ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG CẦU ĐƢỜNG ************** ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIÃÚT KÃÚ CÁƯU BÃTÄNG CÄÚT THẸP Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S Nguyễn Lan Sinh viên thực : Trƣơng Minh Phƣớc Lớp : 04X3A Số thứ tự đề tài : 042 ĐÀ NẴNG,2008 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan PHẦN 1: THIÃÚT KÃÚ SÅ BÄÜ CHƢƠNG MỞ ĐẦU: ÂẠNH GIẠ CẠC ÂIÃƯU KIÃÛN ÂËA PHỈÅNG V ÂÃƯ XÚT CẠC PHỈÅNG ẠN VỈÅÜT SÄNG M.1 Đặc điểm khu vực xây dựng cầu: M.1.1 Địa hình: Khu vực ven sơng phẳng, mặt cắt ngang sông gần đối xứng M.1.2 Địa chất: Địa chất lịng sơng tương đối tốt, số liệu khảo sát địa chất lịng sơng cho thấy có lớp đất + lớp 1: sét pha bùn dày 0,5 m + lớp 2: sét pha cát(B=0,5) dày 7m + lớp 3: cát hạt trung lẫn cuội sỏi (e = 0,3) M.1.3 Thuỷ văn: Số liệu khảo sát thuỷ văn cho thấy: + Mực nước cao nhất: + 6,15 m + Mực nước thông thuyền: + 1,29 m + Mực nước thấp nhất: + 0,00 m M.1.4 Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công: Nguồn nhân công lao động đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công tiến độ công việc Các vật liệu địa phương( đá, cát ) tận dụng q trình thi cơng M.2 Các tiêu kỹ thuật: - Cầu vượt sông cấp IV có u cầu độ thơng thuyền 40m - Khẩu độ cầu: L0 = 150 m - Khổ cầu: 10,5+ 2.1,25 (m) - Tải trọng thiết kế: 0,65.HL93 + tải trọng đoàn người:4 kN/m2 M.3 Đề xuất phƣơng án vƣợt sông: M.3.1 Giải pháp chung kết cấu: M.3.1.1 Kết cấu nhịp: Do sông cấp IV u cầu độ thơng thuyền 40m, nên bố trí nhịp tối thiểu ≥40m SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan M.3.1.2 Mố: Chiều cao đất đắp sau mố tương đối nhỏ D C lớp đất mũi cọc tốt lớp đất bên ta cần phải hiệu chỉnh sức kháng sau: [qLC + 0,5(qCD – qLC)] fiLC-D = Trong đó: fiLC-D - sức kháng bên hiệu chỉnh cho đoạn cọc từ điểm LC( mặt phân lớp, layer change) tới điểm D fioLC-D - sức kháng bên chưa hiệu chỉnh cho đoạn LC-D; qCD - sức kháng mũi tính điểm D( không hiệu chỉnh) Sức kháng mũi qp không cần hiệu chỉnh Giá trị hiệu chỉnh sức kháng bên cho bảng bên dưới: Sức kháng bên hiệu chỉnh lớp cát hạt trung lẫn cuội sỏi z N60 fi fi lớp phân tố 5,00 6,10 17 18 30,94 32,76 31,85 33,67 qi qpi lớp phân tố fi lớp phân tố hc Δ Zi (m) fi ΔZi 5202 5508 5355 5661 27,696 29,278 1,10 1,20 30,465 35,134 SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A qp Trang 76 17977 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép 7,30 8,50 9,80 10,20 11,00 12,40 13,80 14,50 15,90 17,00 19 20 23 27 22 22 40 41 46 47 34,58 36,4 41,86 49,14 40,04 40,04 72,8 74,62 83,72 85,54 35,49 39,13 45,5 44,59 40,04 56,42 73,71 79,17 84,63 5814 5967 6120 6579 7038 7650 8262 7497 6732 6732 6732 9486 12240 12393 12546 13311 14076 14229 14382 S = sum(fi.Δzi) fcát hạt trung lẫn cuội sỏi (kPa) GVHD: Th.S Nguyễn Lan 30,861 34,026 39,565 38,774 34,817 49,061 73,71 79,17 84,63 1,20 1,30 0,40 0,80 1,40 1,40 0,70 1,40 1,10 37,033 44,234 15,826 31,019 48,744 68,685 51,597 110,84 93,093 566,67 47,222 Kết chọn cọc: BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CỌC CUỐI CÙNG Sức kháng mũi Qp = 2876,3 kN 1321,1 kN Sức kháng bên Qf = Sức chịu tải cực hạn Qu = 4197,4 kN Sức chịu tải huy động Sức chịu tải cho phép Sức chịu tải cọc theo VL có hệ số Qhd = [Q] = Pr = 2279,9 kN 1139,9 kN 3230 kN Áp lực có hệ số tác dụng lên mố Hệ số Số cọc tính tốn Aap = β= n= 16801 kN 1,4 20,634 cọc Số cọc chọn nc = 21 cọc Sức chịu tải cọc trụ: Chọn cọc đóng BTCT kích thước 40x40 cm Dự kiến chiều dài cọc là: 24 m Chiều dài cọc cắm sâu vào lớp đất tốt 18,5 m Sức chịu tải dọc trục chia làm hai loại:  Sức chịu tải theo vật liệu (P ma) Sức chịu tải theo vật liệu đánh giá thông qua sức chịu tải theo vật liệu cực hạn (P uma) tính tốn dựa cường độ cực hạn vật liệu  Sức chịu tải theo đất (P so) Sức chịu tải theo đất nền: tải trọng cơng trình truyền xuống cọc truyền vào đất thông qua hai hai phương thức sau đây: Sức kháng bên (Qfi): phản lực đất xung quanh cọc với diện tích xung quanh tiết diện coc 3.3.2.2 SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang 77 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan Sức kháng mũi (Qp) : phản lực đất mũi cọc tác dụng lên đầu cọc Sức chịu tải cực hạn cọc giá trị nhỏ sức chịu tải theo vật liệu sức chịu tải theo đất nền: P u = {P uma ;P uso } Tính sức chịu tải cọc theo vật liệu: - Sức kháng dọc trục danh định: P n = 0,85[0,85.f ’c.(Ap -Ast ) + fy.Ast ]; MN Trong đó: f’c: Cường độ chiụ nén BT cọc (Mpa); f’c=30Mpa Ap : Diện tích mũi cọc(mm2); Ap=160000 mm2 Ast : Diện tích cốt thép chủ (mm2); dùng 8Φ20 : Ast = 2513 mm2 fy: Giới hạn chảy cốt thép chủ (Mpa); fy = 420 Mpa Thay vào ta được: P n = 0,85[0,85.30.(160000 - 2513)+420.2513].10 -6= 4,31 MN - Sức kháng dọc trục có hệ số: P r = f.P n; MN Với f : Hệ số sức kháng mũi cọc, f = 0,75 P r = 0,75.4,31 = 3,23 MN = 3230 KN Sức chịu tải cọc theo đất nền: P u = Qf + QP Trong : + Qf : Sức kháng bên Qf = u fi zi fi : Ma sát bên đơn vị cực hạn cọc u : Chu vi thân cọc u zi : Diện tích xung quanh đoạn phân tố cọc + QP : Sức kháng mũi QP = qP Ac qP : Sức kháng mũi đơn vị cực hạn cọc Ac : Tiết diện ngang mũi cọc Dự báo sức chịu tải từ thí nghiệm SPT Số liệu thí nghiệm SPT z(m) N N60 Đất 0,00 1,10 2,40 4,00 5,20 15 20 35 39 10 13 23 26 Sét pha cát SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang 78 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép 6,50 42 28 7,00 55 37 8,40 9,10 10,30 11,90 12,50 13,70 14,50 15,20 16,80 17,70 62 67 79 88 90 100 115 118 119 120 41 45 53 59 60 67 77 79 79 80 18,30 129 86 19,30 135 90 20,80 136 91 21,40 140 93 22,00 147 98 23,20 148 99 24,00 25,40 148 150 GVHD: Th.S Nguyễn Lan 99 100 Cát hạt trung lẫn cuội sỏi Giá trị N (cột 2) kết thu từ thí nghiệm SPT, thí nghiệm cụ thể có lượng hữu ích Eh = 40% CE = Eh 60 2 N60 = N tính cột 3 40 60 Sức kháng bên chƣa hiệu chỉnh ( tính theo cách tính SCHMERTMANM): (Có thể tham khảo chi tiết cách tính giáo trình “Thí nghiệm đất trường ứng dụng phân tích móng” GS Vũ Công Ngữ - Th.S Nguyễn Thái – NXB KHKT 2006)  Sức kháng bên lớp sét pha cát: Sức kháng bên chƣa hiệu chỉnh lớp sét pha cát z N60 fi fi lớp phân tố 1,10 2,40 10 13 41,789 52,695 47,242 68,157 SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Δ Zi (m) fi ΔZi 1,30 1,60 61,415 109,05 Trang 79 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép 4,00 5,20 6,50 7,00 23 26 28 37 83,619 91,266 95,947 112,87 GVHD: Th.S Nguyễn Lan 87,443 45,633 47,974 1,20 1,30 0,50 S = sum(fi.Δzi) fsét pha cát (kPa) 104,93 59,323 23,987 358,71 60,798  Sức kháng bên lớp sét hạt trung lẫn cuội sỏi: Sức kháng bên chƣa hiệu chỉnh lớp cát hạt trung z N60 fi fi lớp phân tố 7,00 8,40 9,10 10,30 11,90 12,50 37 41 45 53 59 60 67,34 74,62 81,9 96,46 107,38 109,2 70,98 78,26 89,18 101,92 108,29 115,57 1,40 0,70 1,20 1,60 0,60 1,20 99,372 54,782 107,02 163,07 64,974 138,68 13,70 14,50 15,20 16,80 17,70 18,30 19,30 20,80 21,40 22,00 23,20 67 77 79 79 80 86 90 91 93 98 99 121,94 140,14 143,78 143,78 145,6 156,52 163,8 165,62 169,26 178,36 180,18 131,04 141,96 143,78 144,69 151,06 160,16 164,71 167,44 173,81 179,27 180,18 0,80 0,70 1,60 0,90 0,60 1,00 1,50 0,60 0,60 1,20 0,80 104,83 99,372 230,05 130,22 90,636 160,16 247,07 100,46 104,29 215,12 144,14 24,00 99 180,18 181,09 1,40 253,53 S = sum(fi.Δzi) 2507,8 25,40 100 182 fcát hạt trung lẫn cuội sỏi (kPa) Δ Zi (m) fi ΔZi 136,29 Sức kháng mũi chƣa hiệu chỉnh: Giả sử mũi cọc A, sức kháng mũi qi trung bình mũi tính sau: qpiA = Trong : q p1 q p2 qp1 : Giá trị trung bình trọng số qpi 8B mũi cọc SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang 80 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan qp2 : Giá trị trung bình trọng số qpi 3,5B mũi cọc B: đường kính hay bề rộng cọc Giá trị sức kháng tính toán cho bảng sau: 24 Sức kháng mũi chƣa hiệu chỉnh B= Z (m) N60 qpi lớp phân tố ∑qpi ΔZi 20,80 L-8.B = 21,40 22,00 23,20 24,00 91 20,8 93 98 99 99 L+3,5.B= 25,40 25,4 100 L= Đất cát hạt trung lẫn cuội sỏi (qp = 306.N60) qp Δ Zi (m) qpi ΔZi 27846 28458 29988 30294 30294 14229 29223 30141 30294 0,60 0,60 1,20 0,80 8537,4 17534 36169 24235 62240 30600 30447 1,40 42626 66861 0,4 qp1 = 19450 qp2 = 47758 Hiệu chỉnh sức kháng : Mũi cọc nằm đất cát hạt trung lẫn cuội sỏi có N60 trung bình gần mũi cọc > 30 Do chiều sâu ngàm cần thiết D C = 12.B = 12.0,4 = 4,8 m Như để huy động tối đa sức kháng, mũi cọc cần phải độ sâu 6,5 + 4,8= 11,3 m Trong chiều sâu ngàm thực DA = 24 – 6,5 = 17,5 m Do đó, DA > DC lớp đất mũi cọc tốt lớp đất bên ta cần phải hiệu chỉnh sức kháng sau: [qLC + 0,5(qCD – qLC)] fiLC-D = Trong đó: fiLC-D - sức kháng bên hiệu chỉnh cho đoạn cọc từ điểm LC( mặt phân lớp, layer change) tới điểm D fioLC-D - sức kháng bên chưa hiệu chỉnh cho đoạn LC-D; qCD - sức kháng mũi tính điểm D( khơng hiệu chỉnh) Sức kháng mũi qp không cần hiệu chỉnh Giá trị hiệu chỉnh sức kháng bên cho bảng bên dưới: Sức kháng bên hiệu chỉnh lớp cát hạt trung lẫn cuội sỏi z N60 fi fi lớp phân tố 6,50 28 50,96 59,15 qi qpi lớp phân tố fi lớp phân tố hc Δ Zi (m) fi ΔZi 8568 9945 45,866 0,50 22,933 SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang 81 qp 33604 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan 7,00 8,40 9,10 10,30 11,90 37 41 45 53 59 67,34 74,62 81,9 96,46 107,38 70,98 78,26 89,18 101,92 108,29 11322 12546 13770 16218 18054 11934 13158 14994 17136 18207 55,04 60,685 69,152 79,031 83,971 1,40 0,70 1,20 1,60 0,60 77,055 42,479 82,983 126,45 50,382 12,50 13,70 14,50 15,20 16,80 17,70 18,30 19,30 20,80 21,40 22,00 60 67 77 79 79 80 86 90 91 93 98 109,2 121,94 140,14 143,78 143,78 145,6 156,52 163,8 165,62 169,26 178,36 115,57 131,04 141,96 143,78 144,69 151,06 160,16 164,71 167,44 173,81 179,27 18360 20502 23562 24174 24174 24480 26316 27540 27846 28458 29988 19431 22032 23868 24174 24327 25398 26928 27693 28152 29223 30141 89,616 101,61 110,08 111,49 112,2 117,14 124,19 127,72 167,44 173,81 179,27 1,20 0,80 0,70 1,60 0,90 0,60 1,00 1,50 0,60 0,60 1,20 107,54 81,289 77,055 178,38 100,98 70,281 124,19 191,58 100,46 104,29 215,12 23,20 99 180,18 180,18 30294 30294 180,18 0,80 144,14 24,00 99 180,18 181,09 30294 30447 181,09 1,40 253,53 25,40 100 182 30600 2151,1 S = sum(fi.Δzi) fcát hạt trung lẫn cuội sỏi (kPa) 113,82 Kết chọn cọc: BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CỌC CUỐI CÙNG Sức kháng mũi Qp = 5376,6 kN Sức kháng bên Qf = 4001,3 kN Sức chịu tải cực hạn Qu = 9377,9 kN Sức chịu tải huy động Qhd = Sức chịu tải cho phép Sức chịu tải cọc theo VL có hệ số [Q] = Pr = 5793,5 kN 2896,7 kN 3230 kN Áp lực có hệ số tác dụng lên trụ Hệ số Số cọc tính toán Aap = β= n= 45282 kN 1,4 20,184 cọc Số cọc chọn nc = SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A 21 cọc Trang 82 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan 3.4 Bố trí cọc mố trụ: 3.4.1 Bố trí cọc mố: 500 4000 1300 13760 500 2060 400 400 1200 3600 9000 400 3.4.2 Bố trí cọc trụ: 1300 SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A 400 Trang 83 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtơng cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan CHƢƠNG 4: KHẠI TOẠN V SO SẠNH CẠC PHỈÅNG ẠN VỈÅÜT SÄNG 4.1 Khái tốn phƣơng án vƣợt sơng: 4.1.1 Phƣơng án 1: STT Cấu kiện Vật liệu Lớp BT BT nhựa nhựa Cốt thép Bản mặt cầu Bêtông Cốt thép Lan can Bêtông Cốt thép Dầm ngang Bêtông Cốt thép Dầm chủ Bêtông Cốt thép Mố Bêtông Cốt thép Trụ Bêtông 4.1.2 Phƣơng án 2: STT Cấu kiện Lớp BT nhựa Bản mặt cầu Lan can Dầm chủ Mố Trụ Cách tính Khối lượng(T) 92,318+4.63,619 346,614 31,335+4.21,636 309,758+4.213,881 1,955+4.1,35 39,183+4.27,055 2,449+4.1,366 36,698+4.20,486 8,745+4.5,3 75,416+4.50,414 13,36.2 449,92.2 12,8.2+11,5.2 338,06.2+350,352 117,879 1165,282 7,355 147,403 7,913 118,642 29,945 277,072 26,72 899,84 48,6 Vật liệu Cách tính Khối lượng(T) BT nhựa 92,318+4.63,619 346,614 Cốt thép Bêtông Cốt thép Bêtông Cốt thép Cốt thép Bêtông Cốt thép Bêtông 31,335+4.21,636 309,758+4.213,881 1,955+4.1,35 39,183+4.27,055 3(177,84+21,34) 13,43.2 542,04.2 2.12,72 2.384,528 117,879 1165,282 7,355 147,403 597,54 26,86 1084,08 25,44 769,056 1376,824 4.1.3 Phƣơng án 3: SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang 84 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan Vật liệu Cách tính Khối lượng(T) Cốt thép 0,75.52.3 117 Bản mặt cầu Bêtông 5,68.52.3 886,08 Lan can tay vịn Cốt thép 0,2.52.3 31,2 Đá vỉa Bêtông 0,3.52.3 46,8 Bêtông nhựa Thép 2,19.52.3 341,64 Dàn thép Thép 3(98,384+114,4+31,2) 731,952 4.1.4 Bảng tổng kết giá thành phƣơng án vƣợt sông: STT Vật liệu Khối lượng(T) Đơn giá(đ) Thành tiền Tổng cộng Thép 238,412 7240000 1726102880 PA1 Bêtông 3985,063 782000 3116219266 7355373646 Bêtông nhựa 346,614 7250000 2512951500 Thép 775,074 7240000 5611535760 PA2 Bêtông 3165,821 782000 2475672022 10600159282 Bêtông nhựa 346,614 7250000 2512951500 Thép 880,152 7240000 6372300480 PA3 Bêtông 932,88 782000 729512160 9382952640 Bêtông nhựa 314,64 7250000 2281140000 4.2 So sánh phƣơng án vƣợt sông: 4.2.1 Ƣu, nhƣợc điểm phƣơng án: 4.2.1.1 Phƣơng án 1: Cầu bêtông cốt thép  Ưu điểm: - Giá thành phương án sơ - Ít tốn chi phí bảo dưỡng - Ít sử dụng vật liệu quí  Nhược điểm: - Thi công phức tạp, phụ thuộc thời tiết 4.2.1.2 Phƣơng án 2: Cầu liên hợp  Ưu điểm: - Tăng khả vượt nhịp so với cầu bêtông  Nhược điểm: - Thi công phức tạp - Giá thành cao - Chi phí bảo dưỡng nhiều 4.2.1.3 Phƣơng án 3:Cầu dàn thép  Ưu điểm: - Là dàn thép nên chịu lực tốt diện tích chắn gió nhỏ - Thi cơng nhanh, đơn giản, thuộc loại kết cấu  Nhược điểm: STT Cấu kiện SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang 85 Đồ án môn học thiết kế cầu bêtông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan - Chịu ảnh hưởng nhiều thời tiết nên phải di tu, bảo dưỡng thường xuyên - Giá thành cao - Sử dụng vật liệu thép vật liệu 4.2.2 Đề xuất phƣơng án thiết kế kỹ thuật: Từ so sánh khái toán trên, đề xuất dùng phương án cầu bêtông cốt thép để thiết kế kỹ thuật SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang 86 ... 12 Đồ án môn học thiết kế cầu b? ?tông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan kinh nghiệm thiết kế cho thấy chiều dày vùng cánh hẫng lấy cách tăng chiều dày vùng lên từ 19 mm đến 25 mm hợp lý Trong đồ án. .. 36 Đồ án môn học thiết kế cầu b? ?tông cốt thép GVHD: Th.S Nguyễn Lan fcát hạt trung lẫn cuội sỏi (kPa) 74,744 Kết chọn cọc: BẢNG TỔNG KẾT CHỌN CỌC CUỐI CÙNG Sức kháng mũi Qp = 4829,8 kN Sức kháng... 52,324  Sức kháng bên lớp sét hạt trung lẫn cuội sỏi: Sức kháng bên chƣa hiệu chỉnh lớp cát hạt trung SVTH: Trƣơng Minh Phƣớc - Lớp: 04X3A Trang 39 Đồ án môn học thiết kế cầu b? ?tông cốt thép GVHD: