Bài giảng Cơ Sở Công Trình Cầu

Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 1 | 130

Chương 1: Tổng quan về các công trình xây dựng
giao thông trên đường
1.1. Các dạng công trình xây dựng phục vụ giao thông trên
ñường
Tuyến giao thông là khái niệm chỉ cách thức để đi từ một điểm A nào đó đến một điểm
B. Có rất nhiều cách để đi từ A đến B: đi bộ, đi xe đạp, đi ôtô, đi tàu hoả, đi bằng máy bay,
tàu thủy… Tương ứng với các phương tiện giao thông này là các công trình phục vụ cho
giao thông như đường, cầu, hầm, nút giao thông v.v…
Công trình giao thông: Công trình giao thông bao gồm các công trình đường bộ,
công trình đường sắt, công trình đường thủy, công trình cầu, công trình hầm và công
trình sân bay. Công trình giao thông trên đường thực chất là những công trình nhân tạo
trên đường do con người tạo nên nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển, giao thông đi lại của
mình. Đó là các công trình vượt qua các chướng ngại thiên nhiên, các chướng ngại nhân
tạo, một tuyến giao thông khác; hoặc những công trình chắn đất. Các công trình giao
thông trên một tuyến nào đó có thể gồm: Cầu, hầm, tường chắn, và các công trình thoát
nước nhỏ như đường tràn, cầu tràn và cống.
Có hai trường phái khi thiết kế lựa chọn các công trình giao thông. Trường phái thứ
nhất lựa chọn trên quan niệm rằng con người có thể chinh phục được thiên nhiên. Điều
này có nghĩa là con người có thể làm bất kỳ công trình gì con người muốn và thiên nhiên
phải phục tùng con người, con người có thể khắc chế được thiên nhiên. Với trường phái
này, thiên nhiên bị tác động cưỡng bức rất mạnh, và theo thuyết môi trường thì có thể là
không hợp lý. Trường phái thứ hai thiết kế các phương án trên quan niệm thuận theo
thiên nhiên. Chính các quan niệm này đã hình thành nên những bức tranh tổng thể về các
công trình giao thông trên thế giới.
1.2. Phân loại và phân cấp công trình giao thông
1.2.1. Các khái niệm cơ bản
- Công trình giao thông: Công trình gia thông bao gồm các công trình đường bộ, công
trình đường sắt, công trình đường thủy, công trình cầu, công trình hầm và công trình sân

bay.
1.2.2. Công trình đường bộ
- Đường bộ: là các loại đường bao gồm đường ô tô, đường phố, đường ô tô cao tốc,
đường ô tô chuyên dùng, đường giao thông nông thôn v.v. phục vụ vận tải và đi lại trên
mặt đất cho người đi bộ, ôtô, xe máy và các phương tiện vận chuyển khác trừ xe lửa, xe
điện bánh sắt.
- Đường cao tốc: là loại đường chuyên dùng để vận chuyển ở cự li lớn, cho ôtô chạy
với tốc độ cao, các hướng xe chạy tách riêng hai chiều và không giao cắt cùng mức với
các tuyến đường khác, trong đó, mỗi chiều tối thiểu phải có 2 làn chạy xe và một làn
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 2 | 130
dừng xe khẩn cấp; trên đường có bố trí đầy đủ các trang thiết bị và các cơ sở phục vụ cho
việc đảm bảo giao thông liên tục, an toàn, tiện nghi phục vụ nghỉ ngơi dọc tuyến và chỉ
cho xe ra, xe vào ở các điểm nhất định.
- Đường Ôtô: là tất cả các loại đường bộ dành cho các loại xe ôtô không quá khổ quá
tải đi qua một cách an toàn và được xây dựng theo những tiêu chuẩn kỹ thuật thống nhất.
- Đường đô thị, quảng trường: là tất cả các đường phố, đường và quảng trường đô thị
dùng cho các loại phương tiện tham gia giao thông trên mặt đất lưu hành trong các thành
phố, thị xã.
- Đường chuyên dùng: là tất cả các loại đường bộ được xây dựng phục vụ cho từng
mục đích cụ thể, sử dụng cho người và các phương tiện vận tải chuyên dụng đi lại theo
các tiêu chuẩn kỹ thuật riêng hoặc vận dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật khác đã ban hành.
Đường chuyên dùng bao gồm : đường lâm nghiệp, đường vận chuyển tại các khu mỏ,
đường vận hành tại các nhà máy thuỷ điện và các đường nội bộ khác trong các cơ quan,
đơn vị, khu du lịch, thương mại, trường học, khu công nghiệp hoặc các làng nghề truyền
thống.
- Đường Giao thông nông thôn: là loại đường bộ dùng cho người dân và các phương
tiện đi lại của người dân nằm trong địa phận làng xã để chủ yếu phục vụ đời sống dân
sinh và phục vụ sản xuất nông nghiệp.

1.2.3. Công trình đường sắt
- Đường sắt cao tốc: đường sắt có tốc độ thiết kế tối đa là 350km/h, thuộc mạng đường
sắt quốc gia.
- Đường sắt trên cao: đường sắt có đa số kết cấu nằm trên cao so với mặt đất.
- Đường tàu điện trên cao: một loại đường sắt trên cao thuộc hệ thống đường sắt đô thị
(kể cả đường 1 ray tự động dẫn hướng).
- Đường tàu điện ngầm: đường sắt xây dựng ngầm dưới đất thuộc hệ thống đường sắt
đô thị.
- Đường sắt quốc gia: phục vụ nhu cầu vận tải chung của cả nước, vùng kinh tế và liên
vận quốc tế.
- Đường sắt chuyên dùng: phục vụ nhu cầu vận tải riêng của tổ chức, cá nhân; khi nối
vào đường sắt quốc gia phải được phép của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải.
- Đường sắt địa phương: đường đô thị do địa phương quản lý, đường chuyên dùng
không nối vào đường sắt quốc gia.
- Đường sắt đô thị: đường sắt phục vụ nhu cầu đi lại hàng ngày của hành khách ở thành
phố và vùng phụ cận bao gồm đường tàu điện ngầm, đường tàu điện trên cao, đường 1
ray tự động dẫn hướng và đường xe điện bánh sắt.
- Đường (sắt) nhánh: chỉ chung đường sắt chuyên dùng có nối thông vào đường sắt
quốc gia.
1.2.4. Công trình hầm
- Đường hầm: Một công trình ngầm dưới đất có chiều dài lớn hơn nhiều lần kích thước
mặt cắt ngang và độ dốc dọc không vượt quá 15%.
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 3 | 130
- Hầm giao thông: Đường hầm phục vụ giao thông bao gồm hầm đường ô tô, hầm
đường sắt và hầm giao thông đô thị.
- Hầm đường ô tô: Hầm giao thông trên đường ô tô và hầm trên đường ô tô cao tốc.
- Hầm đường sắt: Hầm giao thông trên đường sắt.
- Hầm giao thông đô thị: Hầm được xây dựng trong đô thị bao gồm hầm đường sắt,

hầm đường ô tô, hầm cho xe thô sơ và người đi bộ.
- Vùng ảnh hưởng tương hỗ: Diện tích bao quanh công trình hầm có bán kính 2D cho
hầm xây dựng trong đá tốt và 5D cho hầm xây dựng trong đất mềm yếu (D là đường
kính hầm đào). Khi phải xây dựng hai hầm gần nhau hoặc xây dựng hầm gần các công
trình khác, phải xem xét các ảnh hưởng tương hỗ giữa các công trình đó.
- Hầm đặt nông: Hầm được xây dựng có chiều dầy tầng phủ trên đỉnh hầm không lớn
hơn 2,5D.
- Hầm đặt sâu: Hầm được xây dựng có chiều dầy tầng phủ lớn hơn 2,5D hoặc vùng
ảnh hưởng tương hỗ không trồi lên trên mặt đất.
- Chỉ giới xây dựng công trình hầm đặt nông: Không gian ngầm được phép xây dựng
công trình hầm có diện tích giới hạn trên mặt đất được đào xuống đến độ sâu cho phép
với mái dốc thẳng đứng.
- Chỉ giới xây dựng công trình hầm đặt sâu: Không gian ngầm được phép xây dựng
công trình hầm mà khi xây dựng vùng ảnh hưởng tương hỗ không vượt ra ngoài chỉ giới
kiểm soát an toàn hầm.
- Chỉ giới kiểm sóat an toàn hầm: Không gian ngầm được xác định bởi vùng ảnh
hưởng tương hỗ trên suốt chiều dài tuyến hầm.
- Hành lang bảo vệ công trình ngầm: Không gian ngầm nằm trong chỉ giới kiểm soát
an toàn hầm đối với hầm đặt sâu và hình chiếu vùng ảnh hưởng tương hỗ trên mặt đất
đối với hầm đặt nông.
1.2.5. Công trình đường thủy
- Công trình bến: là công trình thành phần quan trong trong cảng, dùng cho tàu đậu và
bốc xếp hàng hoá từ tàu lên bến và ngược lại.
- Luồng tàu: là một tuyến đường thuỷ với hệ thống báo hiệu hàng hải, bảo đảm cho các
loại tàu bè đi lai an toàn và thuận tiện. Điểm đầu và điểm cuối của luồng tàu thường là
vùng nước của một cảng hay bến tàu.
- Triền tàu: là công trình có kết cấu loại mái dốc nghiêng, trên đó đặt một hệ thống xe
trên đường ray để chuyển tàu lên bờ hoặc ngược lại, phục vụ đóng mới hoặc sửa chữa
tàu.
- Đà tàu: Là công trình mái dốc, chủ yếu để đóng tàu trên mặt nghiêng và khi hạ thuỷ

với mực nước phù hợp bằng cách trượt xuống nước bằng trọng lượng tàu.
1.2.6. Công trình hàng không
- Cảng Hàng không: bao gồm sân bay và tổ hợp các công trình và trang thiết bị phục
vụ vận chuyển hành khách, hành lý, hàng hóa và bưu kiện bằng đường hàng không, phục
vụ máy bay cất hạ cánh an toàn.
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 4 | 130
- Sân bay: Một khu vực bề mặt mặt đất hoặc mặt nước cụ thể (bao gồm cả nhà cửa
công trình và trang thiết bị) được dùng toàn bộ hay một phần cho máy bay bay đi, bay
đến và di chuyển trên bề mặt.
1.3. Phân cấp công trình giao thông
Công trình giao thông bao gồm 6 loại như trên và được thể hiện trong bảng 1.1.
Cấp công trình của các loại công trình giao thông được chia làm 5 cấp: cấp đặc biệt,
cấp I, cấp II, cấp III, và cấp IV là cơ sở để xếp hạng và lựa chọn nhà thầu trong hoạt động
xây dựng, xác định số bước thiết kế, thời hạn bảo hành phụ thuộc vào qui mô, chức năng
sử dụng, độ phức tạp của kỹ thuật xây dựng được thể hiện trong bảng 1.1.
Cấp thiết kế của công trình được phân chia trên cơ sở cấp công trình nhưng chủ yếu
phụ thuộc các yếu tố kỹ thuật được qui định cụ thể cho từng loại công trình giao thông và
được thể hiện trong các phần tương ứng của qui chuẩn này.
Bảng 1.1. Phân loại, phân cấp công trình giao thông.
Mã
số
Loại công trình
Cấp công trình
Cấp đặc
biệt
Cấp I Cấp II Cấp III Cấp IV
1
Đường

bộ
a) Đường ô tô
cao tốc các
loại
Đường cao
tốc với lưu
lượng xe >
30.000 Xe
quy đổi/
ngày đêm
hoặc
tốc độ
>100km/h

Đường cao
tốc với lưu
lượng xe từ
10.000-
30.000 Xe
quy
đổi/ngày
đêm
hoặc
tốc độ
>80km/h
Lưu lượng xe
từ 3.000-
10.000 Xe quy
đổi/ ngày đêm
hoặc

tốc độ >60km/h
Lưu lượng xe
từ 300-3.000
Xe quy
đổi/ngày đêm
hoặc
đường giao
thông nông
thôn loại A
Lưu lượng
xe <300 Xe
quy đổi/
ngày đêm
hoặc
đường giao
thông nông
thôn loại B
b) Đường ô tô,
đường trong
đô thị
c) Đường nông
thôn
2
Đường
sắt

Đường sắt
cao tốc
Đường tầu
điện ngầm;

đường sắt
trên cao.
Đường sắt quốc
gia thông
thường
Đường sắt
chuyên dụng và
đường sắt địa
phương
-
3
Cầu
a) Cầu đường
bộ
Nhịp >200m
Nhịp từ
100-200m
hoặc sử
dụng công
nghệ thi
công mới,
kiến trúc đặc
biệt
Nhịp từ 50-
100m
Nhịp từ 25-
50m
Nhịp từ <
25m
b) Cầu đường

sắt
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 5 | 130
4
Hầm
a) Hầm đường
ô tô
Hầm tầu
điện ngầm

Chiều dài >
3000m, tối
thiểu 2 làn
xe ô tô, 1 làn
đường sắt
Chiều dài từ
1000-3000m,
tối thiểu 2 làn
xe ô tô, 1 làn
đường sắt
Chiều dài từ
100-1000m
Chiều dài
<100m
b) Hầm đường
sắt
c) Hầm cho
người đi bộ
5

Công
trình
đường
thủy


a) Bến, ụ nâng
tầu cảng biển
-
Bến, ụ cho
tầu >50.000
DWT
Bến, ụ cho tầu
30.000-50.000
DWT
Bến, ụ cho tầu
10.000-30.000
DWT
Bến cho tầu
<10.000
DWT
b) Cảng bến
thủy cho tàu,
nhà máy đóng

sửa chữa tàu
> 5.000 T
3.000-
5.000T
1.500–
3000 T
750 -1.500 T < 750T
c) Âu thuyền
cho tầu
> 3.000 T
1.500 -
3.000 T
750- 1.500 T 200 - 750 T < 200T
d) Đư
ờng
thủy có bê
rộng (B) và độ
sâu (H ) nước
chạy tàu
- Trên sông


B > 120m;
H >5m


B= 90-
<120m
H = 4- <5m

B = 70- < 90m
H = 3 - <4 m

B= 50- < 70m
H = 2- < 3 m

B < 50m
H < 2m
- Trên kênh
đào
B > 70m;
H >6m
B= 50-
<70m
H = 5 - < 6
m
B = 40 - <50m
H = 4- < 5m
B= 30 - <40m
H = 2 - <4 m
B < 30m
H < 3m
6
Sân bay
Đường băng
cất hạ cánh
(phân cấp theo
tiêu chuẩn cuả
tổ chức ICAO)
IV E IV D III C II B I A

1.4. Công trình thoát nước
1.4.1. Phân loại
Trong xây dựng công trình đường bộ, công trình thoát nước được chia ra 4 loại cơ
bản như sau :
Loại 1 : Công trình cầu, bao gồm :
• Cầu lớn : là loại cầu có khẩu độ ≥ 100 m
• Cầu trung là loại cầu có khẩu độ ≥ 25m < 100 m
• Cầu nhỏ là loại cầu có khẩu độ < 25 m
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 6 | 130
Loại 2 : Công trình cống thoát nước, bao gồm :
• Cống tròn: có các loại khẩu độ từ
φ
60 đến
φ
150 cm
• Cống vuông (cống hộp): có các loại khẩu độ (80x80), (100 x 100), (150 x 150) và
(200 x 200) cm
• Cống bản: có các loại khẩu độ từ 80 đến 600 cm
Loại 3 : Công trình rãnh thoát nước mặt và nước ngầm, bao gồm :
• Rãnh hình thang
• Rãnh hình chữ nhật
• Rãnh hình tam giác
Loại 4 : Công trình vượt sông tạm thời, gồm có :
• Phà (có bến chùi hoặc bến boong tông)
• Đường ngầm
• Đường tràn
• Đường tràn liên hợp

1.4.2. Công năng và tính năng các công trình thoát nước
Công năng và tính năng của các loại công trình thoát nước thích hợp dùng cho các loại
đường bộ được tổng hợp và nêu trong Bảng 2.3:
TT Loại công
trình thoát
nước
Đường
cao tốc
Đường
Ôtô
Đường
đô thị
Đường chuyên
dụng
Đường
GTNT
1 Cầu - Chủ yếu dùng
để vượt dòng
chảy và sông có
lưu lượng trên
20m
3
/s
- Sử dụng để làm
cầu vượt tại các
nút giao cắt khác
mức
- Thời hạn sử
dụng tính toán
100 năm

- Tải trọng tính
toán H30, HL93
- Chủ yếu dùng để
vượt dòng chảy
và sông có lưu
lượng trên 20m
3
/s





- Thời hạn sử
dụng tính toán 50-
100 năm
- Tải trọng tính
toán HL93, H30-
XB80, H18, H13.
- Chủ yếu dùng để
vượt dòng chảy
và sông có lưu
lượng trên 20m
3
/s.
- Có thể dùng làm
cầu vượt tại các
nút giao cắt khác
mức

- Thời hạn sử
dụng tính toán 75-
100 năm
- Tải trọng tính
toán H10-H30,
HL93
- Chủ yếu để
vượt sông , khe
suối có lưu
lượng trên
20m
3
/s





- Thời hạn sử
dụng tính toán
50 năm

- Tải trọng tính
toán H10-H30
- Chủ yếu
dùng để vượt
qua các sông
nhỏ, kênh
mương. có lưu
lượng nhỏ hơn

10,0m
3
/s


- Thời hạn sử
dụng tính toán
30 năm
- Tải trọng
tính toán đến
H13, H18
2 Cống Chủ yếu dùng để
thoát nước có lưu
lượng dưới
Chủ yếu dùng để
thoát nước có lưu
lượng dưới
Chủ yếu dùng để
thoát nước có lưu
lượng dưới
Chủ yếu dùng
để thoát nước có
lưu lượng dưới
Chủ yếu dùng
để thoát nước
có lưu lượng
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 7 | 130
20m

3
/s 20m
3
/s 20m
3
/s 20m
3
/s dưới 20m
3
/s
3 Rãnh Chủ yếu dùng để
thu và thoát nước
mặt
Chủ yếu dùng để
thu và thoát nước
mặt
Chủ yếu dùng để
thu và thoát nước
mặt
Chủ yếu dùng
để thu và thoát
nước mặt
Chủ yếu dùng
để thu và thoát
nước mặt
4 Công trình tạm
thời
Không dùng công
trình tạm
Có thể dùng phà,

đường ngầm,
đường tràn, đò
với đường cấp IV
trở xuống
Không dùng Có thể dùng
phà, đường
ngầm, đường
tràn, đò
Có thể dùng
phà, đường
ngầm, đường
tràn, đò
Bảng 2.3. Công năng và tính năng của các loại công trình thoát nước nhân tạo trên
đường
1.4.3. Các công trình thoát nước nhỏ
1.4.3.1 Đường tràn
(a) Định nghĩa:
Công trình vượt sông có mặt đường nằm sát cao độ đáy sông. Hay nói cách khác
là độ chênh cao giữa cao độ đáy sông và cao độ mặt đường tràn là không lớn. Thông
thường tại những khu vực này vào mùa khô nước cạn. Vào mùa mưa, nước chảy tràn qua
mặt đường nhưng xe cộ vẫn đi lại được. Khi thiết kế cho phép một số ngày trong năm xe
cộ không qua lại được.
(b) Ưu điểm:
Xây dựng đơn giản, giá thành rẻ.
(c) Nhược điểm:
Giao thông sẽ bị gián đoạn khi lưu lượng nước lớn, dễ bị xói lỡ công trình.
(d) Phạm vi áp dụng:
Sử dụng cho khu vực có dòng chảy lưu lượng nhỏ, lũ xảy ra trong thời gian ngắn.

Hình 1.1 - Đường tràn

1.4.3.2 Cầu tràn
(a) Định nghĩa:
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 8 | 130
Cầu tràn là công trình được thiết kế dành một lối thoát nước phía dưới, đủ để dòng
chảy thông qua với 1 lưu lượng nhất định. Khi mực nước vượt quá lưu lượng này, nước
sẽ tràn qua công trình.
(b) Ưu điểm:
Xây dựng đơn giản, giá thành rẻ.
(c) Nhược điểm:
Giao thông sẽ bị gián đoạn khi lưu lượng nước lớn, dễ bị xói lỡ công trình.
(d) Phạm vi áp dụng:
Cầu tràn sử dụng cho dòng chảy có lưu lượng nhỏ và trung bình tương đối kéo dài
trong năm.
Cả hai loại cầu tràn và đường tràn đều là chướng ngại vật trong lòng sông, cản trở
dòng chảy nên khi quyết định sử dụng phương án làm cầu tràn hoặc đường tràn cần chú ý
xét đến chế độ dòng chảy, thuỷ văn khu vực, lưu lượng nước và hiện tượng xói lở công
trình.

Hình 1.2a - Cầu tràn
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 9 | 130

Hình 1.2b – Một dạng cầu tràn trong thực tế
1.4.3.3 Cống
(a) Định nghĩa:
Cống là một công trình thoát nước dành lối thoát nước ở phía dưới và không cho
phép nước tràn qua công trình khi lưu lượng lớn. Cống thường được làm từ vật liệu có độ

bền cao, có khả năng thoát nước với lưu lượng trung bình và tương đối lớn.
Trên thực tế có hai hình thức sử dụng cống, đó là cống dọc và cống ngang đường.
Cống dọc dẫn nước cần thoát theo dọc tuyến đường đến nơi xả nước nhất định; cống
ngang đường thường được thiết kế để tuyến vượt qua các dòng nước nhỏ hoặc dùng để
thoát nước theo phương ngang đường.
Cống có nhiều dạng mặt cắt ngang khác nhau, thường thấy là dạng cống tròn và
cống hộp.
Trên cống có đất đắp dày tối thiểu 0,50m để phân bố áp lực bánh xe và giảm lực
xung kích.
(b) Ưu điểm:
Xây dựng đơn giản, tuổi thọ cao hơn so với đường tràn và cầu tràn.
(c) Nhược điểm:
Dễ bị tắt nghẽn do các vật trôi, giá thành tương đối cao.
(d) Phạm vi áp dụng:
Thoát nước dọc cho các tuyến đường giao thông.
Thoát nước ngang cho dòng chảy có lưu lượng trung bình và tương đối lớn.
Thường các loại cống có mặt cắt ngang hình tròn được dùng ứng với lưu lượng
nước thoát nhỏ hơn hoặc bằng 40-50m
3
/s, cống hộp thường được thiết kế để thoát nước
với lưu lượng lớn hơn.
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 10 | 130

Hình 1.3a - Cống thoát nước ngang đường (cống hộp)

Hình 1.3b - Cống thoát nước ngang đường (cống tròn)
1.4.3.4 Cầu
(a) Định nghĩa:

Cầu được định nghĩa là các công trình vượt qua các chướng ngại như dòng nước,
thung lũng, đường, các khu vực sản xuất hoặc các khu thương mại hoặc cũng có thể là
vật cản bất kỳ. Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 thì Cầu là một kết cấu bất kỳ vượt khẩu
độ không dưới 6m tạo thành một phần của một con đường.
Người ta phân loại cầu theo nhiều cách khác nhau. Cách phân loại này sẽ được
trình bày ở mục sau.
(b) Ưu điểm:
Có khả năng thoát nước với lưu lượng và khẩu độ lớn, cho phép các phương tiện
qua lại phía bên dưới cầu, có tính ổn định và tuổi thọ cao, mỹ quan đẹp.
(c) Nhược điểm:
Thiết kế và thi công phức tạp, giá thành xây dựng cao.
(d) Phạm vi áp dụng:
Vượt qua các chướng ngại vật lớn: sông, thung lũng, đường…
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 11 | 130
Trong các trường hợp vượt dòng chảy có yêu cầu thông thuyền.
Các công trình vượt chướng ngại đòi hỏi tuổi thọ cao, mang tính chất quan
trọng…
Trường hợp vượt các dòng chảy nhỏ nhưng phương án cống không đáp ứng được, ví dụ
như:
• Khi xây dựng công trình ở địa hình có độ cao vai đường thấp mà nếu sử dụng
cống chìm thì không đảm bảo chiều dày tối thiểu 50cm dành cho phần đất đắp bên
trên cống.
• Khi dòng chảy có nhiều vật trôi nếu làm cống dễ dẫn đến khả năng tắc cống,
không đảm bảo an toàn cho nền đường.
• Khi có yêu cầu thoát nước nhanh không cho phép mực nước ở thượng lưu cống
dâng cao làm ảnh hưởng đến khu dân cư hay ruộng vườn. Trong trường hợp này
phương án sử dụng cầu thay cho phương án cống tỏ ra hợp lý hơn.

Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 12 | 130



Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 13 | 130
Hình 1.4 – Các công trình cầu trong thực tế
1.4.3.5 Tường chắn:
(a) Định nghĩa:
Tường chắn là công trình được xây dựng để chắn đất. Tường chắn thường có hai loại:
• Tường chắn có cốt, thường được làm bằng vật liệu có độ bền cao.
• Tường chắn không cốt.
(b) Phạm vi sử dụng:
Thường được xây dựng trong các trường hợp như: khi xây dựng nền đường trong điều kiện
không thể duy trì được độ dốc tự nhiên của mái taluy nền đường hay khi cần hạn chế việc
chiếm dụng mặt bằng của nền đắp (mái taluy đường đầu cầu ở các nút giao trong đô thị…).

Hình 1.5a - Mô hình kết cấu tường chắn tại chân mái taluy nền đường

Hình 1.5b - Mô hình kết cấu tường chắn gia cố taluy tại vị trí có nước mặt
1.4.3.6 Hầm:
(a) Định nghĩa:
Hầm là công trình giao thông được thiết kế có cao độ thấp hơn nhiều so với cao độ
mặt đất tự nhiên.
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”

MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 14 | 130
(b) Phạm vi áp dụng:
Phương án hầm được sử dụng trong các trường hợp gặp chướng ngại vật như núi
cao, sông lớn, eo biển,… mà các giải pháp khác như làm đường vòng tránh hay làm cầu
vượt đều khó khăn. Ngoài ra để tiết kiệm mặt bằng, tránh ảnh hưởng tới môi trường trong
các thành phố lớn cũng sử dụng phổ biến công trình hầm cho giao thông.

Hình 1.6 – Công trình hầm giao thông

1.5. Các bộ phận cơ bản của công trình cầu
Công trình cầu bao gồm: Cầu, đường dẫn vào cầu, các công trình điều chỉnh dòng
chảy và gia cố bờ sông tại vị trí đặt cầu (nếu có). Nói chung các bộ phận cơ bản của công
trình cầu gồm có:
MNCN
MNTT
MNTN
Trô cÇu
Mè cÇu Mè cÇuKÕt cÊu nhÞp biª nKÕt cÊu nhÞp biª n
KÕt cÊu nhÞp chÝnh
Trô cÇu

Hình 1.7 - Các bộ phận cơ bản của một công trình cầu
1.5.1. Kết cấu phần trên
Kết cấu nhịp cầu: là bộ phận trực tiếp đỡ các tải trọng tác động trên cầu. Kết cấu
nhịp cầu rất đa dạng và có thể phân loại theo nhiều hình thức khác nhau:
• Phân loại theo sơ đồ tĩnh học: có sơ đồ tĩnh định như kết cấu giản đơn, kết cấu mút
thừa, kết cấu khung T nhịp đeo, sơ đồ siêu tĩnh như kết cấu liên tục, kết cấu
khung dầm, kết cấu dây treo,…
Proof
Bi ging C S CễNG TRèNH CU

MSc. Nguyn Trng Ngha - B mụn Cụng trỡnh Giao thụng Thnh ph & Cụng trỡnh thy Trang 15 | 130
Phõn loi theo dng mt ct ngang dm: mt ct ngang ch nht, ch T, ch I, ch
H, ch , mt ct ngang dng hp kớn,.
Phõn loi theo vt liu ch yu cu to nờn kt cu nhp cu: cu thộp, cu bờ tụng
ct thộp, cu liờn hp,
Mt s dng mt ct ngang thng dựng trong thc t:

19000
620
160 160
620 620 620 620 620 620 620 620
1100
8@2100=16800
1100
Lớ p phòng nớ c dày 0,4 cm.
Lớ p BT atphan dày 7cm,

Hỡnh 1.8a - Mt ct ngang kt cu nhp dm T bng BTCT
13761650
4000
9000
500
-Bê tông mặt cầu, T=200mm
5004000
2.0%
-Bê tông Asphalt T=70mm
-Lớ p phòng nớ c T=4mm
-Tấm bê tông đúc sẵn , T=80mm
2.0%
3x2400=7200

2400 2400 2400

Hỡnh 1.8b-Mt ct ngang kt cu nhp dm I bng BTCT liờn hp bờtụng
ống thoá t nớ c
0
Cá p dự ứng lực ngang loạ i 5-4
Chi tiết A
(tỷ lệ: 1/75)
1/2 mặt cắt b - b
(tỷ lệ: 1/75)
1/2 mặt cắt c - c
950
100
500 610
Lớp BTCT liên kết: 10cm
i = 2 %
i = 2 %
Bê tông atphan: 7 cm
5500
Tầng phòng nớc: 0.4 cm
12000
500 5500 500
610
100
950
500

Hỡnh 1.8c - Mt ct ngang kt cu nhp dm bn 2 l BTCT
1175 2330
250 2500 250

1/2 mặt CắT L/2
14000/2
8000/2
2330 23302330 / 2 2330 / 2
1/2 mặt CắT đầu dầm
2330
14000/2
2508000/2
10
1.5%
180
1.5%
2500250
1175

Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 16 | 130
Hình 1.8d - Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm super – T bằng BTCT
500 1900
4500
16700
10500
11500
500 1900
35001400
6001600
2600
1200
150 1050 1500 400

2850
1500400
3500
2850
2600
12001400
1050 150

Hình 1.8e - Mắt cắt ngang kết cấu nhịp cầu dầm hộp nhiều vách ngăn BTCT
Và một số dạng các loại mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm khác như: Dầm Pre –
beam… sẽ được giới thiệu chi tiết trong môn học cầu BTCT.
1.5.2. Kết cấu phần dưới
Kết cấu phần dưới: là bộ phận tiếp nhận toàn bộ các tải trọng truyền xuống từ kết
cấu phần trên và truyền lực trực tiếp tới địa tầng thông qua kết cấu móng. Kết cấu phần
dưới bao gồm: mố, trụ, nền móng.
• Mố cầu được xây dựng tại các đầu cầu, là bộ phận chuyển tiếp giữa đường và cầu,
bảo đảm xe chạy êm thuận từ đường vào cầu. Mố cầu còn có thể làm nhiệm vụ
điều chỉnh dòng chảy và chống xói lở bờ sông.
• Trụ cầu là bộ phận đặt ở vị trí giữa hai nhịp kề nhau làm nhiệm vụ phân chia kết
cấu nhịp cầu.
1.5.3. Các kết cấu phụ trợ
Các kết cấu phụ trợ trên cầu gồm có:
• Bộ phận mặt cầu: Đảm bảo cho các phương tiện lưu thông được êm thuận. Do
chịu tác động trực tiếp của vệt bánh xe nên mặt cầu phải đảm bảo chịu lực cục bộ;
đảm bảo độ nhám, độ chống mài mòn…
• Lề người đi là phần dành riêng cho người đi bộ, có thể bố trí cùng mức hoặc khác
mức với phần xe chạy. Trong trường hợp cùng mức thì phải bố trí dải phân cách
giữa lề người đi với phần xe chạy nhằm đảm bảo an toàn.
• Lan can trên cầu: Lan can là bộ phận đảm bảo an toàn cho xe chạy trên cầu đồng
thời còn là công trình kiến trúc, thể hiện tính thẩm mỹ của cầu.

• Hệ thống thoát nước trên cầu: Bao gồm hệ thống thoát nước dọc và ngang cầu.
Chúng được bố trí để đảm bảo thoát nước trên mặt cầu.
• Hệ liên kết trên cầu: Gồm gối cầu, khe co giãn.
+ Gối cầu là một bộ phận quan trọng, nó giúp truyền tải trọng từ kết cấu nhịp
xuống các kết cấu phần dưới, là hệ liên kết giữa kết cấu phần trên và kết cấu
phần dưới của công trình cầu.
+ Khe co giãn (khe biến dạng): là bộ phận đặt ở đầu kết cấu nhịp, để nối các
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 17 | 130
kết cấu nhịp với nhau hoặc nối kết cấu nhịp với mố cầu nhằm đảm bảo khai
thác êm thuận. Khe biến dạng bảo đảm cho các kết cấu nhịp chuyển vị tự do
theo đúng sơ đồ kết cấu đã thiết kế.
Ngoài ra trên cầu còn có các hạng mục như: các thiết bị kiểm tra, biển báo, thông tin
tín hiệu và chiếu sáng trên cầu,…
1.6. Phân loại cầu
Có nhiều cách phân loại cầu khác nhau. Có thể phân loại theo cao độ đường xe
chạy, theo vật liệu làm cầu, theo mục đích sử dụng, theo dạng kết cấu và chướng ngại vật
mà cầu vượt qua, theo sơ đồ chịu lực…
1.6.1. Phân loại cầu theo cao độ đường xe chạy
• Cầu có đường xe chạy trên: Khi đường xe chạy đặt trên đỉnh kết cấu nhịp.

Hình 1.10a – Cầu có đường xe chạy trên
• Cầu có đường xe chạy dưới: Khi đường xe chạy bố trí dọc theo biên dưới của kết
cấu nhịp.

Hình 1.10b – Cầu có đường xe chạy dưới
• Cầu có đường xe chạy giữa: Khi đường xe chạy bố trí trong phạm vi chiều cao của
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”

MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 18 | 130
kết cấu nhịp.

Hình 1.10c – Cầu có đường xe chạy giữa
1.6.2. Phân loại cầu theo vật liệu làm cầu
Theo vật liệu xây dựng cầu, cầu được phân thành các loại cơ bản sau:
• Cầu đá xây, bê tông :

Hình 1.11a – Cầu đá xây
• Cầu thép:
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 19 | 130

Hình 1.11b – Cầu có kết cấu nhịp bằng thép
• Cầu bêtông cốt thép:

Hình 1.11c – Cầu có kết cấu nhịp bằng bê tông
• Cầu BTCT dự ứng lực:

Hình 1.11d – Cầu có kết cấu nhịp bằng bê tông cốt thépdự ứng lực
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 20 | 130
1.6.3. Phân loại cầu theo mục đích sử dụng
• Cầu ôtô: Cầu cho tất cả các phương tiện giao thông trên đường ôtô.
• Cầu đường sắt: Cầu chỉ cho tàu hỏa được phép lưu thông.
• Cầu cho người đi bộ: Cầu chỉ cho phép người đi bộ lưu thông.
• Cầu đặc biệt (dẫn các đường ống, đường dây điện ).
1.6.4. Phân loại cầu theo dạng kết cấu và chướng ngại phải vượt qua

Gồm cầu có KCN cố định và cầu có KCN di động
1.6.4.1 Cầu cố định
Cầu cố định là cầu có khổ giới hạn dưới cầu (tịnh không dưới cầu) cố định đảm bảo cho
thông xe hoặc thông thuyền qua lại an toàn dưới cầu hoặc bắc qua các chướng ngại lớn,
bao gồm:
• Cầu thông thường: cầu vượt qua các chướng ngại thiên nhiên như sông, suối, các
thung lũng hoặc các dòng nước…


Hình 1.12a – Cầu vượt qua thung lũng
• Cầu vượt: xuất hiện khi có các giao cắt xuất hiện trên các tuyến giao thông, tại các
tuyến này các hướng cắt nhau có lưu lượng lớn chẳng hạn như tuyến đường ôtô
giao với các đại lộ chính hoặc giao cắt với đường sắt.v.v…
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 21 | 130

Hình 1.12b – Cầu vượt trên đường
• Cầu cạn (cầu dẫn): được xây dựng ngay trên mặt đất nhằm dẫn vào 1 cầu chính
hoặc chính là một biện pháp giải phóng không gian phía dưới bằng cách nâng cao
độ phần xe chạy lên. Các cầu này thường được xây dựng trong thành phố cho
đường ôtô, xe điện ngầm, đường sắt trên cao

Hình 1.12c – Cầu cạn trên đường
• Cầu cao: Cầu bắc qua các thung lũng sâu, các trụ cầu thường rất cao trên 20-25m
(thậm trí đến hàng trăm mét).
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 22 | 130

Hình 1.12d – Cầu cao
1.6.4.2 Cầu di động (hay còn gọi là cầu quay, cầu cất)
Cầu di động là cầu có khổ giới hạn phía dưới cầu (tịnh không dưới cầu) có thể
thay đổi cho thông xe cộ hoặc thông thuyền.
Tại một số vị trí xây dựng cầu khi khổ thông thuyền dưới cầu lớn trên 40 - 60m,
chiều dài cầu lúc đó sẽ rất lớn, trụ mố rất cao. Việc lựa chọn kết cấu phần dưới đảm bảo
các yếu tố trên sẽ dẫn tới tăng giá thành công trình, hoặc tại một số vị trí không có điều
kiện để vuốt nối cầu từ cao độ đỉnh mặt cầu tính toán tới đường hai đầu cầu, lúc này giải
pháp cầy quay được chọn là hợp lý.
Vậy, cầu di động là loại có từ 1 hoặc 2 nhịp sẽ được di động khỏi vị trí để tàu bè
qua lại trong khoảng thời gian nhất định. Phương án di động của nhịp cầu có thể là: Kết
cấu nhịp cầu mở theo góc đứng từ 70 - 80
0
, hoặc quay trên mặt bằng góc 90
0
, hoặc cả kết
cấu nhịp tịnh tiến theo phương đứng.

Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 23 | 130

Hình 1.13a – Cầu quay ở Đà Nẵng (Cầu Sông Hàn)

Hình 1.13b – Một dạng cầu xếp
1.6.5. Phân loại cầu theo sơ đồ chịu lực
1.6.5.1 Cầu dầm
Nhịp cầu gồm các dầm bằng bêtông, BTCT hay bằng thép. Bộ phận chịu lực chủ
yếu là dầm, làm việc theo chịu uốn, phản lực ở gối kê dầm có phương thẳng đứng và có
hướng từ dưới lên. Cầu dầm có thể là dầm giản đơn, cầu dầm hẫng, cầu dầm hẫng có

nhịp đeo, dầm liên tục nhiều nhịp …


Hình 1.14a – Mô hình cầu dầm giản đơn một nhịp

M
Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 24 | 130

Hình 1.14b– Mô hình cầu dầm hẫng


Hình 1.14c- Mô hình cầu dầm hẫng nhịp đeo


Hình 1.14d- Mô hình cầu dầm liên tục
1.6.5.2 Cầu Vòm
Cầu vòm là dạng kết cấu chịu lực chủ yếu là vòm; vòm chịu nén và uốn là chủ
yếu. Sơ đồ tính toán đối với kết cấu cầu vòm theo các dạng vòm trong cơ học kết cấu đã
được làm quen như là: dạng vòm không chốt (hai đầu ngàm), dạng vòm 1 chốt trên đỉnh
vòm, dạng vòm 2 chốt tại hai mố cầu, dạng vòm 3 chốt…

Hình 1.15 – Ảnh một dạng cầu vòm trong thực tế
1.6.5.3 Cầu khung
Cầu khung là dạng kết cấu có kết cấu nhịp cầu được nối liền với kết cấu trụ phía
dưới. Với loại cầu này, sơ đồ chịu lực là dạng khung, các lực tác dụng vào kết cấu sẽ
M
M
M

Proof
Bài giảng “CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU”
MSc. Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố & Công trình thủy Trang 25 | 130
được phân chia cho cả nhịp cầu và kết cấu mố trụ phía dưới. Phản lực gối phía dưới gồm
có lực thẳng đứng V và lực đẩy ngang H, nếu chân khung liên kết khớp thì không có
mômen M.

Hình 1.16 – Một dạng kết cấu cầu khung trong thực tế
1.6.5.4 Cầu treo dây võng
Cầu treo hay còn gọi là cầu dây võng. Thành phần chịu lực chủ yếu là dây cáp hoặc
dây xích đỡ hệ mặt cầu. Cầu gồm một dây cáp chủ và các hệ thống cáp treo hoặc thanh
treo. Hệ thống dây này tham gia đỡ hệ kết cấu nhịp cầu, hệ mặt cầu và dây chủ yếu là làm
việc chịu kéo. Trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ thống tổ hợp giữa dây và dầm. Tại
chỗ neo cáp của cầu treo có phản lực thẳng đứng (lực nhổ) và phản lực nằm ngang hướng
ra phía sông.

Hình 1.17 - Cầu treo dây võng
Proof