ĐỒ ÁN TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CẦU ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

ĐỒ ÁN TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CẦU TRƯỜNG đại học bách khoa đà nẵng, thầy Cao Văn Lâm,ĐỒ ÁN TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CẦU TRƯỜNG đại học bách khoa đà nẵng, thầy Cao Văn LâmĐỒ ÁN TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CẦU TRƯỜNG đại học bách khoa đà nẵng, thầy Cao Văn LâmĐỒ ÁN TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CẦU TRƯỜNG đại học bách khoa đà nẵng, thầy Cao Văn LâmĐỒ ÁN TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CẦU TRƯỜNG đại học bách khoa đà nẵng, thầy Cao Văn Lâm

Phần 1 :THIẾT KẾ SƠ BỘ (02 Phương án)

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

Đề tài: THIẾT KẾ CẦU QUA SÔNG 052/L

1.1 Giới thiệu chung:

1.1.1 Vị trí:

Sông 12 nằm ở vùng đồng bằng Trung Trung Bộ thuộc tỉnh Quảng Nam

1.1.2 Điều kiện về địa hình:

Mặt cắt ngang sông khá đối xứng, do đó rất thuận tiện cho việc bố trí kết cấu nhịp

có dạng đối xứng Bề mặt địa hình lòng sông không bằng phẳng có những vũng sâu vàcác bãi bồi chạy dọc theo bờ sông

1.1.3 Điều kiện địa chất:

 Trong quá trình khảo sát đã tiến hành khoan thăm dò địa chất khu vực công trình đi qua có đặc điểm sau:

Lớp 1 : Sét pha bùn dày 0.5m

Lớp 2 : Cát hạt thô (e=0.6) dày 4.0m

Lớp 3 : Cát hạt trung lẫn cuội sỏi (e=0.42)

1.1.4 .Điều kiện thuỷ văn:

 Số liệu khảo sát thuỷ văn cho thấy:

đến việc xây dựng cầu.

1.1.6 Quy mô, tiêu chuẩn dùng để thiết kế cầu:

-Quy mô: cầu được xây dựng với quy mô vĩnh cửu

- Tải trọng thiết kế: HL93; đoàn người 3KN/m 2

- Khổ độ cầu: L0 = 161m

- Khổ cầu: K = 7 + 2 x 1,25 m

- Sông thông thuyền cấp: Cấp V

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22 TCN 272 – 05

1.2 Điều kiện xã hội của khu vực tuyến:

 Dân cư của vùng phân bố tương đối đồng đều, mật độ dân cư tương đối lớn Ởgần vị trí xây dựng cầu, nhà dân tập trung hai bên tương đối nhiều Do đótrong quá trình thi công cần có biện pháp để đảm bảo vệ mặt trật tự và an ninhcho khu vực xây dựng cầu được đảm bảo

1.3 Điều kiện khai thác cung cấp các loại vật liệu, máy móc, bán thành phẩm, cấu kiện đúc sẵn, đường vận chuyển:

1.3.1 Điều kiện khai thác, cung cấp nguyên vật liệu:

Vật liệu sử dụng cho công trình thì xung quanh khu vực xây dựng đều có thể cung cấp được và rất thuận lợi như: đất đắp, đá, cát, xi măng…

1.3.2 Điều kiện cung cấp máy móc:

Đơn vị thi công có đầy đủ các loại máy móc phục vụ cho việc thi công cầu như:Máy khoan cọc nhồi,máy đóng cọc, cần cẩu, máy đào, máy ủi, ôtô vận chuyển bê tông,máy bơm bê tông, máy đầm bê tông và các loại máy móc cần thiết khác Đảm bảo quátrình thi công được tiến hành đồng bộ và liên tục, đảm bảo được tiến độ thi công được

đề ra

1.3.3 Điều kiện cung cấp nhân lực:

Khu vực có số lượng người dân nằm trong độ tuổi lao động chiếm tỉ lệ lớn.Người dân thường chịu khó, ham học hỏi và được đào tạo khá tốt, có khả năng tiếpnhận nhanh các tiến bộ khoa học kỹ thuật Phía thi công có đội ngũ công nhân, cán bộ

kỹ thuật có trình độ cao, có khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt của thờitiết với năng suất cao

1.3.4 Điều kiện cung cấp nhiên liệu, các nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt:

Đơn vị thi công cung cấp đầy đủ các nhu yếu phẩm phục vụ sinh hoạt của anh

em công nhân và các cán bộ kỹ thuật trên công trường Đảm bảo sự quan tâm tốt đếnsức khoẻ công nhân để hoàn thành công trình đúng thời hạn.

1.3.5 Điều kiện đảm bảo y tế, giáo dục, thông tin liên lạc:

Gần khu vực thi công công trình có trạm y tế xã do đó đảm bảo khi có sự cố, tainạn gì trên công trường cũng có thể chuyển nhanh chóng đến trạm y tế kịp thời

1.4 Phân tích sự cần thiết phải đầu tư dự án, đề xuất và phân tích các giải pháp kết cấu:

1.4.1 Phân tích sự cần thiết phải đầu tư dự án:

Tỉnh Quảng Nam là một tỉnh có tiền năng phát triển kinh tế Vì vậy mà mục tiêu đẩy mạnh phát triển kinh tế của tỉnh trong những năm gần đây rất được nhà nước và lãnh đạo tỉnh quan tâm Để thực hiện mục tiêu phát triển kinh tế, vấn đề được xem là đóng một vai trò vô cùng quan trọng đó là phát triển mạng lưới giao thông trên địa bàn Những năm gần đây mạng lưới giao thông đi lại trên địa bàn tỉnh đang được chú trọng

và đẩy mạnh xây dựng với những tuyến đường và những công trình có quy mô lớn nhằm góp phần thực hiện hiệu quả mục tiêu phát triển kinh tế mà ban lãnh đạo tỉnh và chính phủ đã đề ra trong tương lai Vấn đề giao thông đi lại giữa hai bên bờ sông chỉ

có thể thực hiện bằng các phương tiện tàu thuyền nhỏ qua sông, do đó nó không đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân sống tại đây và không đảm bảo an toàn cho người qua sông Vì vậy mà việc thi công cầu vượt sông 12 được xem là vấn đề hết sức cần thiết nhằm đáp ứng nguyện vọng, sự mong mỏi của người dân sống hai bên sông nói riêng và toàn khu vực nói chung

Khi cầu được xây xong sẽ tạo điều kiện thuận lợi để nhân dân khu vực hai bên sông có thể dễ dàng giao lưu, buôn bán với nhau

Như vậy việc xây dựng cầu vượt sông 12 là rất cần thiết và có ý nghĩa to lớn trong việc phát triển kinh tế, xã hội, an ninh quốc phòng Cầu xây dựng sẽ vừa giải quyết nhiều vấn đề giao thông đi lại trong khu vực, vừa góp phần hoàn thiện cơ sở hạ tầng giao thông, nhằm thúc đẩy đầu tư, đưa nền kinh tế của các khu vực hai bên cầu nói riêng và của tỉnh Quảng Nam nói chung ngày càng phát triển để tương xứng với vịthế xứng đáng của mình

1.4.2 Đề xuất các giải pháp kết cấu:

Từ các số liệu thiết kế ban đầu, kết hợp việc đánh giá, phân tích các điều kiệnnhư: điều kiện địa chất, điều kiện thủy văn, khí hậu,…ta có thể đề xuất một số phương

án vượt cầu như sau:

- Phương án 1: Cầu dầm đơn giản BTCT DUL bán lắp ghép chữ I , gồm 6

nhịp: 5x33=165(m)

- Phương án 2: Cầu dầm thép liên hợp nhịp giản đơn bản BTCT: 5x48=240(m)

1.4.3 Phân tích các phương án thiết kế sơ bộ:

Nói chung thì các phương án đã đưa ra đều có tính khả thi và mỗi phương án đều có một số đặc điểm riêng

* Phương án 1:

Với khẩu độ tĩnh không của cầu là L0 =161, ta đưa ra giải pháp kết cấu nhịp

gồm 6 nhịp 5x33=165 dầm đơn giản BTCT DUL bán lắp ghép chữ I , vật liệu là bê

tông cốt thép ứng suất trước, dầm chữ I được chế tạo sẵn thi công lắp ghép liên hợpvới bản mặt cầu BTCT đổ tại chỗ để tạo ra một tiết diện cùng chịu lực

So với dầm T thì dầm I làm việc kém hiệu quả hơn nhưng chế tạo đơn giảnhơn , dầm ngang chế tạo đơn giản hơn rất nhiều Nhược điểm của tiết diện I là dễ mất

ổn định khi khi vận chuyển và lắp ráp

* Phương án 2:

- Phương án Cầu dầm thép liên hợp nhịp giản đơn bản BTCT: 5x48=240 (m)

Với khẩu độ tỉnh không của cầu là Lo =231m, ta đưa ra giải pháp kết cấu nhịp gồm

5 nhịp 5x48=240 m cầu dầm thép liên hợp, vật liệu bản bê tông, cốt thép dầm được chếtạo sẵn thi công lắp ghép và được liên kết với nhau tại các gối bằng bulông cường độ cao hoặc đinh tán

-So với cầu bê tông thì cầu dầm thép liên hợp làm việc hiệu quả, tính thẩm mỹ

cao Nhưng chế tạo phức tạp, cần độ chính xác cao, giá thành đắt, sữa chữa thường xuyên

1.4.4 Kiểm tra phương án để thiết kế sơ bộ (2 phương án):

• Kiểm tra theo điều kiện:

%)3

%(

5

%100)

,

0 0

≤

×

−

tk tt

tk tt L L

L L

Trong đó:

+ L0tk: Khẩu độ tĩnh không yêu cầu (L0tk =161 m)+ L tt : Khẩu độ thực tế của cầu: L tt = ∑L −∑n tbt−2bm

Với ∑L i : Tổng chiều dài kết cấu nhịp

→ Khẩu độ đạt yêu cầu

b.Phương án 2: Cầu dầm thép liên hợp 5 nhịp: 5 x 48 m

Khẩu độ tính toán: L0 = L – 2bm – ntbt = 240 – 2.1 –4.1,6= 231,6 m

231

231 6 , 231 0

0 0

L

L L

→ Khẩu độ đạt yêu cầu

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ SƠ BỘ

PHƯƠNG ÁN I: CẦU DẦM BTCT ƯST BÁN LẮP GHÉP CHỮ I

Theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 chiều dày tối thiểu bản mặt cầu không được nhỏ hơn

175 mm Ở đây ta chọn 200mm (chiều dày lớp chịu lực)

Chiều dày các lớp còn lại chọn như sau:

+ Lớp Bê tông asphalt dày 7cm (bê tông asphalt Mac 15)

+ Lớp phòng nước dày 0.4cm (dùng redcon 7)

+ Lớp đệm tạo độ dốc nghiêng 2% có độ dày trung bình 10 cm

-Dung trọng của bê tông ximăng là 24 kN/m3

-Dung trọng của bê tông nhựa là 22,5 kN/m3

- Dung trọng lớp phòng nước là 22 kN/ m3

-Dung trọng của cốt thép là 78,5 kN/m3

-Dung trọng của vữa ximăng là 15 kN/m3

- Thể tích của lớp BT nhựa Vas =0,07.10.33= 23,1 (m3)

Thể tích bê tông trong bản mặt cầu Vbt= 72,6-1,39 = 71,21 (m3)

Trọng lượng bê tông trong bản mặt cầu : Gbt=71,21 24 = 1709,04(kN)

Vậy trọng lượng toàn bản mặt cầu là Gb= Gct+Gbt = 108,9+1709,04 = 1817,94 (kN)

2.1.2 Lan can, tay vịn:

Chọn khoảng cách giữa 2 trụ lan can là 2m, sơ bộ thì nhịp 33m ta có 17 trụ

Kích thước lan can, tay vịn cho như hình vẽ:

Thể tích trụ lan can: Vlc = 0,15 0,10 0,6 17 2 =0,306m3

Thể tích chân đế lan can: Vcđ =( 0,55 0,25 + (0,35+0,2):2 0,25) 33 2 =13,6125 m3

Thể tích tay vịn: V = 0,08 0,12 1,9 2 15 2 +0,08 0,12 0,9 2 2 = 1,129 m3

Với hàm lượng cốt thép trong lan can, tay vịn khoảng 1kN/m3 Nên:

Trọng lượng cốt thép trong lan can, tay vịn:

Gct = (0,306 + 13,6125 + 1,129 ) 1 = 15,0475 (kN)

Thể tích cốt thép trong lan can tay vịn :

Vct = 15,0475 : 78,5 = 0,1917 (m3)

Thể tích bê tông trong lan can tay vịn :

- Chiều rộng phần người đi bộ: T = 1,25 m

- Chọn dạng bố trí phần người đi bộ cùng mức với phần xe chạy, dùng vạch sơnphân làn rộng 25 cm

- Chiều rộng dầm bo cột lan can rộng 50 cm

- Chiều rộng toàn cầu được xác định theo công thức:

225

325200

Mặt cắt tại giữa nhịp Mặt cắt tại gối

Tại gối do có phản lực nên ta phải mở rộng bụng dầm để tăng khả năng chịu lực của dầm chính

b Tính khối lượng của dầm chủ:

- Diện tích mặt cắt ngang của dầm chủ tại giữa dầm:

* Theo thống kê thì hàm lượng cốt thép thường trong dầm là 2,5÷3 (kN/m3)

Từ đó suy ra trọng lượng cốt thép trong dầm là : Gsg= 2,5.24,279 = 60,6975 (kN)

Do đó, thể tích cốt thép trong dầm : 60,6975/78,5 = 0,773(m3)

Thể tích BT còn lại là : Vcg = 24,279-0,773= 23,506 (m3)

Trọng lượng BT dầm: Gcg = 23,506 24 = 564,144 (kN)

Tổng trọng lượng toàn dầm : Gg = Gsg + Gcg = 60,6975+564,144= 624,8415 (kN) Vậy khối lượng 5 dầm chủ (một nhịp) là : 624,8415.5= 3124,2075(kN)

2.1.4.Dầm ngang.

+Chọn số lượng dầm ngang: n = 5dầm

a.Dầm ngang giữa nhịp.

- Kích thước dầm ngang như hình vẽ;

+Thể tích 3 dầm ngang loại này: Vhbs = 3.2,104 = 6,312 m3

b.Dầm ngang tại gối.

* Theo thống kê thì hàm lượng cốt thép thường trong dầm là 2,5÷3 (kN/m3)

Từ đó suy ra trọng lượng cốt thép trong dầm là : Gsg= 2,5.10,292 = 25,73(kN)

Do đó, thể tích cốt thép trong dầm : 25,73/78,5 = 0,328(m3)

Thể tích tấm đan của 1 nhịp cầu là: 71,61:5 =14,322 (m3)

Khối lượng của tấm đan trong 1 nhịp cầu là: 14,322.24 =343,728 (kN)

Bảng 2.1 Tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần trên của 1 nhịp 5*33m :

- Phần nhô của bản giảm tải:

Thể tích bê tông trong mố: Vbtmố =121,047 – 1,542 = 119,505 m3

Trọng lượng bê tông trong mố: Gbtmố == 119,505 24 = 2868,12 KN

⇒ Trọng lượng của mố:GmốA = Gctmố + Gbtmố =121,047 +2868,12 =2989,167 KN

Tính khối lượng mố B như sau: ( giống khối lượng mố A) 2.2.2 Trụ cầu :

Chọn loại trụ thân hẹp để dễ thoát nước và tránh va đập do cây trôi

Chọn kích thước ban đầu trụ như theo hình vẽ sau :

⇒Tổng cộng thể tích 1 trụ biên phải: Vtrụbiênp = ∑V i = 147,436 m3

Hàm lượng cốt thép trong trụ là khoảng 1 KN/m3

Trọng lượng cốt thép trong trụ : Gcttrụ = 147,436 1 = 147,436 KNThể tích cốt thép trong trụ : Vcttrụ = 147,436 /78,5 = 1,878 m3

⇒Tổng cộng thể tích 1 trụ biên phải: Vtrụbiênp = ∑V i = 194,993 m3

Hàm lượng cốt thép trong trụ là khoảng 1 KN/m3

Bảng 2.2 Tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần dưới

STT Hạng mục Số lượng Khối lượng (KN)

2.3 Tính toán số lượng cọc trong mố và trụ cầu:

2.3.1 Tính toán áp lực tác dụng lên mố và trụ cầu:

DW: Tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu trên 1m dài cầu (DW =1043,79/33 = 31,63( KN/m)

Ta có chiều dài tính toán của nhịp: Ltt = Lnhip - 2a = 33– 2.0,3 = 32,4 m

Suy ra: ω = 16,2 (m): Tổng diện tích đah áp lực lên mố

3.0 KN 9.3 KN

Như vậy, ta chọn xe tải 3 trục thiết kế để tính toán

Bảng Áp lực đặt lên hai mố cầu

Trong đó: Rbt là trọng lượng bản thân của trụ Rbt = 1,25.Gtrụ

Rkcn là áp lực tĩnh tải ở phần trên tác dụng lên trụ

Rkcn = ( 1,25DC + 1,5 DW ).ω

Với: DC: Tĩnh tải bản thân của hệ thống dầm chủ và dầm ngang,lan can tay vịn, giờ chắn bánh xe, tấm đan và bản mặt cầu trên 1m dài cầu

“ Lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 15000 mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết

kế, khoảng cách giữa các trục 145 kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm”( mục 3.6.1.3.1 qui trình 22TCN272-05)

Hình vẽ xếp xe và các kết quả tính toán được cho ở bên dưới:

TH1 :

3 KN 145

35 4.3

145 4.3

0.867 0.867

9.3 KN

32.4 32.4

1

TH2 :

3 KN

110 110 1.2

0.963

9.3 KN

32.4 32.4

1

TH3 :

32.4 32.4

0.867 0.735 0.537

0.404 0,272

2.7.2 Xác định số lượng cọc trong mố trụ cầu.

2.7.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc:

Theo số liệu khảo sát địa chất thì tính chất của các lớp địa chất ở dưới lòng sông được cho như sau:

+ Lớp 1: Sét pha bùn dày 0,5m

+ Lớp 2: Cát hạt thô (e=0.6) dày 4,0m

+ Lớp 3: Cát hạt trung lẫn cuội sỏi(e=0.42)

1 Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền

Sử dụng theo tiêu chuẩn 22TCN272-05

Sức kháng tính toán của cọc QR theo đất nền có thể tính toán như sau:

Qs: Sức kháng thân cọc (N)

qp: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)

qs: sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)

Trong đó N là số nhát búa chưa hiệu chỉnh (búa/300mm)

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:

1.2 Sức kháng mũi cọc:

- Mũi cọc đặt trong lớp đất rời

- Sức kháng mũi được ước tính trên thí nghiệm hiện trường SPT

Qp= qp x AP

Với qp=0,057xN=0,057x35=1,995 (MPa)=199,5 (T/m2)

 AP=(π x D2)/4=0,785 (m2) Trong đó N là số nhát búa chưa hiệu chỉnh (búa/300mm)

 Qp=199,5x0,785=156,608 (T)

Vậy sức kháng mũi của cọc là: φqp x Qp=0,50x156,608 =78,304 (T)

 Sức chịu tải của cọc theo đất nền là:

Khoảng cách từ mép ngoài của đài đến mép hàng cọc ngoài cùng > 0.7d

Khoảng cách giữa 2 cọc gần nhất trong khoảng 3d÷6d = (300 ÷ 600) cm