Thiết Kế Cầu BTCT Liên Hợp Dầm Đơn Giản Dự Ứng Lực Căng Sau 1 Nhịp 42m, 4 Nhịp 29m (Kèm Bản Vẽ Cad, Sap, Excel)

PHẦN THIẾT KẾ SƠ BỘ M.1 Đặc điểm khu vực xây dựng cầu: M.1.1 Địa hình: Khu vực ven sông phẳng, mặt cắt ngang sông gần đối xứng M.1.2 Địa chất: Địa chất lịng sơng tương đối tốt, số liệu khảo sát địa chất lòng sơng cho thấy có lớp đất + lớp 1: sét pha bùn dày 0,5 m + lớp 2: sét pha cát(B=0,5) dày 7m + lớp 3: cát hạt trung lẫn cuội sỏi (e = 0,3) M.1.3 Thuỷ văn: Số liệu khảo sát thuỷ văn cho thấy: + Mực nước cao nhất: + 6,15 m + Mực nước thông thuyền: + 1,29 m + Mực nước thấp nhất: + 0,00 m M.1.4 Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công: Nguồn nhân công lao động đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công tiến độ công việc Các vật liệu địa phương( đá, cát ) tận dụng q trình thi cơng M.2 Các tiêu kỹ thuật: - Cầu vượt sơng cấp IV có u cầu độ thông thuyền 40m - Khẩu độ cầu: L0 = 150 m - Khổ cầu: 10,5+ 2.1,25 (m) - Tải trọng thiết kế: 0,65.HL93 + tải trọng đoàn người:4 kN/m2 M.3 Đề xuất phương án vượt sông: M.3.1 Giải pháp chung kết cấu: M.3.1.1 Kết cấu nhịp: Do sông cấp IV yêu cầu độ thơng thuyền 40m, nên bố trí nhịp tối thiểu ≥40m M.3.1.2 Mố: Chiều cao đất đắp sau mố tương đối nhỏ DC lớp đất mũi cọc tốt lớp đất bên ta cần phải hiệu chỉnh sức kháng sau: fiLC-D = [qLC + 0,5(qCD – qLC)] Trong đó: fiLC-D - sức kháng bên hiệu chỉnh cho đoạn cọc từ điểm LC( mặt phân lớp, layer change) tới điểm D fioLC-D - sức kháng bên chưa hiệu chỉnh cho đoạn LC-D; qCD - sức kháng mũi tính điểm D( không hiệu chỉnh) Sức kháng mũi qp không cần hiệu chỉnh Giá trị hiệu chỉnh sức kháng bên cho bảng bên dưới: Sức kháng bên hiệu chỉnh lớp cát hạt trung lẫn cuội sỏi z N60 fi 5,00 6,10 7,30 8,50 9,80 10,20 11,00 12,40 13,80 14,50 15,90 17,00 17 18 19 20 23 27 22 22 40 41 46 47 30,94 32,76 34,58 36,4 41,86 49,14 40,04 40,04 72,8 74,62 83,72 85,54 fi lớp phân tố qi qpi lớp phân tố 31,85 33,67 35,49 39,13 45,5 44,59 40,04 56,42 73,71 79,17 84,63 5202 5355 5508 5661 5814 5967 6120 6579 7038 7650 8262 7497 6732 6732 6732 9486 12240 12393 12546 13311 14076 14229 14382 S = sum(fi.Δzi) fcát hạt trung lẫn cuội sỏi (kPa) fi lớp phân tố hc Δ Zi (m) fi ΔZi 27,696 29,278 30,861 34,026 39,565 38,774 34,817 49,061 73,71 79,17 84,63 1,10 1,20 1,20 1,30 0,40 0,80 1,40 1,40 0,70 1,40 1,10 30,465 35,134 37,033 44,234 15,826 31,019 48,744 68,685 51,597 110,84 93,093 Kết chọn cọc: BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CỌC CUỐI CÙNG 2876, Sức kháng mũi Qp = Sức kháng bên Qf = 1321, Trang 74 566,67 47,222 kN kN Sức chịu tải cực hạn Qu = Sức chịu tải huy động Qhd = Sức chịu tải cho phép [Q] = Sức chịu tải cọc theo VL có hệ số Áp lực có hệ số tác dụng lên mố Hệ số Pr = Aap = β= Số cọc tính tốn n= Số cọc chọn nc = 3.3.2.2 4197, 2279, 1139, 3230 16801 1,4 20,63 21 kN kN kN kN kN cọc cọc Sức chịu tải cọc trụ: Chọn cọc đóng BTCT kích thước 40x40 cm Dự kiến chiều dài cọc là: 24 m Chiều dài cọc cắm sâu vào lớp đất tốt 18,5 m Sức chịu tải dọc trục chia làm hai loại:  Sức chịu tải theo vật liệu (Pma) Sức chịu tải theo vật liệu đánh giá thông qua sức chịu tải theo vật liệu cực hạn (Puma) tính tốn dựa cường độ cực hạn vật liệu  Sức chịu tải theo đất (Pso) Sức chịu tải theo đất nền: tải trọng cơng trình truyền xuống cọc truyền vào đất thông qua hai hai phương thức sau đây: • Sức kháng bên (Qfi): phản lực đất xung quanh cọc với diện tích xung quanh tiết diện coc • Sức kháng mũi (Qp) : phản lực đất mũi cọc tác dụng lên đầu cọc Sức chịu tải cực hạn cọc giá trị nhỏ sức chịu tải theo vật liệu sức chịu tải theo đất nền: Pu = {Puma;Puso} Tính sức chịu tải cọc theo vật liệu: - Sức kháng dọc trục danh định: Pn= 0,85[0,85.f’c.(Ap-Ast) + fy.Ast]; MN Trong đó: f’c: Cường độ chiụ nén BT cọc (Mpa); f’c=30Mpa Ap: Diện tích mũi cọc(mm2); Ap=160000 mm2 Ast: Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 8Φ20 : Ast = 2513 mm2 fy: Giới hạn chảy cốt thép chủ (Mpa); fy = 420 Mpa Thay vào ta được: Pn= 0,85[0,85.30.(160000 - 2513)+420.2513].10-6= 4,31 MN - Sức kháng dọc trục có hệ số: Pr = f.Pn; MN Với f : Hệ số sức kháng mũi cọc, f = 0,75 Pr = 0,75.4,31 = 3,23 MN = 3230 KN Trang 75 Sức chịu tải cọc theo đất nền: Pu = Qf + QP Trong : + Qf : Sức kháng bên Qf = u.Σfi.∆zi fi : Ma sát bên đơn vị cực hạn cọc u : Chu vi thân cọc u.∆zi : Diện tích xung quanh đoạn phân tố cọc + QP : Sức kháng mũi QP = qP.Ac qP : Sức kháng mũi đơn vị cực hạn cọc Ac : Tiết diện ngang mũi cọc Dự báo sức chịu tải từ thí nghiệm SPT Số liệu thí nghiệm SPT z(m) N N60 0,00 1,10 2,40 4,00 5,20 6,50 7,00 8,40 9,10 10,30 11,90 12,50 13,70 14,50 15,20 16,80 17,70 18,30 19,30 15 20 35 39 42 55 62 67 79 88 90 100 115 118 119 120 129 135 10 13 23 26 28 37 41 45 53 59 60 67 77 79 79 80 86 90 20,80 21,40 22,00 136 140 147 91 93 98 23,20 148 99 Trang 76 Đất Sét pha cát Cát hạt trung lẫn cuội sỏi 24,00 25,40 148 150 99 100 Giá trị N (cột 2) kết thu từ thí nghiệm SPT, thí nghiệm cụ thể có lượng hữu ích Eh = 40% ⇒ CE = E h 40 = = N60 = N tính cột 3 60 60 Sức kháng bên chưa hiệu chỉnh ( tính theo cách tính SCHMERTMANM): (Có thể tham khảo chi tiết cách tính giáo trình “Thí nghiệm đất trường ứng dụng phân tích móng” GS Vũ Công Ngữ - Th.S Nguyễn Thái – NXB KHKT 2006)  Sức kháng bên lớp sét pha cát: Sức kháng bên chưa hiệu chỉnh lớp sét pha cát z N60 1,10 2,40 4,00 5,20 6,50 7,00 10 13 23 26 28 37 fi lớp phân tố Δ Zi (m) fi ΔZi 41,789 47,242 1,30 52,695 68,157 1,60 83,619 87,443 1,20 91,266 45,633 1,30 95,947 47,974 0,50 112,87 S = sum(fi.Δzi) fsét pha cát (kPa) 61,415 109,05 104,93 59,323 23,987 358,71 60,798 fi  Sức kháng bên lớp sét hạt trung lẫn cuội sỏi: Sức kháng bên chưa hiệu chỉnh lớp cát hạt trung z N60 fi fi lớp phân tố 7,00 8,40 9,10 10,30 11,90 12,50 13,70 14,50 15,20 37 41 45 53 59 60 67 77 79 67,34 74,62 81,9 96,46 107,38 109,2 121,94 140,14 143,78 70,98 78,26 89,18 101,92 108,29 115,57 131,04 141,96 143,78 Trang 77 Δ Zi (m) fi ΔZi 1,40 0,70 1,20 1,60 0,60 1,20 0,80 0,70 1,60 99,372 54,782 107,02 163,07 64,974 138,68 104,83 99,372 230,05 16,80 79 17,70 80 18,30 86 19,30 90 20,80 91 21,40 93 22,00 98 23,20 99 24,00 99 25,40 100 143,78 145,6 156,52 163,8 165,62 169,26 178,36 180,18 180,18 182 144,69 151,06 160,16 164,71 167,44 173,81 179,27 180,18 181,09 0,90 0,60 1,00 1,50 0,60 0,60 1,20 0,80 1,40 S = sum(fi.Δzi) fcát hạt trung lẫn cuội sỏi (kPa) 130,22 90,636 160,16 247,07 100,46 104,29 215,12 144,14 253,53 2507,8 136,29 Sức kháng mũi chưa hiệu chỉnh: Giả sử mũi cọc A, sức kháng mũi qi trung bình mũi tính sau: qpiA = q p1 + q p 2 Trong : qp1 : Giá trị trung bình trọng số qpi 8B mũi cọc qp2 : Giá trị trung bình trọng số qpi 3,5B mũi cọc B: đường kính hay bề rộng cọc Giá trị sức kháng tính tốn cho bảng sau: L= 24 Sức kháng mũi chưa hiệu chỉnh B= Z (m) N60 Đất 20,80 L-8.B = 21,40 22,00 23,20 24,00 L+3,5.B= 25,40 91 20,8 93 98 99 99 25,4 100 cát hạt trung qpi lớp phân tố qp 27846 28458 29988 30294 30294 30600 14229 29223 30141 30294 30447 Δ Zi (m) 0,60 0,60 1,20 0,80 1,40 qpi ΔZi 8537,4 17534 36169 24235 42626 0,4 ∑qpi ΔZi 62240 qp1 = 66861 qp2 = 47758 Hiệu chỉnh sức kháng : Mũi cọc nằm đất cát hạt trung lẫn cuội sỏi có N 60 trung bình gần mũi cọc > 30 Do chiều sâu ngàm cần thiết DC = 12.B = 12.0,4 = 4,8 m Như để huy động tối đa sức kháng, mũi cọc cần phải độ sâu 6,5 + 4,8= 11,3 m Trong chiều sâu ngàm thực DA = 24 – 6,5 = 17,5 m Do đó, D A > DC lớp đất mũi cọc tốt lớp đất bên ta cần phải hiệu chỉnh sức kháng sau: Trang 78 qp 33604 fiLC-D = [qLC + 0,5(qCD – qLC)] Trong đó: fiLC-D - sức kháng bên hiệu chỉnh cho đoạn cọc từ điểm LC( mặt phân lớp, layer change) tới điểm D fioLC-D - sức kháng bên chưa hiệu chỉnh cho đoạn LC-D; qCD - sức kháng mũi tính điểm D( không hiệu chỉnh) Sức kháng mũi qp không cần hiệu chỉnh Giá trị hiệu chỉnh sức kháng bên cho bảng bên dưới: Sức kháng bên hiệu chỉnh lớp cát hạt trung lẫn cuội sỏi z N60 fi fi lớp phân tố 6,50 7,00 8,40 9,10 10,30 11,90 12,50 13,70 14,50 15,20 16,80 17,70 18,30 19,30 20,80 21,40 22,00 23,20 24,00 28 37 41 45 53 59 60 67 77 79 79 80 86 90 91 93 98 99 99 50,96 67,34 74,62 81,9 96,46 107,38 109,2 121,94 140,14 143,78 143,78 145,6 156,52 163,8 165,62 169,26 178,36 180,18 180,18 59,15 70,98 78,26 89,18 101,92 108,29 115,57 131,04 141,96 143,78 144,69 151,06 160,16 164,71 167,44 173,81 179,27 180,18 181,09 25,40 100 182 qi qpi lớp phân tố fi lớp phân tố hc Δ Zi (m) fi ΔZi 8568 11322 12546 13770 16218 18054 18360 20502 23562 24174 24174 24480 26316 27540 27846 28458 29988 30294 30294 9945 11934 13158 14994 17136 18207 19431 22032 23868 24174 24327 25398 26928 27693 28152 29223 30141 30294 30447 45,866 55,04 60,685 69,152 79,031 83,971 89,616 101,61 110,08 111,49 112,2 117,14 124,19 127,72 167,44 173,81 179,27 180,18 181,09 0,50 1,40 0,70 1,20 1,60 0,60 1,20 0,80 0,70 1,60 0,90 0,60 1,00 1,50 0,60 0,60 1,20 0,80 1,40 22,933 77,055 42,479 82,983 126,45 50,382 107,54 81,289 77,055 178,38 100,98 70,281 124,19 191,58 100,46 104,29 215,12 144,14 253,53 30600 S = sum(fi.Δzi) fcát hạt trung lẫn cuội sỏi (kPa) Kết chọn cọc: BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CỌC CUỐI CÙNG Sức kháng mũi Qp = 5376, Trang 79 2151,1 113,82 kN Sức kháng bên Qf = Sức chịu tải cực hạn Qu = Sức chịu tải huy động Qhd = Sức chịu tải cho phép [Q] = Sức chịu tải cọc theo VL có hệ số Pr = Áp lực có hệ số tác dụng lên trụ Hệ số Aap = β= Số cọc tính tốn n= Số cọc chọn nc = 4001, 9377, 5793, 2896, 3230 45282 1,4 20,18 21 kN kN kN kN kN kN cọc cọc 3.4 Bố trí cọc mố trụ: 3.4.1 Bố trí cọc mố: 500 4000 1300 13760 500 2060 400 3.4.2 Bố trí cọc trụ: Trang 80 400 400 1200 3600 9000 1300 400 CHƯƠNG 4: KHẠI TOẠN V SO SẠNH CẠC PHỈÅNG ẠN VỈÅÜT SÄNG 4.1 Khái tốn phương án vượt sơng: 4.1.1 Phương án 1: STT Cấu kiện Vật liệu Cách tính Lớp BT BT nhựa 92,318+4.63,619 nhựa Cốt thép 31,335+4.21,636 Bản mặt cầu Bêtông 309,758+4.213,881 Cốt thép 1,955+4.1,35 Lan can Bêtông 39,183+4.27,055 Cốt thép 2,449+4.1,366 Dầm ngang Bêtông 36,698+4.20,486 Cốt thép 8,745+4.5,3 Dầm chủ Bêtông 75,416+4.50,414 Cốt thép 13,36.2 Mố Bêtông 449,92.2 Cốt thép 12,8.2+11,5.2 Trụ 338,06.2+350,352 Bêtông Trang 81 Khối lượng(T) 346,614 117,879 1165,282 7,355 147,403 7,913 118,642 29,945 277,072 26,72 899,84 48,6 1376,824 4.1.2 Phương án 2: STT Cấu kiện Lớp BT nhựa Bản mặt cầu Lan can Dầm chủ Mố Trụ Vật liệu Cách tính Khối lượng(T) BT nhựa 92,318+4.63,619 346,614 Cốt thép Bêtông Cốt thép Bêtông Cốt thép Cốt thép Bêtông Cốt thép Bêtông 31,335+4.21,636 309,758+4.213,881 1,955+4.1,35 39,183+4.27,055 3(177,84+21,34) 13,43.2 542,04.2 2.12,72 2.384,528 117,879 1165,282 7,355 147,403 597,54 26,86 1084,08 25,44 769,056 4.1.3 Phương án 3: STT Cấu kiện Bản mặt cầu Vật liệu Cách tính Khối lượng(T) Cốt thép 0,75.52.3 117 Bêtông 5,68.52.3 886,08 Lan can tay vịn Cốt thép 0,2.52.3 31,2 Đá vỉa Bêtông 0,3.52.3 46,8 Bêtông nhựa Thép 2,19.52.3 341,64 Dàn thép Thép 3(98,384+114,4+31,2) 731,952 4.1.4 Bảng tổng kết giá thành phương án vượt sông: STT Vật liệu Khối lượng(T) Đơn giá(đ) Thành tiền Tổng cộng Thép 238,412 7240000 1726102880 PA1 7355373646 Bêtông 3985,063 782000 3116219266 Bêtông nhựa 346,614 7250000 2512951500 Thép 775,074 7240000 5611535760 PA2 10600159282 Bêtông 3165,821 782000 2475672022 Bêtông nhựa 346,614 7250000 2512951500 Thép 880,152 7240000 6372300480 PA3 9382952640 Bêtông 932,88 782000 729512160 Bêtông nhựa 314,64 7250000 2281140000 4.2 So sánh phương án vượt sông: 4.2.1 Ưu, nhược điểm phương án: 4.2.1.1 Phương án 1: Cầu bêtông cốt thép  Ưu điểm: - Giá thành phương án sơ - Ít tốn chi phí bảo dưỡng - Ít sử dụng vật liệu q  Nhược điểm: - Thi công phức tạp, phụ thuộc thời tiết Trang 82 4.2.1.2 Phương án 2: Cầu liên hợp  Ưu điểm: - Tăng khả vượt nhịp so với cầu bêtông  Nhược điểm: - Thi công phức tạp - Giá thành cao - Chi phí bảo dưỡng nhiều 4.2.1.3 Phương án 3:Cầu dàn thép  Ưu điểm: - Là dàn thép nên chịu lực tốt diện tích chắn gió nhỏ - Thi công nhanh, đơn giản, thuộc loại kết cấu  Nhược điểm: - Chịu ảnh hưởng nhiều thời tiết nên phải di tu, bảo dưỡng thường xuyên - Giá thành cao - Sử dụng vật liệu thép vật liệu 4.2.2 Đề xuất phương án thiết kế kỹ thuật: Từ so sánh khái tốn trên, đề xuất dùng phương án cầu bêtơng cốt thép để thiết kế kỹ thuật Trang 83 Trang 84 ... 31, 142 34, 6 81 43 ,68 40 , 04 49 , 14 59 ,15 61, 88 63,7 1, 10 1, 20 1, 20 1, 30 0 ,40 0,80 1, 40 1, 40 0,70 1, 40 1, 10 19 ,46 4 28,028 33 ,12 4 40 ,48 5 13 ,872 34, 944 56,056 68,796 41 , 40 5 86,632 70,07 BẢNG TỔNG KẾT CHỌN... 77, 7 14 46 ,5 01 89, 544 65,52 12 8,6 74 12 4, 488 93 ,18 4 89, 817 2 21, 312 13 4, 316 93, 912 16 2,89 11 7, 845 242 ,06 10 5,9 24 211 , 848 23,20 97 17 6,5 17 7 ,45 0,90 15 9,705 Trang 33 Δ Zi (m) fi ΔZi 24 ,10 98 17 8 ,4 17 8,36... 55, 51 66 ,43 74, 62 81, 9 91, 91 103, 74 11 6 ,48 12 8, 31 138,32 14 9, 24 15 6,52 16 2,89 16 8,35 17 2,9 17 6, 54 17 6, 54 0,90 1, 40 0,70 1, 20 0,80 1, 40 1, 20 0,80 0,70 1, 60 0,90 0,60 1, 00 0,70 1, 40 0,60 1, 20 40 ,95