BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHẢ THI
DỰ ÁN KHẢ THI XÂY DỰNG CẦU PC TRÊN QUỐC LỘ Y
chơng 1. Giới thiệu CHUNG
1.1. Vị trí xây dựng cầu
Cầu PC bắc qua sông TB thuộc tỉnh HY. Cầu dự kiến đợc xây dựng tại Km X trên
quốc lộ Y nằm trong tam giác kinh tế HN-HP-QN.
1.2. Đối tợng nghiên cứu
Dự án khả thi xây dựng cầu PC trên quốc lộ Y, nghiên cứu những nội dung chủ
yếu dới đây:
- Đặc điểm vị trí xây dựng cầu
- Quy mô công trình và tiêu chuẩn kỹ thuật
- Lựa chọn phơng án kết cấu và biện pháp thi công chỉ đạo
- Xác định tổng mức đầu t
- Kiến nghị phơng thức đầu t
chơng 2. Đặc điểm vị trí xây dựng cầu
2.1. Địa hình
Vị trí xây dựng cầu PC thuộc ngoại thành tỉnh HY về phía thợng lu của sông TB.
Do vị trí xây dựng cầu nằm ở vùng đồng bằng nên hai bờ sông có bãi rộng, mức nớc
thấp, lòng sông tơng đối bằng phẳng, địa chất ổn định không có hiện tợng xói lở.
Hình dạng chung của mặt cắt sông không đối xứng, mà có xu hớng sâu dần về bờ
bên phải
2.2. Địa chất
Giai đoạn lập dự án khả thi đã tiến hành khoan 4 lỗ khoan địa chất công trình,
đợc kí hiệu HK1, HK2, HK3, HK4 tơng ứng tại các lí trình 5,160,340,500m Kết quả
khảo sát địa chất công trình nh sau:
Nớc sông : Theo tiêu chuẩn Việt Nam ( chống ăn mòn trong xây dựng ) TCVN
3994- 85 thì nớc này có tính ăn mòn ở mức độ yếu với các loại kết cấu bê tông và
BTCT.
Địa tầng : ở đây tơng đối ổn định, phân tầng thành các lớp rõ rệt. Đợc mô tả từ
trên xuống dới theo các lớp sau:
+ Lớp số 1: Lớp cát mịn gặp hầu hết ở các lỗ khoan. Lớp này có bề dày từ

max
= 2.14m
- H
tt(5%)
= 1.20m
- H
min
= -2.50m
2.4. Khí hậu
Theo thống kê trạm khí tợng HY, đặc trng khí tợng của khu vực xây dựng cầu
theo các số liệu sau đây:
Lợng Ma
-Lợng ma tung bình năm : 1800 mm
-Lợng ma ngày lớn nhất: 520 mm
-Lợng ma trung bình tháng lớn nhất: 358 mm (tháng 6)
-Lợng ma trung bình tháng thấp nhất: 46.5 mm (tháng 12)
Độ ẩm không khí
-Độ ẩm tơng đối hàng năm : 80%
-Độ ẩm tơng đối hàng tháng cao nhất: 91%
-Độ ẩm tơng đối hàng tháng thấp nhất : 65%
Nhiệt độ không khí
-Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm: 23
0
C
-Nhiệt độ trung bình mùa đông: 17
0
C (Lúc thấp nhất xuống tới 2,7
0
C).
-Nhiệt độ trung bình mùa hè: 29

3.3. Các phơng án kết cấu cầu PC
Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất nơi xây dựng cầu, đặc biệt đối với khu
vực đồng bằng, chiều cao đất đắp chỉ cho phép 3ữ12m
Căn cứ vào các yêu cầu về cấu tạo
Căn cứ vào điều kiện thi công có thể đáp ứng đợc
Căn cứ vào yêu cầu về mỹ quan, và cảnh quan xung quanh
Sau khi xem xét và lựa chọn kiến nghị các phơng án xây dựng cầu PC:
+ Phơng án 1: Cầu dầm liên tục
+ Phơng án 2: Cầu dây văng
+ Phơng án 3: Cầu Extradosed
Phơng án 1: Cầu dầm liên tục
Mặt cắt dọc sông cho thấy 2 phía bờ sông rộng và khá bằng phẳng
đồng thời mực n ớc thông thuyền rất thấp, càng ra phía giữa sông lòng sông càng
sâu dần tuy nhiên độ dốc nhỏ. Mặt cắt sông dài và không đối xứng, sâu dần về bờ
bên phải. Vì thế ở đây ta có thể tính toán và chọn ph ơng án cầu liên tục 5 nhịp có
cầu dẫn ở hai phía, nhịp chính liên tục lớn để tránh phải bố trí trụ vào chỗ sâu
nhất của lòng sông.
3.3.1.1. Các thông số cơ bản của kết cấu nhịp
Cầu gồm 5 nhịp dầm liên tục bê tông cốt thép ứng suất trớc, kết hợp với nhịp
dẫn 2 đầu cầu (mỗi bên 2 nhịp 33m)
Sơ đồ cầu là: 2x33+57+3x90+57+2x33 (m), tổng chiều dài cầu là 516.400 m
(tính từ 2 đầu mố). Độ dốc dọc cầu theo đờng cong tròn bán kính R=3000m ở phần
dầm liên tục, phần cầu dẫn dốc dọc là i=4%
Các kích thớc cơ bản dầm liên tục đợc chọn nh sau:
- Dầm liên tục có mặt cắt ngang là 1 hộp hai thành xiên có chiều cao thay đổi
- Chiều cao tại vị trí trụ chọn H=5.5m, khi đó H/l = 5.5/90 =1/16,36 nằm trong
khoảng H=(1/15 ữ1/20)l, với l là khoảng cách tim 2 trụ (l=90m).
- Chiều cao tại vị trí giữa nhịp chọn h=2,0m, khi đó h/l=2.0/90=1/45 trong
khoảng h=(1/30ữ1/50)l.
- Chiều cao dầm thay đổi theo đờng cong bậc 2

1
= 32cm
+ Bề dày sờn dầm: Bề dầy sờn dầm không thay đổi 50cm
+ Bề dày bản đáy hộp thay đổi từ 80cm tại vị trí mép trụ tới vị trí
cách mép trụ 1m, và giảm theo đờng bậc nhất tới 30cm tại vị trí giữa
nhịp.
Bề dày bản đáy tại vị trí bất kỳ cách giữa nhịp một đoạn Lx đợc tính theo công
thức sau:
2 1
2

=
( )
x x
h h
h h L
L
Trong đó : h
2
, h
1
, bề dày bản đáy tại đỉnh trụ và giữa nhịp
L: Chiều dài phần cách hẫng.
+ Tại vị trí đỉnh trụ, dầm đợc thiết kế dầm ngang đặc, chỉ chừa lại một
lối thông có kích thớc 1.8 x1.2m và đợc tạo vút 20cm
Hình 3. Cấu tạo kết cấu nhịp liên tục
Các kích thớc cơ bản của kết cấu nhịp dẫn
- Kết cấu nhịp dẫn dùng nhịp giản đơn BTCT DƯL bán lắp ghép chiều dài nhịp
33m.
- Mặt cắt ngang cầu gồm 5 dầm chữ I đặt cách nhau 2.4m, chiều cao các dầm là

khoan nhồi sẽ nằm vào trong lớp cát mịn chiều dài cọc dự kiến nằm trong lớp cát mịn
khoảng 8m, còn trong khi thiết kế kỹ thuật thì phải có số liệu địa chất tại tất cả các vị
trí trụ từ đó quyết định cao độ mũi cọc khoan nhồi cho từng cọc cụ thể.
Cấu tạo trụ nhịp dẫn và trụ nhịp chính thể hiện nh hình vẽ sau
Hình 33. Cấu tạo trụ nhịp chính và nhịp dẫn
3.3.1.3. Ưu và nhợc điểm của phơng án1
- Ưu điểm:
+ Tránh đợc bố trí trụ ở chỗ sâu nhất mà sơ đồ cầu vẫn đối xứng do mặt
cắt sông không đối xứng.
+ Sơ đồ cầu đối xứng hình dáng đẹp hợp với cảnh quan.
+ Cầu thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân bằng đối với nhịp liên
tục , và phơng pháp lắp ghép với nhịp dẫn là phơng pháp quen thuộc với các nhà thầu
trong nớc. Quá trình thi công kết cấu nhịp không phụ thuộc vào điều kiện địa hình địa
chất.
+ Cầu bằng BTCT nên chi phí cho công tác duy tu bảo dỡng trong giai
đoạn khai thác thấp.
+ Cầu làm việc với biểu đồ mô men hai dấu, tận dụng đợc khả năng làm
việc của vật liệu.
- Nhợc điểm
+ Số lợng trụ nhiều (8 trụ), làm ảnh hởng đến dòng chảy
+ Kích thớc kết cấu nhịp liên tục lớn lại bằng BTCT do đó khối lợng vật
liệu lớn, và kết cấu nặng nề.
+ Thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân bằng đổ bê tông tại chỗ do đó
việc kiểm soát chất lợng bê tông khó khăn.
Phơng án 2: Cầu dây văng
Vì tuyến đi qua sông rộng lại có thông thuyền, yêu cầu về tổng nhịp
tĩnh(L
0
=480m), và khổ thông thuyền(B=80m) lớn do đó phải lựa chọn và đa ra loại
hình cầu có thể vợt đợc nhịp lớn. Đồng thời lòng sông không có điều kiện đặc biệt về

+ Bề rộng bản mặt cầu: 11+2x(0,5+0,2+0,5)=13,4m
+ Chiều cao dầm ngang 1,45m
+ Độ dốc ngang mặt cầu: 2%
Hình 34. Mặt cắt ngang cầu dây văng
3.3.1.4.2. Số lợng dây và chiều dài khoang dầm.
Chiều dài khoang.
Hiện nay cầu treo dây văng thờng thi công theo công nghệ đúc hẫng.Với công
nghệ này khoang càng ngắn càng có nhiều thuận lợi khi thi công. Tuy nhiên khoang
quá ngắn sẽ tăng số lợng dây. Vậy quyết định sử dụng chiều dài khoang là 8m.
+ Tại nhịp biên gồm 9 khoang dầm 8m.
+ Tại nhịp giữa gồm 9x2+1 khoang, bao gồm 18 khoang 8m và một
khoang giữa nhịp 6m.
Số lợng dây và tiết diện dây.
Theo số lợng khoang dầm đã chọn, thì số lợng dây văng ở nhịp biên là 10 dây
và nhịp giữa là 20 dây (Tính cho một mặt phẳng dây).
Sử dụng loại tao cáp gồm 7 sợi 15,2mm
3.3.1.4.3. Chiều cao và tiết diện tháp cầu.
Góc nghiêng tốt nhất của dây văng xa nhất từ 22
0
ữ 25
0
sẽ đảm bảo giá thành
chung toàn cầu nhỏ nhất.
Vậy quyết định chọn H
tháp
= 40.70m (tính từ mặt cầu đến đỉnh tháp)
Khi đó góc nghiêng dây văng xa nhất :

min
=

+ Số cọc khoan nhồi dùng trong móng của các trụ dự kiến là 8 cọc bố trí
thành 2 hàng mỗi hàng 4 cọc.
- Mố A1 có chiều cao đất đắp khoảng 3.4m nên chọn dạng mố chữ U Nhật có s-
ờn đứng, móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đờng kính D=1.0m
+ Bệ móng của mố có chiều cao 2m, rộng 5.0m theo phơng dọc cầu, dài
12m theo phơng ngang cầu
+ Số cọc dự kiến cho mố A1 là 8 cọc bố trí thành 2 hàng mỗi hàng 4
cọc.
- Mố A2 có chiều cao đất đắp khoảng 6.4m nên chọn dạng mố chữ U Nhật có s-
ờn đứng, móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đờng kính D=1.0m
+ Bệ móng của mố có chiều cao 2m, rộng 5.0m theo phơng dọc cầu, dài
12m theo phơng ngang cầu
+ Số cọc dự kiến cho mố A2 là 8 cọc bố trí thành 2 hàng mỗi hàng 4
cọc.
- Cao độ mũi cọc khoan nhồi đặt xuống lớp cát mịn(lớp số 5), theo số liệu khảo
sát địa chất lớp số 5 nằm ở sâu nhất nên trong dự án khả thi kiến nghị cao độ mũi cọc
khoan nhồi sẽ nằm vào trong lớp cát mịn chiều dài cọc dự kiến nằm trong lớp cát mịn
khoảng 8m, còn trong khi thiết kế kỹ thuật thì phải có số liệu địa chất tại tất cả các vị
trí trụ từ đó quyết định cao độ mũi cọc khoan nhồi cho từng cọc cụ thể.
Cấu tạo trụ nhịp dẫn tơng tự phơng án 1
3.3.1.6. Ưu và nhợc điểm của phơng án 2
- Ưu điểm
+ Số trụ trên dòng chủ ít do đó ít ảnh hởng đến dòng chảy, thuận lợi cho
giao thông đờng thuỷ
+ Hình dạng kiến trúc rất đẹp, mĩ quan phù hợp với cảnh quan thiên
nhiên.
+ Khi phải vợt qua các nhịp khẩu độ lớn, cầu treo dây văng với kết cấu
nhịp dầm BTCT có u điểm hơn hẳn các loại cầu khác ở chỗ trọng lợng kết cấu dầm
nhẹ, mô men trong dầm nhỏ và có thể điều chỉnh để phân bố đều trên chiều dài dầm
do đó chiều cao dầm có thể giảm đáng kể so với các kết cấu dầm khác.

Các kích thớc cơ bản mặt cắt ngang đợc chọn nh sau:
+ Chiều cao tại vị trí trụ chọn H=3,5m, khi đó H/l = 3.5/120 =1/34.2
nằm trong khoảng H=(1/30 ữ1/35)l, với l là khoảng cách tim 2 trụ (l=120m).
+ Chiều cao tại vị trí từ điểm neo cáp đầu tiên đến giữa nhịp chọn
h=2,2m, khi đó h/l=2.2/120=1/54.5
+ Chiều cao dầm thay đổi tuyến tính từ đỉnh trụ đến điểm neo cáp đầu
tiên
+ Mặt cắt ngang dầm gồm 2 hộp với 2 thành xiên và 1 thành giữa thẳng
+ Các kích thớc mặt cắt ngang dầm hộp đợc chọn nh sau:
+ Chiều cao bản mặt cầu ở cuối cánh vút : d = 55cm
+ Chiều cao bản mặt cầu ở đầu cánh vút : d = 55cm
+ Chiều cao bản mặt cầu tại vị trí giữa nhịp bản: d = 25cm
+ Bề dày sờn dầm: Bề dầy sờn dầm không thay đổi 50cm
+ Bề dày bản đáy hộp thay đổi từ trụ 60cm giảm theo đờng bậc
nhất tới 30cm tại vị trí điểm neo cáp đầu tiên.
+ Tại vị trí đỉnh trụ, dầm đợc thiết kế dầm ngang đặc nối cứng với 2 trụ
tháp tạo thành hệ khung cứng.
3.3.1.7.2. Chiều dài khoang và số lợng dây
Chiều dài khoang
Hiện nay cầu Extradosed đang rất phát triển và đợc xây dựng nhiều nhất
ở Nhật, Hàn Quốc. Theo thống kê cho thấy phơng pháp thi công chủ yếu là lắp
hấng và đúc hẫng cân bằng, cũng có trờng hợp thi công bằng phơng pháp đúc
đẩy tuy nhiên công nghệ này chỉ áp dụng khi cầu xây dựng trong thành phố khi
đó khoảng tĩnh không rất nhỏ không đủ cho thi công hẫng và chiều dài nhịp
không lớn khoảng 50-60m. Với trình độ xây dựng cầu ở nớc ta lựa chọn công
nghệ thi công đúc hẫng cân bằng. Công nghệ này khoang càng ngắn càng có
nhiều thuận lợi khi thi công. Tuy nhiên khoang quá ngắn sẽ tăng số lợng dây.
Vậy quyết định sử dụng chiều dài khoang là 4m.
Số lợng dây
Đây là cầu dầm và cáp hỗn hợp cùng nhau chịu tải trọng hoạt tải do đó số lợng

sát địa chất lớp số 5 nằm ở sâu nhất nên trong dự án khả thi kiến nghị cao độ mũi cọc
khoan nhồi sẽ nằm vào trong lớp cát mịn chiều dài cọc dự kiến nằm trong lớp cát mịn
khoảng 8m, còn trong khi thiết kế kỹ thuật thì phải có số liệu địa chất tại tất cả các vị
trí trụ từ đó quyết định cao độ mũi cọc khoan nhồi cho từng cọc cụ thể.
Cấu tạo trụ nhịp dẫn tơng tự phơng án 1 và 2.
Hình 39. Cấu tạo trụ và mố cầu
3.3.1.9. Ưu và nhợc điểm phơng án 3
- Ưu điểm:
+ Ưu điểm nổi bật của cầu Extradosed là về mặt kết cấu. Kích thớc dầm
nhỏ hơn phơng án 1 do đó kết cấu đỡ nặng nề hơn, số lợng dây văng cũng ít hơn phơng
án 2 do đó chi phí bảo dỡng cáp văng trong giai đoạn khai thác nhỏ hơn phơng án 2
mà vẫn đảm bảo về mặt chịu lực.
+ Sơ đồ cầu đối xứng, hình dạng cầu đẹp, rất mĩ quan phù hợp với cảnh
quan thiên nhiên.
+ Số trụ ít do đó ít ảnh hởng đến dòng chảy
- Nhợc điểm:
+ Công nghệ thi công đòi hỏi nhiều kinh nghiệm với độ phức tạp cao,
điều chỉnh nội lực trong cáp văng khó.
+ Thi công đốt đúc trên đà giáo phức tạp hơn so với phơng án 1 và 2 do
đó việc kiểm tra chất lợng bê tông khó khăn hơn
chơng 4. Tính toán khối lợng các phơng án
4.1. Phơng án 1 (Cầu dầm liên tục)
- Khổ cầu: 2 làn xe 8m + 2 làn ngời đi 3m, B = 11m
- Sơ đồ nhịp (2x33+57+3x90+57+2x33) = 516m
Tính toán sơ bộ khối lợng công tác kết cấu nhịp
4.1.1.1. Kết cấu nhịp dầm liên tục
Các kích thớc mặt cắt ngang của kết cấu nhịp liên tục đã trình bày ở chơng
3.
Dầm hộp có tiết diện thay đổi với phơng trình chiều cao dầm theo công thức:
p m

Bề dày bản đáy tại vị trí bất kỳ cách giữa nhịp một đoạn Lx đợc tính theo công
thức sau:
2 1
x 1 x
(h h )
h h L
L

= +
Trong đó : h
2
, h
1
, bề dày bản đáy tại đỉnh trụ và giữa nhịp
L: Chiều dài phần cách hẫng.
+ Thay số ta có phơng trình bậc nhất
0 5
0 3
42 5
x x
.
h . L
.
= +
Việc tính toán khối lợng kết cấu nhịp sẽ đợc thực hiện bằng cách chia dầm
thành những đốt nhỏ (trùng với đốt thi công để tiện tính toán), tính diện tích tại các vị
đầu mỗi đốt từ đó tính thể tích của các đốt một cách tơng đối bằng cách nhân diện tích
trung bình của mỗi đốt với chiều dài của nó.
Phân chia các đốt dầm nh sau:
+ Khối Ko trên đỉnh trụ dài 12m

K7 8.44 4 33.77 84.41
K8 8.15 4 32.59 81.46
K9 7.95 4 31.82 79.54
K10 7.87 4 31.46 78.66
Tổng 430.81 1077.03
KN(hợp long) 7.87 2 15.74 39.35
KT(đúc trên ĐG) 7.87 11 86.57 216.43
trong đó: Thể tích = Diện tích TB x Chiều dài
Khối lợng = Thể tích x 2.5 T/m
3
( trọng lợng riêng BT)
- Vậy tổng thể tích BT sử dụng trong 5 nhịp liên tục là:
V1 = 8x430.81+ 5x15.74+ 2x86.57 = 3698.32 m
3
Theo Polivanop hàm lợng cốt thép cho kết cấu liên tục nhịp lớn hơn 40m nằm
trong khoảng 200-230 kg/m
3
. Chọn hàm lợng thép là 220Kg/m
3
.
- Khối lợng thép sử dụng:
G1 = 0.22x3698.32 = 813.63 (T)
Trọng lợng lớp phủ mặt cầu( tính cho toàn cầu)
Lớp phủ mặt cầu gồm 4 lớp :
+ Bê tông asphal dày 5cm
+ Lớp bảo vệ dày 3cm
+ Lớp phòng nớc dày 1 cm
+ Đệm xi măng và tạo dốc 2% dày 3 cm
+ Chiều dầy trung bình của lớp phủ mặt cầu :
=

+ Vc = 23.925x5 = 119.625 m
3
- Dầm ngang
Mỗi nhịp 33m bố trí 5 dầm ngang tiết diện chữ nhật kích thớc 20x120cm.
Khoảng cách giữa các dầm là 8.1m. Dầm dài 938cm
Thể tích của các dầm ngang mỗi nhịp là:
+ Vn = 5x 0.2x1.2x9.38 = 11.256 m
3
- Tấm đan BTCT
Tấm đan BTCT dày 8cm, rộng 175cm kê lên các dầm chủ có tác dụng nh ván
khuôn để thi công lớp bê tông bản mặt cầu
Thể tích của các tấm đan BT trong 1 nhịp là:
+ Vđ = 0.08x1.75x4x33 = 18.48 m
3
- Bê tông bản mặt cầu
Bản mặt cầu dày 20cm đổ tại chỗ, rộng theo phơng ngang cầu 12m
Thể tích bê tông bản mặt cầu trong 1 nhịp là:
+ Vb = 0.2x12x33 = 79.2 m
3
Thống kê khối lợng kết cấu nhịp cầu dẫn
Thể tích BT 1 nhịp cầu dẫn gồm:
+ V1 =Vc+Vn +Vđ+Vb = 119.625+11.256+18.48+79.2=228.561 m
3
Theo Polivanop hàm lợng cốt thép cho dầm chữ I nằm trong khoảng 150-160
kg/m
3
. Chọn hàm lợng thép là 150 Kg/m
3
.
Khối lợng thép cho 1 nhịp dẫn là:

3
)
Thể
tích
gối
kê(m
3
)
Tổng thể
tích(m
3
)
Trọnglợng
BT(T)
Nhịp
dẫn
P1 4.00 14.91 59.63 47.40 118.13 1.80 226.96 567.40
P2 5.00 14.91 74.54 47.40 118.13 1.80 241.87 604.67
P7 5.00 14.91 74.54 47.40 118.13 1.80 241.87 604.67
P8 4.00 14.91 59.63 47.40 118.13 1.80 226.96 567.40
P3 9.40 23.57 221.54 0.00 303.75 0.84 526.13 1315.34
Nhịp
chính
P4 12.50 23.57 294.61 0.00 303.75 0.84 599.20 1497.99
P5 12.50 23.57 294.61 0.00 303.75 0.84 599.20 1497.99
P6 10.00 23.57 235.69 0.00 303.75 0.84 540.28 1350.69
Thể tích BT trong công tác trụ cầu
+ V = 226.96x2+241.87x2+526.13+599.20x2+540.28= 3202.46 m
3
Hàm lợng cốt thép dùng trong trụ khoảng 80kg/m

+ G = 0.08x514.62 = 33.25 T
4.1.1.5. Tính toán sơ bộ số lợng cọc cho mố, trụ
Tính toán sơ bộ số lợng cọc cho mố, trụ bằng cách xác định tải trọng
tác dụng lên đầu cọc, đồng thời xác định sức chịu tải của cọc. Từ đó sơ bộ chon số cọc
và sơ đồ bố trí cọc.
4.1.1.5.1. Xác định tải trọng tác dụng lên mố
Lực tính toán đợc tính theo công thức:
i i i
Q Q
=

Trong đó: Q
i
= Tải trọng tiêu chuẩn