đồ án thiet ke mo trụ cầu

Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU QUA SÔNG N3
1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG.
1.1. Sơ lược về địa điểm xây dựng cầu:
1.1.1. Vị trí xây dựng:
-

Sông N3 nằm ở vùng đồng bằng duyên hải, Ở thượng nguồn sông gianh.

1.1.2. Địa chất: Địa chất ở khu vực xây dựng cầu được chia thành 3 lớp khá rõ rệt:
-

Lớp cát mịn chặt vừa dày 4 (m).

-

Lớp sét nữa cứng dày 4(m).

-

Lớp sét cứng dày vô cùng.

Chiều dày các lớp được ghi rõ tại các vị trí lỗ khoan, đối với những vị trí không
có trị số chiều dày ta có thể dùng các phương pháp của địa chất công trình cho các lớp
gần nhau có cùng tính chất.
1.1.3. Thuỷ văn:
-

Mực nước cao nhất :

+ 10,00 m.

-

Mực nước thông thuyền:

+ 8,00 m.

-

Mực nước thấp nhất:

+ 4,00 m.

1.2. Điều kiện khí hậu, thuỷ văn, thông thuyền:
-

Tình hình xói lở: do dòng sông không uốn khúc và chảy khá êm nên tình hình
xói lở hầu như không xảy ra.

-

Ở những chổ có nước, mặt trên của bệ đặt thấp hơn mực nước từ 0,3÷ 0,5m,
còn ở những nơi không có nước mặt thì gờ móng đặt ở cao độ mặt đất sau khi
sói lở.

-

Do độ ẩm không khí khá cao thêm vào đó là điều kiện khí hậu khắc nghiệt nên

loại vật liệu chủ đạo là bê tông cốt thép. Kết cấu thép vẫn có thể sử dụng nếu có
điều kiện bảo quản tốt, sửa chữa gia cố kịp thời.

1.3. Điều kiện cung ứng vật liệu, nhân lực thiết bị:
-

Nguồn vật liệu cát, sỏi có thể dùng vật liệu địa phương. Vật liệu cát, sỏi sạn ở
đây có chất lượng tốt, đá được lấy từ mỏ đảm bảo tiêu chuẩn để làm vật liệu
xây dựng cầu.

1.3.1. Vật liệu thép:
-

Sử dụng các loại thép của các nhà máy luyện thép trong nước như thép Thái
Nguyên, Biên Hoà..., hoặc các loại thép liên doanh của Việt Nam và các nước
như Công ty LDSX thép Việt -Úc ( VINASTEEL). Neo các loại do nhà máy cơ
khí xây dựng Liễu Châu (OVM) Trung Quốc sản xuất, ngoài ra có thể dùng loại

1


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
neo của hãng VSL - Thụy Sỹ. Nguồn thép được lấy từ các đại lý lớn ở gần công
trình.
1.3.2. Xi măng:
-

Hiện nay các nhà máy xi măng đều được xây dựng ở các tỉnh, thành luôn đáp
ứng nhu cầu phục vụ xây dựng. Dùng xi măng PCB 50 của nhà máy xi măng
Hải Vân. Phụ gia Sikament 520 do công ty Sika Việt Nam sản xuất . Nói chung

vấn đề cung cấp xi măng rất thuận lợi, giá rẻ luôn đảm bảo chất lượng và số
lượng mà yêu cầu công trình đặt ra.

1.4. Sơ lượt về nguồn nhân lực và máy móc thi công:
-

Thiết bị và công nghệ thi công: để hòa nhập với sự phát triển của xã hội cũng
như sự cạnh tranh theo cơ chế thị trường thời mở cửa, các công ty xây dựng
công trình giao thông đều mạnh dạn cơ giới hóa thi công, trang bị cho mình
máy móc thiết bị và công nghệ thi công hiện đại nhất đáp ứng các yêu cầu xây
dựng công trình cầu.

-

Nhân lực và máy móc thi công: hiện nay trong tỉnh có nhiều công ty xây dựng
cầu đường có kinh nghiệm trong thi công. Về biên chế tổ chức thi công các đội
xây dựng cầu khá hoàn chỉnh và đồng bộ. Cán bộ có trình độ tổ chức và quản lí,
nắm vững về kỹ thuật, công nhân có tay nghề cao, có ý thức trách nhiệm cao.
Các đội thi công được trang bị máy móc thiết bị tương đối đầy đủ. Nhìn chung
về vật liệu xây dựng, nhân lực, máy móc thiết bị thi công, tình hình an ninh tại
địa phương khá thuận lợi cho việc thi công đảm bảo tiến độ đã đề ra.

1.5. Sơ lược về điều kiện tự nhiên:
-

Khu vực xây dựng cầu có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Thời tiết không phân chia
rõ rệt theo mùa, tuy nhiên lượng mưa thường tập trung từ tháng 10 năm này đến
tháng 1 năm sau.

-

Chịu ảnh hưởng trực tiếp gió mùa Đông Bắc vào những tháng mưa.

-

Độ ẩm không khí khá cao (vì nằm ở vùng gần cửa biển ).

1.6. Sơ lược về kinh tế xã hội:
-

Dân cư của vùng phân bố tương đối đồng đều, mật độ dân cư tương đối lớn. Ở
gần vị trí xây dựng cầu, nhà dân tập trung hai bên tương đối nhiều. Do đó trong
quá trình thi công cần có biện pháp để đảm bảo về mặt trật tự và an ninh cho
khu vực xây dựng cầu.

2. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ.
2


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
2.1. Số liệu chung.
Quy mô thiết kế:
Tần suất thiết kế:
Chiều dài nhịp:
Điều kiện thông thuyền:
Khổ cầu:
Tải trọng thiết kế:

Cầu được thiết kế vĩnh cửu
P=1 (%)

L=23 (m)
Sông thông thuyền cấp V
K=7+2x1,75m
HL-93
PL=4,1kN/m2

2.2. Vật liệu chế tạo mố.
Bảng 1.1 : Bê tông cấu tạo mố
Tên gọi các đại lượng
Ký hiệu
Giá trị
'
fc
Cường độ chịu nén
30
Cường độ chịu cắt khi uốn
Rc
53
γb
Trọng lượng riêng của bê tông
2,4
Eb
Môđun đàn hồi của bê tông
294000

Đơn vị
MPa
kG/cm2
T/m3
kG/cm2

2.3. Các hệ số tính toán.
- Hệ số xung kích: 1+IM=1,25
- Hệ số làn:
Cầu được thiết kế 2 làn xe nên ta lấy hệ số làn m=1
Bảng 1.2 : các hệ số tính toán.
KÝ
HỆ SỐ TẢI TRỌNG
STT
TÊN TẢI TRỌNG
Max
Min
HIỆU
1
DC
Tĩnh tải giai đoạn I
1.25
0.9
2
DD
Ma sát âm
1.8
0.45
3
DW Tĩnh tải giai đoạn II
1.5
0.65
Áp lực ngang của đất:
4

EH

+ Chủ động

1.5

0.9

5

EL

+ Tĩnh
Ứng suất do quá trình hợp long
Áp lực thẳng đứng:

1.35
1.00

0.9
1.00

6

EV

+ Ổn định tổng thể

1.35

Không có

ES

+ Kết cấu tường chắn
Đất chất thêm

1.35
1.5

1.00
0.75

7

2.4. Đất đắp sau mố.
Trọng lượng riêng của đất
-

Góc nội ma sát của đất
Hệ số vượt tải

γ = 1,8T / m 3
ϕ tc = 35 0

n =1,2

2.5. Số liệu về các lớp đất nền.
3

Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Bảng 1.3 : số liệu về các lớp đất nền.
γ
H
C
Loại đất
3
(m)
T/m
kG/cm2
Cát mịn chặt vừa
4,0
1,8
0,06
sét nữa cứng
4,0
1,98
0,24
sét cứng
Vô cùng
2,1
0,33

STT
1
2
3

ϕ

Độ
22
16
40

Trong đó: H : là chiều dày lớp đất.
γ : Trọng lượng riêng của lớp đất.
C : là cường độ lực dính.
ϕ : là góc nội ma sát của đất.
3. CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP.
3.1. Cấu tạo mặt cắt ngang

MÀÛ
TCÀÕ
TNGANGCÁÖ
UPHÆ
ÅNGAÏNI TL 1/50
1/2MÀÛ
TCÀÕ
TI-I TL 1/50
250

1500

250

1/2MÀÛ
TCÀÕ
TII-II TL 1/50

3500

3500

250

1500

250

LÅÏP BÃTÄNGNHÆÛ
A DAÌY 7 cm

800

200

100

120

100

80

80

2%

600

200

800

2%

110

1300

120

200 270

50

200

850

LÅÏP PHOÌNGNÆÅÏC 0.4cm
LÅÏP BÃTÄNGBAÍOVÃÛ
DAÌY 1cm

600

Hình 1.1: mặt cắt ngang cầu (TL:1/50)
Bảng 1.4: các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu

Các kích thước
Kí hiệu
Giá trị
Đơn vị
Chiều rộng phần xe chạy
Bxe
7000
mm
Lề người đi bộ
blề
1750
mm
Chiều rộng bệ lan can
blc
250
mm
Chiều cao cột lan can
hlc
850
mm
Chiều cao lề bộ hành
bgc
200
mm
Chiều rộng toàn cầu
Bcầu
11000
mm
3.2. Xác định kích thước và các khối lượng của kết cấu nhịp.
3.2.1. Dầm chủ.

1300

200

11500

300

1300

650

4


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu

200

300

200

600

Giữa dầm

600

100

1100

200

640
1300

800

300

100
12080

100
11012080

600

200 150

100

600

Đầu dầm

Hình 1.2: kích thước dầm dủ.

Diện tích mặt cắt ngang giữa dầm : Agd = 0.507 m2
Diện tích mặt cắt ngang tại đầu dầm : Ađd = 0.807 m2
Thể tích bê tông tại vị trí 2 đầu dầm : 0.807 ×1.5×2 = 2.421 m3
Thể tích bê tông hai đoạn vuốt đầu dầm : × 0.75 × 2 = 0.986 m3
Thể tích bê tông tại vị trí giữa dầm : 0.507×17.9 = 9.0753 m3
=> Tổng thể tích toàn bộ của 1 dầm chủ: 2.421 + 0.986 + 9.0753 = 12.4823 m3
Hàm lượng cốt thép theo thể tích trong dầm chủ là kb = 2%
Suy ra : thể tích cốt thép : Vsb = kb.Vb = 0.02×12.4823= 0.2497 m3
-

Khối lượng cốt thép trong dầm chủ: Gsb = Vsb.γs=0.2397×7.85 = 1.8817

T.
Thể tích bê tông trong dầm chủ : Vcb = Vb–Vsb =12.4823– 0.2497 =
3
12.2326m
Khối lượng bê tông trong dầm chủ : Gcb = Vcb.γc= 12.2326×2.4=29.3583
T.
Khối lượng toàn bộ dầm chủ là: Gb = Gsb+Gcb = 1.8817
+29.3583=31.24T.
 Trọng lượng toàn bộ dầm chủ trên một nhịp 23m là:
Gdc = Gb×10 x 5= 31.24 ×10x 5= 1562 KN.

3.2.2. Dầm ngang.

5


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu

1450

1063

120

150

640
900

110

120

1450

1650

1650

Giữa dầm

Đầu dầm

Hình 1.3: kích thước dầm ngang.
Các thông số dầm ngang được thể hiện ở hình trên
Bề dày dầm ngang là 20cm
Diện tích mặt cắt ngang dầm tại vị trí giữa dầm chủ : 1.956 m2
Diện tích mặt cắt ngang dầm tại vị trí đầu dầm chủ : 1.986 m2

Thể tích 1 dầm ngang tại vị trí giữa dầm chủ: 1.956×0.2 = 0.3912 m3
Thể tích 1 dầm ngang tại vị trí đầu dầm chủ : 1.986× 0.2 = 0.3972 m3
=> Tổng thể tích dầm ngang trên một nhịp: 0.3912×4 + 0.3972×8 = 4.7424 m3
Hàm lượng cốt thép theo thể tích trong dầm ngang là khb = 2%
Suy ra : thể tích cốt thép :
Vshb = khb.Vhb = 0.02×4.7424 = 0.09485 m3
Khối lượng cốt thép trong dầm ngang: Gshb = Vshb.γs=0.09485×7.85=
0.7446 T.
Thể tích bê tông trong dầm ngang : Vchb = Vhb–Vshb =4.47424 – 0.09485
3
=4.38 m
Khối lượng bê tông trong dầm ngang : Gchb = Vchb.γc= 4.38×2.4=10.512
T.
Khối lượng toàn bộ dầm ngang là: Ghb = Gshb+Gchb = 0.7446 +10.512
=11.257 T.
 Trọng lượng toàn bộ dầm ngang trên một nhịp 23m là:
Gdn = Ghb×10= 11.257 ×10= 112.57 KN
3.2.3. Bản mặt cầu.
Ta có diện tích bản mặt cầu là : 2.264 m2.
Thể tích bản mặt cầu cho 1(m) dài :
2.264 × 1= 2.264m3
Lượng cốt thép trung bình trong 1m3 thể tích bêtông là 2 KN/m3
Trọng lượng của cốt thép trong bản mặt cầu tính cho 1(m) dài:
2.264×2=4.528KN
Thể tích cốt thép trong bản mặt cầu tính cho 1(m) dài là:
4.528
= 0.0577 m 3
7.85 ×10

Vậy thể tích của bê tông bản mặt cầu tính cho 1m dài là: 2.2640.0577=2.2063 m3

6


ỏn: thit k v thi cụng m tr cu
Trng lng bờ tụng bn mt cu tớnh cho 1m di l:
2.2063 ì 2.4 ì 10 = 52.9512
Vy trng lng bn mt cu mt nhp di 23 m l:
GBMC = (4.528 + 52.9512) x 23 = 1322.022 KN
3.2.4. Lan can tay vn.
Kớch thc hỡnh hc
2850

150
R75
theùptruỷdaỡy6mm

150

R40

850

150

270

theùpọỳ
ngdaỡy2mm
250

-

Hỡnh 1.4: kớch thc lan can tay vn.
Vi din tớch phn b Ab = 0.0675 m2 , liờn tc 2 bờn cu
Vb= 0.0675 ì 23 ì 2 = 3.105 m3

-

Hm lng ct thộp trong b chim kp = 1.5 %
Vct= 3.105 ì 0.015 = 0.04658 m3

-

Khi lng ct thộp v bờ tụng trong b:
GLC =0.04658 ì 7.85 + (3.105-0.04658) ì 2.4= 7.706 T

Th tớch phn tr: Vt = 0.00268m3 ,cỏc tr cỏch nhau 3m, tng s lng
l 8 tr ,
liờn tc 2 bờn cu.
Khi lng ct thộp trong tr:
Gtr=0.00268 ì 2 ì 8 ì 7.85 =
0.337 T
Th tớch ct thộp ca tay vn l: Vtv =0.00195 ì23 ì 2= 0.0897 m3
Khi lng ct thộp trong tay vn:
G=0.0897 ì 7.85 =0.704 T
Vy, khi lng ton b lan can, tay vnh l:

Glc-tv = (7.706+ 0.337+ 0.704) ì10 = 87.47KN
3.2.5. Lp ph mt cu.
Chiu dy c ỏc lp ph mt cu nh sau:

Lp BTN dy 7cm cú khi lng trờn 1 một di l :
DWbtn = 0.07 x 7 x 2.25 x 10 = 11.025 (KN/m).
Trng lng lp phũng nc dy 0,4 cm trờn 1 một di l :
DWpn = 0.004 x 7 x 1.5 x 10 = 0.42 (KN/m).
Trng lng lp va m cú b dy 1cm trờn 1 một di l :
DWv = 0.01 x 7 x 2.2 x 10 = 1.54 (KN/m).
Trng lng cỏc lp ph mt cu trờn 1 một di l :
DW = 11.025+ 0.42 + 1.54 = 12.985(KN/m)
7


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu


Trọng lượng các lớp phủ mặt cầu cho 1 nhịp dài 23 m là :
Glp = 12.985 x 23 = 298.655 (KN).

3.2.6. Gờ chắn bánh xe và lề bộ hành.

200
200

100

1750

250
Hình 1.5 : Gờ chắn bánh xe và lề bộ hành
Diện tích gờ chắn bánh xe và lề bộ hành : 0.21125 m2
Thể tích gờ chắn bánh xe và lề bộ hành tính cho 1m dài là: 0.21125 x

1=0.21125m3
Lượng cốt thép trung bình trong 1m3 thể tích bêtông là 2 KN/m3
Trọng lượng của cốt thép trong gờ chắn bánh xe và lề bộ hành tính cho
1m dài là:
0.21125 ×2= 0.4225 KN
Thể tích cốt thép trong gờ chắn bánh xe và lề bộ hành tính cho 1m dài là:
0.4225
= 0.00538 m 3
7.85 ×10

-

Vậy thể tích của bê tông gờ chắn bánh xe và lề bộ hành tính cho 1m dài

là:
0.21125 - 0.00538=0.2059 m3
- Trọng lượng bê tông gờ chắn bánh xe và lề bộ hành cầu tính cho 1m dài là:
0.2059 ×2.4×10 = 4.9416 KN
Vậy trọng lượng gờ chắn bánh xe và lề bộ hành một nhịp dài 23 m là:

Ggc,lbh =(4.9416+0.4225) x 23 x 2 = 246.759 KN
3.2.7. Tấm đan.
- Thể tích của một tấm đan: 0.08×1.65×1=0.132 m3
- Lượng cốt thép trung bình trong 1m3 thể tích bêtông là 2 (KN/m3).
- Trọng lượng cốt thép trong 1 tấm đan: 0.132×2=0.264 KN

8


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu

80

1000
1650

Hình 1.6 : Mặt cắt ngang tấm đan
- Thể tích cốt thép trong một tấm đan:



0.264
= 0.00336m 3
7.85 ×10

- Thể tích bê tông trong 1 tấm đan: 0.132 - 0.00336 = 0.12864 m3
- Trọng lượng bê tông trong một tấm đan: 0.12864 × 2.4 × 10 = 3.087 KN
- Tổng trọng lượng một tấm đan: 0.264+3.087=3.351 KN
Trọng lượng các tấm đan trong một nhịp dầm dài 23 m:
Gtđ=3.351×4×23= 308.292 KN
Bảng 1.5: tổng hợp khối lượng của các kết cấu nhịp
STT
1
2
3
4
5
6
7

Tên các bộ phận

Dầm chủ
Dầm ngang
Bản mặt cầu
Lan can tay vịnh
Lớp phủ mặt cầu
Gờ chắn bánh xe và lề bộ hành
Tấm đan
DC
DW

Khối lượng
(KN)
1562
112,57
1322,022
87,47
298,655
246,759
308,292

Khối lượng tĩnh tải trên 1
mét dầm chủ(KN/1mdc)
67,913
4,894
57,479
3,803
12,985
10,729
13,404
158,222

12,985

Áp lực do tĩnh tải kết cấu nhịp tác dụng lên mố cầu.
Rkcn = 1,25 RDC+1,5 RDW=(1,25*158,222+1,5*12,985)*11,2 =2433,26 KN
Trọng lượng bản thân mố.


Rbt = 1,25*6972,99 = 8716,24 KN
Rtt= Rbt + Rkcn = 8716,24 + 2433,26 = 11149,50 KN

3.3. Hoạt tải ôtô (LL) và tải trọng người đi (PL) trên kết cấu nhịp.
- Chiều dài nhịp :
L = 23 (m).
- Chiều dài nhịp tính toán : Ltt= 22,4 (m).
Sơ đồ xếp xe lên đ.a.h.

9


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
L tt=22400(mm)
1,2m
110kN

PL
PL

4,3m
35kN

145kN

1

145kN

110kN
4,3m

W=11,2

0,6161

0,9464 0,8081

Hinh 1.7: Sơ đồ xếp xe lên đ.a.h áp lực Rb tại mố B.
+ Diện tích đường ảnh hưởng : w = 11,2 m2
Bảng 1.6: Tung độ đường ảnh hưởng khi xếp tải xe 3 trục :
P(kN)
X(m)
Y

145
0
1,00

145
4,3
0,8081

35
8,6
0,6161

Pi.Yi
283,7

Bảng 1.7: Tung độ đường ảnh hưởng xe tải 2 trục:
P(kN)
Y

110
1,00

110
0,9464

Pi.Yi
214,1

+ Phản lực do hoạt tải ô tô gây ra được tính cho trường hợp xếp xe trên cả 2 làn.
R3T+làn = η[γLL × mLL.n × { (1+IM) x k xΣPi yi +PL × ω}]
R2T+làn = η[γLL × mLL.n × { (1+IM) x k xΣPi yi +PL × ω}]
Trong đó:
+ η=1 Hệ số điều chỉnh tải trọng
+ mLL = 1: Hệ số làn xe.
+ n = 2: Số làn xe.
+ (1+IM)=(1+0,25) : Hệ số xung kích.
+ γLL, γPL=1,75 : Hệ số tải trọng
+ Pi Tải trọng trục xe

+ Yi Tung độ đường ảnh hưởng tại Pi
+ ω Diện tích đường ảnh hưởng
+ PL : tải trọng người đi
+ PL : Tải trọng làn xe
+ T : Chiều rộng người đi
R3T+làn = 1.(1,75.1.2 .{1,25.(145 .1+145.0,8081+35.0,6161)+9,3.11,2})=1605,91 (KN)
R2T+làn =1.(1,75 .1.2 .{1,25 .(110 .1+110 .0,9464)+9,3 .11,2} )= 1301,27 (KN)
10


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu


RLL =max(R3T+làn ; R2T+làn) = R3T+làn = 1605,91 (KN)

+ Phản lực do tải trọng người (PL).
RPL = γPL.2T.PL. ω = 1,75 .2 .1,75 .4,1 .11,2 = 281,26 (KN)
Ta có:
RHT = RLL+ RPL = 1605,91 + 281,26 = 1887,17 (KN)
Vậy suy ra tổng tải trọng tác dụng lên mố cầu là :
Rap = RHT+ RTT = 1887,17 + 11149,50 = 13036,67 KN.

4. 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: cát min chặt vừa dày 4,0 m
+ Lớp 2: sét nữa cứng dày 4,0 m
+ Lớp 3: sét cứng dày vô cùng.
Từ tính chất của các lớp đất nêu trên ta nhận thấy lớp đất tốt nằm ở độ sâu
không lớn lắm lại phù hợp với cọc ma sát. Nên ta chọn cọc ở đây là cọc đóng.

Chọn cọc đóng BTCT kích thước 40x40 cm.
Dự kiến chiều dài cọc là: 14 m
Sức chịu tải dọc trục được chia làm hai loại:
 Sức chịu tải theo vật liệu (Pvl)
Sức chịu tải theo vật liệu được đánh giá thông qua sức chịu tải theo vật liệu cực
hạn (Pvl) được tính toán dựa trên cường độ cực hạn của vật liệu.
 Sức chịu tải theo đất nền (Pdn)
Sức chịu tải theo đất nền: tải trọng của công trình truyền xuống cọc và được
truyền vào nền đất thông qua một hoặc hai hoặc cả hai phương thức sau đây:
• Sức kháng bên (Qs): là phản lực của đất xung quanh cọc với diện tích xung quanh
tiết diện coc.
• Sức kháng mũi (Qm) : là phản lực của đất ở mũi cọc tác dụng lên đầu cọc.
Sức chịu tải cực hạn của cọc là giá trị nhỏ nhất của sức chịu tải theo vật liệu và sức
chịu tải theo đất nền: Pu = min {Pvl;Pdn}
 Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu:
ϕ × 0.85 × 0.85 × f c' × ( Ac − Ast ) + f y × Ast  


Pvl = min 
'
ϕ × 0.85 × f c × Ac

-




Sức kháng dọc trục danh định:
Pn = ϕ × 0.85 ×  0.85 × f c' × ( Ac − Ast ) + f y × Ast  (KN)
11

Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Trong đó:
f’c - Cường độ chiụ nén của BT cọc (Mpa); f’c=30Mpa=30*103(KN/m2).
Ac - Diện tích mũi cọc (m2); Ac=0,16 m2.
Ast - Diện tích cốt thép chịu lực (mm2); dùng 4Φ20 : Ast = 12,56*10-4 (m2).
+ thể tích một cọc: 0.4*0,4*14 =2,24 (m3)
+ thể tích của cốt thép trong cọc: 12,56*10-4*14 = 0,0176 (m2).
Trọng lượng cốt thép trong một cọc: 0,0176*78,5 = 1.38 KN
+ thể tích bê tông trong cọc: 2,24–0,0176=2.223 m3
Trọng lượng bê tông trong 1 cọc là: 2,223*2.4*10 =57,144 KN
Vậy trọng lượng của một cọc là: 1,48 +57,144 =53,352 KN
fy - Giới hạn chảy của cốt thép chủ (Mpa); fy = 400 Mpa=400*103(KN/m2).
ϕ - Hệ số sức kháng nén dọc trục, ϕ = 0,75
Thay vào ta được:
Pn= 0,75 × 0,85 × [0,85 × 30 × 103 × (0,16 – 12,56 × 10-4) + 400 × 103 × 12,56 × 10-4]
= 2900,862 N
P = 0,85 × φ × fc’ × Ac=0,85 × 0,75 × 30 × 103 × 0,16 =3060 KN
Pvl=min(2900.862, 3060)=2900.862 KN.
 Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền:

+ Đoạn cọc ngàm vào đài a > 20Φ => a =0.5 m
Cọc xuyên qua các lớp đất như sau:
Bảng 1.8: chiều dài cọc qua các lớp đất
Lớp đất

Tên đất và trạng thái

Chiều dày l (m)

1
2
3

Cát mịn chặt vừa
Sét nữa cứng
Sét cứng

3
4
6,5

12


4000
4000

6500

SEẽT
NặẻA CặẽNG

4000

CAẽT MậN
CH
T VặèA

3000

500

ỏn: thit k v thi cụng m tr cu

SEẽT CặẽNG

Hỡnh 1.8: mt ct a cht
Xỏc nh cỏc tham s phc v tớnh toỏn sc khỏng cc theo t nn nh sau:
+ Ap - din tớch xung quanh mi cc (m2).
1
2

1
2

AP = 4 ì ì a ì h = 4 ì ì a ì lm2 +

a2
1
0.42
2
=0.226 (m2)
= 4 ì ì 0.4 ì 0.2 +
4
2
4

+ Asi - din tớch xung` quanh ca cc lp t th i (m2).

+ i - s lp t m cc xuyờn qua.
Din tớch xung quanh ca lp th 1: As1=4ìaìl1=4ì0,4ì3,0=4,80 (m2).
Din tớch xung quanh ca lp th 2: As2=4ìaìl2=4ì0,4ì4,0=6,40 (m2).
Din tớch xung quanh ca lp th 3: As3=4ìaìl2=4ì0,4ì6,5=10,40 (m2).
+ qp - H s sc khỏng i vi kh nng chu ti ca mi cc.
+ qs - H s sc khỏng i vi kh nng chu ti ca thõn cc.
+ v - ng sut lc thng ng hu hiu (MPa), nhn c t thc nghim.
v=0,2 MPa=200 KN/m2.
N s m SPT o c(bỳa/300mm), N=125(ng vi bỳa/300mm)
+ Ncorr - s m SPT gn mi cc ó hiu chnh cho ỏp lc tng ph,
Ncorr = 87 bỳa/300mm
+ N - s + N: bỳa m trung bỡnh theo thõn cc. N =110(ng bỳa/300mm).
+ a - chiu rng ca cc A=0.4m.
+ Db - chiu sõu chụn cc trong lp t chu lc cui cựng, Db = l3 = 6,5m.
+ Su - cng khỏng ct khụng thoỏt nc ca t sột (MPa). Giỏ tr ca S u phi xỏc
nh t kt qu thớ nghim hin trng hoc trong phũng thớ nghim ca cỏc mu
nguyờn dng ly trong khong sõu 2 ln n kớnh di mi cc.
13


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
+ α - hệ số kết dính, phụ thuộc vào từng loại đất, chiêu sâu chon cọc D b, cường độ
kháng cắt không thoát nước, tra toán đồ 10.7.33.2a trang 51 tiêu chuẩn ngành
22TCN272-05;
Ta thấy Db =6,5m = 18,75 D nên ta tra toán đồ ta có: (giả sử α =1)
 Su = 0.2 (MPa) = 0.2 x 103 (kN/m2).
+ λ - hệ số thực nghiệm, λ = 0.4.
+ qp - sức kháng đơn vị đầu cọc danh định (MPa), được xác định theo các
phương pháp thực nghiệm SPT (thí nghiệm tiêu chuẩn đối với đất rời).
(Điều 10.7.3.3.4), lớp đất mũi là lớp đất cát hạt trung nên.

qp = 9xSu=9x0,2=1,8 Mpa=1800 kN/m2
+ Qp - tải trong danh định do mũi cọc chịu (kN):
Qp = ϕqp x qp x Ap = 0.56 x 1800 x 0.226 = 227.808 (kN)
+ qsi - sức kháng ma sát đơn vị danh đinh thân cọc ở lớp thứ I (MPa), được xác
định theo phuong pháp thực nghiệm λ cho đất dính (điều 10.7.3.3.3):
•

Lớp thứ 1 (cát mịn):
qs1 = 0.0019 x N x 103 = 0.0019 x 110 x 103 = 209 (kN/m2).

•

Lớp thứ 2 (sét nữa cứng):
qs2 = λ x (σv + 2 x Su) x 103 = 0.4 x (0.2 + 2 x 0.2) x 103 = 240 (kN/m2).
• Lớp thứ 3 (sét cứng):
qs3 = λ x (σv + 2 x Su) x 103 = 0.4 x (0.2 + 2 x 0.2) x 103 = 240 (kN/m2).
+ Qs - tải trọng danh định do thân cọc chịu (kN):
Qs = ∑ϕqsi.qsi.Asi = (0.41 x 209 x 4,8) + (0.51 x 240 x 6.4) + (0.51 x 240 x 10,4)
= 2467,63 (kN)
 Sức chịu tải của cọc theo đất nền là:
Pdn =

Qp
Fs1

+

Qs 227,808 2467,63
+
=

=1736,21 (KN)
2,5
1,5
Fs 2

Trong đó: + Fs1 = 2,5: hệ số an toàn đối với sức chống mũi.
+ Fs2 = 1,5: hệ số an toàn đối với ma sát xung quanh.
- Sức chịu tải của cọc:
Pu = min (Pvl; Pdn) = min (2900,862; 1736,21) = 1736,21 (kN)
 Tính toán số lượng cọc trong bệ mố:
Số lượng cọc trong bệ mố được xác định:
n =β×

Rap
Pu

(cọc)

Trong đó:
+ Rap - áp lực tác dụng lên mố.
+ Pu - sức chịu tải của cọc.
+ β - hệ số kinh nghiệm, kể đến ảnh hưởng của mômen, tải trọng ngang và
số lượng cọc trong bệ. β = 2.

Bảng 1.9: số cọc trong bệ.
Mố B
14


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu

Tải trọng danh định do mủi cọc chịu Qp
227,808
Tải trong danh định do thân cọc chịu Qs
2467,63
Sức chịu tải của cọc theo đất nền Pdn
1736,21
Sức chịu tải của cọc theo VL có hệ số: Pvl
2900.862
Sức chịu tải của cọc Pu
1736,21
13036,67
Áp lực có hệ số tác dụng lên mố: Rap
1,5
Hệ số: β
Số cọc tính toán: n
11,26
Số cọc chọn: nc
12
- Khoảng cách giữa 2 tim cọc tại đài cọc: amin ≥ 3d = 3 x 400 = 1200 mm
amax ≤ 6d = 6 x 400 = 2400 mm.
- Khoảng cách giữa mép ngoài của đài và cọc : amin ≥ 1,5d = 1,5 x 400 = 600 mm.
- Cọc ngàm vào đài a = 0,5m
Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đén mép đài ≥ (250mm và 0,7d = 280mm)
 Bố trí cọc trong mố:

800

2400

4000

800

11500

750

2000

2000
2000
2000
Hình 1.9: Bố trí cọc trong bệ mố.

2000

750

15


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu

Chương 2

THIẾT KẾ KỸ THUẬT MỐ B
2.1. Kích thước mố:
Kích thước chung mố B (TL:1/50)

16

Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
+14.01m

MNTT:8.00m

250

2500

900
1400

4900

MNCN:10.00m

1000
1500

5350

1600

500

600
1500

500

500

+5.760m
-7,740m

MNTN:4.00m
2400

800

1000

2250

800

Hình 2.1: Bố trí chung mố B

Bảng 2.1:Các số liệu kích thước mố
Các kích thước

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Chiều cao mố

Hmố

8250

mm

Bề rộng mố

Bmố

11500

mm

Góc nghiêng ta luy nón mố

1:n

1:1

mm
17


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Kích thước đá kê gối
+ Chiều cao đá kê gối

hkg

250

mm

+ Bề rộng đá kê gối

bkgi

900

mm

+ Chiều dài đá kê gối

lkg

1000

mm

2250

mm

Khoảng cách giữa các đá kê gối
Chiều cao tường đỉnh

htđ

1850

mm

Bề dày tường đỉnh

δ tđ

500

mm

Chiều cao tường thân

htt

4900

mm

Bề dày tường thân

δ tt

1400

mm

+ Chiều dài tường cánh

ltc

6350

mm

+ Chiều cao đuôi tường cánh

hđtc

1500

mm

+ Chiều cao vát tường cánh

hvtc

5250

mm

+ Bề dày tường cánh

δ tc

500

mm

+ Chiều dài bản quá độ

lbqđ

2500

mm

+ Chiều dày bản quá độ

δ bqđ

200

mm

+ Chiều rộng bản quá độ

bbqđ

10000

mm

+ Chiều dài gờ kê bản quá độ

lgk

10000

mm

+ Chiều rộng gờ kê bản quá độ

bgk

200

mm

+ Chiều cao gờ kê bản quá độ

hgk

600

mm

Chiều cao bệ móng

hbm

1500

mm

Chiều dài bệ móng

lbm

4000

mm

Bệ rộng bệ móng

bbm

11500

mm

Kích thước cấu tạo tường cánh

Kích thước cấu tạo bản quá độ

Kích thước gờ kê bản quá độ

Kích thước cấu tạo bệ móng mố

2.2. Tải trọng tác dụng lên mố cầu
2.2.1. Tĩnh tải do kết cấu nhịp truyền xuống mố(DC).
-

Tĩnh tải từ kết cấu phần trên truyền xuống tâm gối lấy theo kết quả tính toán ở
phần sơ bộ như sau:
Do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp và liên kết gây ra.
RDC = DCxL/2=158,222*23/2=1819,55 (KN)
18

Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Do trọng lượng lớp phủ mặt cầu và các tiện ích khác gây ra.
RDW = DWxL/2=12,985x23/2=149,33 (KN)
2.2.2. Tính nội lực do tĩnh tải bản thân mố (DC) tác dụng lên mố.
γ c = 24 kN/m3
- Trọng lượng riêng của bêtông:
-

Trọng lượng riêng của đất:

-

Tĩnh tải tiêu chuẩn gây ra bởi trọng lượng bản thân của mố được tính như sau:
P = V. γ c
Trong đó:
V: thể tích các bộ phận.
γ c : trọng lượng riêng của bêtông.
Nếu bộ phận mố trụ nằm dưới nước thì tính ổn định phải xét đến tác dụng của
áp lực thủy tĩnh. Khi đó trọng lượng riêng là.

-

γ đ = 18 kN / m 3

γ ' = γ − 1 ( kN / m 2 )

Bảng 2.2: Tĩnh tải do trọng lượng bản thân mố
Trọng lượng
(KN)

1656,00
1811,04
244,20
21,60

m3
m3
m3
m3
m3
m3

10,125
7,275
12,731
1,125
135,00
2,50

243,00
174,60
305,55
27,00
2430,00
60,00
6972,99

Hạng mục

Đơn vị

1
2
3
4
5

Bệ mố
Tường thân
Tường đỉnh
Gờ kê bản quá độ
Tường cánh
Khối 1
Khối 2
Khối 3
Đá kê gối
Đất đắp
½ bản quá độ
Tổng

6
7
8

-

m3
m3
m3
m3

Khối lượng
(m3)
69,00
75,46
10,175
0,90

STT

Mô men tại tiết diện cần tính:
M = P.e

Trong đó:
P - là các lực gây ra mô men tại tiết diện cần tính

19


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
e - độ lêch tâm của điểm đặt lực P so với trục trung hoà của mặt cắt cần tính
toán(mô men mang dấu dương khi hướng về phía nền đường, mang dấu âm khi
hướng ra phía sông).

III

III

II

II
IV

I

I

Hình 2.2: bố trí các mặt cắt trong mố.
2.2.2.1. Xác định các tải trọng tác dụng lên mặt cắt I-I.
Gtd

Ggk+pbqd/2

2
Gtc

2

3

1
1

Gtc
Gtt

Gm

I

3
Gtc

I

Hình 2.3: MẶT CẮT I-I.
Bảng 2.3: tính nội lực cho tiết diện I-I bởi trọng lượng bản thân mố
STT
1
2
3

Tên kết cấu
Bệ mố P1
Tường thân P2
Tường đỉnh P3

Tiết diện I-I
P(KN)
e(m)
M(KN.m)
1656
0,00
0,00
1811,04
-0,7
-1267,73
244,2
-0,25
-61,05

20


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
4
5

6
7

Gờ kê bản quá độ P4
Tường cánh P5i
Khối 1 P5.1
Khối 2 P5.2
Khối 3 P5.3
Đá kê gối P6
½ bản quá độ P7
Tổng cộng

21,6

0,1

2,16

243,0
174,6
305,55
27
60

4542,99

0,75
3,925
2,713
-0.95
0.1

182,25
685,31
828,96
-25,65
6,00
350,25

2.2.2.2. Xác định các tải trọng tác dụng lên mặt cắt II-II.
Gtd

Ggk+pbqd/2

2
Gtc

2

3

1
1

Gtc
Gtt

3
Gtc

II

II
Hình 2.4: MẶT CẮT II-II

Bảng 2.4: tính nội lực cho tiết diện II-II bởi trọng lượng bản thân mố
STT
1
2
3
4
5

Tên kết cấu
Tường thân P2
Tường đỉnh P3
Gờ kê bản quá độ P4
Đá kê gối P6
½ bản quá độ P7
Tổng cộng

Tiết diện II-II
P(KN)
e(m)

M(KN.m)
0,00
0,00
1811,04
244,2
0,45
109,89
21,6
0,8
17,28
27
-0,25
-6,75
60
0,8
48,00
2163,84
168,42

2.2.2.3. Xác định các tải trọng tác dụng lên mặt cắt III-III.

21


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Gtd

III

Ggk+pbqd/2

III

Hình 2.5: MẶT CẮT III-III
Bảng 2.5: tính nội lực cho tiết diện III-III bởi trọng lượng bản thân mố
STT
2
3
5

Tên kết cấu

P(KN)
244,2
21,6
60
325,80

Tường đỉnh P3
Gờ kê bản quá độ P4
½ bản quá độ P7
Tổng cộng

Tiết diện III-III
e(m)
M(KN.m)
0,00
0,00
0,35
7,56

0,35
21
28,56

2.2.2.4. Xác định các tải trọng tác dụng lên mặt cắt IV-IV.

2
Gtc

2

3

1
1

Gtc

3
Gtc

IV
Hình 2.6: MẶT CẮT IV-IV
Bảng 2.6: tính nội lực cho tiết diện IV-IV bởi trọng lượng bản thân mố
Tiết diện IV-IV
STT
Tên kết cấu
P(KN)
e(m)
M(KN.m)

22


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Tường cánh P5i
Khối 1 P5.1
Khối 2 P5.2
Khối 3 P5.3
Tổng cộng

1

243,00
174,60
305,55
723,15

0,75
3,925
2,713

182,25
685,31
828,96
1696,52

2.2.3. Phản lực gối dưới tác dụng của trọng lượng bản thân kết cấu nhịp.
-

Phản lực do KCN là lực tập trung hướng thẳng góc với mặt phẳng gối cầu tại

tim khớp gối.
Phản lực gối được xác định dựa vào kết quả tính toán ở phần sơ bộ như sau:
Do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp và liên kết gây ra
RDC = DC.L/2 = 158,222x23/2 = 1819,55 (KN)
Do trọng lượng lớp phủ mặt cầu và các tiện ích khác gây ra
RDW =DW.L/2 = 12,985x23/2 = 149,33 (KN)

-

Tính nội lực do tác dụng của trọng lượng bản thân KCN lên các mặt cắt gồm
(tiết diện I-I và tiết diện II-II)
Bảng 2.7: tính nội lực cho tiết diện I-I và tiết diện II-II.
bởi trọng lượng bản thân kết cấu nhịp
Tiết diện I-I

P(KN)
1819,55
DC
DW
149,33
Tổng cộng

e(m)
-0,95
-0,95

Tiết diện II-II
M(KN.m)
P(KN)
-1728,58

1819,55
-141,86
149,33
-1870,44 Tổng cộng

e(m)
-0,25
-0,25

M(KN.m)
-454,89
-37,33
-492,22

2.2.4. Trọng lượng đất đắp EV (tính cho tiết diện I-I):
-

Trọng lượng của đất đắp trên các bệ móng và các thành nghiêng của trụ mố:
Pđ = γđ.Vđ (KN)
Trong đó:
Khối lượng tác dụng của lớp đất:
Vđất= 135 m3
Trọng lượng riêng của lớp đất đắp sau mố:
γđ = 18,0 KN/m3
Chiều cao đất đắp sau mố:
6,75 m
Chiều rộng mố chịu tác dụng của các lớp đất :
2 m
Chiều dài mố chịu tác dụng của các lớp đất:
10 m

Chiều cao đất đắp trước mố:
0,0 m
Chiều rộng đất đắp trước mố:
0,0 m
-

Kết quả nội lực do đất đắp tính tại tiết diện I-I:
Bảng 2.8: tính nội lực cho tiết diện I-I bởi trọng lượng đất đắp
23


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Tiết diện I-I

Kết cấu

Khối lượng (m3)

Đất sau mố

135

P (KN)
2430

Đất trước mố

0,00

0,00

e(m)
1.00

M(KN.m)
2430

-1,90

0,00

2430

Tổng cộng

2430

2.2.5. Áp lực đất EH, LS.
2.2.5.1. Áp lực đất tĩnh EH.
- Áp lực đất ngang của đất đắp tác dụng lên tường mố tính theo công thức :
EH =

γ .H 2
.K (kN)
2

Trong đó:
+ γ - trọng lượng riêng của đất đắp.
+ H – chiều cao tường chắn (tính từ mặt đất đến đáy móng).
+ K – là hệ số áp lực đất ; K=Ko nếu là trọng lực, K=Ka nếu là tường công xôn

- Vị trí đặt hợp lực tại vị trí (1/3)H tính từ đáy móng.
- Sơ đồ như hình vẻ

H

M

H/3

EH

Hình 2.7: Sơ đồ tính áp lực đất tỉnh của đất lên mố.

2.2.5.2. Áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố LS.
- Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tường chắn , tác dụng
của hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao là heq, tra bảng.

Bảng 2.9: chiều cao lớp đất tương đương.
24


Đồ án: thiết kế và thi công mố trụ cầu
Chiều cao tường H(mm)

heq (mm)
≤ 1500
1700
3000
1200
6000

760
≥ 9000
610
Áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố được tính theo công thức.
LS = K .heq .γ .H

Trong đó:
+ LS – là hợp lực của áp lực đất tĩnh.
+ γ – trọng lượng riêng của đất đắp (T/m3)
+ H – là chiều cao tường chắn (mm)
+ heq – là chiều cao lớp đất tương đương
+ K – là hệ số áp lực đất ; K=Ko nếu là trọng lực, K=Ka nếu là tường công xôn
Sơ đồ như hình vẻ.
heq

M

H/2

H

LS

Hình 2.8: Sơ đồ tính áp lực đất ngang do hoạt tải sau mố LS.
-

Vị trí đặt hợp lực tại 0,5H tính từ đáy móng.

2.2.5.3. Tính hệ số áp lực đất
- Hệ số áp lực đất tĩnh K0

K 0 = 1 − sin ϕ '

-

Hệ số áp lực đất chủ động Ka

(

)

sin θ + ϕ '
Ka =
;
r. sin 2 θ . sin (θ − δ )

(

) (


sin ϕ ' + δ . sin ϕ ' − β
r = 1 +
sin (θ − δ ). sin (θ + β )


) 

2



Trong đó:
+ δ - góc ma sát giữa đất và tường ; δ = 24 0
25