thuyền 30m.
Các đặc trng địa chất tại vị trí vựơt sơng cần cho việc lựa chọn đúng đắn kiểu nền móng, mố trụ ghi trên sơ đồ phơng án 1 (hình 29). Hình 30 là mặt cắt dọc tim cầu kèm theo các tài liệu thuỷ văn.
Khẩu độ cầu 115m, khổ đờng xe chạy K=8 +2x1,5m.
Cầu phảI có một nhịp thơng thuyền với chiều rộng khổ giới hạn dới cầu 30m và chiều cao 3,5m.
A/. Đánh giá các điều kiện địa phơng và các giải pháp chung về kết cấu.
Trên trắc dọc theo tim cầu thấy chiều sâu lớn nhất là ở gần bờ bên trái, vì thế đa số các phơng án sử dụng cách bố trí nhịp khơng đối xứng.
Điều kiện địa chất tại vị trí cầu rất xấu vì đất yếu (cát và á cát) nằm ở độ sâu tới 10m dới mực nớc thấp nhất. Nếu sử dụng cọc BTCT dài 10 - 12m có thể đóng qua tầng đất yếu tới lớp sét chặt (lớp địa chất tốt). Bởi vì lớp đất trên là cát nhỏ, dễ xói lở nên sử dụng móng cọc bệ cao cho trụ là hợp lý nhất.
Cao độ đáy móng tất cả các trụ lấy nh nhau, bởi vì với đất hạt nhỏ dể xói lở, vực sâu có thể di chuyển theo chiều rộng sơng.
Giả thiết đỉnh móng đặt thấp hơn MNTN là 0,5m và chiều dày bệ móng (với nhịp 30m) là 2,5m. Cao độ đặt bệ mónglà 62 -0,5 - 2,5 = 59m.
Cao độ đáy kết cấu nhịp của nhịp thông thuyền là 65 + 3,5 = 68,5m (ở đây 65 là cao độ MNTT cao nhất).
Cao độ mặt đờng xe chạy trên nhịp thông thuyền (có xét chiều cao dầm h ≈ l/18 = 32/18 ≈ 1,78m và chiều dày lớp phủ mặt đờng bằng 12cm ) là:
68,5 + 1,78 + 0,12 = 70,4m.
Kết cấu trụ cho các nhịp tĩnh không 30, 20 và 15m là kết cấu lắp ghép từ các khối BT và mũ trụ BTCT kiểu hẫng. Nếu lấy các kích thớc giới hạn của hẫng là 3m thì chiều rộng phần thân trụ BT theo hớng ngang cầu ≈ 5m. Các trụ kiểu này rất an tồn trong khai thác và tốn tơng đối ít thép.
Mố cầu chọn dùng cho loại nhịp đó có cấu tạo kiểu chân dê, vì nó đặc biệt thích hợp khi nền đờng đắp cao 5 - 6m và chiều dài cọc 10-12m.
Với kết cấu nhịp tĩnh 10m mố trụ chọn dùng kết cấu 1 hàng cọc, vì chiều cao từ đỉnh xà mũ đến mặt đất không vựơt quá 7m nghĩa là không vợt quá chiều cao giới hạn tiêu chuẩn của loại trụ này.
B/. Lập các phơng án sơ đồ kết cấu cầu
Hình 29, 30 là những phơng án khác nhau có thể của kết cấu cầu, các phơng án đó là tổ hợp của những kết cấu nhịp giản đơn dự ứng lực lắp ghép. Chiều rộng của trụ và khoảng cách tim các trụ lấy theo các hệ thức kinh nghiệm.
Trong phơng án I, toàn bộ khẩu độ cầu gồm 4 nhịp tĩnh 30m, điều đó bảo đảm tiêu chuẩn hố tối đa các cấu kiện và chỉ sử dụng một phơng pháp lắp ghép.
Khẩu độ trống là:
131,2 - 1,4.3 - 2.4,0 = 119 m > 115m.
Trong phơng án II và III chỉ có một nhịp dài 30m dùng làm nhịp thơng thuyền. Phần nhịp không thông thuyền gồm các kết cấu nhịp 15 - 20m. Nh vậy trong phơng án III, phải đặt 1 nhịp l0 = 10m trên nón đất đầu cầu để đảm bảo tổng khẩu độ trống cần thiết. Khẩu độ trống của các phơng án này là:
- Trong phơng án II : 133,2 - 2.1,4 - 4.1,1 - 2.4 = 118,1 > 115m. - Trong phơng án III : 132,6 - 2.1,4 - 3.1,2 - 7 - 4 = 115,2 > 115m.
Nghiên cứu các phơng án I, II, III để tìm ra nhịp có lợi nhất cho các nhịp khơng thơng thuyền. Muốn vậy cần so sánh khối lợng vật liệu và giá thành của từng phơng án.
Lập phơng án IV là muốn xem xét các điều kiện khai thác tối đa. Dùng 2 nhịp lớn ( mỗi nhịp tĩnh là 30m ) vợt qua vực sâu của sơng sẽ đảm bảo thốt lũ tốt nhất. Ngoài ra cấu tạo 2 nhịp 30m cho phép có nhịp thơng thuyền dự trữ khi vực sâu của sông di chuyển sang bờ bên phải. Trắc dọc có thể thay đổi nh vậy bởi vì đáy sơng là cát hạt nhỏ nên rất dễ xói lở. Phần nhịp bãi sơng lúc đó có thể tổ hợp từ các nhịp ngắn (lo = 10m) đặt trên trụ một hàng cọc nên rất kinh tế. Khẩu độ tĩnh của phơng án IV là :
134,0 - 3.1,4 - 4.0,35 - 2.7 = 114,4 ~115m.
Khi tổ hợp các phơng án kết cấu cầu, ta đã sử dụng kích thớc của kết cấu nhịp định hình đợc chế tạo trong nhà máy hiện nay. Trên hình 29 và 30 cịn giới thiệu cả các kích thớc nhịp trong trờng hợp sử dụng kết cấu nhịp tiêu chuẩn. Trờng hợp này chiều dài cầu sẽ lớn hơn khoảng 3 - 6% (khơng phải định hình).
C/. Khối lợng công tác :
Để xác định khối lợng các vật liệu xây dựng chủ yếu, ta sử dụng các biểu đồ (hình 18 - 24) và cách tính tốn sơ bộ.
Phơng án I :
Khối lợng kết cấu nhịp BTCT (hình 18, đồ thị 5) 0,44.32,8(8 + 2.1,5)4 = 636m3.
Khối lợng BT lắp ghép của trụ (hình 19, đồ thị II và các chú thích tơng ứng) khi chiều cao trụ ( phần trên gờ móng ) khoảng 7m.
(36 - 11)(8 + 1,5).3/ (7 + 0,75) = 91,8 m3. Khối lợng BTCT của xà mũ trụ (xem hình 19) 11.(8 + 1,5). 2/ (7 + 0,75) = 40,5 m3.
Khối lợng BTCT của mũ mố kiểu chân dê (hình 24, đồ thị 8 và các chú thích tơng ứng)
18.(8 + 2.1,5).2/ (7 + 2.0,75) = 46,6 m3.
Khối lợng bê tông bệ cọc của trụ (lấy sơ bộ : cao 2,5m, chiều rộng trung bình nếu gờ móng lấy 0,75m là : 1,4 + 2.0,75 = 2,9m. Chiều dài trung bình là: 5 + 2.0,75 = 6,5m):
3.(2,5 x 2,9 x 6,5) = 141m3.
Để xác định số lợng cọc của trụ ta phảI tính tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cọc (có xét hệ số vựơt tải).
-Do trọng lợng kết cấu nhịp và lớp phủ : [0,44 - 2,5(1,1 + 0,25.1,5)32,8(8 + 2.1,5)] = 570T. trong đó: 0,25 : trọng lợng lớp phủ trên 1m2.
-Do tải trọng ô tô và ngời đi bộ ứng với đờng ảnh hởng hình tam giác có chiều dài 66m và đỉnh ở giữa.
(1,75 . 2 . 0,9 + 0,4 . 1,5.2).1,4.32,8 = 200T. trong đó: 0,9 : hệ số nhiều làn xe. 1,4 : hệ số vựơt tải. - Do trọng lợng trụ : 1,1(30,6.2,4 + 13,5.2,5 + 47.2,4) = 242T
trong đó: 2,4; 2,5 : trọng lợng riêng của bê tông và bê tơng cốt thép. Số cọc trong móng trụ :
(570 + 200 + 42). 1,4/ 50 = 1012. 1,4/ 50 ~ 29 cọc. cho 3 trụ : 29.3 = 87 cọc.
Trong đó: 50 là khả năng chịu lực sơ bộ của 1 cọc (tấn). 1,4 : hệ số gần đúng coi nền làm việc nh móng cọc bệ cao.
Tải trọng trên cọc mố chân dê.
- Do trọng lợng kết cấu nhịp: 0,5.570 = 285T. - Do tải trọng ô tô và ngời :
(2,44.2.0,9 + 0,4.1,5.2)1,4.0,5.32,8 = 128T. trong đó:
2,44 : tải trọng dảI đều tơng đơng của đờng ảnh hởng tam giác có chiều dài 33m với đỉnh ở đầu mút. - Do trọng lợng mũ mố (xem ở trên) 23,3.2,5.1,1 = 64,5T. Số cọc trong mố : (285 + 128 + 64,5). 1,6/ 50 = 16 cọc. Cho 2 mố 16.2 = 32 cọc. Trong đó:
1,6 : hệ số gần đúng xét đến điều kiện làm bất lợi nhất của cọc.
Ph
ơng án II
Khối lợng công tác đối với kết cấu nhịp 32,8m và trụ của nó giống phơng án I. Khối lợng BTCT kết cấu nhịp. Kết cấu nhịp 16,75m (hình 18, đồ thị 4). 0,3.16,75(8 + 2.1,5).6 = 330,6 m3. - Kết cấu nhịp 32,8m là 159m3. - Tổng cộng 330,6 + 159 = 489,6 m3. Khối lợng BT lắp ghép của trụ.
-Trụ của nhịp 16,75m (hình 19, đồ thị 1 và ghi chú) với chiều cao trụ trên gờ móng khoảng 8m.
(30 - 9,5)(8 + 2.1,5).4/ 7 + 0,75 = 100 m3.
- Trụ của nhịp 32,8m (xem phơng án 1). 30,6.2 = 61,2 m3. - Tổng cộng : 100 + 61,2 = 161,2m3. Khối lợng BTCT mũ trụ (hình 19). - Mũ trụ cho nhịp 16,75m. 8.(8 + 2.1,5).2/ (7 + 2.0,75) = 17,9 m3. - Mũ trụ nhịp 32,8m 13,5.2 = 27m3. Khối lợng tổng cộng 46,4 + 27 = 73,4m3. Khối lợng BTCT mũ mố (hình 24 đồ thị 8) : 8.(8 + 2. 1,5).2/ (7 + 2. 0,75) = 17,9 m3. Khối lợng BT bệ cọc trụ.
Bệ trụ với nhịp 16,75 ( chiều cao sơ bộ lấy 2m. chiều rộng là 2,1m vì gờ móng lấy rộng 0,5m, chiều dài bằng 5 + 2.0,6 = 6m)
2.2,1 . 6.4 = 100,8m3.
47.2 = 94 m3.
Khối lợng tổng cộng : 100,8 + 94 = 194,8 m3.
Để xác định số lợng cọc trong móng trụ nhịp 16,75 ta tính tải trọng tác dụng lên cọc. - Do trọng lợng kết cấu nhịp BTCT và lớp phủ :
(0,3.2,5.1,1 + 0,25.1,5)16,75(8 + 1,5) = 221T. - Do tải trọng ô tô và ngời :
(1,76.2.0,9 + 0,4.1,5.2)1,4.16,75 = 102T.
-Do trọng lợng bản thân trụ (xem phần tính khối lợng) 1,1(25 - 2,4 + 11,6.2,5 + 25,2.2,4) = 165T. Số cọc trong móng trụ : (221 + 102 + 165). 1,4/ 50 = 14 cọc. Cho 4 trụ : 14.4 = 56 cọc. Toàn bộ cho các trụ là : 56 + 29.2 = 114 cọc. Tải trọng tác dụng lên các cọc mố : - Do trọng lợng kết cấu nhịp. 0,5.221 = 110,5T.
- Do tải trọng ô tô và ngời :
(3,18.2.0,9 + 0,4.1,5.2)1,4.0,5.16,75 = 80,5T. - Do trọng lợng của xà mũ BTCT :
8,95.2,5.1,1 = 24,7T.
Số cọc trong mố chân dê: (110,5 + 80,5 + 24,7).1,6/ 50 = 7 cọc.
Tuy vậy, về mặt cấu tạo khơng đợc bố trí ít quá 2 hàng cọc mỗi hàng 6 cọc ( theo số lợng dầm chủ của kết cấu nhịp).
Số lợng cọc cho 2 mố : 12.2 = 24 cọc.
Các tính tốn khối lợng cơng tác đối với phơng án III và IV cũng nh trong phơng án I và II.
Ph
ơng án III
- Khối lợng BTCT trong kết cấu nhịp : 551,5m3.
- Khối lợng BT lắp ghép của trụ : 136,2m3.
-Khối lợng BTCT của xà mũ trụ và mố 81,5m3
- Khối lợng BT bệ cọc trụ : 172,9m3. - Số cọc cho trụ và mố : 130 cọc. Phơng án IV
- Khối lợng BTCT trong kết cấu nhịp : 513m3.
- Khối lợng BT lắp ghép trụ của nhịp 32,8m : 91,8m3.
- Khối lợng BTCT mũ trụ và mố : 66,3m3.
- Khối lợng BT bệ trụ : 141m3.
- Số cọc (kể cả trong trụ nhịp nhỏ): 105 cọc.
D/. Xác định giá thành phơng các án cầu.
Để xác định giá thành dùng các đơn giá phụ lục. Các tính tốn ghi trong bảng 13
E/. So sánh các phơng án kết cấu cầu :
Vì là thiết kế sơ bộ, nên khi so sánh các phơng án ta sẽ căn cứ vào giá thành và khối lợng vật liệu đồng thời có xét cả dự kiến thi cơng và khai thác cơng trình một cách tổng quát.
Phơng án IV tơng đối rẻ hơn cả nhng khối lợng vật liệu xây dựng - BTCT dự ứng lực- lạI hơi đắt hơn phơng án II.
Phơng án IV có u điểm về mặt thi cơng vì kết cấu nhịp và mố trụ ứng với nhịp ngắn nên có thể thi cơng nhanh chóng nhờ các thiết bị vận chuyển và lắp ráp đơn giản hơn so với các nhịp ở bãi sơng trong các phơng án khác.
Cũng có thể nhận thấy một vài u điểm của phơng án IV về mặt khai thác trên cơ sở đó để lựa chọn kết cấu của nó.
Ví dụ 2 : Lập các phơng án cầu qua sơng lớn có kết cấu nhịp thép vựơt qua nhịp thơng thuyền (hình 31 và 32).
Trắc dọc tim cầu đoạn vựơt sông và các số liệu về mực nớc cũng nh các tài liệu địa chất đợc cho ở hình 32. Cầu phải có 2 nhịp thơng thuyền với chiều rộng khổ giới hạn 80m và 60m và cao 10m. Tơng ứng với sông cấp IV.
Khẩu độ cầu 225m. Khổ cầu: K = 7 + 2x1,5m.
A/. Đánh giá các điều kiện địa phơng và giải pháp chung về kết cấu.
Trắc dọc tim đoạn vợt sông cho thấy chiều sâu sông phân bố khơng đối xứng đối với hai bờ. Tuy vậy nó khơng ảnh hởng lớn lắm và có thể giả thiết là vực sâu của sơng có thể di chuyển về phía bờ bên phảI sau một thời gian. Vì thế khi nghiên cứu kết cấu, tốt nhất là ta nghiên cứu cả các phơng án đối xứng và không đối xứng.
Mặt cắt địa chất cho thấy địa chất hồn tồn tốt, khơng lún nằm sâu 20m dới MNTN. Trên lớp đó là cát có xen lẫn các dảI đất sét. Với địa chất đó ta có 2 giải pháp :
- Cấu tạo móng cọc ma sát dài 10 - 12m (cọc bệ cao).
- Cấu tạo móng hạ sâu đến tầng đất tốt. Khi đó có thể dùng cọc ống φ0,8 - 1,5m hạ xuyên qua lớp đất xấu bằng búa rung và sau đó khoan sâu vào lớp sa thạch từ 2 - 3m.
Cao độ đáy móng của trụ ở giữa sơng lấy bằng nhau do có xét đến khả năng di chuyển vực sâu của sông theo chiều rộng.
Đáy bệ phải cao hơn đáy sơng là 0,5m. Nên cao độ đáy móng là: 84 + 0,5 = 84,5m.
Khi đó giả sử nếu xây dựng bệ cọc cao trên các cọc thờng hay cọc ống ta sẽ phảI đóng tờng cọc ván, sau khi hạ cọc sẽ đổ một lớp đá dăm dày 0,5m rồi đổ BT dới nớc dày 1 - 1,5m và sau đó hút nớc rồi đổ BT trên cạn phần bệ còn lại.
Các cọc trong móng mố cũng có thể là cọc BTCT thờng hay cọc ống BTCT hạ bằng búa rung.
Các điều kiện địa chất cho phép sử dụng kết cấu nhịp tĩnh định hoặc siêu tĩnh. Với kết cấu nhịp liên tục các trụ cần phải đặt trên móng cọc hạ tới tầng đá để tránh lún.
Căn cứ vào các cao độ mực nớc có thể xác định các cao độ của cơng trình sau đây : - Cao độ đỉnh móng trụ ở lịng sơng 88 - 0,5 = 87,5m.
ở đây 88 : cao độ MNTN.
- Cao độ mà từ đó trụ có thể có kết cấu nhẹ : 93 + 0,5 = 93,5m.
Khi đó giả thiết đỉnh của phần thân trụ dới có hình lu tuyến cao hơn MNCN là 0,5m. - Cao độ đỉnh khổ giới hạn dới cầu 91 + 10 = 101m.
- Cao độ mặt đờng xe chạy trong phạm vi nhịp thơng thuyền.
+ Với kết cấu nhịp có đờng xe chạy dới lấy sơ bộ chiều cao kiến trúc bằng 1,5m. 101 + 1,5 = 102,5m.
+ Với kết cấu nhịp có đờng xe chạy trên dầm đặc lấy chiều cao kiến trúc bằng 3,5m. 101 + 3,5 = 104,5m.
Để thoát nớc tốt hơn và hạ thấp cao độ đờng đắp phần xe chạy của cầu lấy độ dốc dọc 1,5% có vuốt đờng cong đứng ở giữa cầu.
Với điều kiện địa phơng đã cho hồn tồn có thể thoả mãn các yêu cầu cho đờng thủy cấp 4 về 2 nhịp thông thuyền với khổ giới hạn thông thuyền rộng 60 m và 80 m. Ngoài ra khi tổ hợp sơ đồ, phơng án ngừơi ta xét khả năng di chuyển tự nhiên chiều sâu lớn nhất theo chiều rộng sơng. Do đó ngời ta cũng nghiên cứu các sơ đồ phơng án với nhịp thông thuyền phụ và nhịp thơng thuyền có kích thớc đợc mở rộng.
Việc đánh giá chi tiêt các tài liệu chủ yếu cho phép tìm các sơ đồ có thể của các ph- ơng án. Dới đây nêu ra các đặc trng tóm tắt về hệ thống và các kích thớc kết cấu nhịp và trụ đợc chọn.
b. Thành lập các phơng án sơ đồ kết cấu cầu:
Các phơng án có thể khác nhau về kết cấu cho trên hình 31 và hình 32. Trong phần lớn các phơng án về dung trong nhịp thông thuyền kết cấu nhịp chạy dới để giảm thấp tới chiều cao để đờng đắp. Để so sánh cùng nghiên cứu phơng án chạy trên.
Phơng án I
Xét khả năng di chuyển chiều sâu lớn nhất theo chiều rộng sông. Do đó, ngời ta cũng nghiên cứu các hồ sơ đồ án với nhịp thơng thuyền phụ và nhịp thơng thuyền có kích thớc đợc mở rộng.
Việc đánh giá chi tiết các tài liệu chủ yếu cho phép tìm các sơ đồ có thể của các ph- ơng án. Dới đây cho các đặc trng tóm tắt về hệ thống và kích thớc kết cấu nhịp đờng và trụ đờng đợc chọn.
b. Thành lập các phơng án sơ đồ kết cấu cầu :
Các phơng án có thể khác nhau về kết cấu cho trên hình 31 và 32. Trong phần lớn các phơng án về sử dụng, trong nhịp thọ thông thuyền kết cấu nhịp chạy dới để giảm thấp tới chiều cao đế đờng đắp. Để so sánh cùng nghiên cứu phơng án chạy trên.