ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU THIẾT KẾ CẦU VÒM

THIT K TT NGHIP GVHD : NGUYN THANH LONG
SVTH : THNH HIU
Tiờu chun thit k cu 22TCN272-2005 Trang 2
Lời nói đầu
Lời nói đầuLời nói đầu
Lời nói đầu


Đồ án tốt nghiệp là sự tổng hợp kiến thức các môn học đợc trang bị
trong trờng cũng nh các kinh nghiệm mà sinh viên thu nhận đợc trong suốt
quá trình nghiên cứu và làm đồ án. Nó thể hiện kiến thức cũng nh trình độ, khả
năng thực thi các ý tởng trớc một công việc, là bớc ngoặt cho việc áp dụng
những lý thuyết đợc học vào công việc sau này. Đồng thời nó cũng là một lần
sinh viên đợc xem xét, tổng hợp lại toàn bộ các kiến thức của mình học đợc
dới sự hớng dẫn, chỉ bảo của các giáo viên đã trực tiếp tham gia giảng dạy
mình trong quá trình học tập, nghiên cứu.
Sau thời gian tham gia học tập và nghiên cứu tại trờng, với đầy đủ các
yêu cầu của nhà trờng đề ra, em đủ điều kiện để tham gia làm đồ án tốt nghiệp
chuyên ngành: Cầu hầm dới sự hớng dẫn của thầy Nguyễn Thanh Long.
Nhiệm vụ của đồ án đặt ra bao gồm :
1.
1.1.
1. Thiết kế 3 phơng án sơ bộ cầu theo số liệu đợc cho.
2.
2.2.
2. Thiết kế kỹ thuật cầu.
3.
3.3.
3. Thiết kế thi công cầu.
Đồ án đợc hoàn thành với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ, chỉ bảo
của giáo viên hớng dẫn. Song do sự hạn chế về trình độ, chuyên môn cũng nh

kinh nghiệm thực tế của bản thân nên không thể tránh khỏi những sai sót. Rất
mong đợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô giáo để đồ án đợc hoàn chỉnh
hơn, giúp em hoàn thiện hơn kiến thức chuyên môn để khỏi bỡ ngỡ trớc công
việc thực tế sau khi tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Thanh
Long cũng nh toàn thể các thầy, cô giáo đã giúp đỡ em trong quá trình học tập
tại trờng.



Tp.HCM
Tp.HCMTp.HCM
Tp.HCM,
ngày 18 tháng 04 năm 2006







Sinh viên
Sinh viên Sinh viên
Sinh viên

Đỗ Thành Hiếu
Đỗ Thành HiếuĐỗ Thành Hiếu
Đỗ Thành Hiếu


THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 3
NhËn xÐt cña Gi¸o viªn h−íng dÉn:
NhËn xÐt cña Gi¸o viªn h−íng dÉn:NhËn xÐt cña Gi¸o viªn h−íng dÉn:
NhËn xÐt cña Gi¸o viªn h−íng dÉn:

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 4
NhËn xÐt cña Gi¸o viªn ®äc duyÖt:
NhËn xÐt cña Gi¸o viªn ®äc duyÖt:NhËn xÐt cña Gi¸o viªn ®äc duyÖt:
NhËn xÐt cña Gi¸o viªn ®äc duyÖt:

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 9


PHẦN I
THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ

MỞ ĐẦU


1. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ :
Cầu AB qua sông ĐN được thiết kế vónh cửu dành cho đường ô tô.

1.1. Quy phạm thiết kế :
• Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05
• Quy phạm kỹ thuật thiết kế đường phố, đường quảng trường đô thò 20 TCN – 104
– 83 của Bộ Xây dựng.
• Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205:1998.
• Yêu cầu chất lượng thi công coc khoan nhồi TCXD 206:1998.
• Các quy trình tham khảo :
1. Tiêu chuẩn thiết kế đường TCN4054-98
2. Tiêu chuẩn thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN18-89

1.2. Quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng cầu :
1 - Quy mô xây dựng : Cầu thiết kế vónh cửu.
2 – Tiêu chuẩn thiết kế :
• Tải trọng thiết kế :
HL93
Người đi bộ 3x10
-3
MPa.
• Khổ cầu : K = 9 + 2 x 1.50 m
• Tần xuất lũ thiết kế : P1%
• Khổ thông thuyền : sông cấp IV
Tónh ngang : B = 40m
Tónh cao : H = 6m
(ứng với mực nước thông thuyền P5%)
• Đường đầu cầu : Đường cấp III đồng bằng
• Bán kính đường cong đứng R = 4000 m


THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 10
2. ĐẶC ĐIỂM VÙNG XÂY DỰNG CẦU :

2.1. Đòa hình :
Bình đồ cao độ tỷ lệ 1/500 cho thấy khu vực xây dựng cầu có đòa hình tương đối
bằng phẳng. Nhà dân nằm rải rác 2 bên đường, chủ yếu là nhà tole và nhà lá.
Phiá thượng lưu cầu hiện hữu có hệ thống đường ống cấp nước, điện trung thế và
cáp quang.

2.2. Thủy văn :

Kênh AB thuộc hệ thống sông ĐN. Chế độ thuỷ văn sông ĐN và các kênh rạch
trong thành phố ngoài chòu ảnh hưởng của mưa lũ còn chòu ảnh hưởng của thủy
triều (chế độ bán nhật triều) với biên độ khoảng 3,0m.

Theo điều tra, các mực nước tính toán như sau :
• H1% = +1.68 m
• H5% = +1.479 m
• Hmin = -0.891 m

2.3. Khí tượng :
Kết quả thu thập tại trạm khí tượng Tân Sơn Nhất thành phố Hồ Chí Minh cho
thấy các đặc trưng khí hậu khu vực dự kiến xây dựng cầu như sau :

• Nhiệt độ :
Tháng 12 và tháng 1 có nhiệt độ thấp nhất : Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối là :
13,8
o
C (năm 1937).
Tháng 3, 4, 5 có nhiệt độ cao nhất : Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối là 40
o
C (năm
1992).

Bảng nhiệt độ trung bình max, min của tháng
Tháng

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Tt/b 25.8

26.7

27.5

28.9

28.3

27.5

27.1

27.1

26.8

26.7

26.4

25.7

Tmax 36.4

38.7

39.4

40.0

39.0

37.5

35.2

35.0

35.3

34.9

35.0

36.3

Tmin 13.8

16.0

17.4

20.0

20.0

19.0

16.2

20.0

16.3

16.5

16.9

13.9


• Gío :
Tốc độ gió trung bình cao nhất trong tháng 3 : 3,6m/s
Tốc độ gió trung bình thấp nhất tháng 12 : 2,0m/s
Tốc độ gió bình quân năm : 2,8m/s
Tốc độ gió mạnh nhất : 36m/s hướng WSW

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 11
• Mưa :
Trong năm chia làm 2 mùa :
+ Mùa mưa từ tháng 5 – tháng 10
+ Mùa khô từ tháng 11 – tháng 4
+ Lượng mưa ngày lớn nhất : 179mm (năm 1942)

Bảng lượng mưa trung bình tháng
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
h(mm)

13.8 4.1 10.5 50.4 218.4 311.7 293.7 269.8 327.1 266.7 116.5 48.3

• Độ ẩm không khí:

Sự biến đổi độ ẩm phù hợp với sự phân bố mưa trong năm
+ Độ ẩm tuyệt đối trung bình năm 27,6%
+ Độ ẩm tương đối trung bình năm 80%

2.4. Đòa chất :

Qua tài liệu khoan đòa chất , cấu tạo đòa tầng ở khu vực dự kiến xây dựng
cầu như sau :
• Lớp 1 : Đất đắp, đất sét lẫn bột, trạng thái mềm, có chiều dày 1.7 đến
5.3m. Trò số SPT 0-2.
• Lớp 2 : Đất cát hạt vừa đê1n mòn lẫn bột, dày 7.1 đến 12.80m. Trò số SPT
5-17.
• Lớp 3 : Đất sét lẫn bột màu xám nhạt, trạng thái chặt, có chiều dày 1.20m
đến 4.90m. Trò số SPT 21-26.
• Lớp 5 : Cát hạt vừa đến mòn lẫn ít sét, sỏi sạn, chiều dày trung bình
12.10m-26.90m. Trò số SPT 25-35.


THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Thit k s b phng án I
GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
5. Thiết kế sơ bộ mố, trụ :
5.1. Tính mố cầu :
Các kích thước :
5.1.1. Xác đònh tải trọng thẳng đứng tại mặt cắt đáy móng :
+ Tónh tải nhòp và mố (DC) :

γ
DC
=
Tónh tải nhòp :
Dầm dọc
kN
Bản mặt cầu
kN
Lan can, lề bộ hành
Σ
kN
Trọng lượng bản thân mố :
Bệ mố
kN
Tường thân
kN
Tường đỉnh
kN
Mấu đỡ bản quá độ
kN
Tường cánh
kN
Đá kê gối
kN
Tường tai
kN
Phản lực do TLBT bản quá độ
kN
Σ
kN

+ Tónh tải lớp phủ và tiện ích công cộng (DW) :
γ
DW
=
Lớp phủ mặt cầu
kN
Σ
kN
3156.00
1112.00
289.44
361.90
17.30
15.94
4989.71
254.30
254.30
1.25
1.50
1884.36
1206.45
3090.81
1163.00
37.13
354.23
677
260
105
709
359

215
100
10
500
17510 25
135
15
150
300
10 100
175 25
9540409
544
259
40100264
TIM DẦM
30
45
3%
30 5030
217
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 32
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Thit k s b phng án I
GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
+ Tónh tải đất đắp (EV) :
γ
EV
=

Đất đắp trên bệ móng mố kN
+ Hoạt tải trên kết cấu nhòp :
γ
LL,PL
=
Hoạt tải xe ô tô trên kết cấu nhòp (LL) :
Xe hai trục
Xe tải thiết kế
Tải trọng làn
Hoạt tải người (PL):
R
PL
= q
PL
.
ω
= 4.5*19.15*2 = kN
19.15
1'
172.350
ω
L
0.969
1
2'
1
2
3
1
110.00

kN
Tải trọng Vò trí
Tung độ
ĐAH
Tải trọng
trục
35
9.3
Phản lực Đơn vò
110
110
145
145
106.55
145.00
128.72
27.14
kN
kN
kN
kN
R
LL
= [max(R
truck
,R
tandem
)*(1+IM)/100 + R
lane
]

kN178.10
1108.34 kN
1.35
1.75
0.888
0.775
19.15
38.30 m
1493.36
1
4.3m
4.3m
145 kN
145 kN
145 kN
1.2 m
110 kN
110 kN
ω
=
1
2
3
1'
2'
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 33
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Thit k s b phng án I
GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU

Tổ hợp tải trọng thẳng đứng :
Tónh tải nhòp và mố (DC)
kN
Lớp phủ và tiện ích (DW)
kN
Tónh tải đất đắp (EV)
kN
Hoạt tải xe (LL)
kN
Tải trọng người đi (PL)
kN
kN
Ứng lực thẳng đứng tính toán tác dụng lên mặt cắt đáy móng :
Ση.γ
i
.V
i
= 1.05*14739.35= kN
1.35
1493.36
10100.65
381.45
2016.04
1939.60
1.50
8080.52
254.30
1.25
Σ
ΣΣ

ΣV γ.
γ.γ.
γ.V
Σ =
Σ =Σ =
Σ = 14739.35
1.75
1.75
1108.34
172.35
301.61
15476.32
Tải trọng
γ
γ γ
γ
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 34
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Thit k s b phng án I
GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
5.1.2.1. Số liệu chung :
• Loại cọc D = 1.00 m
• Chiều dài cọc trong ñất L = 38.00 m
• Cao ñộ ñỉnh cọc Lev1 = -1.74 m
• Cao ñộ mũi cọc Lev2 = -53.74 m
• Cao ñộ mực nước thông thuyền MNTT = 0.94 m
• Cao ñộ mặt ñất thiên nhiên MðTN = 1.75 m
• Diện tích mặt cắt ngang cọc
A

p
= 0.79
m
2
• Chu vi mặt cắt ngang cọc P = 3.14 m
• Số lượng cọc n = 8.00 cọc
• Chiều dày lớp bê tông bịt ñáy
h
bd
= 0.50 m
• Diện tÝch ®¸y mãng
A
dm
= 63.00
m
2
• Trọng lượng bê tông bịt ñáy xét tới lực ñẩy nổi
W
bd
= 472.5 kN
• Cường ñộ bê tông thân cọc
f'
c
= 30.00 MPa
• Trọng lượng riêng bê tông
γ
c
= 25.00
kN/m
3

• Mô ñun ñàn hồi bê tông cọc
E
c
= 29440 MPa
• Trọng lượng bản thân cọc W = 746.1 kN
5.1.2.2. Khả năng chịu tải của cọc :
Sức kháng tính toán của cọc theo ñất nền
Q
R
= Φ
qp
•Q
p
+ Φ
qs
•Q
s
Q
p
Sức kháng mũi cọc
Q
p
= q
p
•A
p
Q
s
Sức kháng thân cọc
Q

s
= q
s
•A
s
q
p
Sức kháng ñơn vị mũi cọc
q
s
Sức kháng ñơn vị thân cọc
A
s
Diện tích bề mặt thân cọc
A
s
= P•L
i
Φ
qp
Hệ số sức kháng ñối với sức kháng mũi cọc
Φ
qs
Hệ số sức kháng ñối với sức kháng thân cọc
Hệ số sức kháng mũi cọc trong ñất sét
Φ
qp
= 0.55
Hệ số sức kháng thành bên trong ñất sét
Φ

qs
= 0.65
Hệ số sức kháng của nhóm cọc
η
= 0.70
Sức kháng ñơn vị bề mặt danh ñịnh q
s
ñược tính
như sau ðất rời:
q
s
= 0.0028•N
tb
ð
ất dính:
q
s
= α•S
u
α
Hệ số dính bám phụ thuộc vào giá trị của S
u
N
tb
Số búa ñếm SPT trung bình dọc thân cọc
S
u
Cường ñộ kháng cắt không thoát nước trung bình
5.1.2. Xác ñịnh sức chịu tải thẳng ñứng của cọc theo ñất nền :
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -2005 Trang 35

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Thit k s b phng án I
GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Z ðộ xun của cọc khoan = 33.3 m
Loại đất Cao độ ðộ sâu
L
i
N
S
u
q
s
Q
s
(m) (m) (m) (MPa)
(kN/m
2
)
(kN)
2
Sét 2
0 -
2
0.010 - -
2
Sét -2.719
4.7 4.72 10 0.050 - -
1
Cát -11.119

13.1 8.40 13 - 36.4 960.1
1
Cát -13.219
15.2 2.10 15 - 42.0 276.9
2
Sét -15.004
17.0 1.79 21 0.105 - -
2
Sét -18.076
20.1 3.07 26 0.130 - -
1
Cát -22.696
24.7 4.62 28 - 78.4 1137.3
1
Cát -30.676
32.7 7.98 30 - 84.0 2104.8
1
Cát -34.745
36.7 4.07 31 - 86.8 1109.0
1
Cát -36
38.0 1.26 32 - 89.6 353.1
Sức kháng thân cọc
Φ
ΦΦ
Φ
qs
•Q
s
= 5941.3 kN

Sức kháng mũi cọc
Sét
q
p
= N
c
•S
u
< 4.0 Với: N
c
= 6•(1 + 0.2•(Z/D))<= 9
-
q
p
-
Cát
q
p
= 0.064•N
Với: N < 60 (MPa)
q
p
= 2048
Sức kháng mũi cọc
Φ
ΦΦ
Φ
qp
•Q
p

= 2048 kN
Khả năng chịu tải của cọc theo đất nền
Q
R
= η
ηη
η•(Φ
ΦΦ
Φ
qp
•Q
p
+ Φ
ΦΦ
Φ
qs
•Q
s
) - γ
γγ
γ
n
•W
4660= kN
5.1.2.3. Sơ bộ tính số cọc :
Ứng lực thẳng đứng tính toán tác dụng lên mặt cắt đáy móng :
Ση.γ
i
.
V

i
=
15476.3
kN
Ση.γ
i
.
V
i
15476.32
φ
qp
.Q
p
4659.83
Chọn :
n = 8 cọc
= 3.3 cọc
n
p
=
=
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 -2005 Trang 36
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Thit k s b phng án I
GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
5.2. Tính trụ cầu :
Các kích thước :
5.2.1. Xác đònh tải trọng thẳng đứng tại mặt cắt đáy móng :

+ Tónh tải bản thân trụ (DC) :
γ
DC
=
Trọng lượng bản thân trụ :
Bệ trụ
kN
Thân trụ
kN
Σ
kN
+ Phản lực gối thẳng đứng chân vòm :
R
A
= kN (gía trò tính toán)
+ Phản lực gối nhòp biên :
R
B
= kN (gía trò tính toán)
Ứng lực thẳng đứng tính toán tác dụng lên mặt cắt đáy móng :
Ση.γ
i
.V
i
= 1.05*48805.56= kN
12197
21140
1.25
8400.00
7068.75

51245.83
15468.75
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 37
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Thit k s b phng án II
GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
5.2.2. Khả năng chịu lực của cọc theo ñất nền :
5.2.2.1. Số liệu chung :
• Loại cọc D = 1.50 m
• Chiều dài cọc trong ñất L = 52.00 m
• Cao ñộ ñỉnh cọc Lev1 = -4.39 m
• Cao ñộ mũi cọc Lev2 = -56.39 m
• Cao ñộ mực nước thông thuyền MNTT = 2.02 m
• Cao ñộ mặt ñất thiên nhiên MðTN = -10.21 m
• Diện tích mặt cắt ngang cọc
A
p
= 1.77
m
2
• Chu vi mặt cắt ngang cọc P = 4.71 m
• Số lượng cọc n = 12.00 cọc
• Chiều dày lớp bê tông bịt ñáy
h
bd
= 2.00 m
• Diện tÝch ®¸y mãng
A
dm

= 141.96
m
2
• Trọng lượng bê tông bịt ñáy xét tới lực ñẩy nổi
W
bd
= 4116.8 kN
• Cường ñộ bê tông thân cọc
f'
c
= 30.00 MPa
• Trọng lượng riêng bê tông
γ
c
= 24.50
kN/m
3
• Mô ñun ñàn hồi bê tông cọc
E
c
= 28561 MPa
• Trọng lượng bản thân cọc W = 2251.3 kN
5.2.2.2. Khả năng chịu tải của cọc :
Sức kháng tính toán của cọc theo ñất nền
Q
R
=
Φ
qp
•Q

p
+
Φ
qs
•Q
s
Q
p
Sức kháng mũi cọc
Q
p
= q
p
•A
p
Q
s
Sức kháng thân cọc
Q
s
= q
s
•A
s
q
p
Sức kháng ñơn vị mũi cọc
q
s
Sức kháng ñơn vị thân cọc

A
s
Diện tích bề mặt thân cọc
A
s
= P•L
i
Φ
qp
Hệ số sức kháng ñối với sức kháng mũi cọc
Φ
qs
Hệ số sức kháng ñối với sức kháng thân cọc
Hệ số sức kháng mũi cọc trong ñất sét
Φ
qp
= 0.55
Hệ số sức kháng thành bên trong ñất sét
Φ
qs
= 0.65
Hệ số sức kháng của nhóm cọc
η
= 0.67
Sức kháng ñơn vị bề mặt danh ñịnh q
s
ñược tính như sau
như sau ðất rời:
q
s

= 0.0028•N
tb
ðất dính:
q
s
=
α
•S
u
α
Hệ số dính bám phụ thuộc vào giá trị của S
u
N
tb
Số búa ñếm SPT trung bình dọc thân cọc
S
u
Cường ñộ kháng cắt không thoát nước trung bình
Z ðộ xuyên của cọc khoan = 47.6 m
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 38
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Thit k s b phng án II
GVHD : NGUYỄN THANH LONG
SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Cao độ ðộ sâu
L
i
N
S
u

q
s
Q
s
(m) (m) (m) (MPa)
(kN/m
2
)
(kN)
2
Sét 0
0 -
1.5
0.008 4.13 -
2
Sét -4.898
4.9 4.90 2 0.010 5.50 -
1
Cát -13.298
13.3 8.40 3 - 8.40 -
1
Cát -15.398
15.4 2.10 5 - 14.00 138.5
2
Sét -17.183
17.2 1.79 8 0.040 22.00 185.0
2
Sét -20.255
20.3 3.07 10 0.050 27.50 397.9
1

Cát -24.875
24.9 4.62 15 - 42.00 913.9
1
Cát -32.855
32.9 7.98 21 - 58.80 2210.0
1
Cát -36.924
36.9 4.07 26 - 72.80 1395.2
1
Cát -40.984
41.0 4.06 31 - 86.80 1659.8
1
Cát -42.064
42.1 1.08 35 - 98.00 498.5
1
Cát -50.224
50.2 8.16 38 - 106.40 4089.3
1
Cát -52.5
52.5 2.28 40 - 112.00 1200.6
Sức kháng thân cọc
Φ
ΦΦ
Φ
qs
•Q
s
= 12485 kN
Sức kháng mũi cọc
Sét

q
p
= N
c
•S
u
< 4.0
Với: N
c
= 6•(1 + 0.2•(Z/D))<= 9
N
c
-
q
p
-
Cát
q
p
= 0.064•N
Với: N < 60 (MPa)
q
p
= 2560
Sức kháng mũi cọc
Φ
ΦΦ
Φ
qp
•Q

p
= 2560 kN
Khả năng chịu tải của cọc theo đất nền
Q
R
=
η
ηη
η
•(
Φ
ΦΦ
Φ
qp
•Q
p
+
Φ
ΦΦ
Φ
qs
•Q
s
) -
γ
γγ
γ
n
•W
= 7216 kN

5.2.3. Sơ bộ chọn số cọc :
Ứng lực thẳng đứng tính toán tác dụng lên mặt cắt đáy móng :
Ση.γ
i
.
V
i
=
51245.83 kN
Ση.γ
i
.
V
i
φ
qp
.Q
p
Chọn :
n = 11 cọc
Loại đất
Loại đất
mũi cọc
n
p
=
= 7.10 cọc
51245.8
7215.71
=

Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 39
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 40
6. Dự kiến tổ chức thi công :
6.1. Thi công mố
- Ban gạt tạo mặt bằng cho thiết bò ra vào vò trí thi công bằng mái ủi.
- Lắp dựng ống vách d100cm bằng cầu 25T kết hợp búa rung.
- Tiến hành khoan cọc bằng dàn khoan di động kết hợp bơm Bentonite giữ thành vách.
- Vệ sinh đáy lỗ khoan.
- Lắp dựng lồng thép.
- Đổ bê tông cọc (phương pháp đổ bê tông dưới nước).
- Công tác nghiệm thu cọc.
- Đào hố móng, đập đầu cọc, đổ bê tông lót.
- Lắp đặt ván khuôn.
- Lắp dựng cốt thép.
- Đổ bê tông mố.
- Tháo dở ván khuôn, nghiệm thu mố.
6.2. Thi công trụ T4 :
- Đóng cọc đònh vò và khung đònh vò
- Đònh vò tim cọc và rung hạ ống vách thép
- Khoan cọc
- Cẩu hạ lồng thép
- Vệ sinh lổ khoan và đổ bê tông cọc
- Rung hạ cọc ván thép, đổ bê tông bòt đáy, hút nước hố móng
- Lắp ván khuôn đổ bê tông bệ và thân trụ
6.3. Thi công kết cấu nhòp :
- Dựng trụ tạm, dùng xà lan chở các đoạn vòm ra vò trí cầu
- Dùng cẩu đặt trên xà lan cẩu từng đoạn vòm đưa vào vò trí
- Hàn nối các đoạn vòm lại với nhau, đổ bê tông vòm và căng cáp vòm

- Thi công dầm ngang, dùng cẩu cẩu các đoạn dầm đưa vào vò trí, dùng hệ
thống tời kéo dầm ngang lên
- Thi công dầm dọc, dùng cẩu cẩu dầm đưa vào vò trí lắp đặt
- Thi công lớp bản mặt cầu và lớp phủ bên trên
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 12

THIẾT KẾ SƠ BỘ

_ PHƯƠNG ÁN I –
CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG


1 Số liệu thiết kế :
Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 272 – 05
Khổ cầu 9 + 2 x 1.5 m
Tải trọng HL93 + Người đi bộ 3 x 10
-3
MPa
Sơ đồ kết cấu nhòp 2 x 40 + 100 + 2 x 40 m
Kết cấu nhòp chính vòm cứng dầm mềm

2 Giới thiệu kết cấu phần trên :
2.1 Kết cấu vòm :
2.1.1 Cuống vòm :
Nhòp chính gồm 2 cuống vòm, mỗi cuống vòm được hàn từ 2 ống thép
φ1000 x 12mm và 2 tấm thép 600 x 12mm, tạo thành mặt cắt ngang hình quả tạ
cao 2400mm. Hai ống thép và khoang sườn được lấp đầy bê tông loại C50 qua
3 ống thông lên mặt trên cuống vòm. Để ngăn hai tấm thép nở hông khi bơm

bê tông, các thanh thép φ22 được đặt bên trong khoang sườn cách nhau 600mm
theo hướng trục vòm, hai đầu thanh hàn vào mặt trong hai tấm thép sườn vòm.
Mặt cắt cuống vòm ở chân sườn vòm thay đổi thành mặt cắt hình chữ nhật với
phần trên và dưới là hai nữa hình tròn.


THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 13
o Nhòp tính toán 97.6 m
o Đường tên 19.5 m

2.1.2 Chân vòm :
Chân vòm được hàn từ những tấm thép thành hình lục giác. Kích thước
bao ngoài là 5000mm x 4646mm x 1200mm (Dài x Cao x Rộng).Chân vòm
dạng kết cấu hộp. Cuống vòm gắn vào mặt nghiêng của chân vòm. Cáp ngang
(nối 2 chân vòm) đi xuyên qua chân vòm và neo vào mặt bên kia. Chân vòm
đặt trên gối, trên mũ trụ. Tất cả không gian bê trong sẽ được lấp bằng bê tông
C50 qua những lỗ để sẵn ở mặt trên của chân vòm.

2.1.3 Hệ dằng ngang :
Hai cuống vòm được liên kết với nhau nhờ 6 khung dằng ngang và 2 dầm
ngang chân vòm. Dằng ngang là giàn có thanh mạ thượng và hạ là ống thép
φ700 x 10 mm, các thanh xiên φ400 x 10 mm. Thanh mạ thượng được hàn với
ống thép trên của cuống vòm, thanh mạ hạ hàn vào ống thép phía dưới. Sau khi
lắp đặt, bê tông C50 được bơm vào hai ống thép. Ống thép thanh xiên không
nhồi bê tông.


2.1.4 Cáp treo :

Mỗi cuống vòm có 17 cáp treo cách nhau 5200mm. Mỗi cáp treo làm từ
bó sợi thép Cacbon mạ kẽm cường độ cao 55φ7, cường độ tiêu chuẩn của sợi
thép là R
b
y
= 1670 MPa. Bên ngoài có hai lớp bảo vệ bằng polythene mật độ
cao. Hai đầu được neo bằng neo OVMLZM7-55. Cáp treo được bảo vệ trong
ống théo không gỉ trong phạm vi 3m trên bản mặt cầu.
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 14
2.1.5 Thanh giằng (cáp dọc ở chân vòm) :
Có 8 bó cáp thép cường độ cao, độ tự chùng thấp làm việc như thanh dằng
giữa hai chân vòm. Mỗi bó làm từ 22 tao 15.24mm (22φ15.24), mỗi tao có 7 sợi
φ5 (7φ5). Cường độ tiêu chẩn của thép R
b
y
= 1860 MPa, bên ngoài có hai lớp
bảo vệ bằng polythene mật độ cao.

2.2 Kết cấu mặt cầu :
Gồm dầm dọc biên, dầm ngang, dầm mặt cầu dạng mặt cắt chữ T, lớp bê
tông mặt cầu …
2.2.1 Dầm ngang :
Có 17 dầm ngang trung gian và 2 dầm ngang chân vòm. Dầm ngang trung
gian là dầm BTCT thường mặt cắt chữ nhật 1200mm x 700mm (Cao x Rộng),
có 2 consol rộng 300mm hai bên để đở dầm dọc biên và dầm mặt cầu. Dầm
ngang dài 15.5m, chiều dài tính toán 14.3m.
2.2.2 Dầm dọc biên :
Các dầm thuận theo hướng cầu là loại dầm đúc sẵn bằng bê tông cốt thép

có mặt cắt hình hộp.
+ Chiều dài: 4.5m và 6.5m (khoang sát chân vòm)
+ Số dầm dọc trong mỗi khoang: 2 dầm
+ Số dầm dọc trong cả cầu: 36 dầm
2.2.3 Bản mặt cầu :
Bản mặt cầu sử dụng loại dầm bản T được đúc sẵn bằng BTCT.
+ Chiều dài: 4.5m và 6.5m (khoang sát chân vòm)
+ Số dầm trong mỗi khoang: 13 dầm
+ Số dầm trong cả cầu: 234 dầm
2.3 Vật liệu :
2.3.1 Bê tông :

γ
c
= 2500 kg/m
3
= 25 kN/m
3


Trong ống thép cuống vòm Grade C50 không trương nở
Trong chân vòm Grade C50 không trương nở
Dầm ngang Grade C50
Dầm dọc biên Grade C40
Dầm chữ nhật của bản mặt cầu Grade C40
Dầm chữ T của bản mặt cầu Grade C50
Lớp vữa bê tông bản mặt cầu Grade C40 chống thấm
Hộp cáp ngang Grade C30
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU

Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 15
2.3.2 Cốt thép thường :

γ
s
= 7850 kg/m
3
= 78.5 kN/m
3


Cấu kiện BTCT thường và BTCT DUL Thép có gờ Grade II F
y
= 310 MPa
Cốt đai Thép tròn trơn Grade I

F
y
= 210 MPa

2.3.3 Thép cường độ cao :
Thép DUL trong dầm ngang là thép cường độ cao, độ tự chùng thấp (theo
ASTM416-87A). Đường kính danh đònh 15.24mm gồm 7φ5. Cường độ tiêu
chuẩn R
b
y
= 1860 MPa, neo loại OVM15-9.
Mỗi bó cáp của thanh dằng ngang chân vòm gồm 22 tao φ15.24mm, được
bảo vệ trong hai lớp polythene mật độ cao. Neo loại OVMLZM7-55.
Cáp treo là thép mạ kẽm, cường độ cao 55φ7 bọc trong hai lớp polythene

mật độ cao. Neo loại OVMLZM7-55. Cường độ tiêu chuẩn R
b
y
= 1670 MPa.

Thép DUL trong dầm ngang 9φ15.24 mm R
b
y
= 1860 MPa OVM15-9
Mỗi bó cáp của thanh dằng dọc 22φ15.24 mm R
b
y
= 1860 MPa OVMLZM7-55

Cáp treo 55φ7 mm R
b
y
= 1670 MPa OVMLZM7-55


2.3.4 Thép tấm :

Cuống vòm, dằng ngang,
chân vòm
Thép tấm hợp kim thấp cường độ cao
loại Q345B
F
y
= 345 MPa
Cấu kiện khác Thép Cacbon Q235 F

y
= 235 MPa

2.4 Gối cầu :
Gối cao su
Gối cố đònh GPZ15GD
Gối di động GPZ15DX

3 Giới thiệu kết cấu phần dưới :
3.1 Mố cầu :
Dạng mố U BTCT.
3.2 Trụ ở chân vòm :
Dạng trụ thân đăc.
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 16
4 Tính toán kết cấu phần trên :
4.1 Số liệu vòm :
Nhòp vòm tính toán l = 97.6 m
Đường tên f =19.5 m
Phương trình đường cong trục vòm :



Bảng toạ độ các mặt cắt :

STT

∆X (m) X (m) Y (m) ϕ(
o

)
0 0 0 0 36.510
1 7.2 7.2 5.330 32.566
2 5.2 12.4 8.651 28.966
3 5.2 17.6 11.529 25.097
4 5.2 22.8 13.965 20.968
5 5.2 28 15.957 16.597
6 5.2 33.2 17.507 12.019
7 5.2 38.4 18.614 7.279
8 5.2 43.6 19.279 2.438
9 5.2 48.8 19.500 0

4.2 Xác đònh tải trọng tác dụng :
4.2.1 Tónh tải :
4.2.1.1 Trọng lượng bản thân vòm :
Xét mặt cắt đỉnh vòm


2
4 ( )
f l x x
y
l
−
=
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 17
Diện tích phần thép trong mặt cắt ngang :
Đường kính ống thép D

st
= 1000 mm
Chiều dày ống thép t
st
= 12 mm
Chiều cao tấm thép sườn h
aw
= 600 mm
Chiều dày tấm thép sườn t
aw
= 12 mm
A
as
= 2 * (π * D
st
* t
st
+ t
aw
* h
aw
)
= 2 * (3.14 * 1 * 0.012 + 0.012 * 0.6) = 0.0898 m
2

Diện tích phần bê tông trong mặt cắt ngang :
A
ac
= 2 * π * (D
st

2
/4)

+ t
aw
* h
aw

= 2 * 3.14 * (¼) + 0.6 * 0.6 = 1.930 m
2

Trọng lượng bản thân rải đều theo phương trọng lực trên từng đoạn vòm
tính theo công thức :
DC =
γ
*A / cos
ϕ

Bảng giá trò trọng lượng bản thân vòm :

STT

ϕ(
o
) DC
as


DC
ac

DC
a

0 36.510 8.770 60.055

68.826

1 32.566 8.364 57.275

65.639

2 28.966 8.057 55.171

63.228

3 25.097 7.784 53.302

61.086

4 20.968 7.549 51.693

59.242

5 16.597 7.356 50.368

57.724

6 12.019 7.207 49.352

56.559

7 7.279 7.106 48.662

55.769

8 2.438 7.056 48.314

55.369

9 0.000 7.049 48.270

55.319

Ghi chú :
DC
as
– trọng lượng phần thép trong mặt cắt ngang
DC
ac
– trọng lượng phần bê tông trong mặt cắt ngang
DC
a
– trọng lượng vòm liên hợp
Đơn vò kN/m
4.2.1.2 Trọng lượng bản thân khung liên kết ngang :
Ống φ
φφ
φ700mm :

+ Diện tích phần thép trong mặt cắt ngang :
Đường kính ống thép D
st
= 700 mm
Chiều dày ống thép t
st
= 10 mm
A
as
= π * D
st
* t
st

= 3.14 * 0.7 * 0.01 = 0.02198 m
2

+ Diện tích phần bê tông trong mặt cắt ngang :
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 18
A
ac
= π * (D
st
2
/4)


= 3.14 * [(0.7

2
)/4] = 0.38465 m
2

+ Trọng lượng bản thân rải đều theo phương trọng lực :
DC
as7
=
γ
s
*A
as
= 78.5*0.02198 = 1.725 kN/m
DC
ac
=
γ
c
*A
ac
= 25*0.38465 = 9.616 kN/m
DC
ar7
= DC
as
+ DC
ac
= 11.341 kN/m
Ống φ
φφ

φ400mm :
+ Diện tích phần thép trong mặt cắt ngang :
Đường kính ống thép D
st
= 400 mm
Chiều dày ống thép t
st
= 10 mm
A
as
= π * D
st
* t
st

= 3.14 * 0.4 * 0.01 = 0.01256 m
2

+ Trọng lượng bản thân rải đều theo phương vuông góc trục thanh :
DC
as
=
γ
s
*A
as
= 78.5*0.01256 = 0.98596 kN/m
+ Trọng lượng bản thân rải đều theo phương trọng lực :
DC
as4

=
γ
s
*A
as
/cos(30
o
)= 78.5*0.01256/0.866 = 1.138 kN/m
Chiều dài khung 14.3m, tải trọng tác dụng lên một vòm do một khung là
tải trọng tập trung có giá trò :
DC
trf
= (DC
ar7
+ DC
ar4
)*14.3 / 2
= (11.341 + 1.138 )*14.3 / 2 = 89.225kN
Có 6 khung liên kết ngang.
4.2.1.3 Trọng lượng bản thân dầm ngang :
Có 17 dầm ngang trung gian và 2 dầm ngang ở chân vòm.
Xét dầm ngang trung gian

Diện tích mặt cắt ngang :
A
trb
= 1.2*0.7 + 2*(0.3*0.4) = 1.080 m
2

Trọng lượng bản thân dầm ngang :

DC
trb
=
γ
c
* A
trb
= 25*1.080 = 27 kN/m
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 19
4.2.1.4 Trọng lượng bản thân dầm dọc mặt cầu :
Trên mặt cắt ngang có 13 dầm dọc mặt cầu tiết diện chữ T.
Các khoang giữa, dầm dọc T dài 4.5m
Hai khoang biên sát chân vòm, dầm dọc T dài 6.45m
Xét dầm dọc mặt cầu các khoang giữa (dầm dọc mặt cầu loại I)

Diện tích mặt cắt ngang :
A
Tb
= 1.0*0.08 + 0.34*0.27 = 0.172 m
2

Trọng lượng bản thân dầm dọc T :
DC
Tb
=
γ
c
* A

Tb
= 25*0.172 = 4.3 kN/m
4.2.1.5 Trọng lượng lan can, lề bộ hành :
Tải trọng do trọng lượng lan can và lề bộ hành được tính rải đều cho tất
cả dầm dọc T trên mặt cắt ngang, có giá trò
DC
ped
= 0.65 kN/m
4.2.1.6 Trọng lượng lớp phủ mặt cầu :
Tải trọng do trọng lượng lớp phủ mặt cầu rải đều theo phương dọc cầu
Lớp bê tông atphan dày 5 cm
DW
alp
= 9*0.05*23 = 10.35 kN/m
Lớp phòng nước 1 cm
DW
wr
= 9*0.01*15 = 1.35 kN/m
Lớp vữa tạo dốc 2 cm
DW
sp
= 9*0.02*15 = 2.70 kN/m
Trọng lượng lớp phủ rải đều trên một dầm dọc :
DW = ΣDW
i
/ n
Tb

= (10.35+1.35+2.70)/13 = 1.11 kN/m
n

Tb
– số dầm dọc trên một mặt cắt ngang cầu

4.2.2 Hoạt tải xe :
HL93 gồm hai tổ hợp :
1. Xe tải (35+145+145 kN) + tải trọng làn 9.3 kN/m
2. Xe hai trục (110+110 kN) + tải trọng làn 9.3 kN/m
Hệ số xung kích = (1 + IM)/100
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 20
Trong thiết kế sơ bộ, chỉ xét trạng thái giới hạn cường độ I
(TTGH CĐ I), lấy :
IM = 25%
Số làn thiết kế :
n
L
= Phần nguyên( W/3500 )
= Phần nguyên( 9000/3500 ) = 2 làn
Hệ số làn :
Số làn Hệ số làn m
1 1.2
2 1.0

4.2.3 Tải trọng người đi bộ :
Tải trọng người đi bộ = 3.0 kN/m
2

Tải trọng người đi bộ rải đều theo phương dọc cầu trên cả hai lề bộ
hành:

PL = P*3.0
= 1.5*3.0 = 4.5 kN/m (1 bên )
P – chiều rộng lề bộ hành một bên

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN THANH LONG
Thit k s b phng án I SVTH : ðỖ THÀNH HIẾU
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-2005 Trang 21
4.3 Mô hình hoá và tính nội lực :
Tính toán được thực hiện bằng chương trình MIDAS/Civil 6.3.0
4.3.1 Mô hình kết cấu :


4.3.2 Kết quả nội lực :
Trong thiết kế sơ bộ, chỉ xét Trạng thái giới hạn Cường độ I với hoạt tải
xe 2 làn, người trên 2 lề bộ hành xếp lệch tâm về 1 bên để gây nội lực
bất lợi trong cuống vòm cũng như cáp treo. Với bộ phận kết cấu khác ta
xếp tải đúng tâm.
4.3.2.1 Nội lực vòm :
Xe tải thiết kế :
-16126
-15422
-14884
-14410
-13919
-13582
-13258
-13054
-12907
-12907
-13054

-13258
-13582
-13919
-14410
-14884
-15425
-16123

Lực nén dọc trục N
min
(kN)
5367
7646
8935
9498
9503
8851
8117
6604
5826
5826
6604
8117
8851
9503
9498
8939
7655
5331
-4216

-5984
-6787
-6787
-6695
-6575
-5571
-4721
-3422
-3422
-4720
-5571
-6575
-6695
-6785
-6785
-5980
-4231

Mômen M
max
và M
min
(kN.m)
746
471
414
442
600
609
773

729
812
709
744
610
654
544
634
626
667
750
-756
-663
-627
-634
-544
-654
-610
-744
-709
-812
-729
-773
-609
-600
-443
-415
-467
-749

Lực cắt Q
max
và Q
min
(kN)

Xe hai trục :