Đề tài Thiết kế cầu kênh số 4

MỤC LỤC ˜&™ PHẦN I : THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN PHƯƠNG ÁN 1 : CẦU DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC I CĂNG SAU 9 I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN 9 II. TÍNH TOÁN SƠ BỘ VỀ PHƯƠNG ÁN 10 II.1. Tính toán khối lượng lan can 10 II.1.1. Gờ lan can 11 II.1.2. Lan can thép 11 II.2. Tính khối lượng mố cầu 14 II.3. Tính khối lượng trụ cầu 17 II.4. Tính toán sơ bộ dầm chính 21 II.4.1. Đặc trưng hình học của dầm 21 II.4.2. Tính toán hệ số phân bố tải trọng 22 II.4.3. Tải trọng tác dụng lên dầm 26 II.4.4. Tổ hợp nội lực tại mặt cắt kiểm toán 30 II.4.5. Tính toán và bố trí cốt thép 30 II.5. Tính cọc cho mố 32 II.5.1. Tải trọng tác dụng lên mố 32 II.5.2. Tính số lượng cọc cho mố 34 II.6. Tính cọc cho trụ 40 II.6.1. Tải trọng tác dụng lên trụ 40 II.6.2. Tính số lượng cọc cho trụ 43 PHƯƠNG ÁN 2 : CẦU DẦM BẢN RỖNG BTCT DƯL 49 I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN 49 II. TÍNH TOÁN SƠ BỘ VỀ PHƯƠNG ÁN 50 II.1. Tính toán khối lượng lan can 50 II.1.1. Gờ lan can 51 II.1.2. Lan can thép 51 II.2. Tính khối lượng mố cầu 54 II.3. Tính khối lượng trụ cầu 57 II.4. Tính toán dầm bản rỗng 63 II.4.1. Đặc trưng hình học của dầm 63 II.4.2. Tính toán hệ số phân bố tải trọng 65 II.4.3. Tải trọng tác dụng lên dầm 66 II.4.4. Tính toán và bố trí cốt thép 70 II.5. Tính cọc cho mố 71 II.5.1. Tải trọng tác dụng lên mo á 71 II.5.2. Tính số lượng cọc cho mố 74 II.6. Tính cọc cho tru ï 79 II.6.1. Tải trọng tác dụng lên tru ï 79 II.6.2. Tính số lượng cọc cho tru ï 82 SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT 88 PHẦN II : THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN LAN CAN 91 I. Cấu tạo chung 91 II. Tính toán lan can 92 II.1. Sơ đồ tính lan can N2 92 II.2. Nội lực tác dụng lên lan can N2 92 II.3. Kiểm toán thanh lan can N2 92 II.4. Kiểm toán trụ lan can thép N1 93 II.5. Kiểm toán gờ chắn 94 CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU 98 I. Số liệu tính toán 98 II. Trọng lượng các bộ phận 98 III. Tính tĩnh tải bằng phương pháp tương đương 98 IV. Nội lực do hoạt tải 100 V. Trạng thái cường độ I 101 VI. Trạng thái sử dụng 104 VII. Thiết kế bản hẫng 106 CHƯƠNG III : THIẾT KẾ DẦM NGANG 107 I. Các số liệu ban đầu 107 II. Tính toán nội lực dầm ngang 107 II.1. Giả thuyết tính toán 107 II.2. Tải trọng tác dụng lên dầm ngang 108 II.2.1. Xác định phản lực từ bản mặt cầu truyền xuống dầâm ngang 108 II.2.1.1. Tĩnh tải truyền xuống 108 II.2.1.2. Phản lực truyền xuống dầm ngang do hoạt tải 108 II.2.2. Xác định nội lực trong dầm ngang 109 III. Kiểm toán TTGH cường độ I 110 CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 116 I. Số liệu tính toán 116 II. Thiết kế cấu tạo 116 III. Tính toán đặc trưng hình học tại các mặt cắt 118 III.1. Mặt cắt tại gối 118 III.2. Mặt cắt x1 = 0.72h 119 III.3. Mặt cắt x2, x3, x4 122 IV. Tải trọng tác dụng lên dầm chính 124 IV.1. Tĩnh tải kết cấu nhịp 124 IV.2. Hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp 126 V. Tính toán nội lực tại các mặt cắt đang xét 127 V.1. Vẽ đường ảnh hưởng tại các mặt cắt 127 V.2. Momen và lực cắt ở các mặt cắt do tĩnh tải 128 V.3. Momen và lực cắt ở các mặt cắt do hoạt tải 129 V.4. Tính toán hệ số phân bố tải trọng 131 V.5. Tổ hợp tải trọng 133 VI. Tính toán và bố trí cốt thép 137 VII. Tính toán mất mát ứng suất 138 VII.1. Đặc trưng hình học ở 3 giai đoạn 138 VII.2. Tính các mất mát ưng suất 144 VII.2.1. Các mất mát tức thời 145 VII.2.1.1. Mất mát ứng suất do thiết bị neo 145 VII.2.1.2. Mất mát ứng suất do ma sát 145 VII.2.1.3. Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 147 VII.2.1. Các mất mát theo thời gian 148 VII.2.2.1. Mất mát ứng suất do co ngót 148 VII.2.2.2. Mất mát ứng suất do từ biến 149 VII.2.2.3. Mất mát ứng suất do tự trùng cốt thép 150 VIII. Kiểm toán các trạng thái 150 VIII.1. Trạng thái giới hạn sử dụng 150 VIII.1.1. Kiểm tra ứng suất trong bê tông 150 VIII.1.1.1. Tính mất mát dầm khi truyền lực 150 VIII.1.1.2. Tính ứng suất dầm sau mất mát 152 VIII.1.2. Kiểm tra biến dạng dầm 153 VIII.2. Trạng thái giới hạn mõi 156 VIII.3. Trạng thái giới cường độ I 158 CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN MỐ 169 I. Số liệu thiết kế 169 II. Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu 171 III. Tổ hợp tải trọng 179 III.1. Tổ hợp tải trọng ở mặt cắt A – A 179 III.2. Tổ hợp tải trọng ở mặt cắt B – B 182 III.3. Tổ hợp tải trọng ở mặt cắt C – C 183 III.4. Tổ hợp tải trọng ở mặt cắt D – D 184 IV. Kiểm toán mặt cắt 185 IV.1. Kiểm toán mặt cắt B - B 185 IV.2. Kiểm toán mặt cắt C - C 191 IV.3. Kiểm toán mặt cắt D -D 195 V. Tính toán số lượng cọc cho mố 199 V.1. Sốâ liệu địa chất 199 V.2. Tính sức chịu tải của cọc 201 V.2.1. Tính toán sức chịu tải cọc theo điều kiện đất nền 201 V.2.2. Sức chịu tải cọc theo vật liệu 203 V.2.3. Xác định số lượng cọc 204 V.3. Tính toán nội lực cọc 205 CHƯƠNG VI : TÍNH TOÁN TRỤ 215 I. Số liệu thiết kế 215 II. Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu 216 III. Tổ hợp tải trọng tại các mặt cắt 223 IV. Kiểm toán tại các mặt cắt 227 IV.1. Kiểm toán tại mặt cắt A – A 227 IV.2. Kiểm toán mặt cắt đỉnh bệ 231 V. Tính toán số lượng cọc cho mố 239 V.1. Sốâ liệu địa chất 239 V.2. Tính sức chịu tải của cọc 240 V.2.1. Tính toán sức chịu tải cọc theo điều kiện đất nền 240 V.2.2. Sức chịu tải cọc theo vật liệu 243 V.2.3. Xác định số lượng cọc 244 V.3. Tính toán nội lực cọc 244 V.4. Kiểm toán cọc 253 VI. Tính thép cho bệ cọc 254 PHẦN III : THIẾT KẾ THI CÔNG I. Bện pháp thi công những hạng mục chủ yếu 257 II. Trình tự thi công 263 III. Tính toán thi công 265 TÀI LIỆU THAM KHẢO 268 TỔNG QUAN I. TÌNH HÌNH CHUNG : QL91 đoạn từ cầu Nguyễn Trung Trực đến ngã• ba Bến Thủy (Km62+250 - Km113+071) thuộc tỉnh An Giang được Bộ GTVT đầu tư xây dựng va hoàn thành. Tuyến N1 đoạn từ Tịnh Biên - Hà Tiên (Km139+870 - Km202+626.70) dài 62.6km đồng thời đoạn tuyến nhánh nối tiếp từ tuyến N1 đến cầu Hữu Nghị cũ (Km138+914.17 - Km139+870) cũng được đầu tư và bổ sung vào dự án tuyến N1 hiện đang triển khai thi công. Như vậy QL91 đoạn từ Bến Thủy (Km113+071) đến Tịnh Biên (Km138+749 trùng với điểm đầu của dự án tuyến N1 Tịnh Biên - Hà Tiên) cần phải cải tạo nâng cấp nhằm khai thác triệt để trên toàn tuyến QL91 và N1 đồng thời tạo ra trục giao thông huyết mạch trong tỉnh cũng như trục nối với các tỉnh Kiên Giang, Cần Thơ và Vương quốc Campuchia qua cửa khẩu Tịnh Biên từ đó góp phần đáng kể trong việc phát triển toàn diện tỉnh An Giang nói riêng, vùng tứ giác Long Xuyên và đồng bằng sông Cửu Long nói chung. II. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC CẦU : 1. Địa hình : Vị trí cầu nằm trên tuyến làm mới, khu vực xây dựng chủ yếu là đất ruộng, địa hình tương đối bằng phẵng. Với địa hình như vậy, việc thi công tương đối thuận lợi. 2. Địa chất : Lớp 1: Bùn sét lẫn hữu cơ, màu xám xanh, trạng thái nhão, bề dày 17.64 m. Giá trị SPT = 0, các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm thiên nhiên W% = 73.3% Dung trọng thiên nhiên gW = 1.534g/cm3 Dung trọng đẩy nổi gđn = 0.545g/cm3 Độ sệt IL = 1.5 Lực dính C = 0.093KG/cm2 Góc nội ma sát j = 4o36’ Lớp 2: Sét lẫn bột màu xám, nâu vàng, xám trắng, trạng thái rắn vừa đến rất rắn; dày 2.3m. Giá trị SPT = 7 - 10 các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Dung trọng thiên nhiên gW = 1.932g/cm3 Dung trọng đẩy nổi gđn = 0.901g/cm3 Độ sệt IL = 0.2 Lực dính C = 0.327KG/cm2 Góc nội ma sát j = 13026’ *Lớp thấu kính: Đất sét lẫn xác thực vật màu nâu đen, trạng thái dẻo nhão, dày 1.5m. Giá trị SPT N=6, các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm thiên nhiên W% = 46.7% Dung trọng thiên nhiên gW = 1.164g/cm3 Dung trọng đẩy nổi gđn = 0.713g/cm3 Độ sệt IL = 0.8 Lực dính 2.2C = 0.114KG/cm2 Góc nội ma sát j = 6o10’ Lớp 3: Á sét hữu cơ màu xám trắng nâu vàng, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng, dày 8.1m. Giá trị SPT N=7-12, các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm thiên nhiên W% = 25.2% Dung trọng thiên nhiên gW = 1.911g/cm3 Dung trọng đẩy nổi gđn = 0.955g/cm3 Sức chịu nén đơn Qu = 1.038kg/cm2 Độ sệt IL = 0.5 Lực dính C = 0.172KG/cm2 Góc nội ma sát j = 9o30’ Lớp 4: Cát thô trung trạng thái chặt vừa đến rất chặt Lớp 4a: Cát thô đến trung màu nâu vàng, trạng thái chặt đến rất chặt, bề dày 4.1m. Giá trị SPT N=21-50, các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm thiên nhiên W% = 15.9% Dung trọng thiên nhiên gW = 2.084g/cm3 Dung trọng đẩy nổi gđn = 1.125g/cm3 Hệ số rỗng e = 0.6 Lực dính C = 0.038KG/cm2 Góc nội ma sát j = 32o05’ Lớp 4b: Cát thô đến trung màu nâu vàng xám trắng, trạng thái chặt vừa, chiều sâu khảo sát hơn 20m. Giá trị SPT N=12-28, các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm thiên nhiên W% = 22% Dung trọng thiên nhiên gW = 1.975g/cm3 Dung trọng đẩy nổi gđn = 1.011g/cm3 Hệ số rỗng e = 0.55 Lực dính C = 0.027KG/cm2 Góc nội ma sát j = 30o30’ 3. Khí tượng, thuỷ văn : Khí hậu trong vùng mang đặc tính chung của vùng khí hậu đồng bằng Nam Bộ: nóng ẩm quanh năm với mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11. Mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, trong thời gian này rất ít mưa, lượng mưa không đáng kể. Lượng mưa cao tập trung vào tháng 8, 9 hàng năm. Căn cứ công văn số 4417/BNN-XDCB ngày 18/11/2002 của của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn về việc cao độ mực nước lũ và thông số kỹ thuật các kênh cắt ngang tuyến đường thuộc hệ thống công trình kiểm soát lũ Đồng Bằng Sông Cữu Long, cao độ mực nước hệ cao độ hòn dấu tại khu vực xây dựng cầu như sau: MNCN ( P = 1% ) = + 1.57 m MNTT = + 1.43 m Với đặc điểm địa hình, khí tượng, thủy văn như trên, việc thi công có thể thực hiện suốt năm, riêng thời gian từ tháng 5 đến tháng 11 thường xuất hiện lũ lớn, mưa to kéo dài cần lưu ý đến biện pháp thi công phần móng cầu III. Qui mô, tiêu chuẩn kỹ thuật công trình : 1. Qui mô: Cầu xây dựng vĩnh cửu bằng BTCT DƯL. + Tần suất thiết kế: P=1%. + Tải trọng thiết kế: hoạt tải HL93 + Khổ thông thuyền: tĩnh không thông thuyền H = 2.5m, khẩu độ thông thuyền B = 10m. ( sông cáp VI ) + Bề rộng cầu: • Phần xe chạy : 4.0m x2 = 8.00m. • • Gờ lan can : 0.50mx2 = 1.00m. Tổng cộng : 9.00m. + Dốc ngang hai mái 2%. + Đường hai đầu cầu thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng, vận tốc V = 60Km/h có các tiêu chuẩn sau: • Đường cong lồi: R= 2500m. • Đường cong lõm: R= 2000m. 2. Tiêu chuẩn thiết kế : Tiêu chuẩn thiết kế cầu: 22 TCN 272 - 05. Qui trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên nền đất yếu: 22TCN 262-2000. PHẦN I PHƯƠNG ÁN KHẢ THI