Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 1 -
Giới thiệu CHUNG
1. Tiêu chuẩn kỹ thuật
- Tiêu chuẩn 22TCN - 272 - 05 Bộ Giao thông vận tải
- Tải trọng thiết kế : HL93 , tải trọng ngFời 3 KN/m
2
2. Quy mô công trình
Công trình cầu vĩnh cửu có tuổi thọ > 100 năm.
3. Cấp thông thuyền : Sông thông thuyền cấp I
-Khổ tĩnh không : H=10 m
- Chiều dài : B= 80m
4. Khổ cầu thiết kế
Mặt cắt ngang cầu đFợc thiết kế cho 2 làn xe chạy với vận tốc V=60Km/h
Khổ cầu : 2 x 3.75 + 2 x 3 (m)
5. Đặc điểm địa chất, thuỷ văn
!"#$%!&'$()#*$+,'$-($()./$01!2$
- MNCN : +46.50 m
- MNTT : +42.00 m
- MNTN : +38.00 m
34$0!56$07.$4)8(2$
- Lớp 1a: Bùn á sét hữu cơ
- Lớp 1 : Cát hạt min lẫn ít bụi hữu cơ, xốp đến chặt vừa.
- Lớp 2 : Cát hạt mịn đến trung, lẫn ít sỏi nhỏ; màu xám xanh đen; bão hoà
nFớc; chặt vừa đến chặt. Trong tầng đôi chỗ lẫn thấu kính sét dẻo.
- Lớp 3 : Sét pha nhẹ lẫn nhiều bụi và tạp chất hữu cơ, xám đến xám đen; ẩm,
kém dính. Trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng.
- Lớp 4: Sét nhẹ, chứa tạp chất hữu cơ đang phân huỷ, xám vàng, xám đen;
ẩm; kém dính. Trạng thái dẻo cứng đến cứng.
- Lớp 5 : Cát hạt mịn, lẫn bụi mầu nâu sẫm, chặt đến rất chặt.
Từ 44 m xuống đáy hố chứa sỏi và ít cuội nhỏ, kết cấu rất chặt.

1.5.2. Fu nhFợc điểm của từng phFơng án 61
1.5.3. Lựa chọn phFơng án 62

2.1. Giới thiệu ph-ơng án kỹ thuật 64
2.1.1. Bố trí chung 64
2.1.2. Mặt cắt ngang điển hình 64
2.1.3. Nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật 64
2.2. Thiết kế kỹ thuật Kết cấu nhịp 65
2.2.1. Tính toán thiết kế bản mặt cầu 65
2.2.2. Điều chỉnh nội lực cầu dây văng 87
2.2.3. Tính toán thiết kế dầm chủ 110
2.2.4. Thiết kế dây văng 147
2.3. Thiết kế mố cầu 155
2.3.1. Cấu tạo chung 155
2.3.2. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu mố 156
2.3.3. Yêu cầu tính toán 157
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 3 -
2.3.4. Phân tích kết cấu 157
2.3.5. Tổ hợp tải trọng tại các mặt cắt 164
2.3.6. Chọn và tính duyệt mặt cắt 166
2.3.7. Tính toán móng 174
2.4. Thiết kế tháp cầu 184
2.4.1. Các kích thFớc cơ bản: 184
2.4.2. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu làm trụ 184
2.4.3. Yêu cầu tính toán: 185
2.4.4. Phân tích kết cấu 185
2.4.5. Tổ hợp tải trọng 193
2.4.6. Chọn và Tính duyệt mặt cắt trụ tháp 205
2.4.7. Tính toán móng 218

xác định các hệ số và tổ hợp tải trọng theo TCKt
( Điều 3.4- 22TCn 272-05)
Sơ bộ bố trí cáp dul tại mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn thi công
sơ bộ bố trí cáp dul tại mặt cắt đỉnh trụ và giũa nhịp giai đoạn khai thác
Các thông số đầu vào
(TCKT, khổ cầu , khổ thông thuyền)
T
ính duyệt súc kháng uốn
tại mặt cắt đỉnh trụ và mặt cắt giũa nhịp
trong giai đoạn thi công và khai thác
(Mục 5.7- 22TCn 272-05)
T
ính toán các hiệu ứng tải tác dụng lên KCPD tại mặt cắt đỉnh bệ móng
Tổ hợp tải trọng theo các TTGH, sơ bộ xác định số cọc trong móng

Hình 1: Trình tự tính toán thiết kế phFơng án sơ bộ
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 5 -
1.2.
1.2.1. Tổng quan công nghệ đúc hẫng cân bằng
PhFơng pháp đúc hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dần từng đốt
theo sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành kết cấu nhịp hoàn chỉnh. Có thể thi
công hẫng từ trụ đối xứng ra 2 phía (gọi là đúc hẫng cân bằng) hoặc thi công
hẫng dần từ bờ ra. Ưu điểm nổi bật của loại cầu này là việc đúc hẫng từng đốt
dầm trên đà giáo giảm đFợc chi phí đà giáo. Mặt khác đối với các dầm có
chiều cao mặt cắt thay đổi thì chỉ việc điều chỉnh cao độ ván khuôn. PhFơng
pháp thi công hẫng không phụ thuộc vào điều kiện sông nFớc và và không
gian dFới cầu Loại cầu này thFờng sử dụng cho các loại nhịp từ 80 - 130 m
và lớn hơn nữa.
ở nFớc ta, nhiều cầu BTCT DƯL thi công hẫng đã xây dựng nhF cầu

14500
2@3750 250 3000 250
3200 3220830
1800
600
250

Hình 3: Kích thFớc sơ bộ mặt cắt ngang đặc trFng
!"!"!"! '+./$()*$01-2$6 nhịp dẫn là dầm giản đơn Super T khẩu độ 40m$
Chiều cao 1.75 m
Cốt thép DƯL kéo trFớc là loại tao 7 sợi xoắn, đFờng kính tao là 12.7 mm.
!"!"!#! &3*$456$478$()*$
- Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ tại chỗ, BT cấp A có f
c
= 30 Mpa
- Các trụ đFợc dựng trên móng cọc khoan nhồi : D = 1,5m
- PhFơng án móng : Móng cọc đài cao .
!"!"!9! &3*$456$:;$()*$
- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ, BT cấp A có f
C
= 30 MPa .
- Mố của kết cấu nhịp dẫn đFợc đặt trên móng cọc khoan nhồi D=1 m
1.2.3. Tính toán thiết kế sơ bộ KCN
!"!#! ! <=($> +$4?-+$4@A$BACA$>65-$ $DE&F$GH$4?-+$4@A$BACA$>65-$"$DEIF$
Tính tĩnh tải giai đoạn I:
Tĩnh tải giai đoạn 1 chính là trọng lFợng bản thân của các đốt dầm.
6m 4@3m [email protected] 5@4m 2m/2
K0
K1K2
K3K4

3

Trọng lFợng gờ chắn bánh
- Chiều cao gờ chắn bánh: 0.2 m
- Chiều rộng gờ chắn bánh: 0.25 m
- Diện tích mặt cắt ngang gờ: 0.045 m
2
Trọng lFợng rải đều của gờ chắn bánh : g
cb
= 2,21 kN/m
Trọng lFợng lớp phủ mặt cầu:
- Lớp BT asphalt dày: 0.07 m
- Lớp chống thấm dày: 0.004 m
- Lớp bêtông xi măng tạo dốc dày : 0.05 m
Tổng chiều dày lớp phủ : 0.124 m
Trọng lFợng rải đều của lớp phủ mặt cầu: g
lp
= 26,5 kN/m
Trọng lFợng lan can và tay vịn
- Gờ chân lan can có trọng lFợng : 2,21 kN/m
- Tay vịn bằng thép có trọng lFợng: 2,65 kN/m
Trọng lFợng rải đều của tay vịn, lan can: g
lc
= 4,86 kN/m
Trọng lFợng của lớp bêtông lề ngFời đi
- Chiều dày lớp bêtông lề đi bộ: 0.1 m
Trọng lFợng rải đều của lề ngFời đi bộ: g
le
= 14,72 kN/m
Vậy tổng tĩnh tải phần II là g

HL
P
M

Hình 7
1.2.3.2.2 Kết quả nội lực của từng giai đoạn thi công:
Sử dụng chFơng trình Midas/Civil 6.30 để tính toán và phân tích nội lực
ta đFợc kết quả nội lực mômen âm trên đỉnh trụ ứng với từng sơ đồ nhF sau:

Sơ đồ 1: Đúc hẫng đối xứng các đốt dầm:
M = 417 105 (kNm)
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 9 -
417 105 KNm417 105 KNm

Sơ đồ 2: Hợp long nhịp biên phải
M= 479 373 kNm
479 373 KNm

Hợp long nhịp biên trái
M= 502 715 KNm
502 715 KNm

Sơ đồ 3: Hợp long nhịp giữa
M = 506 589 kNm
506 589 KNm

NhF vậy, giá trị mômen uốn lớn nhất tại mặt cắt đỉnh trụ trong quá trình thi
công là:
M= 506 589 kNm

=6000 mm
l
i
: chiều dài nhịp quy Fớc
Đối với dầm liên tục, l
i
= 0.8l đối với nhịp cuối
l
i
= 0.6l đối với nhịp giữa
Đối với mặt cắt trên trụ, ta có l
i
= 0,8*75 000=60 000 (m)
b: Chiều rộng thực của bản cánh tính từ bản bụng dầm ra mỗi phía, nghĩa là b
1
,
b
2
, b
3
trong hình vẽ (mm)
6000
b1=3172
b2=3572
b3=2767
b1=3172
b2=3572
b3=2767

Ta có: b1= 3172 (mm); b2=3572 (mm); b3= 2767 (mm)

hf= 857.288

(mm)
b= 6400

(mm)
bw= 937.246

(mm)
Ta có:
f
pu
=1860 (Mpa)
f
py
= 0.9 f
pu
= 0.9*1860 = 1674 (Mpa)
Khi đó :
28.0
1860
1674
04,12 =






=k

pswc
fwcysyspups
h
d
f
kAbf
hbbffAfAfA
c
+







+
=
1
1
85.0
)(85.0



(5.7.3.1.1-3)

Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 12 -
370

)(207,645
5850
1860
*63840*28.06400*729.0*45*85,0
1860*63840
mmc =
+
=
Khi đó, chiều dày của khối ứng suất tFơng đFơng là:
a = c*
1
= 645,207 * 0,729 = 470,079 (mm)
ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL là :
)(56,1802
5850
207,645
*28.011860 MPaf
ps
=






=

1.2.3.2.4.5 Sức kháng uốn danh định của mặt cắt là :



6
kNmM
n
=






=


Vậy sức kháng uốn tính toán của mặt cắt là:
M
r
= 1*646144=646 144 (kNm)
Kiểm tra: M
r
=646 144 > M
u
= 633 236 (kNm) : Đạt
%T4$U*V-2$$
Số bó cáp bố trí ở mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công là 24 bó (19 tao 15ly2)
!"!#!#! W;$47,$(;4$4+L/$EXY$BACA$>65-$Z+CA$4+=($
1.2.3.3.1 Bố trí cốt thép DƯL mặt cắt đỉnh trụ ở giai đoạn khai thác
1.2.3.3.1.1 Xác định các hiệu ứng tải:
Sơ đồ chịu lực: Dầm liên tục 3 nhịp. Sử dụng chFơng trình Midas/Civil 6.03 để
phân tích kết cấu.
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp

u
= 1,5 * 56197,7 + 1,75 * 81341,3= 246675,3 (kNm)

Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 14 -
1.2.3.3.1.3 Tính toán và bố trí CT DƯL
a) Sơ bộ chọn số bó cáp DƯL trên mặt cắt đỉnh trụ:
Chọn số bó trên mặt cắt ngang 10 bó (19 tao 15ly2), giả thiết khoảng cách từ
trọng tâm các bó cáp DƯL đến mép chịu kéo (mép trên cùng của mặt cắt) là
150 mm.
Ta có: A
ps
= 10*19*140= 26600 (mm
2
)
d
p
= 6000-150=5850 (mm)
b) Xác định vị trí trục trung hoà:
Giả sử TTH đi qua sFờn, khi đó theo 5.7.3.1.1-3, ta có:
2844
5850
1860
*26600*28.0246,937*729,0*45*85,0
288,857*)246,9376400(*45*729,0*85,01860*26600
=
+


=c

5850*63,1835*26600
6
kNmM
n
=






=


Vậy sức kháng uốn tính toán của mặt cắt là:
M
r
= 1* 280 772=280 772 (kNm)
%A[:$47C: M
r
=280772 > M
u
=246675,3 (kNm) : Đạt
Kết luận:
Số bó cáp bố trí trong mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công là 10 bó (19 tao
15ly2) 1.2.3.3.2 Bố trí CT DƯL mặt cắt giữa nhịp trong giai đoạn khai thác
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp

dpdp
ap
TTH
c
M
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 16 -
H= 2500

(mm)
hf= 365.626

(mm)
b= 14500

(mm)
bw= 815.942

(mm)
a) Sơ bộ chọn cáp dự ứng lực:
Chọn 8 bó cáp dự ứng lực, mỗi bó gồm 19 tao 15ly2, giả thiết khoảng cách
từ trọng tâm CT DƯL đến thớ trên của mặt cắt là 150mm .
Khi đó A
ps
= 8*19*140 = 21280 (mm
2
)

)(54,1838
2350
822,96
*28.011860 MPaf
ps
=






=

c) Sức kháng uốn danh định của mặt cắt là :
)(9056210*
2
542,70
2350*54,1838*21280
6
kNmM
n
=






=

400
I I
4005097
1900
3000 10001000
250
1750

Hình 9 : Cấu tạo mố cầu
!"!9!"! <=($> +$4\$+]/$4@A$47`-B$(+,-+$45A$:M4$(N4$a$b$a$
- Trọng lFợng mố và trọng lFợng bản thân của bệ móng.
- Trọng lFợng kết cấu nhịp.
- Trọng lFợng của lớp phủ, lan can, gờ chắn.
- Hoạt tải HL 93
- Tải trọng ngFời đi bộ
1.2.4.2.1 Trọng lFợng của KCN:
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 18 -
500 3000 250 7500 250 3000 500
15000
1100
6@2050=12300
1100
1750
200

Hình 10: Cấu tạo mặt cắt ngang cầu dẫn

Tải trọng thẳng đứng do KCN P(kN)
Trọng lFợng dầm chủ 3972.593

Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 19 -
Các bộ phận của mố P(kN)
Trọng lFợng của tFờng đầu 322.567

Trọng lFợng của tFờng cánh 528.664

Trọng lFợng của tFờng trFớc 2189.477

Trọng lFợng của tFờng che 23.52

Trọng lFợng đá kê gối 13.72

Trọng lFợng bệ móng 3401.512

Tổng 6479.47

1.2.4.2.5 Tổ hợp tải trọng theo TTGH CĐ I
Tải trọng
áp lực
(KN)
Hệ số tải trọng Pu (kN)
Trọng lFợng mố(DC) 6479.47

1.25 8099.330

Trọng lFợng bản thân của KCN(DC) 3140.901


Trong đó
: hệ số sức kháng
F
c
: CFờng độ chịu nén quy định của bêtông cọc
A
c
: diện tích phần bêtông của cọc
F
y
: Giới hạn chảy của cốt thép cọc
A
s
: diện tích cốt thép của tiết diện cọc
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 20 -
Dcọc= 1

(m)
fc'= 30

(Mpa)
=
0.9
: hệ số sức kháng mũi cọc, quy định ở Điều 10.5.5-2
Q
s
: sức kháng thành thân cọc (N)
Sss
AqQ =

q
s
: sức kháng đơn vị thân cọc (Mpa)
A
s
: diện tích bề mặt thân cọc (mm
2
)
Q
p
: sức kháng mũi cọc
ppp
AqQ
=

q
p
: sức kháng đơn vị mũi cọc (Mpa)
A
p
: diện tích mũi cọc (mm
2
)

- 21 -
S
u
: cFờng độ kháng cắt không thoát nFớc trung bình (Mpa)
Sức kháng thân cọc đơn vị trong đất rời đFợc Fớc tính theo chỉ số SPT (N) nhF
sau:
q
s
= 0,0025 N < 0,19 (Mpa) (theo Quiros và Reese 10.8.3.4.2-1)
STT

Loại
đất
Chiều
dày
SPT

Su

q
s

(Mpa)

Qs(N)
qs


sqs
Q.

(N)
2

Cát 4

27

- - 0.068

848230.0

0.45

381703.5073

Sét 4

6

0.225

0.49

0.11

1385442.4


0.49

0.11

1212262

0.7

848583.446

(N)
5

Cát 2

49

- - 0.123

769690.2

0.45

346360.590

(N)
1

50


Q
p
=
qp
*A
P
* q
p
=0,45* 3,2*10
6
*0,785=1,1309 .10
6
(N)=1130,973 (KN)
NhF vậy, sức kháng tính toán của cọc theo đất nền là :
Q = 3477,460+1130,973=4802,4 (KN)
1.2.4.3.1.3 Sức kháng tính toán của cọc là
[P] = 4802,43 (kN)
1.2.4.3.2 Sơ bộ xác định số cọc trong móng:
12.6
4,4802
875,16047
*5,1
][
===
P
P
n
u

(cọc)

!"!e!"! J\$+]/$4@A$47`-B$Uf($(+,-+$45A$:M4$(N4$aba$
Tải trọng bao gồm:
- Trọng lFợng bản thân KCN
- Tĩnh tải phần II: lớp phủ, gờ chắn, lan can.
- Hoạt tải HL 93 và tải trọng ngFời.
Sử dụng chFơng trình Midas/Civil 6.03 để xác định nội lực do các tải trọng gây
ra.
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 23 -
Theo điều 3.6.1.3.1- Tác dụng của hoạt tải xe thiết kế: Phản lực tại chân cột
tháp do hoạt tải lấy giá trị lớn hơn trong 3 trFờng hợp sau:
- Hiệu ứng do một xe tải + tải trọng làn
- 90% Hiệu ứng của (hai xe tải + tải trọng làn), mỗi xe cách nhau 15 m và
khoảng cách giữa hai trục sau là 4,3 m.
- Hiệu ứng do một xe hai trục + tải trọng làn
Kết quả nhF sau:
Tải trọng
P (KN)
Hệ số tải trọng

Pu (kN)
Trọng lFợng trụ + bệ(DC) 25265.343 1.25 31581.679

Trọng lFợng bản thân của KCN(DC) 33472.27 1.25 41840.338

Trọng lFợng lớp phủ (DW) 5628.733 1.5 8443.0995

Lực đẩy nổi (DC) =Ntrụ+bệ ngập nFớc -8159.958 0.9 -7343.96

Hoạt tải(LL+IM) 3575.506 1.75 6257.1348
Ac= 1.7545

(m2)
fy= 240000

(kN/m2)
Số thanh ct

24DK thanh 28

(mm)
As= 0.01478

(m2)
Qcọc= 43408.9

(kN)
1.2.5.3.1.2 Sức kháng của cọc theo đất nền
a. Sức kháng thân cọc
Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp
- 24 -
STT

Loại
đất


207286.210

(N)
2 Cát 2.5 25 - - 0.0625 736310.78

0.45

331339.850

(N)
2 29 - - 0.0725 683296.40

0.45

307483.381

(N)
3 Sét 2 6 0.225

0.49

0.11025

1039081.8

0.7 727357.239

(N)
3 6 0.225


(N)
5 Cát 1.5 49 - - 0.1225 865901.48

0.45

389655.664

(N)
1.5 50 - - 0.125 883572.93

0.45

397607.820

(N)
Lcọc=

25.3 6467.224 (kN)

b. Sức kháng mũi cọc:
q
p
= 0,064*50*1270/1500=2,709 (Mpa)
Q
P
= 0,45* 1,767*10
6
*2,709=2154,5 (kN)
c. Sức kháng của cọc theo đất nền là:

!"!g! ! J+A$(P-B$:;2$
- Chuẩn bị mặt bằng thi công
- Khoan cọc đến cao độ thiết kế
- Xói hút, rửa lòng cọc, đặt lồng cốt thép và đổ bêtông cọc.
- Đào hố móng, đập đầu cọc, đổ lớp bêtông đệm móng.
- Lắp dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông bệ móng.
- Lấp đất đến cao độ đỉnh móng, lắp dựng đà giáo, ván khuôn, cốt thép,
đổ bêtông phần tFờng thân mố, xà mũ, tFờng đầu, tFờng cánh mố.
- Tháo dỡ ván khuôn, đà giáo.
- Đắp đất nền đFờng, xây tứ nón, chân khay, hoàn thiện mố.
!"!g!"! J+A$(P-B$478$$
- Đóng cọc định vị và vòng vây cọc ván thép.
- Thi công đảo nhân tạo.
- Khoan cọc, trong qúa trình khoan có sử dụng dung dịch Bentonite để ổn
định thành vách. Hạ lồng cốt thép, đổ bêtông cọc.
- Đào đất tới cao độ thiết kế, đổ bêtông bịt đáy dày 1m.
- Hút nFớc ra khỏi hố móng và đổ bêtông bệ móng.
- Lắp dựng ván khuôn, đà giáo, cốt thép, đổ bêtông thân trụ.
- Khi bêtông đạt cFờng độ, tiến hành tháo dỡ cọc ván thép, ván khuôn,
thanh thải dòng chảy.
!"!g!#! J+A$(P-B$%&'$
1.2.6.3.1 Thi công KCN cầu dẫn
Thi công nhịp dẫn bằng giá long môn.
- Chế tạo dầm trong bãi đúc.
- Làm đFờng di chuyển cho giá long môn trên vị trí bãi sông gần bờ.
- Vận chuyển dầm ra vị trí.