đồ án tốt nghiệp ngành xây dựng cầu đường với đề tài thiết kế cầu việt trì – ba vì, vượt sông hồng, nối quốc lộ 32 với quốc lộ 32c

Với nhận thức về tầm quan trọng của vấn đề trên, là một sinh viên ngành Xâydựng Cầu đường thuộc trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, trong những năm qua, với sự dạy dỗ tận tâm của các thầy

LỜI CẢM ƠN

Trong giai đoạn phát triển hiện nay, nhu cầu về xây dựng hạ tầng cơ sở đã trởnên thiết yếu nhằm phục vụ cho sự tăng trưởng nhanh chóng và vững chắc của đấtnước, trong đó nổi bật lên là nhu cầu xây dựng, phát triển mạng lưới giao thông vậntải

Với nhận thức về tầm quan trọng của vấn đề trên, là một sinh viên ngành Xâydựng Cầu đường thuộc trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, trong những năm qua, với

sự dạy dỗ tận tâm của các thầy cô giáo trong khoa, em luôn cố gắng học hỏi và trau dồichuyên môn để phục vụ tốt cho công việc sau này, mong rằng sẽ góp một phần côngsức nhỏ bé của mình vào công cuộc xây dựng đất nước

Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiết kế cầu Việt Trì – Ba Vì, vượtsông Hồng, nối Quốc lộ 32 với Quốc lộ 32C đã phần nào giúp em làm quen với nhiệm

vụ thiết kế một công trình giao thông để sau này khi tốt nghiệp ra trường sẽ bớt đinhững bỡ ngỡ trong công việc

Do thời gian có hạn, tài liệu thiếu thốn, trình độ còn hạn chế và lần đầu tiên vậndụng kiến thức cơ bản để thực hiện tổng hợp một đồ án lớn nên chắc chắn em khôngtránh khỏi những thiếu sót Vậy kính mong quý thầy cô thông cảm và chỉ dẫn thêmcho em

Cuối cùng cho phép em được gửi lời cảm ơn, lời chúc sức khỏe tới Ban giám hiệunhà trường, Ban lãnh đạo Khoa Công Trình, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộmôn Kỹ Thuật Cầu Đường, đặc biệt là thầy giáo trực tiếp hướng dẫn tốt nghiệp ThầyNguyễn Phan Anh, và Giáo viên đọc duyệt đồ án đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ emhoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Hải Phòng, ngày 19 tháng 05 năm 2016

Tạ Kim Huy

PHẦN I:

THIẾT KẾ SƠ BỘ

1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Báo cáo nghiên cứu khả thi xây dựng cầu Việt Trì – Ba Vì nghiên cứu những nội dungchủ yếu sau đây :

+ Lựa chọn quy mô công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật

+ Chọn phương án kỹ thuật cầu và các giải pháp xây dựng

+ Xác định tổng mức đầu tư

+ Phân tích hiệu quả tài chính, kinh tế

+ Nghiên cứu tác động môi trường ban đầu

+ Kiến nghị phương thức đầu tư

1.3 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN NƠI XÂY DỰNG CẦU :

1.3.1 Địa hình :

Khu vực xây dựng cầu nằm trong vùng đồng bằng, hai bên bờ sông tương đối bằngphẳng rất thuận tiện cho việc vận chuyển vật liệu, máy móc thi công cũng như việc tổchức xây dựng cầu

1.3.2 Khí hậu :

Khu vực xây dựng cầu có khí hậu nhiệt đới gió mùa Thời tiết phân chia rõ rệt theo

mùa, lượng mưa tập trung chủ yếu vào mùa hè Ngoài ra ở đây còn chịu ảnh hưởngtrực tiếp của gió mùa đông bắc vào những tháng mưa, độ ẩm ở đây tương đối cao

1.3.3 Thủy văn :

Các số liệu đo đạc thủy văn cho thấy chế độ thủy văn ở khu vực này ổn định, mựcnước chênh lệch giữa hai mùa: mùa mưa và mùa khô là tương đối lớn, sau nhiều nămkhảo sát đo đạc ta xác định được:

MNCN: -1,3m

Lớp 4 : Cát vừa dày vô hạn.

1.3.5 Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu :

Vật liệu đá: vật liệu đá được khai thác tại mỏ gần khu vực xây dựng cầu Đá đượcvận chuyển đến vị trí thi công bằng đường bộ một cách thuận tiện Đá ở đây đảm bảocường độ và kích cỡ để phục vụ tốt cho việc xây dựng cầu

Vật liệu cát: cát dùng để xây dựng được khai thác gần vị trí thi công, đảm bảo độsạch, cường độ và số lượng

Vật liệu thép: sử dụng các loại thép trong nước như thép Thái Nguyên,… hoặc cácloại thép liên doanh như thép Việt-Nhật, Việt-Úc…Nguồn thép được lấy tại các đại lýlớn ở các khu vực lân cận

Xi mămg: hiện nay các nhà máy xi măng đều được xây dựng ở các tỉnh thành luônđáp ứng nhu cầu phục vụ xây dựng Vì vậy, vấn đề cung cấp xi măng cho các côngtrình xây dựng rất thuận lợi, luôn đảm bảo chất lượng và số lượng mà yêu cầu côngtrình đặt ra

Thiết bị và công nghệ thi công: để hòa nhập với sự phát triển của xã hội cũng như

sự cạnh 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 đáp ứng các yêu cầu xây dựng công trình cầu

Nhân lực và máy móc thi công: hiện nay trong tỉnh có nhiều công ty xây dựng cầuđường có kinh nghiệm trong thi công Về biên chế tổ chức thi công các đội xây dựngcầu khá hoàn chỉnh và đồng bộ Cán bộ có trình độ tổ chức và quản lí, nắm vững về kỹthuật, công nhân có tay nghề cao, có ý thức trách nhiệm cao Các đội thi công đượctrang bị máy móc thiết bị tương đối đầy đủ Nhìn chung về vật liệu xây dựng, nhân

lực, máy móc thiết bị thi công, tình hình an ninh tại địa phương khá thuận lợi cho việcthi công đảm bảo tiến độ đã đề ra.

CHƯƠNG II:

QUY MÔ VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

2.1 QUY MÔ CÔNG TRÌNH

+ Quy mô xây dựng : cầu thiết kế vĩnh cửu.

+ Tần suất thiết kế 1%

2.2 QUY MÔ MẶT CẮT NGANG CẦU

Mặt cắt ngang cầu Việt Trì – Ba Vì dự kiến xây dựng phải được xem xét dựa trên cáckhía cạnh :

+ Thỏa mãn lưu lượng phương tiện qua cầu trong chu trình dự án

+ Phù hợp với quy hoạch tuyến đường đầu cầu

Mặt cắt ngang điển hình cầu Việt Trì – Ba Vì :

2.3.3 Tĩnh Không và vị trí khổ thông thuyền

+ Tĩnh không : Với sông cấp II

- Theo chiều ngang : >= 60m

+ Vị trí khổ thông thuyền : dự kiến vị trí khoang thông thuyền được bố trí tại khu vựcgiữa sông nơi có mực nước sâu nhất

Tải trọng bản thân kết cấu và các bộ phận phi kết cấu : lan can, lớp phủ mặt cầu, thiết

bị thoát nước, chiếu sáng

3.2.2 Hoạt tải

Xe ô tô HL93 theo quy định 3.6 [22TCN 272 – 05], cụ thể như sau :

- Ứng lực lớn nhất của hoạt tải xe phải được lấy theo giá trị lớn hơn của cáctrường hợp :

+ Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với tải trọng làn thiết kế

+ Hiệu ứng của xe ba trục thiết kế tổ hợp với tải trọng làn thiết kế

- Đối với momen âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đềutrên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của 2 xetải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách trục cách trục bánhsau xe kia là 15m tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế, khoảngcách giữa các trục 145KN của mỗi xe tải lấy bằng 4,3m

cốt thép trong bản xét tới chảy khi thiết kế [1.3.3 22TCN 272 – 05]

-  t 1,05 cầu quan trọng [1.3.5 22TCN 272 – 05]

1.1.1,05 1,05



1, 25

p

3.3 NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CẦU

3.3.1 Nguyên tắc lựa chọn phương án kết cấu nhịp cầu chính

- Phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn khu vực xây dựng cầu

- Là điểm nhấn kiến trúc trong tổng thế công trình và không gian khu vực

- Thỏa mãn yêu cầu về thông thuyền, kết cấu nhịp chính có khẩu độ lớn đảmbảo yêu cầu khổ thông thuyền H=9m, B=60m

- Hạn chế tối đa ảnh hưởng đến khả năng thoát nước dưới cầu

- Khả năng thi công của các đơn vị thi công

- Giá thành xây dựng hợp lý

3.3.2 Nguyên tắc lựa chọn phương án kết cấu nhịp cầu dẫn

- Rút ngắn thời gian thi công

- Khẩu độ nhịp đảm bảo giảm thiểu ảnh hưởng thoát nước của dòng chảy

- Giá thành công trình hạ

3.4 CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

Trên cơ sở các nguyên tắc nêu trên, các phương án kết cấu được đưa ra để xem xét :

3.4.1 Phương án 1 : Cầu dầm liên tục

- Sơ đồ cầu : 38 + 55 + 85 +55 +38 = 271m

- Nhịp chính : Cầu liên tục 3 nhịp 55 + 85 + 55 = 195m

- Nhịp dẫn : Cầu dầm BTCT DƯL, tiết diện I chiều dài nhịp 38m

3.4.2 Phương án 2 : Cầu giàn thép

- Sơ đồ cầu : 38 + 3x65 +38 = 271m

- Nhịp chính : Cầu giàn thép nhịp giản đơn, 3 nhịp 3x65 = 195m

- Nhịp dẫn : Cầu dầm liên hợp thép - bê tông cốt thép , chiều cao dầm 1.2mgồm 5 dầm được liên kết với nhau bằng hệ liên kết ngang

CHƯƠNG IV:

THIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU DẦM LIÊN TỤC

4.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN

4.3.1.1 Cấu tạo chung

Sử dụng kết cấu dầm hộp bêtông cốt thép, dạng thành xiên, bêtông dầm có cường độ

28 ngày f’c (mẫu hình trụ): 40 Mpa, cốt thép DƯL dùng loại tao có đường kính15,2mm và 12,7mm

Mặt cắt ngang cầu có cấu tạo như sau:

1/2 mặt cắt ngang tại gối trên trụ 1/2 mặt cắt ngang tại gối trên mố

5 1

3500 1000

2321

1000

1370 1000

500 250

4.3.1.2 Phương trình đường cong đáy dầm:

Đường cong đáy dầm thay đổi theo quy luật đường cong Parabol bậc 2 có phươngtrình tổng quát y=ax +bx+c2 ,các tham số a,b,c được xác định như sau :

Chọn hệ trụ tọa độ tại điểm trên đỉnh trụ chính :

Hình 3: Hệ tọa độ đường cong đáy dầm

- Gốc tọa độ tại điểm nằm ngang cách tim gối 1.5 m

Đường cong đi qua 3 điểm A,B,C, dựa vào tọa độ của 3 điểm này ta sẽ xác định đượccác tham số a,b,c của phương trình

+ Điểm A trùng với gốc tọa độ, do đó tọa độ điểm A(0 ; 0) => c=0

4.3.1.3 Phương trình đường cong thay đổi của chiều dày bản đáy:

- Phương trình đường cong là đường Parabol bậc 2 có dạng: y = ax2 + bx + c

- Gốc tọa độ tại điểm nằm ngang cách tim gối 1.5 m

- Phương trình đi qua 2 điểm: C( 41; 2,25 ), B( 82; 0,8 ) với c = 0.8

- Thay số, và giải hệ phương trình ta có:

a = -0.000863

b = 0.0707

- Vậy phương trình đường cong thay đổi chiều dày bản đáy có dạng:

y2 = -0,001101x12 + 0.0805x1 + 0,8

4.3.1.4 Phân đoạn đúc kết cấu nhịp cầu chính

- Công tác chia đốt dầm tùy thuộc vào năng lực của xe đúc Ta chia như sau:

+ Đốt K0 có chiều dài 12m

+ Các đốt K1-K4 có chiều dài 3 m

+ Đốt K5 có chiều dài 3,5m

+ Các đốt K6-K10có chiều dài 4m

+ Đốt hợp long nhịp nhịp biên, nhip giữa có chiều dài 2 m

+ Đốt đúc trên đà giáo nhịp biên có chiều dài 10,5m

- Sơ đồ phân đoạn đúc KCN :

Hình 4: Sơ đồ phân đoạn đúc KCN 4.3.1.5 Đặc trưng hình học.

- Để tính toán đặc trưng hình học ta có thể sử dụng công thức tổng quát như sau đểtính:

k1k2k3k4k5k6k7k8k9k10hl

k1

F = 1/2. ( xi - xi+1)(yi +yi+1).

+ Tọa độ trọng tâm mặt cắt:

yc = 1/6.F. (xi - xi+1)(yi2 + yi.yi+1+ yi+12)

+ Mômen tĩnh của mặt cắt đối với trục x :

Sx = 1/6. (xi - xi+1)(yi3 + yi2.yi+1 + yi.yi+12 + yi+13)

+ Mômen quán tính đối với trục trung hòa:

+ hdam: Chiều cao mặt cắt đang xét, hdam = y3 - y1

+t: Chiều dày bản đáy, t = y2 - y1

+ b  0,1.li

+ b  3.do

Trong đó:

+ d0: Chiều cao của kết cấu nhịp, d0 = 4000mm

+ li: Chiều dài nhịp quy ước

- Đối với dầm liên tục, li = 0.8l đối với nhịp cuối; li = 0.6l đối với nhịp giữa

- Đối với mặt cắt trên trụ, ta có li = 0,8.55000 = 44000mm

b2, b3 trong hình vẽ (mm):

- Nguyên tắc quy đổi:

+ Chiều cao mặt cắt không đổi

+ Diện tích mặt cắt không đổi

- Quy đổi mặt cắt giữa nhịp:

4.3.2 Cấu tạo dầm ngang

- Trong kết cấu nhịp cầu chính dầm ngang được đặt tại các vị trí trên gối để chịu lựctập trung Tại vị trí trên đỉnh trụ chính dầm ngang dày d=3m ; tại vị đầu hai nhịp biêndày d=1m

4.3.3 Cấu tạo bản bê tông mặt cầu

4.3.3 Cấu tạo lớp phủ mặt cầu

+ Lớp BTN hạt mịn dày 7 cm

+ Lớp BTN hạt trung dày 5 cm

+ Lớp phòng nước Recon 7 dày 4 mm

4.4 MỐ CẦU

4.4.1 Cấu tạo kết cấu nhịp cầu dẫn

Hình 7 Cấu tạo mặt cắt ngang KCN cầu dẫn

10000

1000 2000 2000 2000 2000 1000

V¸t 20x20 Chamfer 20x20

MÆt c¾t v¸t dÇm

V¸t 20x20 Chamfer 20x20

MÆt c¾t t¹i gèi

V¸t 20x20

Chamfer 20x20

MÆt c¾t gi÷a nhÞp

Hình 8 Cấu tạo mặt cắt ngang dầm cầu dẫn

Bảng 2 Kích thước thiết kế KCN cầu dẫn

Bảng 3 Số liệu thiết kế phần trên

Chiều dài nhịp tính toán Ltt 37.4 m

4.4.2 Kích thước cấu tạo mố

a1

a2 bvtc

in% V¹ch s¬n

ble blc

Bcau Bxe/2 Bxe/2 ble blc

Hình 9 Kích thước chung của mố

- Căn cứ vào các số liệu thiết kế từ kết cấu phần trên, đề xuất kích thước sơ bộ mố M1

Bảng 4 Số liệu thiết kế mố M1

Tên kích thước Kí hiệu giá trị đơn vị

- Tường thân

- Tường cánh

- Kích thước cấu tạo bản quá độ

- Kích thước gờ kê bản quá độ

- Tại mố dùng 6 cọc khoan nhồi D1,5m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa.

1000 2000 2000 2000 2000 1000

11000

10000 7330

Kích thước cấu tạo của Trụ T1.

16000 7000

Hình 12 Kích thước trụ T1

- Tại trụ dùng 8 cọc khoan nhồi D1,5m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa.

Kích thước cấu tạo của Trụ T2.

Cấu tạo trụ BTCT

a5

Bm Btt Bxm

- Chiều rộng toàn cầu Bcau 10000 mm

- Kích thước đá kê gối

- Tại trụ dùng 12 cọc khoan nhồi D1,5m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa.

4.6 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG SƠ BỘ

4.6.1 Khối lượng các khối đúc hẫng

Xác định thể tích các khối đúc hẫng :

Bảng 7 Thể tích khối đúc hẫng

4.6.3 Khối lượng mố - trụ cầu

a Khối lượng mố cầu :

Bảng 8 Khối lượng mố cầu

Mố Vtường thân Vtường đỉnh Vmúng mố Vmố(m3)

b Khối lượng trụ cầu :

Bảng 9 Khối lượng các trụ cầu

4.6.4 Khối lượng lan can và lớp phủ mặt cầu

a Lan can:

+ Chiều cao chân lan can bê tông hlc = 0,60 m

+ Bề rộng chân lan can bê tông blc = 0,50 m

+ chiều dài lan can Llc = 271m

 VLan can = 2xALan can xLlan can = 2x0.5x0.6x271 = 162.6 m3

4.6.5 Khối lượng cọc khoan nhồi

- Tại mố dùng 6 cọc khoan nhồi D1,5m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa.

- Tại trụ cầu :

+ Trụ thân hẹp dùng 8 cọc khoan nhồi D1.5m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa.+ Trụ thân rộng dùng 12 cọc khoan nhồi D1.5m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa.

 chiều dài cọc khoan nhồi là lcọc = 52x 40= 2080 m

4.7 DỰ TOÁN GIÁ TRỊ XÂY LẮP PHƯƠNG ÁN 1

4.7.1 Thống kê khối lượng vật liệu

Bảng 10 Tổng hợp khối lượng chủ yếu của phương án 1

G Tổng mức đầu tư Nghìn đồng A+B+C+D 125728889.6

A Giá trị dự toán xây lắp Nghìn đồng AI+AII 103651186.9

III Các chỉ tiêu kinh tế

E1 Chỉ tiêu xây lắp đ/m 2 A/F 13512.61

E2 Chỉ tiêu toàn bộ 1m2 mặt

câu

đ/m 2

A/F 16390.796

CHƯƠNG V:

THIẾT KẾ SƠ BỘ CẦU DÀN THÉP

5.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN

- Sơ đồ nhịp : 38 + 65 + 65 + 65 + 38 = 271m

- Làn xe cơ giới : 2x3,5 = 7m

- Dàn có chiều cao 7m, chiều dài khoang 6,5m Dàn loại có thanh đứng, thanh treo.

- Mặt cắt ngang có 5 dầm dọc phụ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 1,5 m

- Vật liệu dùng cho kết cấu: Bê tông loại B ( 40 Mpa )

- Thép cấu tạo dùng theo ASTM A 709M cấp 345

- Phần nhịp dẫn có mặt cắt liên hợp thép - bê tông cốt thép , chiều cao dầm 1.2m

gồm 5 dầm được liên kết với nhau bằng hệ liên kết ngang

- Trọng lượng thép của dàn chủ nhỏ.

- Bảo đảm tĩnh không thông thuyền và thông xe

- Chiều cao kiến trúc nhỏ đối với cầu dầm chạy trên

- Đảm bảo độ cứng theo phương đứng của kết cấu nhịp: f < fchi phí

- Đảm bảo mỹ quan và phù hợp với cảnh quan ở khu vực xây cầu

- Như vậy chọn chiều cao dàn bằng h = 7 m

1500 1500

Hình 15 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp

5.3.2 Tiết diện các thanh dàn chủ.

- Các thanh có tiết diện chữ I riêng thanh cổng cầu có tiết diện hộp Kích thước mặt cắtcủa các thanh được thể hiện trên hình vẽ:

Hình 16 Cấu tạo chung các thanh dàn 5.4 MỐ CẦU

5.4.1 Cấu tạo kết cấu nhịp cầu dẫn.

5.4.2 Kích thước cấu tạo mố

a5

Bmo

Bqd/2

adc adc

ble blc

Bcau Bxe/2 Bxe/2 ble blc

- Tường thân

- Tường cánh

- Kích thước cấu tạo bản quá độ

- Kích thước gờ kê bản quá độ

5.5.1 Cấu tạo trụ cầu T1.

Hình 1.15 Kích thước trụ 5.5.2 Cấu tạo trụ cầu T2.

5000 8000

Hình 1.15 Kích thước trụ

5.6 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG SƠ BỘ

5.6.1 Trọng lượng bản mặt cầu và hệ dầm của nhịp giàn thép

- Bản mặt cầu của nhịp giàn thép

5.6.2 Khối lượng mố - trụ cầu

a Khối lượng mố cầu :

Bảng 15 Khối lượng mố cầu

M2 34.29 68,96 9,025 154 266.275

b Khối lượng trụ cầu :

Bảng 16 Khối lượng các trụ cầu

5.6.3 Khối lượng lan can và lớp phủ mặt cầu

a Lan can:

+ Chiều cao chân lan can bê tông hlc = 0,6 m

+ Bề rộng chân lan can bê tông blc = 0,25 m

+ chiều dài lan can Llc = 271m

 VLan can = 2xALan can xLlan can = 4x0.25x0.6x195+2x0,25x0.6x38 = 128.4 m3  MLan can = 128.4 x2.5=321 T

5.6.4 Khối lượng cọc khoan nhồi

- Tại mố dùng 6 cọc khoan nhồi D1,5m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa.

- Tại trụ cầu :

+ Trụ thân hẹp dùng 8 cọc khoan nhồi D 1m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa.+ Trụ thân rộng dùng 12 cọc khoan nhồi D 1m dài 40m cắm sâu vào lớp cát hạt vừa