Cầu dân sinh Phần 1: Chỉ dẫn thiết kế

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TỔNG CỤC ĐƯỜNG BỘ VIỆT NAM

THIẾT KẾ ĐIỂN HÌNH CỦA DỰ ÁN - HỢP PHẦN CẦU DÂN SINH

DỰ ÁN
XÂY DỰNG CẦU DÂN SINH VÀ QUẢN LÝ
TÀI SẢN ĐƯỜNG ĐỊA PHƯƠNG
(LRAMP)

TẬP I
CHỈ DẪN KỸ THIẾT KẾ

LIÊN DANH TƯ VẤN CCTDI VÀ VE&C
TRUNG TÂM TƯ VẤN ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN GTVT
VÀ
CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ SƯ VÀ TƯ VẤN VIỆT NAM

HÀ NỘI, 2015


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TỔNG CỤC ĐƯỜNG BỘ VIỆT NAM

THIẾT KẾ ĐIỂN HÌNH CỦA DỰ ÁN - HỢP PHẦN CẦU DÂN SINH

DỰ ÁN
XÂY DỰNG CẦU DÂN SINH VÀ QUẢN LÝ
TÀI SẢN ĐƯỜNG ĐỊA PHƯƠNG
(LRAMP)

TẬP I
CHỈ DẪN THIẾT KẾ

LIÊN DANH TƯ VẤN

HÀ NỘI, 2015

CHỦ ĐẦU TƯ


PHỤ LỤC
LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN HOẠT TẢI THIẾT KẾ

TẬP I




MỤC LỤC
CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ TỔNG THỂ

CHƯƠNG III

KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT

CHƯƠNG IV

KHẢO SÁT THỦY VĂN

CHƯƠNG V

PHÂN TÍCH THỦY VĂN

CHƯƠNG VI

CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ SÔNG VÀ CHỐNG XÓI TRỤ CẦU

CHƯƠNG VII

THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN

CHƯƠNG VIII

THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI VÀ NỀN MÓNG

CHƯƠNG IX

THIẾT KẾ KẾT CẤU DẦM

PHỤ LỤC 1

HỒ SƠ MẪU “NHIỆM VỤ KHẢO SÁT THIẾT KẾ - BƯỚC
THIẾT KẾ KỸ THUẬT BẢN VẼ THI CÔNG”

PHỤ LỤC 2

PHẦN 10 – NỀN MÓNG – TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU
AASHTO LRFD


CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
Sổ tay thiết kế cầu nông thôn nhằm cung cấp cho các kỹ sư thiết kế các tài liệu cơ
bản, đơn giản để tiếp cận việc thiết kế cầu qui mô nhỏ của dự án. Sổ tay thiết kế cầu này
tập trung cho các cầu có chiều dài nhịp từ 6m đến 24m với bê rộng phần xe chạy của cầu
3m đến 3,5m, đối với cầu cho người đi bộ có bề rộng 2m. Nội dung của sổ tay đề cập đến
hầu như toàn bộ quá trình thiết kế từ việc khảo sát địa hình, địa chất, thủy văn, thiết kế bố
trí chung cầu, đến thiết kế kết cấu phần dưới và nền móng, trừ kết cấu phần trên đã được
thiết kế định hình phần dầm. Có nhiều tài liệu kỹ thuật mà các kỹ sư cầu có thể tham khảo
được trích dẫn trong tài liệu này để các kỹ sư cầu có thể tìm hiểu sâu hơn.
Nội dung trình bày trong sổ tay này nhằm mục đích cho các văn phòng thiết kế cầu
tham gia dự án sử dụng, nhưng cũng có thể dùng cho các kỹ sư xây dựng công trình tham
khảo khi cần thiết. Chính vì vậy trong sổ tay trích dẫn nhiều Bảng biểu để tra cứu cho tính
toán.


CHƯƠNG II
2.1 Lựa chọn vị trí ____________________________________________________ 2
2.1.1 Hình thái học của sông suối ______________________________________3
2.1.2 Vị trí cầu _____________________________________________________3
2.2 Điều kiện tự nhiên _________________________________________________ 4
2.2.1 Diện tích lưu vực ______________________________________________4
2.2.2 Các mực nước _________________________________________________4
2.2.3 Tĩnh không của cầu và tĩnh không thông thuyền ______________________5

2.3 Bình đồ và đo mặt cắt ngang sông suối ________________________________ 5
2.4 Tuổi thọ thiết kế __________________________________________________ 7
2.5 Khổ cầu _________________________________________________________ 7
2.5.1 Khổ cầu trên đường cấp A _______________________________________7
2.5.2 Khổ cầu đường cấp B, C _________________________________________7
2.5.3 Khổ cầu trên đường cấp D (đường thôn, xóm) ________________________7
2.5.4 Cống hộp _____________________________________________________7
2.5.5 Đường tràn ___________________________________________________7
2.6 Tải trọng thiết kế __________________________________________________ 7
2.6.1 Hoạt tải ______________________________________________________7
2.6.2 Các loại tải trọng khác __________________________________________8
2.6.3 Áp dụng các hoạt tải xe thiết kế các bộ phận của cầu (3.6.1.3) ___________8
2.6.4 Hoạt tải thiết kế cho cầu dàn, cống, cầu có nhịp lớn hơn 25m (3.6.1.3.3) ___9
2.7 Vật liệu _________________________________________________________ 9



CHƯƠNG II
THIẾT KẾ TỔNG THỂ
Trong giai đoạn đầu tiên của thiết kế, kỹ sư thiết kế phải tìm được vị trí cầu
thích hợp phải quyết định chiều dài cầu, bố trí loại cầu, số lượng nhịp cầu với kích
thước nhịp. Các quyết định này phải dựa trên khảo sát hiện trường và các thông tin về:
-

Địa hình vị trí cầu và các điều kiện tự nhiên;

-

Tuổi thọ thiết kế cầu, trong dự án này yêu cầu tuổi thọ thiết kế 50 đến 75 năm
(cầu loại A);

-

Lưu lượng giao thông;

-

Các nguồn vật liệu địa phương, khả năng vận chuyển, khả năng thi công.
Địa hình tại vị trí cầu quyết định chiều cao, chiều dài cầu và số lượng nhịp và

loại nền móng công trình. Tuổi thọ thiết kế yêu cầu và các nguồn lực đã có sẽ ảnh
hưởng tới việc lựa chọn vật liệu loại dầm và phương pháp thi công. Các số liệu về lưu
lượng giao thông để quyết định khổ cầu và tải trọng thiết kế. Trong dự án này phải
theo cấp đường được thiết kế theo qui hoạch mạng đường địa phương.
Các cấp đường giao thông nông thôn được định nghĩa theo Tiêu chuẩn Quốc
gia TCVN 10380: 2014 Đường giao thông nông thôn - Yêu cầu thiết kế. Tổng hợp
phân cấp kỹ thuật đường giao thông nông thôn theo chức năng của đường và lưu lượng
giao thông trình bày trong Bảng sau (Bảng 4- Tiêu chuẩn TCVN 10380: 2014):

2-1


Bảng phân cấp kỹ thuật đường GTNT theo chức năng của đường
và lưu lượng xe thiết kế (Nn)

Chức năng của đường

Cấp kỹ
thuật theo
TCVN

4054:2005

Đường huyện có vị trí quan trọng đối với sự
Cấp IV, V,
phát triển kinh tế - xã hội của huyện, là cầu nối
VI
chuyển tiếp hàng hóa, hành khách từ hệ thống
đường quốc gia (quốc lộ, tỉnh lộ) đến trung tâm
hành chính của huyện, của xã và các khu chế
Cấp VI
xuất của huyện; phục vụ sự đi lại và lưu thông
hàng hóa trong phạm vi của huyện.
Đường xã có vị trí quan trọng đối với sự phát
triển kinh tế - xã hội của xã, kết nối và lưu
thông hàng hóa từ huyện tới các thôn, làng, ấp,
bản và các cơ sở sản xuất kinh doanh của xã.
Đường xã chủ yếu phục vụ sự đi lại của người
dân và lưu thông hàng hóa trong trong phạm vi
của xã.
Đường thôn chủ yếu phục vụ sự đi lại của người
dân và lưu thông hàng hóa trong trong phạm vi
của thôn, làng, ấp, bản; kết nối và lưu thông
hàng hóa tới các trang trại, ruộng đồng, nương
rẫy, cơ sở sản xuất, chăn nuôi.
Đường dân sinh chủ yếu phục vụ sự đi lại của
người dân giữa các cụm dân cư, các hộ gia đình
và từ nhà đến nương rẫy, ruộng đồng, cơ sở sản
xuất, chăn nuôi nhỏ lẻ... Phương tiện giao thông
trên các tuyến đường dân sinh chủ yếu là xe
đạp, xe mô tô hai bánh, xe kéo tay, ngựa thồ.

Đường KVSX chủ yếu phục vụ sự đi lại của
người dân và lưu thông nguyên vật liệu, hàng
hóa và đến các cơ sở sản xuất, chăn nuôi, gia
Cấp IV, V,
công, chế biến Nông Lâm Thủy Hải sản; vùng
VI
trồng cây công nghiệp; cánh đồng mẫu lớn;
đồng muối; làng nghề; trang trại và các cơ sở
tương đương.

Cấp kỹ thuật
Lưu lượng
của đường
xe thiết kế
theo TCVN
(Nn), xqđ/nđ
10380:2014
-

≥ 200

A

100  200

A

100  200

B

50  < 100

B

50  < 100

C

< 50

D

Không có xe
ô tô chạy
qua

-

Xe có tải
trọng trục >
6.000kg ÷
10.000kg
chiếm trên
10%

2.1 Lựa chọn vị trí
Có ba điều nên luôn chú ý khi lựa chọn vị trí cầu:
- Vị trí cầu phải nằm trên đường được qui hoạch của địa phương, nó phù hợp mặt
bằng tuyến và trắc dọc của đường;

-

Đất tại vị trí cầu đủ chắc để ổn định kết cấu;

2-2


-

Công trình cầu và công việc xây dựng cầu không ảnh hưởng sấu đến vùng đất
và các công trình lân cận và bản thân nó không gây tác hại tới môi trường của
địa phương.

2.1.1 Hình thái học của sông suối
Các sông thường được chia làm hai loại, sông bồi tích hoặc sông, miền núi.
Sông bồi tích là sông đồng bằng như ở đồng bằng sông Hồng hay sông Cửu Long
thông thường bờ hay bị xói lở, sông hay biến đổi cũng như các lạch nhánh của nó do lũ
tràn bờ. Dòng chảy của sông rộng và uốn khúc chảy tạo ra xói lở và bồi đắp xuất hiện.
Khi sông bồi tích tiếp nhận một lượng lớn phù sa hơn khả năng của nó có thể vận
chuyển, phù sa bồi lắng tạo ra các bãi cát ngầm trên một đoạn của dòng chảy. Các bãi
cát ngầm làm chệch hướng của dòng chảy tạo ra các lạch nhỏ xuất hiện giữa các cù
lao. Các dòng chính và phụ lưu có thể thay đổi vị trí sau một trận lũ lớn.
Sông miền núi có bờ tương đối ổn định, bờ hẹp và dốc hơn sông bồi tích. Có
thể nước lũ dâng cao tràn bờ sông nhưng khi hết lũ dòng chảy nước lại rút xuống về
dòng chảy bình thường.
Các nhánh suối đổ vào dòng chính thường thay đổi chiều rộng và độ dốc lòng
một cách đột ngột tạo ra lượng lớn các bồi lắng là cuội sỏi có kích thước lớn ở dòng
suối chủ.
Các đặc điểm này cần lưu ý để xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền lâu
dài của cầu khi lựa chọn vị trí cầu.

2.1.2 Vị trí cầu
Vị trí cầu có ảnh hưởng lớn đến giá thành xây dựng cầu vì người kỹ sư phải lựa
chọn một quyết định để hài hòa giữa hai nhu cầu vượt sông suối đơn giản nhất và
tuyến ngắn nhất.
Vị trí cầu có giá thành cầu rẻ nhất và tuổi thọ cầu có khả năng dài nhất là vị trí
thỏa mãn các yêu cầu:
-

Vị trí cầu vuông góc với dòng chảy;

-

Cách xa các vị trí suối có ảnh hưởng của các nhánh phụ sông suối;

-

Có bờ sông suối xác định ổn định;

-

Có đường vào cầu thẳng;

-

Có điều kiện địa chất nền tốt.

2-3


Vị trí cầu nên đặt sao cho tạo điều kiện đường đầu cầu có độ dốc lớn nhất phù

hợp với loại phương tiện xe qua cầu cũng như tạo ra cong đứng và tầm nhìn thích hợp
cho tốc độ xe qua cầu lớn nhất.
Khi cầu vuông góc với dòng chảy thì chiều dài cầu sẽ ngắn nhất. Trong trường
hợp phải làm cầu chéo thì góc chéo không nên lớn quá 20o và mố trụ cầu nên đặt song
song với hướng nước chảy khi lũ lớn nhất.
Khi cầu đặt tại vùng có bờ sông không ổn định, phải có biện pháp bảo vệ bờ để
tránh phá hoại móng mố. Các chi phí này sẽ làm tăng giá thành công trình.
2.2 Điều kiện tự nhiên
Một khi đã định vị trí cầu, các thông tin mà kỹ sư thiết kế cần có là các thông
tin về điều kiện tự nhiên của vị trí xây dựng cầu như địa hình vị trí cầu, tình trạng dòng
chảy của sông, suối cũng như các số liệu địa chất, thủy văn. Các thông tin cần thu thập
trình bày trong chương 3 và 4. Các điểm chính của thông tin điều kiện tự nhiên có
quan hệ tới:
-

Diện tích lưu vực của sông, suối;

-

Các mực nước;

-

Các yêu cầu về thông thuyền.

2.2.1 Diện tích lưu vực
Diện tích lưu vực sông suối mở rộng phía trên vị trí cầu dùng để xác định lưu
lượng ở các khu vực cầu không có các trạm đo thủy văn. Đối với cầu nhỏ có thể dùng
các bản đồ tỷ lệ 1:10.000 để khoanh lưu vực. Nếu không có máy đo diện tích lưu vực,
có thể dùng các giấy bóng có kẻ ô ly để tính diện tích lưu vực. Trong trường hợp

không có bản đồ thì phải tiến hành lập hệ đường chuyền để lập bản đồ lưu vực cho các
cầu trên đường cấp A ở nơi không thu thập được các số liệu quan trắc thủy văn. Chi
tiết các phương pháp tính diện tích lưu vực xem trong chương 4.
2.2.2 Các mực nước
(a) Các mực nước cần cho thiết kế:
-

Mực nước cao nhất điều tra lũ lịch sử tại vị trí cầu; mực nước này lưu lại
dấu vết trên cây hoặc các vật khác tại vị trí cầu

-

Mực nước thấp nhất là mực nước về mùa khô của dòng chẩy tại vị trí cầu;

-

Mực nước thông thường là mực nước xuất hiện;

-

Mực nước dùng cho thông thuyền là mực nước từ đấy để xác định chiều cao
đáy dầm cầu theo yêu cầu thông thuyền.
2-4


(b) Mực nước lũ thiết kế
Mực nước lũ thiết kế là mực nước dùng để xác định các cao độ đáy dầm cầu và
kết cấu cầu theo điều kiện thủy văn và thủy lực.
- Đối với cầu trên đường cấp A có chiều dài nhỏ hơn 25m (chiều dài khẩu độ
thoát nước), mực nước lũ thiết kế với tần suất 01%, các cầu chiều dài nhỏ hơn 25m,

mực nước lũ thiết kế với tần suất 04%.(theo phần 5.5.2 của chương 5)
- Đối cầu trên đường cấp B, C mực nước lũ thiết kế với tần suất 04%. Với các
cầu có chiều dài lớn hơn 25m mực nước lũ thiết kế để thiết kế chiều cao cầu là 04%,
nhưng phải kiểm toán mố trụ khi sói lở và chống va trôi cầu khi cầu bị ngập với lũ tần
suất 01%. Đối với vùng miền núi và cao nguyên tại vị trí đặc biệt, không xác định
được lũ theo các tần suất yêu cầu có thể sử dụng mức nước lũ lịch sử theo điều tra.
- Cầu trên đường cấp D thiết kế với lũ tần suất 04%, trong trường hợp địa hình
quá khó khăn thì bố trí phù hợp với cao độ đường dân sinh. Ở vùng miền núi có thể
dung mực nước lũ lịch sử để thiết kế khi
Điều tra các mực nước dùng cho thiết kế trình bày chương 4, phần 4.3.4.
2.2.3 Tĩnh không của cầu và tĩnh không thông thuyền
Đối với các cầu miền núi hoặc các cầu nhỏ trên đường loại C, D hoặc các cầu
không có yêu cầu thông thuyền khoảng cách từ mực nước thiết kế đến đáy dầm theo
đúng qui định Điều 2.6.4.3 của 22TCN 272-05. Chiều cao tĩnh không phải cho phép
các vật cành cây trôi qua dưới cầu. Trong trường hợp này khi chiều sâu nước khi thi
công cầu nhỏ hơn hoặc bằng 50m chỉ nên chọn các nhịp cầu từ 6m đến 9m tùy theo địa
hình.
Đối với cầu qua kênh mương có yêu cầu cho các thiết bị nạo vét kênh mương
cần thỏa thuận với cơ quan quản lý kênh mương thủy lợi.
Đối với cầu có yêu cầu thông thuyền theo cấp sông đã qui định cần theo qui
định của TCVN 5664:2009, Phân cấp kỹ thuật đường thủy nội địa.
Đối với các cầu vùng đồng bằng sông Cửu Long vượt qua các lạch nhỏ, chỉ có
yêu cầu cho các ghe nhỏ thì chiều cao tĩnh không cần lấy ý kiến thỏa thuận với cư dân
địa phương hoặc lấy bằng 1,6m nếu không lấy được ý kiến tham vấn của cộng đồng;
Chiều dài nhịp trong khoảng 8m đến 10m cần có văn bản thỏa thuận với cư dân địa
phương.
2.3 Bình đồ và đo mặt cắt ngang sông suối
Trên hình 2.3 - 1 là ví dụ về các thông tin thiết lập trên bình đồ, trắc dọc dòng
chảy và mặt cắt ngang sông.

2-5


Hình 2.3 -1: Bình đồ, trắc dọc dòng chảy và mặt cắt ngang sông
Khảo sát lập bản đồ địa hình và mặt cắt ngang theo qui định của qui trình khảo
sát đường ô tô 22TCN 263-2000. Chú ý rằng đối với các cầu có chiều dài nhỏ hơn
hoặc bằng 50m tỷ lệ bình đồ nên theo tỷ lệ 1:500.
Để lập được bình đồ lưu vực và mặt cắt ngang sông cho tính lưu lượng, cần có:
-

Bình đồ và mặt cắt dọc sông tỷ lệ 1/1000 trên mặt bằng và 1/100 chiều cao;

-

Ít nhất có ba mặt cắt ngang tỷ lệ 1/100, một ở tim cầu dự kiến, một mặt cắt ở
thượng lưu một mặt cắt ở Hạ lưu tim cầu tại vị trí cuối phạm vi bình đồ.

Chi tiết trình bày ở chương 4. Trong Bảng 2.3-1 trình bày cự ly lập bình đồ để
tham khảo. Phạm vi này có thể điều chỉnh khi có các bản đồ có thể xác định rõ ràng
lưu vực.
Bảng 2.3-1 Khoảng cách đo bình đồ lưu vực
Diện tích lưu vực, Km2

Thượng lưu

Hạ lưu

Nhỏ hơn 2,5

150m

150m

2,5-10

200-400m

150m

trên 10

400-1500m

250m
2-6


2.4 Tuổi thọ thiết kế
Trong dự án này tuổi thọ thiết kế yêu cầu là 50 năm. Đối với cầu trên đường
cấp A, trục đường quan trọng, tuổi thọ thiết kế là 75 năm.
2.5 Khổ cầu
2.5.1 Khổ cầu trên đường cấp A
Khổ cầu trên đường cấp A là 3,5m, gờ lan can 2x0,25m, bê rộng phủ bì cầu là
4,0m. Việc xây dựng khổ cầu 3,5m nhằm đáp ứng yêu cầu trước mắt trong khuôn khổ
hạn chế nguồn vốn. Trong tương lai sẽ xây dựng để mở rộng cầu đáp ứng 2 làn xe cho
đường cấp A.
2.5.2 Khổ cầu đường cấp B, C
Khổ cầu trên đường cấp B rộng 3,0m; gờ chân lan can rộng 2x0,25, bề rộng phủ
bì 3,5m.
2.5.3 Khổ cầu trên đường cấp D (đường thôn, xóm)

Khổ cầu cho đường người đi rộng 2,0m.
2.5.4 Cống hộp
Bề rộng đường trên cống hộp theo các khổ cầu tương ứng với cấp đường nêu
trên.
2.5.5 Đường tràn
Bề rộng phần xe chạy đường tràn có thoát nước chủ yếu cho đường cấp A khi
chưa có điều kiện xây dựng cầu do chiều dài quá lớn, chiều rộng sẽ tương ứng với bề
rộng mặt đường. Chi tiết xem trong phần kết cấu đường tràn.
2.6 Tải trọng thiết kế
2.6.1 Hoạt tải
Hoạt tải thiết kế cầu trên đường loại A, khổ cầu 3,5m:
Với các nhịp có chiều dài đến 24 m, hoạt tải thiết kế là 0,65 xe tải của Tải trọng
HL93. Các nhịp có chiều dài lớn hơn 24m, hoạt tải thiết kế bằng 0,65 HL-93 bao gồm
cả xe tải thiết kế và tải trọng dải đều ( tương đương H13 của tải trọng thiết kế theo qui
trình thiết kế cầu 1979).
2-7


Hoạt tải thiết kế cầu trên đường loại B,C, khổ cầu 3,0m:
0,45 xe tải của Tải trọng HL-93,

Hoạt tải thiết kế cầu trên đường loại D, khổ cầu 2,0m
Người đi 3 KN/m2
2.6.2 Các loại tải trọng khác
Theo qui định trong điều 3.4.1 của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.
Không xét tải trọng do động đất.
2.6.3 Áp dụng các hoạt tải xe thiết kế các bộ phận của cầu (3.6.1.3)
(i) Đối với cầu khổ 3,5m:
-

Đối với phản lực gối giữa (gối trên trụ) lấy:
+ Với các nhịp từ 16m đến 24 m, hiệu ứng của 0,65 hai xe tải thiết kế có
khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 4000mm; khoảng
cách giữa các trục nặng của mỗi xe tải phải lấy bằng 4.300mm. Mỗi nhịp chỉ
được xếp 1 xe.
+ Với các nhịp từ 6 đến 15m, hiệu ứng của 0,65 hai xe hai trục thiết kế có
khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 5.000mm. Mỗi nhịp
chỉ được xếp 1 xe.
- Các trục bánh xe không gây ra ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua.
- Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim
của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn:
+ Khi thiết kế bản hẫng: 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can
+ Khi thiết kế các bộ phận khác: 450mm tính từ mép làn xe thiết kế.
(ii) Đối với cầu khổ 3,0m:
-

0,45 xe hai trục thiết kế.
0,45 xe tải thiết kế.
Đối với phản lực gối giữa (gối trên trụ) lấy:
+ Với các nhịp từ 16m đến 24m, hiệu ứng của 0,45 hai xe tải thiết kế có khoảng
cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 10.000mm; khoảng cách
2-8


-

giữa các trục sau (65,25 KN) của mỗi xe tải phải lấy bằng 4.300mm. Mỗi nhịp
chỉ được xếp 1 xe.
+ Với các nhịp từ 6m đến 15m, hiệu ứng của 0,45 hai xe hai trục thiết kế có
khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 10.000mm. Mỗi

nhịp chỉ được xếp 1 xe.
Các trục bánh xe không gây ra ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua.
Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim
của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn:
+ Khi thiết kế bản hẫng: 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can
+ Khi thiết kế các bộ phận khác: 450mm tính từ mép làn xe thiết kế.

2.6.4 Hoạt tải thiết kế cho cầu dàn, cống, cầu có nhịp lớn hơn 25m (3.6.1.3.3)
0,65 lần hoạt tải HL93 (theo điều 3.6.1.2.2 tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05).
2.7 Vật liệu
(i) Bê tông
Nếu không có các ghi chú khác, cường độ bê tông mẫu hình trụ tại 28 ngày tuổi
sử dụng cho các kết cấu BTCT như sau:
STT

Cường độ
f’c (MPa)

Phạm vi áp dụng

1

8

Bê tông lót, vữa xây đá hộc.

2

15

Bê tông kết cấu phần dưới không cốt thép

3

20

Bê tông kết cấu phần dưới có cốt thép

4

25

Bê tông bản mặt cầu đổ tại chỗ, cọc BTCT đúc sẵn,

5

42

Dầm bê tông cốt thép DƯL

(ii) Cốt thép
Cốt thép thường sử dụng cho kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCVN
1651-2008 hoặc tương đương:
Loại thép

Mác thép

Giới hạn chảy nhỏ nhất
(MPa)

Giới hạn bền nhỏ nhất
(Mpa)

Thép tròn trơn

CB240-T

240

380

Thép có gờ

CB400-V

400

570

2-9


(iii)

Thép kết cấu

Thép hình, thép bản sử dụng trong mối nối cọc theo tiêu chuẩn TCVN 5709:
2009, có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau:
Giới hạn chảy Giới hạn bền
Loại thép Ký hiệu Độ giãn dài δ 5(%)

(MPa)

(MPa)

Thép hình XCT 38

26

240

380 đến 500

Thép bản

26

240

380 đến 500

XCT 38

Thép kết cấu dùng cho các cấu kiện thép chế tạo dầm, lan can là loại phù hợp
tiêu chuẩn ASTM A709 – Thép cán dùng cho các kết cấu chung, mác thép Grade
36[250] hoặc tương đương nhưng phải đảm bảo giới hạn chảy Fy (min) ≥ 235MPa.
(iv)

Thép dự ứng lực
Sợi thép có cường độ cao với độ tự trùng thấp không được hàn và giảm căng

sau khi kéo và phải tuân theo tiêu chuẩn ASTM A416 “Sợi thép, thép 7 sợi không áo
phủ đối với bê tông dự ứng lực” hoặc tương đương, có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau:
Loại
thép

Đường kính
(mm)

Cường độ chịu kéo

Grade
270

12,7

(MPa)

Mô đun đàn hồi
(MPa)

Giới hạn chảy
(MPa)

1860

195000

1670

(v) Bu lông, đai ốc, vòng đệm, thanh ren

Bu lông thường và đai ốc phù hợp tiêu chuẩn TCVN 1916:1995 “Bu lông, vít,
vít cấy và đai ốc – Yêu cầu kỹ thuật”, cấp độ bền bu lông 6.8. Kích thước bu lông theo
tiêu chuẩn 1892-76, kích thước đai ốc theo tiêu chuẩn TCVN 114-1963; tham khảo
tiêu chuẩn ASTM A307 đối với bu lông thường và tiêu chuẩn ASTM A563M, A194M
đối với đai ốc.
Vòng đệm theo tiêu chuẩn TCVN 134-77 “Vòng đệm – Yêu cầu kỹ thuật”.
Kích thước vòng đệm tròn theo tiêu chuẩn 2061-77, kích thước vòng đệm vênh theo
tiêu chuẩn TCVN 130-77. Tham khảo tiêu chuẩn ASTM F436M.
Các thanh ren cùng đai ốc được gia công chế tạo theo tiêu chuẩn TCVN 19161995 “Bu lông, vít, vít cấy và đai ốc – yêu cầu kỹ thuật”. Ngoài ra có thể tham khảo
tiêu chuẩn ASME B1.13M – 2005 của hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ.

2-10


Bu lông neo phù hợp với yêu cầu của tiêu chuẩn ASTM F1554 – 99 “Tiêu
chuẩn kỹ thuật đối với bu lông neo thép có giới hạn chảy 36, 55, 105 ksi” hoặc tương
đương.
(vi)

Liên kết hàn

Kim loại hàn tuân theo yêu cầu của tiêu chuẩn cho thép hàn cầu trong 22TCN
272-05.
Chuẩn bị, thực hiện và kiểm tra các mối nối hàn theo quy định của Tiêu chuẩn
TCVN10309:2014.
(vii)

Gối cầu
Gối cầu được làm bằng thép bản tuân thủ yêu cầu của thép bản và thép hình sử

dụng cho dự án.
(viii) Khe co giãn
Khe co giãn sử dụng loại khe co dãn để hở cho cầu nhịp nhỏ, tăng cường mép
khe bằng thép góc.

2-11


CHƯƠNG III
3.1 Các phương pháp khảo sát địa chất tại hiện trường _______________________ 1
3.1.1 Hồ đào thăm dò _______________________________________________2
3.1.2 Khoan tay ____________________________________________________2
3.1.3 Khoan đập cáp ________________________________________________2
3.1.4 Khoan xoay ___________________________________________________2
3.1.5 Khảo sát Địa vật lý _____________________________________________3
3.1.6 Đất đắp ______________________________________________________3
3.2 Độ sâu kết thúc công tác khảo sát địa chất ______________________________ 3
3.3 Lấy mẫu _________________________________________________________ 4
3.4 Thí nghiệm đất ___________________________________________________ 5
3.4.1 Thí nghiệm hiện trường _________________________________________5
3.4.1.1 Đo độ chặt ________________________________________________6
3.4.1.2 Thí nghiệm cắt cánh hiện trường _______________________________6
3.4.1.3 Thí nghiệm độ xuyên ________________________________________6
3.4.1.4 Độ sâu xuyên côn động ______________________________________6
3.4.1.5 Thí nghiệm nén tấm ép _______________________________________6
3.4.2 Các thí nghiệm trong PTN _______________________________________9
3.5 Các chất xâm thực ________________________________________________ 10
3.6 Rà soát thiết kế __________________________________________________ 11
Tài liệu tham khảo___________________________________________________ 11

CHƯƠNG III
KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT
Các phương tiện giao thông nặng, các kiến trúc phần trên, những mố và trụ cầu
đều đặt trên nền đất. Người kỹ sư phải xác định các điều kiện tự nhiên, phân bố của các
loại đất đá khác nhau tại khu vực xây dựng cầu, nền đường đầu cầu cũng như xác định
độ sâu các địa tầng có khả năng chịu tải tốt với móng cầu, nền đường đầu cầu mà không
có biến dạng lớn.
Những thông tin trên có được từ việc phân tích các mẫu lấy được từ các lỗ
khoan hoặc hố đào, bao gồm toàn bộ khu vực dự định khảo sát và bằng thí nghiệm
các mẫu về dung trọng, sức kháng cắt, chỉ số dẻo, sức kháng xuyên, nhằm cung cấp
đầy đủ số liệu cho thiết kế nền móng.
Cao độ của nước dưới đất cũng ảnh hưởng đến thiết kế nền móng và người kỹ
sư cũng phải đưa chúng vào tính toán tác động của nước dưới đất đến cấu trúc của
cầu và ảnh hưởng đến ổn định của các công trình liền kề và ổn định mái dốc.
Toàn bộ đặc tính của đất đá bị chi phối bởi diện phân bố hoặc đới đất yếu.
Điều đó có thể thu được từ mẫu thí nghiệm cỡ lớn, tuy nhiên mẫu này không chỉ ra
đặc tính của khối đất. Vì lý do đó và bởi vì thường phải giảm nhẹ kỹ thuật lấy mẫu
để phù hợp với điều kiện đất nền, nên phải giám soát nghiêm ngặt công tác lấy mẫu.
Tại mái dốc nền đào thường lộ ra các lớp đất hoặc đá và quan sát thấy tính
chất ổn định của chúng, như mái dốc nền đào và các mỏ khai thác đá. Có những
đoạn nền đắp hoặc công trình xây dựng và các cấu trúc khác nhau ở vùng kề cận
công trình cầu, mà đã ghi nhận sự sụt lún do sự hiện diện của sự ép nén hoặc sự mất
ổn định của đất.
3.1

Các phương pháp khảo sát địa chất tại hiện trường
Trong phần này trình bày các phương pháp khảo sát địa chất hiện trường sau:

- Hố đào thăm dò;
- Khoan tay;
- Khoan đập cáp;
- Khoan xoay;
- Khảo sát địa vật lý.
Mô tả tóm tắt trên đây chỉ có ý định nhắc nhở người kỹ sư việc sử dụng và
giới hạn của các thí nghiệm mà chúng được thực hiện dưới sự giám sát của những
kỹ thuật viên có nhiều kinh nghiệm phù hợp với BSI (1981), hoặc các tiêu chuẩn
khác/ hoặc TCVN.
3-1


3.1.1 Hồ đào thăm dò
Hố đào phải có diện tích đáy ít nhất 1m2. Nó là phương pháp thăm dò đất nền
rẻ và đơn giản. Thường đào hố bằng phương pháp thủ công, nhưng có thể dùng máy
để di chuyển những tảng đất đá ở bên cạnh hố đào và làm sạch đáy hố trước khi điều
tra. Đây là phương pháp cung cấp số liệu khá chính xác về điều kiện đất nền trong
chiều sâu đào như địa tầng của các lớp đất, sự có mặt của các thấu kính, phạm vi đất
yếu và cao độ mực gương nước ngầm. Độ sâu đào lớn nhất thường là 3,0m. Độ sâu
đào lớn hơn 1,50m yêu cầu phải chống để ổn định vách để đảm an toàn.
Đào hố thăm dò vào địa tầng đất dính dưới mực nước dưới đất phải hút nước
bằng máy bơm. Đường thoát nước ở thành hố đào chỉ ra mực nước dưới đất.
Trong đất cát hạt trung và hạt mịn có thể tiêu thoát nước bằng máy bơm. Việc
thoát nước bằng máy bơm hiếm khi thực hiện trong tầng cát thô hoặc cuội sỏi và nên
dùng khoan để thay thế hố đào.
Sau khi đào hố sẽ vẽ mặt cắt địa chất thành hố đào và có thể gộp 4 mặt cắt
thành hố đào thành 1 mặt cắt địa chất.
3.1.2 Khoan tay
Dùng thiết bị khoan tay nhẹ. Mũi khoan và cần khoan được rút ra khỏi hố
khoan bằng tay, và không sử dụng ống chống. Đường kính hố khoan có thể tới

200mm phụ thuộc vào điều kiện địa tầng và chiều sâu khoảng 5m. Phương pháp
khoan tay sử dụng cho địa tầng mà chúng có thể tự ổn định vách hố khoan và không
gặp tầng đá cứng hoặc cuội sỏi, đá tảng. Khoan tay có thể dùng cho công tác quan
trắc nước dưới đất, lấy mẫu không nguyên trạng hoặc lấy mẫu bằng ống mẫu bổ đôi.
3.1.3 Khoan đập cáp
Đây là phương pháp khoan khá tốt cho đất và đá mềm yếu. Đường kính ống
chống và đầu đập từ 150mm, 200mm, 250mm và 300mm, với độ sâu lớn nhất tới
60,0m. Dụng cụ phá đất đá là chống chữ thập hoặc chữ I. Đất đá được đưa lên mặt
đất bằng ống múc. Mẫu đất đá dung để thí nghiệm phục vụ cho xác định tên của
chúng.
3.1.4 Khoan xoay
Khoan xoay được sử dụng khá phổ biến bao gồm loại nặng và loại dùng điện.
Công tác khoan yêu cầu người vận hành phải có kinh nghiệm nhất định bởi vì công
tác cấp nước cho quá trình khoan có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của đất đá xung
quanh và đến công tác lấy mẫu từ lỗ khoan. Phương pháp khoan mở, ở đó lưỡi
khoan cắt đất đá trong phạm vi đường kính khoan, quá trình cắt được tăng lên trong
3-2


tầng đá cứng. Mẫu lấy được tốt nhất là dùng ống mẫu đá (ống mẫu nòng đôi). Ống
mẫu vận hành theo nguyên tắc ống ngoài quay và cắt mẫu, ống trong cố định để giữ
mẫu.
3.1.5 Khảo sát Địa vật lý
Khảo sát Địa vật lý bổ sung tốt cho tài liệu thu được từ hố đào lỗ khoan nhằm
xác định ranh giới giữa 2 loại đất đá nhưng hiếm khi được sử dụng cho qui hoạch và
thiết kế cầu nhỏ. Các loại thăm dò địa vật lý như sóng âm thanh, cộng hưởng từ, địa
chấn, yêu cầu phải có các chuyên gia để chuyển diễn giải kết quả và tổ chức thực
hiện.
3.1.6 Đất đắp
Đất đắp trả đầm nén không tốt sẽ gây ra lún bề mặt và có thể có tác dụng dẫn

đường cho nước dưới đất.
Với lỗ khoan trong tầng đất khô thì có thể dùng đầm đất như vật liệu đắp, gia
cố thêm xi măng thì tốt hơn. Đất đắp trả từ đất đào có thể đầm bằng máy đào bằng
gầu xúc, đầm tay tại các góc.
Khi có yêu cầu thì đắp đất tạm thời tại mố cầu, móng trụ cầu.
3.2 Độ sâu kết thúc công tác khảo sát địa chất
Toàn bộ phạm vi khảo sát địa chất có thể đã lộ ra các lớp đất, đá, nước dưới
đất. Thí nghiệm cường độ của các lớp đất quyết định bởi cấu trúc của công trình
(Hình 3.2-1). Những thí nghiệm này sẽ được làm từ trên xuống dưới cao độ đặt
móng, hoặc dưới tất cả các lớp đất không thích hợp cho việc đặt móng và đến độ sâu
ít nhất bằng 1,5 lần chiều rộng của móng trừ khi đã gặp đá gốc và được khẳng định
bằng thiết bị khoan xoay khi lấy mẫu đá.
Thường khoan vào đá cứng 3m và phần còn lại trên trắc dọc địa chất có thể
khoan sâu hơn để chắc chắn rằng tầng đá không phải là tảng hoặc đá mồ côi. Mỗi
mố ít nhất khoan 3 lỗ khoan. Một số ít lỗ khoan khoan cho các trụ nếu địa tầng đất
đá và tính chất cơ lý của chúng đã biết rõ. Mỗi lỗ khoan và hố đào cần được đánh số
và đưa chúng vào mặt bằng khảo sát.

3-3