Đồ án Thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công hầm vượt đường bộ

a phần: phần đáy hầm; phần tường và đỉnh của hầm. V.1.1. Quy trình chống thấm cho bề mặt BT hầm như sau: Làm sạch và khô bề mặt BT hầm Sơn hỗn hợp phụ gia chông thấm lên bề mặt BT Sau 4h-5h, Sơn hỗn hợp phụ gia chống thấm lên bề mặt BT lần thứ hai và dán phủ bề mặt bằng lớp PVC dày 2mm. V.1.2. Qui trình chống thấm cho đáy hầm như sau: Sau khi thi công xong móng, ta dùng loại chống thấm PVC trải xuống dưới đáy hầm và thực hiện đổ BT lên trên. Phần các tầng ngầm dưới đất của hệ thống trạm bơm cùng hệ thống trạm bơm được chống thấm bằng loại màng chống thấm có đặc tính kĩ thuật tối thiểu tương đương BITUTHEN 3000 của hãng Grace, bên ngoài màng chống thấm được bọc một lớp xốp (Polystyrene Foam) đảm bảo cho màng chống thấm không bị phá hoại trong quá trình lấp đất. Giữa các đốt hầm kín, hầm dẫn đổ tại chỗ bố trí khe co giãn rộng 2cm. Mối nối gồm hai phần: Thanh F32 liên kết giữa các đốt hầm: tại khe giãn nở bố trí các thanh F32, bước a = 300mm chạy dọc theo chu vi mặt cắt. Thanh F32 một đầu liên kết chặt vào BT, một đầu có thể trượt tự do trong ống nhựa tẩm nhựa đường Chống thấm mối nối: Để chống thấm qua khe giãn nở 2cm, ta sử dụng băng ngăn nước lắp đặt chạy dọc theo mối nối và được đặt ở giữa. Hai bên băng ngăn nước dùng vật liệu chèn khe từ vật liệu PE tỷ trọng cao (Joint Filler). Ngoài cùng sát bề mặt BT sử dụng vật liệu gắn kín trên cơ sở Polysulphide có tính năng cao dùng để hàn kín các mối nối (Joint Sealants). V.2. BIỆN PHÁP THOÁT NƯỚC Các loại nước có thể chảy trong hầm: Nước mưa Nước khi rửa đường Do vậy phải bố trí hệ thống rãnh dọc và bể chứa để thu nước mưa chảy từ hai đầu hầm dẫn vào và nước rửa đường. Nước được thu vào bể chứa và được bơm ra khỏi phạm vi hầm vào hệ thống cống thoát nước của thành phố. Với cơn mưa có cường độ mưa lớn nhất, giả sử thể tích nước mưa chảy vào hầm sau 1 trận mưa là 80m3 , và cứ trong 1h lại có một trận mưa như vậy căn cứ vào đó ta có thể chọn bể thu nước dung tích 240m3, như vậy là phải sau 3h nước mới đầy bể. Khi đó sử dụng 4 máy bơm tự động công suất mỗi máy là 80m3/h trong đó có 2 máy dự phòng, ta có thể đưa toàn bộ lương nước mưa ra khỏi đường hầm Kích thước bể ta có thể chọn như sau:kích thước bể là: 5.4x11.4x4m (rộng 5.4m, dài 11.4m, cao 4m). Bể được đúc bằng BTCT liền khối bề dày tường 25cm. VI. THÔNG GIÓ VÀ CHIẾU SÁNG TRONG HẦM VI.1. THÔNG GIÓ TRONG HẦM Trong đường hầm ô tô, khí độc hại chủ yếu là khí CO và CO2 do việc đốt cháy dầu xăng của động cơ ô tô thải ra. Về mùa hè, nhiệt độ không khí bên ngoài hầm cao hơn bên trong hầm từ 10 - 150 do vậy mà áp suất bên trong hầm bao giờ cũng lớn hơn bên ngoài hầm. Hầm có hai cửa: một cửa nằm theo hướng Đông - Tây, một nằm theo hướng Tây - Tây Bắc. Hầm kín nằm theo hướng Đông - Tây nên dễ dàng tiếp nhận gió Đông Nam về mùa hè và gió Đông Bắc về mùa Đông Sử dụng quạt thông gió JK600 VI.2. CHIẾU SÁNG TRONG HẦM Thiết bị chiếu sáng chuyên dụng chống nổ, chống ăn mòn. Mạng đèn bố trí hai bên hầm, khoảng cách 5m/1bộ. Chiếu sáng phần hầm dẫn bằng hệ thống cột đèn chiếu sáng hiện đại, hệ thống dây cáp điện được bố trí trong ống kĩ thuật chôn ngầm trong hầm. Nguồn năng lượng chiếu sáng được bố trí trong các khoang kĩ thuật đảm bảo an toàn cao, hệ thống đường dây là các loại cáp mềm bọc trong các ống cách điện, các thiết bị chiếu sáng phải là các thiết bị chuyên dụng để đảm bảo không xảy ra sự cố. Việc cấp điện được cung cấp bởi hai nguồn độc lập. VII. HỆ THỐNG BIỂN BÁO TÍN HIỆU TRONG HẦM Tại vị trí đầu đường dẫn bắt đầu vào hầm đều có biển báo hiệu. VIII. CÁC HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT KHÁC CẮT QUA NÚT VIII.1. HỆ THỐNG CÁP THÔNG TIN VÀ CÁP ĐIỆN LỨC Hệ hống cáp thông tin đựơc bố trí trong lớp đất đắp ở phía dưới cửa hầm. Với chiều dày đất đắp là 1650mm > 600m đảm bảo thoả mãn tiêu chuẩn. Hình 21 Đặt cáp kỹ thuật VIII.2. HỆ THỐNG CẤP THOÁT NƯỚC CÔNG CỘNG Được bố trí ở hai bên hầm, cách hầm là 5m do vậy toàn bộ hệ thống nước của hầm được thu về hầm được bơm hút, và thải ra hệ thống thoát nước công cộng. IX. BIỆN PHÁP THI CÔNG CHỈ ĐẠO Trong phương pháp lộ thiên, giải pháp kết cấu vỏ hầm không đa dạng như khi xây dựng bằng phương pháp kín. Do vỏ hầm được thi công trong hầm mở sơ đồ nguyên lý kết cấu ít phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình trên tuyến đường ngầm mà chủ yếu được xác định bằng dạng vật liệu sử dụng tại chỗ các công nghệ và kĩ thuật triển khai. XI.1. CÁC PHƯƠNG ÁN THI CÔNG XI.1.1 Phương án 1 Thân hầm dài 140m Hầm dẫn hai bên mỗi bên dài 195m và 210m Phương án này sử dụng hệ KCBT đổ toàn khối dạng tường chắn đất Phần hầm dẫn bao gồm: tường bên là các khối BTCT dạng hình thang chiều dày dưới móng là 1,6 m và 0,5m trên đỉnh. Các tường bên này ngàm vào khối BT đáy dày 2m. Để chống lại mô men lật và để đảm bảo tính ổn định cho tường chắn, phần đáy móng mở rộng ra ngoài về phía nền đất mỗi chiều 1,5m. Phần hầm kín cũng gồm hệ kết cấu tường chắn và đáy BTCT như phần hầm dẫn. Phần nóc hầm đổ BTCT toàn khối tại chỗ dạng 2 nhịp, khẩu độ mỗi nhịp là 10m Phần tiếp giáp với hầm dẫn có bố trí khe lún. Giải pháp thi công: Giai đoạn 1: xây dựng một nửa hầm đến giữa nút, để phần đường còn lại cho xe lưu thông. Sau khi xây dựng xong nửa đầu và một nửa đoạn hầm đó lấp lại và xây dựng kết cấu của đường phía trên hầm cho xe chạy qua và chuyển sang giai đoạn 2. Giai đoạn 2: Hoàn thành phần hầm còn lại, cho xe chạy qua hầm phía trên vừa xây dựng xong trong giai đoạn 1 Giai đoạn 3: Hoàn thành nốt các phần còn lại Các biện pháp cụ thể như sau: Biện pháp giữ thành hố đào: Sử dụng cừ thép để giữ thành hố đào và chống nước xâm nhập vào hố đào. Chiều dài cừ thép trung bình từ 6,5m-18,5m Để hạn chế tiếng ồn và chấn động phát sinh, dự kiến sử dụng biện pháp búa rung để hạ cọc. Thi công đóng cọc ván thép xong trước rồi mới thi công các hạng mục khác. Sử dụng các thanh chống để hạn chế sự dịch chuyển ngang của nền đất. Biện pháp đào: Thi công phòng nước, các giếng bơm thoát nước ra ngoài phạm vi công trình để hạ mực nước ngầm và thu nước mặt thẩm thấu vào công trình qua tường cừ. Tổ chức đào từ hai phía về tâm công trình, mặt bằng khá thông thoáng cho phép thi công bằng cơ giới Trong quá trình đào phải thường xuyên theo dõi chuyển vị của cọc ván thép. Biện pháp thi công kết cấu hầm: Phương án đổ BT tại chỗ được lựa chọn vì: Kết cấu hầm liền khối làm tăng độ cứng và khả năng chống thấm, không đòi hỏi thiết bị thi công hiện đại. Trình tự thi công như sau: Thi công bản đáy từng công đoạn theo cao độ thiết kế: Thi công đệm đá dăm và lớp bê tông mác nghèo M150 theo tiêu chuẩn thiết kế. Tiến hành đặt cốt thép rồi đổ BT bản đáy dày 1m. Để đảm bảo tiến độ cũng như chất lượng công trình, BT dùng để thi công là BT thương phẩm. Sau khi thi công bản đáy, tiến hành lắp đặt cốt thép cốt pha cho tường và đổ BT tường. Lắp đặt hệ thống cốt pha và cốt thép nóc hầm, rồi tiến hành đổ BT nóc hầm. IX.1.2. Phương án 2 Thân hầm dài 140m Hầm dẫn hai bên mỗi bên dài 195m và 210m, Phương án này sử dụng gải pháp tường trong đất cho hệ kết cấu hầm Kết cấu phần hầm dẫn có dạng 1 khung cứng, hở phía trên, hai tường chắn hai bên sử dụng hai tường BTCT dày 1m, có chiều sâu thay đổi từ 0m đến 8,5m thi công theo phương pháp tường trong đất. Hai tường chắn này chịu áp lực ngang của đất đảm bảo sự ổn định của công trình. Kết cấu đáy chịu áp lực đẩy nổi và tải trọng của làn xe bên trên nên sử dụng lớp BTCT dầy 1m, ở dưới có xử lý nền bằng lớp đệm cát dày 0,5m. Phần tiếp giáp giữa hầm chính và hầm dẫn có bố trí khe lún. Phần hầm kín gồm 2 tường bên dầy 1 m; tường ngăn dày 0,5m; dầm đáy dầy 1m; dầm nóc dày 1 m. Giải pháp thi công: Giai đoạn 1: xây dựng một nửa hầm đến giữa nút, để phần đường còn lại cho xe lưu thông. Sau khi xây dựng xong nửa đầu và một nửa đaọn hầm đó lấp lại và xây dựng kết cấu của đường phía trên hầm cho xe chạy qua và chuyển sang giai đoạn 2. Giai đoạn 2: Hoàn thành phần hầm còn lại, cho xe chạy qua hầm phía trên vừa xây dựng xong trong giai đoạn 1 Giai đoạn 3: Hoàn thành nốt các phần còn lại Các biện pháp cụ thể như sau: Thi công các tường chắn đất rộng 1m bằng công nghệ tường trong đất Sau đó tiến hành đổ BT nóc hầm dày 1m Tiến hành đào đất dưới tấm trần hầm Đổ lớp đệm cát và thi công đáy hầm Biện pháp thi công tường trong đất: Thi công các tường định vị Sử dụng các máy khoan chuyên dụng đào các hào rộng 1m cách nhau từng đoạn một. Trong quá trình khoan sử dụng Bentonit để giữ thành hố đào. Sử dụng các ống casing để dẫn hướng cho các hố khoan. Chiều sâu khoan trung bình phần thân hầm là 17m, phần đường dẫn là 5m-17m. Sau khi khoan xong, tiến hành thổi rửa đáy hố khoan, sau đó tiến hành hạ các lồng cốt thép Sau khi định vị đúng tim trục, độ cao lồng thép tiến hành đổ BT bằng phương pháp ống rút thẳng đứng Tiến hành thi công các đoạn còn lại sau khi đổ BT các đoạn trước đã đủ cường độ Biện pháp đào hầm: Do nóc hầm BT cốt thép đã đổ trước cùng với các tường trong đất chống đỡ áp lực ngang của đất hai bên nên không cần hệ thống cọc cừ chống đỡ như phương án 1. Vì vậy có thể sử dụng tối đa các phương tiện máy móc cơ giới. Biện pháp thi công các kết cấu hầm: Thi công đổ BT tại chỗ giống như phương án 1 nhưng thi công tấm đào, chống thấm và thi công áo đường ngay trả lại hiện trạng cho giao thông hoạt động bình thường. Sau khi đào đất xong thì thi công lớp đệm cát rồi thi công đáy hầm. Thi công theo phương án 2 công nghệ thi công đơn giản ít ảnh hưởng đến giao thông. Vì thi công trần hầm trước khi đào nên có thể tận dụng đất làm ván khuôn để đổ tấm trần hầm nên không tốn đà giáo ván khuôn./. Vói mặ bằng thi công tương đối rộng em chọn phương án thi công hầm theo phương pháp đào hở. IX.2. BIỆN PHÁP THI CÔNG IX.2.1 Biện pháp đào và chống hố vách Sử dụng cừ thép để giữ thành hố đào và chống nước xâm nhập vào hố đào. Chiều dài cừ thép trung bình từ 6,5m-18,5m Để hạn chế tiếng ồn và chấn động phát sinh, dự kiến sử dụng biện pháp búa rung để hạ cọc. Thi công đóng cọc ván thép xong trước rồi mới thi công các hạng mục khác. Sử dụng các thanh chống để hạn chế sự dịch chuyển ngang của nền đất. Biện pháp làm khô nền đào Thi công phòng nước, các giếng bơm thoát nước ra ngoài phạm vi công trình để hạ mực nước ngầm và thu nước mặt thẩm thấu vào công trình qua tường cừ. Biện pháp đào đất Tổ chức đào từ hai phía về tâm công trình, mặt bằng khá thông thoáng cho phép thi công bằng cơ giới là máy đào gầu ngoạm. Trong quá trình đào phải thường xuyên theo dõi chuyển vị của cọc ván thép. Biện pháp thi công kết cấu đường hầm Phương án đổ BT tại chỗ được lựa chọn vì: Kết cấu hầm liền khối làm tăng độ cứng và khả năng chống thấm, không đòi hỏi thiết bị thi công hiện đại. Trình tự thi công như sau: Thi công bản đáy từng công đoạn theo cao độ thiết kế: Thi công đệm đá dăm và lớp bê tông mác nghèo M150 theo tiêu chuẩn thiết kế. Tiến hành đặt cốt thép rồi đổ BT bản đáy dày 1m. Để đảm bảo tiến độ cũng như chất lượng công trình, BT dùng để thi công là BT thương phẩm. Sau khi thi công bản đáy, tiến hành lắp đặt cốt thép cốt pha cho tường và đổ BT tường. Lắp đặt hệ thống cốt pha và cốt thép nóc hầm, rồi tiến hành đổ BT nóc hầm. Biện pháp đảm bảo giao thông Khi thi công phần hầm chính và một bên hầm dẫn thì vẫn làm đường tránh bên hầm dẫn còn lại để đảm bảo giao thông. Do vạy giao thông vẫn thông suốt. PHƯƠNG ÁN II: THẾT KẾ CẦU VƯỢT Xây dựng cầu vượt dọc theo hướng Kim Liên- Đại Cồ Việt. Gồm hai cầu vượt nhỏ chạy song song nhau. Bề rộng toàn bộ cầu là 24m, gồm 4 làn xe. Độ dốc dọc của cầu vượt hai phía là 4%, tĩnh không tại nhịp thông xe là 5,5m. Tổng chiều dài cầu là 390m. Bao gồm: phần cầu dài 220m, đường dẫn hai phía là 2x85 = 170m. Sơ đồ: 30x3+40+30x3 = 390m. Chiều dài nhịp thông xe vượt qua đường vành đai 1 với bề rộng 40m. Phương án này ưu tiên cho dòng xe cơ giới chạy thẳng trên trục đường Lê Duẩn - Giải Phóng theo cả hai chiều ( hiện tại chiếm 30% tổng lượng xe qua nút ). Các dòng xe cơ giới rẽ phải, rẽ trái, dòng xe thô sơ chạy trên trục đường này cũng như toàn bộ xe chạy trên trục đường Đại Cồ Việt - Kim Liên - Trung Tự được tổ chức chạy trên mặt đất. SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN KIẾN NGHỊ PHƯƠNG ÁN LÀM THIẾT KẾ KỸ THUẬT A. PHƯỚNG ÁN 1 Phù hợp với định hướng quy hoạch Hà Nội đến năm 2020 là hạn chế tầm cao kiến trúc không gian trong phạm vi vành đai 2 vào trung tâm, phù hợp với kiến trúc xung quanh của khu vực nút Kim Liên. Phù hợp và không ảnh hưởng tới dự án đường sắt đô thị Hà Nội ( phương án đi qua nút Kim Liên là đi trên cao ). Phù hợp và không ảnh hưởng tới dự án Quy hoạch giao thông vận tải Hà Nội do JICA-Nhật Bản thực hiện về hệ thống đường sắt nội đô. Xây dựng đường hầm qua nút giao thông KL theo hướng ĐCV - KL - TT là để duy trì trục giao thông Đông - Tây không phải điều khiển bằng đèn tín hiệu, làm tăng mức độ an toàn giao thông qua nút. Nhờ đó giảm lượng khí thải, tiếng ồn do quá trình dừng xe chờ thông qua nút. Không mất thời gian chờ tầu như trước đây (đây là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ùn tắc tại nút). Đảm bảo khả năng thông xe và vận tốc xe chạy trong thời gian hiện tại cũng như trong tương lại tối ưu nhất. Khả năng thông xe và vận tốc xe chạy theo cấp đường Đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật và tầm nhìn. Nút giao thông phải được thiết kế hiện đại, đảm bảo tính mỹ quan không phá vỡ cảnh quan kiến trúc khu vực và các công trình lân cận. Phương án phải phù hợp với tình hình qui hoạch chung của thành phố. Đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trường, hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng xấu tới môi trường như: ô nhiễm môi trường, tiếng ồn, bụi, nước mặt, các khu vực trồng hoa, cây cỏ… Nút giao thông phải có biện pháp phòng nước, thoát nước tốt nhất, tránh tình trạng ngập lụt trong mùa mưa. Phương án phải đảm bảo trong thời gian thi công giao thông vẫn đảm bảo bình thường. B. PHƯỚNG ÁN 2 Dù làm cầu vượt theo hướng Bắc-Nam hay Đông - Tây thì đều phá vỡ cảnh quan kiến trúc khu vực, nơi có những công trình tiêu biểu của thủ đô Hà Nội như: Công viên Thống Nhất, trường ĐH Bách Khoa.. Với cầu dài 390 m so với phần chính của hầm vượt là 142m theo định tính ta thấy rằng về kinh tế thì làm hầm vượt là kinh tế hơn. C. Kết luận Từ sự phân tích đánh giá ưu nhược điểm của các phương án đưa ra : Phương án làm đường hầm theo hướng Đại Cồ Việt- Kim Liên – Trung Tự là phương án lựa chọn phù hợp với quy hoạch, cảnh quan kiến trúc, đáp ứng tốt nhất các yêu cầu đặt ra. PHẦN III:THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN NỘI LỰC KẾT CẤU VỎ HẦM CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT THÉP CHƯƠNG III: THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC, NỀN ĐƯỜNG, MẶT ĐƯỜNG VÀ CÁC HẠNG MỤC KĨ THUẬT KHÁC CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN NỘI LỰC KẾT CẤU VỎ HẦM 1.1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 1.1.1. SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT Các lớp địa chất theo kết quả khoan thăm dò được lấy như sau: Lớp kết cấu áo đường: dày 0,5m;j = 450; c = 30 KN/m2 ; g =22,5 KN/m3 Lớp kết đất đắp : dày 1,15m; j = 240; c = 0 KN/m2; g =18,5 KN/m3 Lớp bùn sét pha:dày 3,5m ; j = 220; c = 20 KN/m2,  g=16,8 KN/m3 Lớp đất sét pha,dẻo mềm đến dẻo cứng: dày 4,8m; j = 170; c = 15KN/m2 ; g = 18,7 KN/m3 Lớp đất sét cứng : dày 10m; j = 220; c =23KN/m2; g =18,9KN/m3 Lớp cát hạt nhỏ lẫn bụi sét,kết cấu chặt : dày 9,3m; j = 270; c =15KN/m2; g =19,4KN/m3 Lớp cát hạt to,kết cấu chặt vừa: j = 360; c =1KN/m2; g =19,5KN/m3 1.1.2. ĐẶC TRƯNG KẾT CẤU Đặc trưng hình học của kết cấu cho 1m dài hầm : Dầm nóc : bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=0.8m. Tường bên : bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=0.8m. Tường giữa : bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=0,5m. Dầm đáy : bề rộng b=1m, chiều cao mặt cắt h=1m. Thông số kĩ thuật của bêtông : Cường độ bêtông f’c=30Mpa. Trong lượng riêng g = 24KN/m3 Môđun đàn hồi Mômen quán tính tại các tiết diện: Mômen quán tính của các dầm nóc: Mômen quán tính của dầm đáy là : Mômen quán tính của tường bên là : Mômen quán tính của tường giữa là : 1.1.3.SỐ LIỆU TẢI TRỌNG 1.1.3.1 Xác định tải trọng thẳng đứng tác dụng lên kết cấu hầm 1.1.3.1.1. Với tải trọng động xe HL – 93 Độ lớn do hoại tải tác dụng lên công trình ngầm phụ thuộc vào chiều sâu công trình, phân bố của dải đường và loại phương tiện giao thông. Với các công trình đặt nông, tải trọng động tác dụng lên công trình là từ các phương tiện giao thông của mạng lưới giao thông trên mặt đất. Tải trọng tạm thời do hoại tải HL-93 được bố trí ở những vị trí bât lợi nhất nóc công trình ngầm hoặc ở trong phạm vi lăng thể trụ phá hoại. Căn cứ vào kích thước của hầm và hiện trạng giao thông trong tương lai thì vị trí bất lợi nhất đối với hầm khi có 2 xe HL93 chạy song song. Loại xe: Xe tải thiết kế a = 0.3 đến mép bản cánh hẫng; a = 0.6 đến mép làn. Xe hai trục Hình 21 Xe tải HL93 Xe hai có trọng lượng trục tải nhỏ hơn xe tải thiết kế nhưng cự ly các trục ngắn hơn nên khống chế hiệu ứng lực phát sinh trong các cấu kiện ngắn. Tuỳ theo khẩu độ L mà xếp tải: Khi L < 4300mm xếp xe hai trục; L 4300mm xếp xe 3 trục. Tải trọng làn thiết kế: là một tải trọng phân bố q = 9,3 N/mm, dải phân bố: Rộng 3m, dài không hạn chế. Các sơ đồ xếp tải trên nóc hầm Tải trọng tạm thời di động từ phương tiện dạng trục ôtô được bố trí ở những vị trí khác nhau trên mái của công trình ngầm và trên khối trượt để tạo ra hiệu ứng tải bất lợi nhất đối với công trình ngầm. Trong đó, người ta chọn 3 sơ đồ chất tải tạm thời ( hình vẽ ): Trên mái, trên khối trượt, trên mái và trên khối trượt. Các sơ đồ xếp tải cho kết cấu hầm Sơ đồ xếp tải bất lợi nhất cho kết cấu nóc hầm Sơ đồ xếp tải bất lợi nhất cho kết cấu tường bên Các sơ đồ xếp tải cho dầm đáy Hình Sơ đồ xếp tải lệch tâm ở đáy hầm. Hình 32 Sơ đồ xếp tải đúng tâm ở đáy hầm. Hình Sơ đồ xếp tải sát tường giữa ở đáy hầm. Hình Sơ đồ xếp tải sát tường bên ở đáy hầm. Tổ hợp tải trọng gây ra nội lực lớn nhất cho kết cấu khung hầm 1.1.3.1.2. Với tải trọng tĩnh Tải trọng tính toán của khung là 1m thì ngoài tải trọng bản thân còn có tải trọng: Trọng lượng của lớp bê tông chèn và lớp áo đường: Theo bảng 8 – TCXDVN thiết kế đường hầm giao thông, các hệ số vượt tải được lấy đối với. + Tải trọng bản thân kết cấu: Đổ tại chỗ n1 = 1,2 + áp lực đất đá khi không hình thành vòm áp lực: n2 = 1,4 + Trọng tải kết cấu mặt đường ôtô: n3 = 1,5 + Tải trọng động của đoàn xe: n4 = 1,4 1.1.3.1 Xác định tải trọng nằm ngang tác dụng lên kết cấu hầm Tải trọng ngang tác dụng lên kết cấu hầm gồm áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động, áp lực nước. Ở đây bỏ qua sự tác sụng của các tải trọng đặc biệt. 1.2. TÍNH TOÁN KẾT CẤU HẦM Để tính nội lực kết cấu hầm ở đây em sử dụng chương trình Plaxis 2D. 1.2.1. Nội lực phần hầm kín Mô hình tính toán được trình bày như sau: Sau khi tính toán tiến hành chọn giá trị nội lực lớn nhất để bố trí cốt thép và kiểm toán. Ta có bảng kết quả nội lực lớn nhất: DẦM NÓC Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 375 568 MIN - -370 -378 TƯỜNG BÊN Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 222 532 MIN - -206 -532 TƯỜNG GIỮA Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX -880 - - MIN - - DẦM ĐÁY Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 451 468 MIN - -451 -1019 Tính toán và bố trí cốt thép Nguyên tắc cơ bản: Sau khi có kết quả tính toán nội lực kết cấu vỏ hầm ta tiến hành tính toán và bố trí cốt thép cho kết cấu tường hầm. Khi tính toán ta tính cho 1m dài hầm. 1.2.1.1. Tính toán bố trí cốt thép dầm nóc Nội lực tính toán: Bảng 2 Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 375 568 MIN - -370 -378 1.2.1.1.1. Tính toán cốt thép chịu mômen dương Mômen tính toán M+max = 568 KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000 mm Chiều cao mặt cắt h = 800 mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt dv = h-dc-D/2 = 737.3mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 50mm Cường độ thép fy = 420Mpa Cường độ bê tông fc = 40Mpa Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) j = 0,9 Chọn thanh thép D25 D = 25,4mm Số lượng thanh thép n = 6 thanh Diện tích thép As = 3060mm2 Hàm lượng thép r = As/(b.h) = 0.00383 Chiều dầy khối ứng suất tương đường a = b1.c = 0,764.49,46 = 37,8mm Trong đó: b : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất (A5.7.2.2) = 0,85 khi f’c < 28Mpa = 0,85-0,05.(f’c-28)/7 khi 28Mpa < f’c < 56Mpa =0,65 khi 56Mpa < f’c b = 0,85-0,05.(40-28)/7 = 0,764 c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén ngoài cùng Sức kháng uốn danh định của mặt cắt: (A7.3.2.2-1) Sức kháng uốn tính toán của mặt cắt: Kiểm tra: Mr = 830.96 > Mmax = 568 KNm => Đạt yêu cầu Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: rmin = 0,03.f’c/fy = 0,0029 Kiểm tra: rmin = 0,0029 Đạt yêu cầu Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: c/de < 0,42 Trong đó: c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà, c= 49,46 mm de : Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo, de = 737.3 mm c/de = 49,46/737,3 = 0,067 Kiểm tra: c/de = 0,067 Đạt yêu cầu 1.2.1.1.1. Tính toán cốt thép chịu mômen âm Mômen tính toán M-max = 378 KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 800mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt de = h-dc-D/2 = 738.9mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 50mm Cường độ thép fy = 420Mpa Cường độ bê tông fc = 40Mpa Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) j = 0,9 Chọn thanh thép D22 D = 22,2mm Số lượng thanh thép n = 6 thanh Diện tích thép As = 2322mm2 Hàm lượng thép r = As/(b.h) = 0,0029 Chiều dầy khối ứng suất tương đường a = b1.c = 0,764.37,53= 28,68mm Trong đó: b : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất (A5.7.2.2) = 0,85 khi f’c < 28Mpa = 0,85-0,05.(f’c-28)/7 khi 28Mpa < f’c < 56Mpa =0,65 khi 56Mpa < f’c b = 0,85-0,05.(40-28)/7 = 0,764 c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu nén ngoài cùng Sức kháng uốn danh định của mặt cắt: (A7.3.2.2-1) Sức kháng uốn tính toán của mặt cắt: Kiểm tra: Mr = 636.96KNm > Mmax = 378KNm => Đạt yêu cầu Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: rmin = 0,03.f’c/fy = 0,03.40/420 = 0,00286 Kiểm tra: rmin = 0,00286 Đạt yêu cầu Kiểm tra lượng cốt thép tối đa: c/de < 0,42 Trong đó: c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà c = 37.53mm de : Khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo, de = 738.9 c/de = 37.53/738.9 = 0,051 Kiểm tra: c/de = 0.05 Đạt yêu cầu 1.2.1.1.1. Tính toán cốt thép chịu lực cắt Lực cắt tính toán Vmax = 375KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 800mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt de = h-dc-D/2 = 745.25mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 50mm Cường độ thép fy = 350Mpa Cường độ bê tông fc = 40Mpa Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) j = 0,9 Chọn thanh thép D10 D = 9.5 mm Số lượng thanh thép n = 5 thanh Diện tích thép As = 355mm2 Hệ số chỉ khả năng bê tông bị nứt truyền lực kéo: b = 0,2 (A5.8.3.4.1) Góc nghiêng ứng suất nén chéo q = 45o (A5.8.3.4.1) Sức kháng danh định do ứng suất kéo của bê tông: (A5.8.3.3) Trong đó: bv : Chiều rộng bản bụng hữu hiệu (A5.8.2.7) dv : Chiều cao chịu cắt hữu hiệu lấy không nhỏ hơn các giá trị sau(A5.8.2.7) Khoảng cách thẳng góc giữa hợp lực kéo và hợp lực nén 0,72h = 0,72.800= 576mm 0,9de = 670.725mm dv = max(d’; 0,72h; 0,9de) = 670.725mm Ta thấy Vu = 375KN >0,5.j.Vc = 0,5.0,9.352,09KN Phải bố trí cốt thép ngang chịu lực cắt Sức kháng danh định của cốt thép ngang chịu lực cắt: Trong đó: S : Cự ly cốt thép ngang chịu cắt (mm) S = 160mm q : Góc nghiêng ứng suất nén chéo (A5.8.3.4) q = 45o a : Góc nghiêng cốt thép ngang đối với trục dọc a = 90o Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong phạm vi S Av = 355mm2 Sức kháng cắt danh định: Vn = min{ Vc + Vs ; 0,25.f’c.bv.dv ) Trong đó: Vc + Vs = 352.09 + 443.2 = 795.29kN 0,25.f’c.bv.dv = 0.25x30x1000x670.725 = 6707.25kN => Vn = 795.29 kN Sức kháng cắt tính toán: Vr = jv.Vn = 0.9x795.29 = 715.76 kN Kiểm tra sức kháng cắt: Vu = 375 kN Đạt yêu cầu Kiểm tra cốt thép ngang tối thiểu: Diện tích cốt thép ngang tối thiểu: Av = 355mm2 > Avmin = 240mm2 => Đạt yêu cầu Kiểm tra cự ly tối đa cốt thép ngang: Cự ly tối đa cốt thép ngang không được vượt quá giá trị sau: Nếu Vu < 0,1.f’c.bv.dv: S ≤ 0,8dv ≤ 600mm Nếu Vu ³ 0,1.f’c.bv.dv: S ³ 0,4dv ³ 300mm Ta có: Vu = 375KN 0,1.f’c.bv.dv = 0,1.40.1000.670,725 = 2682.9KN 0,8dv = 0,8.670,725 = 536.58mm => Vu Kiểm tra theo điều kiện 1 Ta thấy: S = 160mm < 0,8.dv = 536.58mm < 600mm => Đạt yêu cầu về cự ly côt thép tối đa 1.2.1.2. Tính toán bố trí cốt thép dầm đáy Nội lực tính toán: Bảng 21 Axial (kN) Shear-z (kN) Moment-y (kN·m) MAX - 451 468 MIN - -451 -1019 1.2.1.2.1. Tính toán cốt thép chịu mômen âm Mômen tính toán M-max = 1019 KNm Chiều rộng mặt cắt b = bW = 1000mm Chiều cao mặt cắt h = 1000mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt de = h-dc-D/2 = 937.3mm Chiều dày lớp phủ bê tông (A5.12.3) dc = 50mm Cường độ thép fy = 420Mpa Cường độ bê tông fc = 40Mpa Kiểm toán theo TTGHCĐ1: Hệ số sức kháng (A5.4.4.2) j = 0,9 Chọn thanh thép D25 D = 25.4mm Số lượng thanh thép n = 6 thanh Diện tích thép As = 3060mm2 Hàm lượng thép r = As/(b.h) = 0,00306 Chiều