Thiết kế cầu qua sông :KRÔNGPĂK - HUYỆN KRÔNGPĂK

Sông KRÔNGPĂK nằm ở vùng đồi núi , sông có độ lớn về mùa mưa lũ nước dâng rất nhanh .

Chương 0 : MỞ ĐẦU 1.1.Giới thiệu nội dung đồ án:

-Tên đồ án :Thiết kế cầu qua sông :KRÔNGPĂK - HUYỆN KRÔNGPĂK

-Vị trí công trình: Cầu KRÔNGPĂK taị km 38 thuộc huyện KRÔNGPĂK

- tỉnh Đăk Lăk Đây là tuyến đường có vị trí chiến lược quan trọng về kinh tế, chínhtrị , văn hoá , an ninh quốc phòng

- Các số liệu ban đầu :

+ Thuíy vàn :

-Mực nước lũ lịch sử : 481.36 (m)

-Mực nước lũ hàng năm : 480.13 (m)

-Mực nước khảo sát : 474.81(m)

+.Khí hậu - Thời tiết:

- Khu vực xây dựng cầu có khí hậu nhiệt đới gió mùa.Thời tiết phân chia rõ rệt theo mùa , mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 9 , mùa khô từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau

+Các chỉ tiêu kỹ thuật của công trình

-Qui mô xây dựng : vĩnh cửu

-Khổ cầu : 7 (m) (Không có lề người đi )

-Sông không thông thuyền

-Phạm vi nghiên cứu của đồ án

+ Phần thiết kế sơ bộ : 30%

+ Phần thiết kế kỷ thuật : 50%

+ Phần thiết kế thi công : 20%

1.2 Các điều kiện tự nhiên của công trình:

- Địa hình.

Đây là khu vực miền núi nên địa hình khúc khuỷu , gồ ghề Ở phía nam và phía bắc bờsông tại vị trí xây dựng cầu có hai dải đất rộng , bằng phẳng , cao ráo đây là vị trí thuậnlợi cho công tác lập lán trại và tập kết nguyên vật liệu để thi công sau này

- Địa chất:

Theo số liệu khảo sát địa chất gồm các lớp sau:

+Lớp 1 :Sét cứng dày trung bình 2.95 (m )

+Lớp 2 :Cát hạt mịn dày trung bình 4.5 (m )

+Lớp 3:Cát hạt trung có chiều dày 7.8 (m)

- Điều kiện thủy văn:

Theo số liệu khí tượng thủy văn có:

+MNLLS : 481.38 (m)

+MNLHN : 480.13 (m)

+MNKS : 474.81 (m)

Sông không không có thông thuyền

-Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu :

+ Vật liệu đá cát:Khu vực này có hai mỏ vật liệu có trữ lượng lớn , đảm bảo chấtlượng , có thể đáp ứng mọi yêu cầu khi công trình cần đến

+ Vật liệu xi măng sắt thép: nhựa lấy tại cảng nha trang

-Điều kiện nhân lực máy móc :

Hiện nay các đơn vị thi công đều có đầy đủ các thiết bị máy móc để thi côngcông trình, có đội ngũ công nhân lành nghề và đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độchuyên môn cao có nhiều kinh nghiệm, nhiệt huyết với công việc, quyết tâm xây dựngcông trình đúng tiến độ đề ra và đảm bảo chất lượng.

1.3 Các điều kiện kinh tế - xã hội khu vực xây dưng công trình

- Dân số :Số lượng 21.000 người , phân bố với mật độ 110người/1km2

-Điều kiện dân sinh:người dân ở đây chủ yếu sống bằng nghề nông nghiệp và chăn

nuôi gia súc

- Cơ sở hạ tầng: Do ở vùng quê nên cơ sở hạ tầng còn hạn chê

- Khả năng và sự cần thiết giao lưu kinh tế , xã hội với khu vực lân cận : Thực hiệnmục đích công nghiệp hoá hiện đại hóa đất nước trong những năm gần đây nhu cầuGTVT tăng vọt do xuất hiện nhièu khu công nghiệp chế biến nông lâm sản

Cây cầu được xây dựng luôn là mơ ước của mọi người Nó tác động tích cực đến

sự phát triển kinh tế của khu vực Tây Nguyên và tạo những lợi ích kinh tế to lớn gópphần vào sự phát triển trong giai đoạn hiện nay và cả tương lai Từ đó đặt ra phải gấprút xây dựng cây cầu nhằm thỏa mãn nhu cầu giao thông trên toàn tuyến

1.4.Hiện trạng giao thông :

-Hiện trạng giao thông qua vị trí công trình :đê c cầu tạm

.-Các khó khăn hiện thời về lưu thông qua vị trí công trình :cầu tạm năy được xây dựngkhá lâu và đê xuống cấp trầm trọng lăm cho lưu thông trên tuyến bị ách tắc -Cây cầuđược xây dựng nó sẽ mang một ý nghĩa chiến lược rất quan trọng về kinh tế , chính trị ,văn hóa , an ninh quốc phòng Nó thúc đẩy sự phát triển và hội nhập của khu vực TâyNguyên với khu vực miền nam Quy hoạch xây dựng cầu KRÔNGPĂK là điểm nốihuyết mạch giao thông toàn quốc Ngoài ra nó cn mang ý nghĩa hết sức quan trọng đó làbiểu tượng của sự phát triển kinh tế , văn hóa , kiến trúc trong xây dựng

CHƯƠNG 1 : ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỊA

PHƯƠNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU.

1.1.Đánh giá điều kiện địa hình

Căn cứ vào các số liệu địa chất , mặt cắt ngang sông,

độ dốc địa hnh của khu vực ,thủy văn, tính chất côngtrình cầu ta chọn loại kết cấu nhịp dầm đơn giản (chữ

I + bản, BTCT ứng suất trước ,hay cầu dầm thép liênhợp,cầu dầm thép BTCT thường , hay cầu giànthép )

1.2.Đánh gía điều kiện địa chất

Địa chất ở đây được phân thành 3 Lớp rõ rệt bao gồm :

1.3.Điều kiệu khí hậu ,địa chất , thông thuyền : Mực nước nước ở đây không sâu lắm

,về mùa lũ cũng gây ra hiện tượng sói lỡ cục bộ ở vài nơi nhưng không ảnh hưởngđáng kể đáng kể , không có hiện tượng di chuyển dòng chủ

-Yêu cầu sông không thông thuyền

-Sông ở xa biển nên không có hiện tượng bị nước mặn xâm thực , độ ẩm trung bìnhtrong năm khoảng 82% Cao độ mặt cầu lấy theo cao độ đường đỏ đã được vạch sẵn để

từ đó để định ra cao độ đáy cầu và cao độ đáy mố trụ cầu

-Căn cứ vào tình hình địa chất , thuỷ văn tại khu vực xây dựng cầu ta có thể chọn loạivật liệu cho kết cấu nhịp như : BTCTƯST , dầm bê tông - thép liên hợp , giàn

1.4.Điều kiện cung ứng nguyên vật liệu ,nhân lực máy móc thiết bị.

-Nguồn vật liệu cát, sỏi có thể dùng vật liệu tại chỗ vì tại đây có hai mỏ vật liệu rất lớnđảm bảo về số lượng và chất lượng

-Vật liệu thép , xi măng nhựa lấy tại cảng nha trang

-Thiết bị và công nghệ thi công : để hòa nhập với sự phát triển của xã hội cũng nhưcạnh tranh theo cơ chế thị trường thời mở cửa , các công ty xây dựng công trình giaothông đều mạnh dạn cơ giới hóa thi công trang bị cho mình máy móc thiết bị và côngnghệ thi công hiện đại nhất

CHƯƠNG 2 : ĐỀ SUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU:

Trên cơ sở phân tích và đánh giá các phương án ở phần trên đề xuất các phương ánvược sông như sau:

-Nón mố bằng đá hộc xây vữa M75 , bên dưới có một lớp dăm sạn đệm dày 10 cm

-Cọc BTCT đường kính (35x35) cm , bê tông cọc M300 Khẩu độ cần thiết là:

L0 L b L L ph 2 b(m)

n tr n

; max( 0

0 0

yc tk

L L

L L

⇒ đạt yêu cầu

Giải pháp thi công :

+ Thi công mố:Thi công trên cạn hoàn toàn

- Đóng cọc

-Đắp đất đến cao độ đáy bệ

-Thi công bệ móng

-Thi công phần thân mố, tường ngực, tường cánh

+Thi công trụ : do điều kiện lòng sông có độ dốc lớn nên vận tốc dòng chảy lớn ,mặt khác do cấu tạo địa chất lớp trên là sét vậy thi công trụ số 2 , 3 và số 4 theo phươngpháp đê quai là không hợp lý cho dù mực nước thi công thấp Ở đây ta sẽ dùng khungvây cọc ván thép để thi công các trụ này còn các trụ số 1 , 5 và 6 thi công trên cạn hoàntoàn nên ta dùng phương pháp đào trần không chống vách

2.2 Phương án 2:

Sơ đồ nhịp gồm 5 nhịp BTCT UST chiều dài mỗi nhịp là 33 (m )

+Kết cấu phần trên :

-Cọc BTCT đường kính (35 × 35) cm , bí tông cọc M300

+ Khẩu độ cầu thiết kế là :

) ( 2

n tr n

b=1 (m) : Độ vùi sâu của công trình vào mô đất hình nón ở đường vào cầu Như vậy ta có

L tk0 = 165,2 - 6,2- 2.1 =156,9 (m)

-Chênh lệch giữa khẩu độ cầu thiết kế và khẩu độ cầu yêu cầu là: ε%=

% 5

% 73 , 2 100 161

6 , 156 161 100 )

-Giải pháp thi công :

+ Thi công mố:Thi công trên cạn hoàn toàn

-Đóng cọc

-Đắp đất đến cao độ đáy bệ

-Thi công bệ móng

-Thi công phần thân mố, tường ngực, tường cánh

+Thi công trụ : do điều kiện lòng sông có độ dốc lớn và thi công về mùa khô nên mựcnước thi công thấp nên ta thi công theo phương pháp đào trần đắp vòng vây bằng đất :

-Cọc BTCT đường kính (35 35) cm , bê tông cọc M300

+ Khẩu độ cầu thiết kế là :

L0 L b L L ph 2 b(m)

n tr n

L tk0 = 165,2 - 6,2- 2.1 =156,9 (m)

-Chênh lệch giữa khẩu độ cầu thiết kế và khẩu độ cầu yêu cầu là: ε%=

% 5

% 73 , 2 100 161

6 , 156 161 100 )

-Giải pháp thi công:

+ Thi công mố:Thi công trên cạn hòan tòan

-Đóng cọc

-Đắp đất đến cao độ đáy bệ

- Thi công bệ móng

-Thi công phần thân mố, tường ngực, tường cánh.

+Thi công trụ : do điều kiện lòng sông có độ dốc lớn và thi công về mùa khô nên mựcnước thi công thấp nên ta thi công theo phương pháp đào trần đắp vòng vây bằng đất -Thi công trụ số 1 đến 4

+Thi công nhịp: các dầm chủ sẽ được liên kết lại với nhau từng đôi một rồi được lao

ra vị trí bằng trụ tạm kết hợp với hệ thống con lăn, đường trượt

L0 L b L L ph 2 b(m)

n tr n

; max( 0

0 0

yc tk

L L

L L

==> Đạt yêu cầu

-Giải pháp thi công:

+ Thi công mố:Thi công trên cạn hoàn toàn

-Đóng cọc

-Đắp đất đến cao độ đáy bệ

- Thi công bệ móng

-Thi công phần thân mố, tường ngực, tường cánh

+Thi công trụ : do điều kiện lòng sông có độ dốc lớn và thi công về mùa khô nên mựcnước thi công thấp nên ta thi công theo phương pháp đào trần đắp vòng vây bằng đất -Thi công trụ số 1 đến 4

+Thi công nhịp: các dầm chủ sẽ được liên kết lại với nhau từng đôi một rồi được lao ra

vị trí bằng trụ tạm kết hợp với hệ thống con lăn, đường trượt

3.3 Phương án 1: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP THƯỜNG (Gồm 8nhịp 21m bê tông cốt thép thường , trụ đặc thân hẹp, mố tường BTCT)

3.3.1 Tính khối lượng của nhịp dầm 21m:

a.Tính toán khối lượng các bộ phận kết cấu nhịp :

187 10 10 2 (

10 2

25 2100 20 2 2 11 ).

20 20 90 (

Khối lượng bê tông

lan can ,tay vịn

b.Tính toán khối lượng mố ,trụ cầu

Mặt cắt tính khối lượng trụ cầu

Mặt cắt tính khối lượng mố cầu

LƯỢNG

GHI CHÚ

I Khối lượng trụ cầu Tính

III Khối lượng mố cầu

1,8).2,5].0,3

4,95

3.3.2 Tải trọng tính toán ở cao trình đáy mố :

Tải trọng truyền xuống cao trình đáy mố gồm :

- Tỉnh tải :Tải trọng bản thân mố , và tải trọng do kết cấu nhịp truyền xuống

- Hoạt tải :Tải trọng do đoàn xe tiêu chuẩn H30 , đoàn người q = 400kg/m2 hoặchoạt tải do xe đặc biệt HK80 truyền xuống

+Tải trọng do kết cấu nhịp truyền xuống ;

Gkcn= 1/2.[(Gd + Glctv + Ggờ).1,1 + 1,5.Gmc]

Trong đó : Gd: Tải trọng do ác dần dọc dầm ngang truyền xuống Gd = 100,1 T

Glctv : Tải trọng do lan can tay vịn truyền xuống Glctv = 9,1 T

Gmc : Tải trọng do các lớp mặt cầu Gmc = 40,26 T Như vậy tải trọng do kết cấu nhịp truyền xuống mố có giá trị là:

- ω : Diện tích đường ảnh hưởng , có ω = 10,2m2

- qn : Tải trọng đoàn người ; qn = 400 (kg/m2)

⇒ Tải trọng do đoàn xe tiêu chuẩn H30 truyền xuống mố là :

Pôtô= 1,4.1,185.2.0,9.2,86.10,2 = 87,11 (T)

+Tải trọng tính toán do xe đặc biệt HK80 truyền xuống mố :

Vậy tải trọng do hoạt tải truyền xuống mố :

Ph = max { Pôtô , PHK , Png } = Pôtô = 87,11(T)

Vậy tải trọng tính toán ở cao trình đáy mố:

N = Gkcn + Gmố + Ph = 88+ 190,5 + 87,11 = 365,11(T)

-Sức chịu tải của cọc theo vật liệu :

Dùng cọc BTCT (35×35) cm2chiều dài L= 12 (m) , thép chủ cọc dùng 8φ20

Ta có : Pvl= m.(RBT FBT + RCT FCT )

Trong đó : m = 0,9 :Hệ số điều kiện làm việc

RBT= 130 (kg/cm2 ): Cường độ chịu nén của bê tông M300

FBT= 35 × 35 = 1225 (cm2 )

RCT = 2400 ( kg/cm2): Cường độ chịu nén của cốt thép

FCT= 25,2 (cm2) dùng 8φ20 => Thay vào công thức ta có Pvl = 197,757 (T)

-Sức chịu tải của cọc theo đất nền :

Pdn= 0,7.m.[α1.u.∑

−

n i i l

1 τi + α2 F.Ri ]Trong đó : m là hệ số điều kiện làm việc (m = 1)

α1, α2: Hệ số kể đến điều kiện làm việc của đất nền ở mặt bên và mũi cọc

u : Chu vi tiết diện ngang cọc : u = 4.0,35 = 1,4 (m )

F : Diện tích tiết diện ngang cọc : F = 0,35.0,35 = 0,1225 (m2 )

τi : Lực ma sát đơn vị quanh thân cọc

Ri : Cường độ đất nền tại mũi cọc

a,Tại mố 1 : Chiều dài của cọc là 12,0 (m)

SẸT

CẠT HẢ T MIN

CẠT HẢ T TRUNG

- Tính Ri: Lo = 13 ( m) => Tra bảng ta được Ri = 424 (T/m2)

Áp dụng cơng thức trên ta tính được :

Pđn = 0,7x [1x1 x 1.4 x 76,87 + 1x 0,1225 x 424] = 111,69 (T)

Ta thấy Pđn = 111,69 < Pvl = 197,75 T Do đĩ ta chọn Pđn = 111,69 T để tính cọccho mố 1

+ Số cọc cho mố :

n = β.

ân P

N

= 1,6.110365,,7061 = 5,28 cọc => chọn n = 8 cọc + Số cọc cho mố 2 :

3.3.3 Tải trọng tính toán ở cao trình đáy trụ :

+Tải trọng do kết cấu nhịptruyền xuống trụ :

Vậy tải trọng do hoạt tải truyền xuống mố :

Ph = max { Pôtô+ng , PHK , Png} = Pôtô = 93,37(T)

Vậy tải trọng tính toán ở cao trình đáy trụ số 1 đến 6:

N = Gkcn + Gmố + Ph = 175 + 207,21 + 93,37 = 475,58(T)

tải trọng tính toán ở cao trình đáy trụ số 7:

N = Gkcn + Gmố + Ph = 175 + 218,13 + 93,37 = 486,50(T)

Ta chọn quy cách và cấu tạo cọc cho trụ như cho mố

Tính toán tương tự như phần mố ta có các kết quả tính từng vị trí mố như sau

a Trụ 1

SẸT

CẠT HẢ T MIN

CẠT HẢ T TRUNG

- Tính Ri: Lo = 13,15 m => Tra bảng ta được Ri = 425,2 (T/m2)

Ap dụng cơng thức trên ta tính được :

SẸT DAÌY 2,99 m

CẠT HẢT MIN DAÌY 4,4 m

CẠT HẢ T TRUNG DAÌY 7,23 m

- Tính Ri: Lo = 12,79 m => Tra bảng ta được Ri = 422,32 (T/m2)

Ap dụng cơng thức trên ta tính được :

Pđn = 0,7x [1x1 x 1,4 x 79,48 + 1x 0,1225 x 422,32]= 114,1 (T)

chọn Pđn = 111,1 T để tính cọc cho trụ 2

n = β

ân P

N

= 1,4.114475,,4158 = 5,82 cọc => chọn n = 9 cọc

c.Trụ 3

SẸT DAÌY 3,25 m

CẠT HẢT MIN DAÌY 3,57m

CẠT HẢT TRUNG DAÌY 7,31 m

- Tính Ri: Lo = 13,15 m => Tra bảng ta được Ri = 417,2 (T/m2)

Ap dụng cơng thức trên ta tính được :

Pđn = 0,7x [1x1 x 1,4 x 75,65 + 1x 0,1225 x 417,2]= 109,91 (T)

chọn Pđn = 109,91 T để tính cọc cho trụ 3

n = β

ân P

N

= 1,4.109475,,9158 = 6,1cọc => chọn n = 9 cọc Các trụ cịn lại tính tương tự ta cĩ bảng tổng hợp sau

d Trụ 4

- Tính Ri: Lo = 12,92 m => Tra bảng ta được Ri = 423,36 (T/m2)

Ap dụng công thức trên ta tính được :

Pđn = 0,7x [1x1 x 1,4 x 81,881 + 1x 0,1225 x 423,36]= 116,39 (T)

chọn Pđn = 116,39 T để tính cọc cho trụ 4

n = β

ân P

- Tính Ri: Lo = 13,16 m => Tra bảng ta được Ri = 425,28 (T/m2)

Ap dụng công thức trên ta tính được :

Pđn = 0,7x [1x1 x 1,4 x 83,87 + 1x 0,1225 x 825,28]= 118,8 (T)

chọn Pđn = 118,8 T để tính cọc cho trụ 5

n = β

ân P

- Tính Ri: Lo = 13,64 m => Tra bảng ta được Ri = 429,12 (T/m2)

Ap dụng công thức trên ta tính được :

Pđn = 0,7x [1x1 x 1,4 x 68,33 + 1x 0,1225 x 429,12]= 103,76 (T)

chọn Pđn = 103,76 T để tính cọc cho trụ 6

n = β

ân P

- Tính Ri: Lo = 13 m => Tra bảng ta được Ri = 424 (T/m2)

Ap dụng công thức trên ta tính được :

Pđn = 0,7x [1x1 x 1,4 x 61,24 + 1x 0,1225 x 424]= 97,115 (T)

chọn Pđn = 97,115 T để tính cọc cho trụ 7

n = β

ân P

N

= 1,4.97486,115,5 = 7,01 cọc => chọn n = 9 cọc

Sơ đồ bố trí cọc cho trụ 1 , 2 , 3 , 4 , 5, 6 và trụ 7:

TÍNH TOÁN KIỂM TRA KẾT CẤU NHỊP

1.Kiểm tra cường độ dầm :

∆

.

3

Trong đó :

d = 1,8m : khoảng cách giữa 2 dầm chủ

E : mô đuyn đàn hồi của bê tông M300

J, : mô men quán tính của bản mặt cầu ( do dầm ngang bố trí cấu tạo nên ta

bỏ qua mô men quán tính của dầm ngang )

J, = b.h3/12 = 100.17,253/12 = 42774,6 cm4

∆p : là độ võng của dầm chủ do P = 1 T/m gây ra :

∆p =

J E

l p

384

.

l = 20,4 m : chiều dài tính toán của dầm chủ

J = 0,223 m4 : mô men quán tính của dầm chủ Thay số vào ta tính được : α = 0,33

-Tung độ đ.a.h tại gối : được xác định bằng cách tra bảng nội suy giữa các giá trị

ηng = 21 ( 0,967 + 0.804 ) 0,8 +1/2 (0,804 + 0,267) 1,8 + 1/2 ( 0,267 +0,11) 1,8 + 1/2 (0,011 + 0 ) 0,2 = 2,012

ηHK = 21 ( 0,844 + 0,167 ) = 0,506+Đối với dầm số 1 :

ηôtô = 21 ( 0,234 + 0,42 + 0,351 + 0,108 ) = 0,557

ηHK = 21 ( 0,246+ 0,37) = 0,308

ηng = 21 (0,178 + 0,24 ) 0,8 + 1/2(0,268 + 0,44 ) 1,8 + 1/2 ( 0,44 +0,262 ) 1,8 + 1/2 ( 0,262 + 0) 1,71 = 1,68

Từ kết quả tính toán ta chọn trường hợp bất lợi nhất cho dầm để thiết kế kỹ thuậtnhư sau : ηôtô = 0,573

Trong đó :ω :diện tích đah

g1 : trọng lượng 1m dài của dầm dọc và dầm ngang

g1 =

n l

x4 1,143(21