Đại học Giao thông vận tải Đồ án Tốt Nghiệp Trờng Đại học giao thông vận tải hà Nội Khoa công trình môn cầu hầm Đồ án tốt nghiệp tính toán & thiết kế cầu DàN THéP LIÊN TụC Giáo viên hớng dẫn : NGUYễN VĂN NHậM Giáo viên đọc duyệt : CHU VIếT BìNH Sinh viên thực : dơng đăng khánh Lớp : : CầU ĐƯờng b k41 Hà Nội - 2005 Mở đầu 1.1.Khái quát công trình 1.1.1.Nhiệm vụ thiết kế Cầu vợt qua sông X thiết kế vĩnh cửu đờng ô tô Sông thuộc loại sông cấp đồng 1.1.2.Tải trọng thiết kế khổ cầu +Khổ cầu 8+2x1.5 +Đoàn xe tiêu chuẩn H30 +Xe bánh nặng XB80 +Tải trọng ngời 300Kg/m2 1.1.3.Thuỷ lực thuỷ văn thông thuyền +Khổ thông thuyền B=80,h=10 nguyễn Sỹ Việt CĐB K37 -4- Đại học Giao thông vận tải Đồ án Tốt Nghiệp +Tần suất thiết kế P=1% +Các loại mực nớc MNCN=5.00m MNTT=4m MNTN=0.5m 1.1.4.Đặc điểm địa chất +Lớp 1: Sét hạt vừa dày từ 0.85-2.26m +Lớp :Sét chảy dẻo dày từ 1.15-1.44m +Lớp :Sét pha cát dày 8.42m +Lớp 4: Cát hạt vừa dày m +Lớp dới cát lẫn sỏi sạn Mặt cắt ngang sông đợc cho cụ thể khổ a4 1.2.Dự kiến phơng án sơ 1.2.1.Phơng án sơ Cầu khung T dầm đeo a)Kết cấu nhịp : -Sơ đồ 54+84+54 -Nhịp đeo : Nhịp giản đơn 24m dự ứng lực kéo sau theo thiết kế định hình +Bê tông khung T ,bê tông nhịp đeo mác 400 b) Mố trụ: +Mố có dạng tờng bê tông cốt thép có têng c¸nh däc +Trơ khung T liỊn khèi +BƯ trơ đặt móng cọc BTCT đờng kính 100cm 1.2.1.1Phơng án thi công +Khung T thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân +Nhịp đeo lao kéo dọc giá lao cầu +Thân trụ thi công ván khuôn trợt +Cọc khoan nhồi đổ bê tông phơng pháp rút ống thẳng đứng +Bệ trụ đổ bê tông phơng pháp đổ bê toiong chỗ 1.2.2.Phơng án sơ Cầu dàn thép +Kết cấu nhịp : nguyễn Sỹ Việt CĐB K37 -5- Đại học Giao thông vận tải Đồ án Tốt Nghiệp -Sơ đồ 60+84+60 -Dàn có đờng biên song song -Chiều cao h=10m -Chiều dài khoang d=12m +Dàn thép dạng tam giác đứng ,thanh treo +Phơng án mố trụ : -Trụ thân đặc BTCT đặt bệ móng cọc khoan nhồi đờng kính 100cm -Mố có dạng tờng bê tông cốt thép có tờng cánh dọc -Bệ mố đặt cọc BTCT 40x40 1.2.2.1.Phơng án thi công : +Thi công nhịp thép phơng pháp lao kéo dọc có mũi dẫn nhịp dựng thêm trụ tạm cách trụ 24m +Thi công cọc khoan theo phơng pháp rút ống thẳng đứng +Nhịp thép thi công phơng pháp lao kéo dọc có mũi dẫn trụ tạm 1.2.3.Phơng án sơ Cầu dầm liên tục BTCTDƯL Thi công phơng pháp đúc hẫng cân a)Kết cấu nhịp +Sơ đồ :56+90+56 +Mặt cắt ngang hình hộp có thành đứng chiều cao thay đổi Tại trụ h=5.4m,tại đốt hợp long đoạn đúc đà giáo có chiều cao h=2.5m Bề rộng mặt cầu B=12m b)Phơng án mố trụ : -Trụ thân đặc BTCT đặt hệ móng cọc khoan nhồi đờng kính 100cm -Mác bê tông thân trụ M300 -Mố có tờng cánh dọc đặt hệ cọc BTCT 40x40 1.2.3.1Phơng án thi công : -Kết cấu nhịp thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân -Đốt Ko thi công nhờ đà giáo mở rộng trụ +Thi công mố : -Thi công cọc phơng pháp đóng cọc -Đổ bê tông chỗ bệ mố thân mố +Thi công trụ : -Thi công đổ bê tông cọc khoan phơng pháp rút ống thẳng đứng -Bệ cọc đợc thi công phơng pháp đổ bê tông chỗ ,thân trụ thi công phơng pháp ván khuôn trợt Bản vẽ chi tiết tổ chức thi công xem thiết kế kỹ thuật thiết kế tổ chức thi công Phần i Giới thiệu chung I Hiện trạng kinh tế - xà hội giao thông khu vực nghiên cứu I.1 Hiện trạng kinh tế xà hội khu vực xây dựng cầu Thành phố A tỉnh thuộc vùng duyên hải miền trung có vị trí địa lý thuận lợi để mở rộng phát triển giao lu kinh tế Phía bắc giáp tỉnh X, phía nam giáp tỉnh Y Trong thời kỳ đổi chung nớc, gần kinh tế tỉnh A có hớng chuyển biến theo hớng giảm tơng đối tỷ trọng ngành nông lâm nghiệp, tăng tỷ trọng ngành công nghiệp, dịch vụ để phù hợp với xu chung.Với vai trò nguyễn Sỹ Việt CĐB K37 -6- Đại học Giao thông vận tải Đồ án Tốt Nghiệp trung tâm phát triển kinh tế xà hội miền trung, cực cân cấu lÃnh thổ toàn quốc Thành phố A quy mô thua thành phố lớn khác, sở vật chất kỹ thuật kinh tế sở hạ tầng lạc hậu ch a đồng bộ, sức lao động dồi nhng chiến lợc cha cao I.2 Hiện trạng giao thông đờng khu vực Quốc lộ 1A: Là trục quan trọng qua địa phận tỉnh đóng vai trò hàng đầu giao lu liên tỉnh, nội tỉnh Trên tuyến có số đoạn bị ngập mùa ma số đoạn thờng bị ùn tắc cơc bé HƯ thèng tØnh lé vµ hun lé cïng với trục quốc lộ tạo thành mạng lới giao thông, phân bố hợp lý, tuyến vùng núi thờng chạy song song với địa hình tự nhiên xuyên qua khu vực dân c khu công nghiệp Chất lợng hệ thống tỉnh lộ huyện lộ xấu, xuống cấp mạnh II Các định hớng kt- xh dự báo nhu cầu vận tải - cần thiết phải đầu t II.1 Những định hớng phát triển kinh tế - xà hội Thành phố A tỉnh thuộc vùng kinh tế duyên hải miền trung Định hớng phát triển kinh tế từ đến năm 2020 khai thác hiệu trục xuyên suốt Bắc Nam, cảng biển, tiềm du lịch nguồn lợi biển để hình thành cấu kinh tế đa dạng theo hớng sản xuất hàng hoá Phát triển cảng biển Các khu công nghiệp, khu đô thị với phát triển du lịch thơng mại để hình thành khu kinh tế trọng điểm Phát triển thành phố thành trung tâm kinh tế, thơng mại, du lịch toàn khu vực, đầu mối giao thông quan trọng đờng cảng biển, hàng không II.2 Định hớng phát triển giao thông-dự báo nhu cầu vận tải Trên sở định hớng quy hoạch phát triển vùng trọng điểm miền trung đồng thời với việc hình thành xa lộ Bắc - Nam, cần thiết phải xây dựng hệ thống sở hạ tầng kỹ thuật miền trung mà đặc biệt mạng lới giao thông vận tải Với phát triển chuỗi khu công nghiệp kéo dài miền trung dự báo năm tới nhu cầu vận tải tăng mạnh, phải xét tới dự án đờng xuyên đợc xây dựng vào năm tiếp theo, lợng hàng hoá thông qua lớn II.3 Sự cần thiết phải đầu t xây dựng Nh nội dung đà phân tích trên, việc xây dựng cầu C có ý nghÜa to lín vỊ mỈt kinh tÕ, x· héi chÝnh trị, văn hoá du lịch, an ninh quốc phòng với tỉnh A nói riêng nớc nói chung Việc đầu t xây dựng cầu C cần thiết lý sau đây: Đồng với việc xây dựng xa lộ Bắc - Nam theo chủ trơng nhà nớc phù hợp với nguyện vọng đáng nhân dân nớc địa phơng có đờng xa lộ qua Đảm bảo giao thông thông suốt toàn tuyến xa lộ Bắc - Nam nguyễn Sỹ Việt CĐB K37 -7- Đại học Giao thông vận tải Đồ án Tốt Nghiệp Thu hút bớt phơng tiện vận tải, giảm bớt lu lợng xe ách tắc quốc lộ 1A mùa lũ Đáp ứng nhu cầu phát triển giao thông vận tải góp phần phát huy tốt tiềm sẵn có, phục vụ chiến lợc quy hoạch phát triển kinh tế xà hội tỉnh X tơng lai Việc đầu t xây dựng tuyến ®êng ®ã cã cÇu A cïng víi hƯ thèng đờng quốc lộ tỉnh lộ khác tạo nên mạng lới giao thông vận tải liên hoàn miền, nối khu trung tâm kinh tế, trị, công nghiệp, văn hoá góp phần chuyển dịch cấu lao động, dân c, sử dụng hết đất đai, đa công nghiệp lên miền núi, phát triển vốn rừng bớc xây dựng kinh tế đại hoá, công nghiệp hoá, củng cố an ninh quốc phòng tăng cờng hợp tác quốc tế III Đặc điểm điều kiện tự nhiên vị trí xây dựng cầu III.1 Đặc điểm địa hình Cầu C bắc qua sông B đoạn sông thẳng, dòng sông hẹp hơn, hai bên bờ bị xói lở Hai bờ ruộng hoa mầu tơng đối phẳng III.2 Đặc điểm địa chất III.2.1 Địa chất thuỷ văn III.2.2 Điều kiện địa chất công trình Lớp 1: Sét pha cát, trạng thái dẻo cứng,trung bình dày 5,5 m Hệ số rỗng e = 0,7 Độ sệt B = 0,4 Dung trọng thiên nhiªn 1,95 T/m3 Lùc dÝnh tiªu chuÈn C = 0,14 kG/cm2 Gãc néi ma s¸t  = 22o Lùc ma sát tới hạn ftci = 30,5(KN/m2) Cờng độ quy ớc R = 1,5 kG/cm2 Lớp 2: Cát pha sét, trạng thái nửa cứng,trung bình dày 9,3 m Hệ số rỗng e = 0,5 §é sƯt B = 0,2 Dung träng thiªn nhiªn :  = 2,1 T/m3 Lùc dÝnh tiªu chuÈn C = 0,12 kG/cm2 Gãc néi ma s¸t  = 25o; Lực ma sát tới hạn ftci = 45,5(KN/m2) - Cêng ®é quy íc  R  = 2,5 kG/cm2 Lớp 3: Cát hạt vừa, trạng thái chặt, bÃo hoà nớc, trung bình dày 6,6 m = 2,05 T/m3 C = 0,06 kG/cm2  = 38o Lùc ma sát tới hạn ftci = 58,5(KN/m2) nguyễn Sỹ Việt CĐB K37 -8- Đại học Giao thông vận tải - R0 Đồ án Tốt Nghiệp = 2,5 kG/cm2 Lớp 4: Cát hạt thô, trạng thái chặt, bÃo hoà nớc, trung bình dày 5.2 m = 2,05 T/m3 C = 0,03 kG/cm2  = 400 Lùc ma sát tới hạn ftci = 56,5(KN/m2) - R0 = 3,3 kG/cm2 Lớp 5ángỏi cuội xám vàng trạng thái chặt vừa, bÃo hoà nớc - R0 = 5,00kG/cm2 III.3 Đặc điểm khí tợng Khí hậu mang tính chất chung khí hậu nớc ta nhiệt đới gió mùa mang tính chất riêng khí hậu vùng Trung Bộ Tây Nguyên, Mùa ma tháng tháng đến tháng năm sau lại mùa khô Nhiệt độ tăng dần từ Bắc vào Nam, tháng nóng tháng - nhiệt độ tới 400C , tháng thấp tháng vào khoảng 10,2 0C, nhìn chung nhiệt độ trung bình 250C IV Các phơng án vợt sông giải pháp kỹ thuật IV.1 Quy trình thiết kế Quy phạm thiết kế cầu: Quy phạm thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18 - 79 năm 1979 Bộ GTVT Tiêu chuẩn thiết kế đờng ôtô 22TCN 4054 - 98 IV.2 Các thông số kỹ thuật Quy mô xây dựng: Cầu thiết kế vĩnh cửu Tải trọng thiết kế: Hoạt tải : Đoàn xe H30, xe nặng XB80 Tải trọng ngời ®i: 300 kg/m2 Khỉ cÇu: + 2x1,5 + 2x0,5m ChiỊu réng tỉng céng B = 12,0 m Khỉ th«ng thun: S«ng th«ng thun cÊp II, khỉ th«ng thun 50 x m IV.3 Vị trí xây dựng Vị trí xây dựng cầu A lựa chọn đoạn sông thẳng độ hẹp Chiều rộng thoát nớc 312 m IV.4 Phơng án kết cấu Việc lựa chọn phơng án kết cấu phải dựa nguyên tắc sau: Công trình thiÕt kÕ vÜnh cưu, cã kÕt cÊu tho¸t, phï hợp với quy mô tuyến vận tải điều kiện địa hình, địa chất khu vực Đảm bảo an toàn cho khai thác đờng thuỷ sông với quy mô sông thông thuyền cấp III Dạng kết cấu phải có tính khả thi, phù hợp với trình độ thi công nguyễn Sỹ Việt CĐB K37 -9- Đại học Giao thông vận tải Đồ án Tốt Nghiệp nớc Giá thành xây dựng hợp lý Căn vào nguyên tắc có phơng án kết cấu sau đợc lựa chọn để nghiên cứu so sánh IV.4.1 Phơng án 1: Cầu dầm hộp BTCT DƯL liên tục nhịp, thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân - Sơ đồ nhịp: 3x33 + 65 + 100 + 65 + 3x33 m Chiều dài toàn cầu: Ltc = 438 m Mè: Mè U BTCT mãng cäc khoan nhồi m Trụ đặc: BTCT móng cọc khoan nhồi m Ưu điểm Kết cấu liên tục vợt đợc nhịp lớn hình dáng kiến trúc đẹp đảm bảo tốt tiêu kinh tế kỹ thuật, nớc ta kết cÊu u viƯt nhÊt bëi c«ng nghƯ thi c«ng ë Việt Nam phù hợp với loại cầu Thời gian thi công không phụ thuộc điều kiện thời tiết, thi công mùa nớc lớn nh không làm ảnh hởng thông thuyền dới cầu, tiết kiệm đà giáo vàn khuôn thi công lặp theo chu kỳ Kết cấu nặng độ ổn định cao, xe chạy êm thuận Chi phí tu bảo dỡng thấp Khẩu độ nhịp 90m độ kinh tế cầu BTCT liên tục đúc hẫng (80120 m độ khuyến nghị sử dụng loại cầu này) Nhợc điểm Là loại cầu đòi hỏi trang thiết bị lớn, đại, trình độ chuyên môn cao, công nhân phải có tay nghề vững đảm bảo chất lợng Tuy nhiên với trình độ công nghệ vấn đề đà đợc khắc phục triệt để Cầu thuộc hệ siêu tĩnh nên chịu ảnh hởng từ biến, nhiệt độ, gối lún phải có giải pháp cấu tạo mố trụ, kết cấu để triết giảm ảnh hởng Thực tế mố trụ cầu dầm liên tục đúc hẫng dùng móng sâu, móng cọc đờng kính lớn nên vấn đề lún quan tâm nhiều Không thể rút ngắn thời gian thi công Quy trình thi công phức tạp, đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao, nhiều máy móc thiết bị thi công tiên tiến đắt tiền IV.4.2 Phơng án : Cầu dầm liên hợp liên tục Thép - BTCT, thi công theo phơng pháp lao kÐo däc - Mè: Dïng mè ch÷ U BTCT, mãng cäc khoan nhåi 1,0 m Trơ cÇu: Sư dơng trơ dạng trụ đặc thân hẹp hệ cọc KN 1,0 m Ưu điểm Đây phơng án kết cấu liên tục, nội lực kết cấu nhỏ so vớikết cấu giản đơn khác có kích thớc tiết kiệm đợc vật liệu đáng kể Vì kết cấu bao gồm hai loại vật liệu thép bê tông liên kết với neo Bản bê tông cốt thép làm việc vừa với t cách mặt cầu vừa thành phần chịu lực kinh tế tiết kiƯm vËt liƯu KÝch thíc trơ nhá, thi c«ng kÕt cÊu ngun Sü ViƯt – C§B K37 - 10 - Đại học Giao thông vận tải Đồ án Tốt Nghiệp nhịp đơn giản rút ngắn đợc thời gian thi công Giao thông cầu đợc liên tục êm thuận so với sơ đồ tĩnh định Nhợc điểm Vì sơ đồ liên tục nên chịu ảnh hởng gối lún thay đổi nhiệt độ phải xử lý phức tạp Dầm thép dễ chế tạo gia công, gia công sửa chữa nhng chịu ảnh hởng lớn thời tiết đặc biệt điều khí hậu nớc ta Do công tác tu bảo dỡng thờng xuyên tốn Vì kết cấu liên tục có đoạn bê tông phải chịu kéo Do ta không đợc phép cho bê tông tham gia chịu lực cách không cho liên kết neo nên thi công phức tạp IV.4.3 Phơng án : Cầu dàn thép liên tục nhịp thi công theo phơng ph¸p lao kÐo däc - Mè: Dïng mè têng BTCT dạng chữ U, móng cọc khoan nhồi 1,0m Trụ: Dïng trơ th©n cét, mãng cäc khoan nhåi  1,0 m Ưu điểm Kết cấu chế tạo gần nh hoàn toàn công xởng nên thời gian thi công rút ngắn, chất lợng cấu kiện đợc đảm bảo Vật liệu sử dụng - Thép loại vật liệu có suất chịu lực cao nên vợt đợc độ lớn trọng lợng kết cấu nhẹ =>giảm khối lợng vật liệu cho mố, trụ nh toàn cầu Công nghệ thi công lao kéo dọc công nghệ quen thuộc với công nhân Việt Nam nên việc thi công có nhiều thuận lợi So với phơng án phơng án không đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp Nhợc điểm Trọng lợng thân cầu nhẹ độ ổn định không cao nh cầu BT, xe nặng qua cầu thờng có tợng rung gây tâm lý không tốt với ngời tham gia giao thông Hình dáng kiến trúc dàn có biên song song không đợc đẹp cho Điều kiện Việt Nam khí hậu nóng ẩm điều kiện lý tởng cho tợng ăn mòn, gỉ, sét xảy Do xây dựng hệ cầu thép chi phí tu bảo dỡng cao IV.5 Kiến nghị phơng án kết cấu Theo phân tích thấy r»ng vỊ mỈt kinh tÕ kü tht cịng nh thi công phơng án có nhiều u điểm hai phơng án lại nên kiến nghị phơng án để xây dựng cầu Phơng án thiết kế kỹ thuật đồ án nguyễn Sỹ Việt CĐB K37 - 11 - Đại học Giao thông vận tải Đồ án Tốt Nghiệp Phần ii Thiết kế phơng án sơ chơng i phơng án sơ i cầu liên tục đúc hẫng I Giới thiệu kết cấu I.1 Kết cấu phần Kết cấu nhịp gồm nhịp có chiều dài 3x33 + 65 + 100+ 65 +3x33 = 438 m b»ng BTCT D¦L, thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân từ hai trụ Mặt cắt ngang dầm: Có dạng hộp với chiều cao thay đổi từ 6.0m (Trên đỉnh trụ) tới 2,5m (giữa nhịp cuối nhịp biên) thành hộp xiên, bề rộng đáy hộp thay đổi theo chiều cao hộp Cầu đợc bố trí đờng cong đứng R = 2500 m Trên mặt cầu nằm đờng thẳng Gèi cÇu: Dïng gèi cao su chËu thÐp Gèi cè định bố trí trụ T gối di động đợc bố trí hai trụ T1, T4 trụ T2 Khe co giÃn: Toàn cầu có khe co gi·n trªn mè, khe co gi·n trªn trụ T1, T2, T5 T6 Khe co giÃn cao su Mặt xe chạy: Bê tông atfal (6 cm) + tầng phòng nớc vật liệu farafon (1 cm) Mặt cắt ngang cầu tạo dốc ngang 2% đảm bảo thoát nớc mặt phía lan can qua ống thoát nớc Lan can cầu dùng lan can thép ống tròn I.2 Kết cấu phần dới - Mè: Mè U BTCT, mãng cäc khoan nhåi  1.0m Trụ: Trụ thân đặc BTCT, móng cọc khoan nhồi 1.0 m I.3 Vật liệu I.3.1 Bê tông Mác 450 300 300 150 I.3.2 áp dụng Dầm chủ dầm ngang BTCT đổ chỗ Cọc khoan nhồi, cọc đóng Mố trụ, lan can, độ Bê tông tạo phẳng bịt đáy móng Cốt thép thờng nguyễn Sỹ Việt CĐB K37 - 12 - Đại học Giao thông vận tải Đại lợng vật lý Giới hạn chảy Modul đàn hồi E I.3.3 Đồ án Tốt Nghiệp Đơn vị Mpa Mpa Thép dự ứng lực Loại tao Đờng kính danh định (1 tao) Diện tích danh định Khối lợng danh định Giới hạn chảy Giới hạn bền Lực phá hoại Modul đàn hồi PN Độ chùng ứng suất sau 1000 20 0C 0,7PN Thép có gờ 400 200000 Thép tròn trơn 240 200000 Đơn vị mm mm2 Kg/m Mpa Mpa KN Mpa 12.7 mm 12,7 98,7 0,775 1670 1860 183,7 195000 15.2 mm 15,2 140 1,1 1670 1860 260,7 195000 % 2,5% 2,5% I.4 §êng đầu cầu Đờng đầu cầu đợc thiết kế theo 22TCN – 4054 - 98 cđa Bé GTVT phï hỵp với cấp đờng tuyến II Thiết kế mặt cắt ngang - Tính đặc trng hình học tiết diện Mặt cắt ngang kiểu dầm hộp chiều cao thay đổi Chiều cao đáy dầm thay đổi liên tục theo đờng cong parabol : y = 0.0635.x KÝch thíc mỈt cắt đỉnh trụ nhịp nh hình vÏ ngun Sü ViƯt – C§B K37 - 13 - ... 26. 018 25. 010 24 .15 9 23.385 22.828 22.4 91 22.379 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 37.300 35.665 34 .12 0 32.6 71 31. 325 29.894 28.620 27. 512 26.575 25.724 25 .11 0 24.7 41 24. 617 ... 3.36E+09 2.78E+09 2.31E+09 1. 87E+09 1. 53E+09 1. 27E+09 1. 07E+09 9.05E+08 7.98E+08 7.38E+08 7 .18 E+08 1. 33E +10 1. 27E +10 1. 24E +10 1. 2E +10 1. 17E +10 1. 14E +10 1. 1E +10 1. 07E +10 1. 04E +10 1. 01E +10 9.86E+09 9.68E+09... 86555 8 610 5 - 14 - 14 72 71 135635 12 9692 12 4073 11 8804 11 3 910 10 8704 10 4072 10 0042 96638 93540 913 10 89966 89 516 288.6 245.3 224.0 204.4 18 6.4 17 0 .1 153.3 13 8.7 12 6.4 11 6.2 10 7.2 10 0.9 97 .1 95.9