Bảng 5-3 Bảng thống kê khối lượng trụ 22
Bảng 5-4 Bảng thống kê khối lượng mố 23
Bảng 5-5 Tổ hợp tải trọng tác dụng tại đáy bệ móng mố A1;A2 25
Bảng 5-6 Bảng tổng hợp tải trọng do tĩnh tải tác dụng lên đáy bệ trụ nhịp dẫn 26
Bảng 5-7 Bảng tổ hợp tải trọng tại đáy bệ trụ nhịp dẫn theo TTGH CĐ1 27
Bảng 5-8 Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ trụ do tĩnh tải gây ra 29
Bảng 5-9 Bảng tổ hợp một xe tải thiết kế và tải trọng làn 30
Bảng 5-10 Bảng tổ hợp một hai trục và tải trọng làn 30
Bảng 5-11 Phản lực trụ do hiệu ứng tổ hợp 90% hai xe tải, tải trọng làn 31
Bảng 5-12 Bảng tổ hợp một xe tải thiết kế và tải trọng làn 32
Bảng 5-13 Bảng tổ hợp một xe hai trục và tải trọng làn 32
Bảng 5-14 Tổ hợp tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đáy bệ trụ cầu chính 32
Bảng 5-15 Bảng tổng hợp sức chịu tải của cọc theo vật liệu 34
Bảng 5-16 Bảng hệ số sức kháng 35
Bảng 5-17 Sức kháng thân cọc mố A1 38
Bảng 5-18 Sức kháng mũi cọc mố A1 Error! Bookmark not defined Bảng 5-19 Sức kháng cọc khoan nhồi theo đất nền mố A1 Error! Bookmark not defined Bảng 5-20 Sức kháng cọc khoan nhồi theo đất nền trụ P4 Error! Bookmark not defined Bảng 5-21 Bảng tính toán chọn cọc sơ bộ phương án 1 Error! Bookmark not defined Bảng 5-22 Thống kê các kích thước cơ bản Error! Bookmark not defined Bảng 7-1 Đặc trưng hình học dầm thép Error! Bookmark not defined Bảng 7-2 Thống kê Error! Bookmark not defined Bảng 7-3 Thống kê Error! Bookmark not defined.
Trang 6CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
Cầu HT nằm trong dự án đường cao tốc Hà Tĩnh – Vinh Cầu vượt qua sông HTthuộc huyện Nghi Xuân – Hà Tĩnh Cầu được xây dựng để đáp ứng nhu cầu giao thông đangtăng của hai tỉnh Hà Tĩnh và Nghệ An, đồng thời góp phần hoàn thiện mạng lưới giao thôngđường bộ, đảm bảo tính xuyên suốt của tuyến giao thông huyết mạch từ Bắc vào Nam vàngược lại
1.2.1 Mục tiêu
Phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới văn hóa, xã hội, quốc phòng, kinh tế, giaothông vận tải của địa phương và của cả nước
Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp thiết kế tuyến, cầu
Xác định quy mô, tiêu chuẩn thiết kế
Xác định tổng mức đầu tư
Đề xuất các phương thức thực hiện dự án
1.2.2 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu khả thi gồm những nội dung:
Nghiên cứu các yếu tố tác động như văn hóa, xã hội, phong tục tập quán, nhucầu đi lại của địa phương, cũng như nhu cầu đi lại hướng ngoại
Đánh giá hiẹn trạng khai thác trên tuyến đường hiện có
Nghiên cứu điều kiện nhân lực, điều kiện tự nhiên của khu vực xây dựng côngtrình
Lựa chọn quy mô công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật
Nghiên cứu các phương án, giải pháp xây dựng
Xác định tổng mức đầu tư
Phân tích hiệu quả kinh tế
Kiến nghị phương án đầu tư
Trang 7CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM VỊ TRÍ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
Cầu HT thuộc huyện Yên Mỹ tỉnh Hưng Yên, nằm trên tuyến đường thuộc dự án đường cao tốc nối thành phố Hưng Yên và thành Hải Dương, ở miền bắc Việt Nam
Cầu được xây dựng bắc qua sông HT nằm ở khu vực đồng bằng nên có bãi sông rộng Lòng sông khá sâu, thoải dần về hai bên Hai bên bờ tương đối đối xứng
Trong giai đoạn thiết kế cơ sở, trên mặt cắt sông rộng 517 m, tiến hành khoan 5 lỗ theo lý trình Các lỗ khoan số 1,2,3,4,5 lần lượt được thực hiện và cho kết quả khoan khảo sát được thể hiện bảng sau:
Trang 8Khí hậu chung của nước Việt Nam là nhiệt đới ẩm gió mùa, ngoài ra ở khu vực miềntrung Việt Nam còn chịu thời tiết khắc nghiệt Mùa hè nắng nóng, chịu ảnh hưởng của gióLào, mùa thu mưa nhiều và thường có bão đổ bộ.
2.4.1 Nhiệt độ không khí
Bảng 2-2 Đặc trưng nhiệt độ
Qua thống kê cho thấy biên độ nhiệt thay đổi trong năm lớn, mùa hè thì nắng nóngkéo dài, mùa đông thì lạnh, biên độ nhiệt giữa tháng cao nhất và tháng thấp nhất là 19ºC Nhưvậy trong quá trình thi công đổ bê tông hay lắp đặt gối nên chọn những tháng có nhiệt độ xấp
xỉ nhiệt độ trung bình năm để hạn chế ứng suất, biến dạng do co ngót
2.4.2 Mưa
Miền bắc Việt Nam phân biệt hai mùa mưa, khô rõ rệt Mùa mưa xuất hiện từ tháng
7 đến tháng 11, tập trung vào tháng 8,9,10 Lưu lượng khá lớn từ 1500mm đến 2100mm Vàonhững tháng mưa nhiều, số ngày mưa trong tháng có thể lên tới 20 ngày Mùa khô kéo dài từtháng 12 đến tháng 6 năm sau, mùa ít mưa nhất từ tháng 12 đến tháng 2, vào những tháng nàychủ yếu là mưa phùn với lưu lượng nhỏ từ 30mm đến 70mm
Bảng 2-3 Đặc trưng cơ chế mưa
Trang 92.5.1 Đặc điểm thủy văn tại khu vực xây dựng cầu
Hệ thống sông HT nằm ở miền trung Việt Nam, vào mùa mưa có lượng nước đổ về lớn Tại vị trí xây dựng cầu yêu cầu khẩu độ thoát nước là 472m
2.5.2 Tần suất thiết kế
Tần suất thiết kế cầu: P= 1%
Tức là thiết kế ở mức nước lũ 100 năm xuất hiện một lần
2.5.3 Mực nước thiết kế
Mực nước cao nhất ( ứng với tần suất 1%): +9.4m
Mực nước thông thuyền: +6.9m(mực nước cao nhất đảm bảo tàu thuyền đi lại an toàn)
Mực nước thấp nhất: -4.1mMực nước thi công
(ứng với tần suất 10%, sử dụng để quyết định biện pháp thi công)
2.5.4 Khổ thông thuyền
Theo phân loại sông từ số liệu đã có, sông thuộc cấo III có khổ thông thuyền: 60m × 7m
Hình 2-1 Khổ thông thuyền
Trang 10CHƯƠNG 3 QUY MÔ CÔNG TRÌNH VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT
Tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823-2017
Cầu là công trình vĩnh cửu, tuổi thọ thiết kế 100 năm
Cầu được thiết kế nhịp lớn để vượt qua mặt cắt sông đảm bảo thông thương dướicầu
Trang 11CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẦU
Công trình phải được thiết kế hướng tới các yêu cầu sau:
Công trình thiết kế phải đảm bảo phù hợp với các yêu cầu quy hoạch phát triểnmạng lưới giao thông của vùng cũng như của cả nước
Đáp ứng lưu lượng qua lại trên cầu
Phù hợp với cảnh quan, kiến trúc xung quanh
Hạn chế ảnh hưởng đến điều kiện sinh sống, văn hóa xã hội của khu vực
Đảm bảo yêu cầu thông thương dưới sông
Thỏa mãn tổng chiều dài thoát nước của cầu, hạn chế làm thay đổi điều kiệndòng chảy trên sông
Áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong chế tạo và thi công, đẩy mạnh hiệnđại hóa trong chế tạo cơ giới hóa trong thi công
Lựa chọn phương án phù hợp ngoài đảm bảo tính kỹ thuật còn phải đảm bảotính kinh tế và kiến trúc
Cầu dẫn được lựa chọn đặt vào khu vực bãi sông, nơi có chiều cao trụ không lớn.Nguyên tắc chọn kết cấu nhịp dẫn phải đảm bảo phù hợp với cầu chính Đẩy mạnh công táchiện đại hóa trong chế tạo, cơ giới hóa trong thi công Rút ngắn thời gian thi công tahi côngtrường, tăng hiệu quả kinh tế của toàn bộ phương án cầu vượt sông
Dựa vào các ý định về kết cấu nhịp chính, và các điều kiện nêu trên chọn kết cấunhịp cầu dẫn là kết cấu nhịp dầm đơn giản bán lắp ghép tiết diện chữ I bằng BTCT DƯL căngsau có chiều dài dầm 40 m
Loại 1: Cọc khoan nhồi D2m sử dụng cho trụ nhịp chính
Loại 2: Cọc khoan nhồi D1.5m sử dụng cho trụ nhịp dẫn và mố
Chiều dày bệ móng phụ thuộc vào đường kính cọc nên chọn từ 1-5m
Trang 12Kiến nghị chọn:
Bệ móng trên cọc khoan nhồi đường kính 2m có bề dày 3m
Bệ móng trên cọc khoan nhồi đường kính 1.5m có bề dày 2m
Yêu cầu chung:
Chiều dài nhịp chính phải thỏa mãn điều kiện cho các thuyền bè qua lại an toàn,phù hợp với mặt cắt ngang sông và phù hợp với loại kết cấu cũng như phươngpháp thi công dự kiến
Dựa vào số liệu về địa hình của mặt cắt ngang sông, cũng như điều kiện địa chấtthủy văn và cấp sông, kiến nghị chọn giải pháp cầu chímh là kết cấu cầu nhịplớn có chiều dài nhịp chính lớn hơn 100m, để tránh phải làm nhiều trụ ở vị trísông sâu, hạn chế giao thông thủy và cản trở dòng chảy
Dựa vào các nhận xét trên, đề xuất một số phương án kết cấu phù hợp công nghệ thi công hiện hành:
4.4.1 Phương án 1: Cầu dầm liên tục 3 nhịp
Chiều cao trên trụ: Hp = 6.25 m (=161 L nh¿
Chiều cao giữa nhịp: hc = 3m (=33.31 L nh¿
Nhịp dẫn:
Kết cấu nhịp dẫn là kết cấu BTCT DƯL bán lắp ghép tiết diện chữ I căng sau,
có chiều dài dầm 40m, chiều cao dầm 1.8m, bản mặt cầu đổ tại chỗ dày 20cm
Phía bên trái cầu bố trí 3 nhịp dẫn, phía bên phải cầu bố trí 3 nhịp dẫn
Số lượng dầm trên mặt cắt ngang: 6 dầm
Khoảng cách giữa các dầm 1.9m
Kết cấu phần dưới:
Nhịp chính: Trụ đặc hình ovan đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính 2m
Nhịp dẫn: Trụ BTCT đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính 1.5m
4.4.2 Phương án 2: Cầu vòm nhồi BTCT
4.4.3 Phương án 3 : Cầu dầm extradostl
Trang 13CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN
5.1.1 Giới thiệu chung
+16944
+16326 +15575 +14859 +16326
+15575
+14859
+3700 -2400
-30420 -20920 -5320
-22650
+850 +2450
-17150 -7650 +6950
-16000 -6500 +7500
MNCN CÁT H? T NH? PHA SÉT
Nhịp dẫn mỗi bên thiết kế độ dốc dọc: 2%
Độ dốc dọc ngang, tính từ tim cầu dốc 2% về mỗi phía
Sử dụng công thức bậc 2 với phương trình đường tim vòm như sau 2
4 .( )
Trang 15-Hệ giằng ngang cầu : Cầu có 2 vòm chủ nên cần bố trí hệ giằng ngang để chịu lực gió đẩy ngang cầu Các thanh giằng cũng làm bằng ống thép nhồi bê tông được lien kết hàn với sườn vòm Hệ giằng ngang gồm 2 ống thép đường kính 700mm
-Tiết diện dầm ngang :
77
Bã c¸p treo PES(FD) 7-61 Neo LZM7-61-L
Trang 16Các kích thước mặt cắt ngang được thể hiện trên hình vẽ:
850650
Trang 17Hình 5-12 Chọn sơ bộ kích thước trụ cầu nhịp chính.
Trang 18Hình 5-13 Chọn sơ bộ kích thước trụ cầu dẫn.
Trang 19 Bê tông dầm sử dụng bê tông cường độ cao có cấp độ bền 45Mpa.
Bê tông trụ và móng sử dụng bê tông có cấp độ bền 30Mpa
Cốt thép DƯL:
Sử dụng thép ASTM 416-1, cấp 270 độc chúng thấp có
Giới hạn kéo đứt fpu= 1860 Mpa
Giới hạn chảy fpy= 1670 Mpa
Modun đàn hôid Ep= 197000 Mpa
Đường kính danh định: 15.1 mm
Diện tích danh định: Aps = 140 mm2
Khối lượng danh định: 1.102 kg/m
Cốt thép thường:
Theo tiêu chuẩn ASTM:
Sử dụng loại thép có gờ có:
Giới hạn chảy fy= 420Mpa
Modun đàn hồi Es= 200000 Mpa
5.1.4 Tính toán khối lượng sơ bộ
Trang 20- Mối nối và các chi tiết khác lấy bằng 20% dầm ngang :
A: Diện tích phần kết cấu.
L: Chiều dài phần kết cấu.
n1: Số lượng kết cấu trên một nhịp
n2: Số lượng nhịp dẫn.
γ: Trọng lượng riêng vật liệu làm kết cấu.
Bảng 5-5 Bảng thống kê khối lượng nhịp dẫn.
Kết cấu
Diệntích A(m2)
Chiềudài L(m)
SốlượngKC/1nhịp
Sốlượngnhịp
Trọnglượngriêng γ(T/m3)
Trọnglượng/1nhịp(T)
Trọnglượng P(T)
Dầm chủ
Đoạn
mởrộng
TDgiữanhịp
Trang 21Bản mặt cầu 2.66 40 1 6 2.4 255.36 1532.16
Trọng lượng bê tông alphal nhịp dẫn 55.93 335.58
5.1.4.3 Khối lượng trụ.
Khối lượng trụ được tính theo công thức :
5-2)Trong đó :
V tru: Thể tích trụ
γ b: Trọng lượng riêng của vật liệu làm trụ.
Bảng 5-6 Bảng thống kê khối lượng trụ.
Thểtíchthân trụ(m3)
Thểtích xà
mũ trụ(m3)
Thểtích bệtrụ(m3)
Tổng thểtích (m3)
Trọnglượngriêng(T/m3)
Trọng lượng(T)
Mố A1 và A2 giống nhau nên có trọng lượng bằng nhau
Bảng 5-7 Bảng thống kê khối lượng mố.
Trang 22Y2 Y1
5.1.5 Xác định tải trọng tác dụng lên đáy bệ.
5.1.5.1 Xác định tải trọng tác dụng lên đáy bệ mố A1, A2.
Tải trọng kết cấu phần trên tác dụng lên đấy bệ :
Do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp :
2P KCN=1
(5-3)
Do lớp phủ mặt cầu trên kết cấu nhịp :
2P lp=1
(5-4)Tải trọng tại đáy bệ mố do trọng lượng bản thân mố :
5-5)Suy ra :
DC=457.56+696.012=1153.572(T )
DW =27.96 (T )
(5-6)Tải trọng tại đáy bệ mố do hoạt tải :
Lấy giá trị lớn hơn của tổ hợp hoặc :
Hiệu ứng của xe tải thiết kế + tải trọng làn
Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế + tải trọng làn
Tổ hợp xe tải thiết kế và tải trọng làn:
Hình 5-15 Đường ảnh hưởng Pa1.
Tung độ ĐAH dưới tải trọng trục xe:
y1 = 1; y2 = 0.8925; y3 = 0.785
Phản lực tại mố A1 do hoạt tải gây ra được tính theo công thức: