Upcoming SlideShare
×

# Bai giang co so cong trinh cau t.hung

9,519 views

Published on

11 Likes
Statistics
Notes
• Full Name
Comment goes here.

Are you sure you want to Yes No
• Be the first to comment

Views
Total views
9,519
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
16
Actions
Shares
0
491
0
Likes
11
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

### Bai giang co so cong trinh cau t.hung

1. 1. MỤC LỤC BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU MỤC LỤC CHƯƠNG 1:.....................................................................................................2 KHÁI NIỆM VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG....................2 CHƯƠNG 2:...................................................................................................25 CÁC CĂN CỨ CƠ BẢN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ THIẾT KẾ CẦU.........................25 CHƯƠNG 3:...................................................................................................35 THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU...............................................................35 CHƯƠNG 4:...................................................................................................43 MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI.................................................................43 CHƯƠNG 5:...................................................................................................69 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MỐ TRỤ CẦU.........................................................69 CHƯƠNG 6:...................................................................................................75 CẤU TẠO MỐ TRỤ CẦU DẦM......................................................................75 CHƯƠNG 7:.................................................................................................101 CƠ SỞ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU............................................................101 CHƯƠNG 8:.................................................................................................113 TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM.................................................................113 CHƯƠNG 9:.................................................................................................125 GỐI CẦU......................................................................................................125 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 1 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
2. 2. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG 1.1. CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH NHÂN TẠO TRÊN ĐƯỜNG: - Khái niệm: Là một kết cấu do con người xây dựng trên đường cho phép vượt qua các chướng ngại vật để đảm bảo giao thông. - Công trình nhân tạo trên đường bao gồm: + Công trình vượt sông, suối, thung lũng,…: Cầu, hầm. + Công trình chắn đất: Tường chắn. + Công trình thoát nước nhỏ: Cống, đường tràn, cầu tràn. 1.1.1. Cầu: Cầu là công trình để vượt qua dòng nước, qua thung lũng, qua đường, qua các khu vực sản xuất, các khu thương mại hoặc qua khu dân cư. Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 thì cầu là một kết cấu bất kỳ vượt khẩu độ không dưới 6m tạo thành một phần của một con đường. Hình 1.1a: Mô hình công trình cầu. Hình 1.1b: Cầu Bixby (Hoa kỳ). Hình 1.1c: Cầu Nanpu (Trung Quốc) 1.1.2. Các công trình thoát nước nhỏ: - Đường tràn là công trình có mặt đường nằm sát cao độ đáy sông, vào mùa mưa nước chảy tràn qua mặt đường nhưng xe cộ vẫn đi lại được. Có thể đặt cống bên dưới để thoát nước. Áp dụng: Cho các dòng chảy có lưu lượng nhỏ, và có lũ xảy ra trong thời gian ngắn. Hình 1.2a: Mô hình đường tràn. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 2 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
3. 3. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.2b: Công trình đường tràn trong thực tế. - Cầu tràn là công trình được thiết kế dành một lối thoát nước dưới đường, đủ để dòng chảy thông qua với một lưu lượng nhất định. Khi vượt quá lưu lượng này, nước sẽ tràn qua đường. Áp dụng: Cho những dòng chảy có lưu lượng nhỏ và trung bình tương đối kéo dài trong năm. Hình 1.3a: Mô hình cầu tràn. Hình 1.3b: Công trình cầu tràn trong thực tế. - Cống là công trình thoát nước chủ yếu qua các dòng nước nhỏ, có lưu lượng nhỏ (Q ≤ 40 ÷ 50 m3/s). Quy định: Chiều dày lớp đất đắp trên đỉnh cống ≥ 0.5m để phân bố áp lực bánh xe và giảm lực xung kích. Hình 1.4a: Mô hình cống thoát nước qua đường. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 3 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
4. 4. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.4b: Công trình cống trong thực tế. 1.1.3. Tường chắn: Tường chắn là công trình chắn đất, được xây dựng nhằm đảm bảo ổn định của độ dốc taluy nền đường. Hình 1.5: Công trình tường chắn. 1.1.4. Hầm: Hầm là công trình có cao độ tuyến đường thấp hơn nhiều so với mặt đất tự nhiên. Tùy theo mục đích sử dụng có các công trình hầm sau: - Hầm vượt núi: Là hầm được xây dựng xuyên qua núi, có cao độ tuyến đường thấp hơn nhiều so với cao độ mặt đất tự nhiên. Hình 1.6a: Mô hình hầm vượt núi. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 4 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
5. 5. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.6b: Hầm Hải Vân (Việt Nam). - Hầm vượt sông, eo biển: Khi vượt qua các sông lớn, các eo biển sâu, việc xây dựng trụ cầu khó khăn hoặc cầu quá cao, khi đó ta có thể làm hầm. Hình 1.7: Hầm Thủ Thiêm (Việt Nam). - Hầm giao thông trong lòng đất: Trong các thành phố đông dân cư để đảm bảo giao thông nhanh chóng, có thể xây dựng các hầm cho người, xe cộ hoặc tàu điện đi qua. Hình 1.8a: Mô hình hầm giao thông trong lòng đất. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 5 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
6. 6. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.8b: Công trình hầm giao thông trong lòng đất. Hình 1.8c: Mô hình xây dựng tàu điện ngầm ở Hà Nội trong tương lai. - Hầm vượt đường (hầm chui): Tại các nút giao ta có thể xây dựng hầm chui. Hình 1.9: Công trình hầm vượt đường. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 6 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
7. 7. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 1.2. CÁC BỘ PHẬN VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU: 1.2.1. Các bộ phận của công trình cầu: - Công trình cầu bao gồm: Cầu, đường dẫn vào cầu, các công trình điều chỉnh dòng chảy và gia cố bờ sông. - Cầu bao gồm: Kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới. + Kết cấu phần trên: Kết cấu nhịp. Tác dụng: Tạo ra bề mặt cho xe chạy và cho người đi bộ trên cầu, đảm bảo xe chạy êm thuận và an toàn trong quá trình chuyển động. + Kết cấu phần dưới: Mố cầu, trụ cầu, nền móng. Tác dụng: Đỡ kết cấu phần trên và truyền tải trọng từ kết cấu phần trên xuống đất nền. Kết cấu phần dưới thường chiếm (40 ÷ 60)% tổng giá thành xây dựng công trình. Hình 1.10: Các bộ phận của cầu. - Ngoài ra còn có các kết cấu phụ trợ khác như: Lớp phủ mặt cầu, lan can, hệ thống thoát nước, gối cầu, khe co giãn, … 1.2.2. Các kích thước cơ bản của cầu: Ltt1 Ltt1 Ltt2 Lnh H1 H Hkt Lnh MNCN MNTT MNTN Lo Lcau Hình 1.11: Các kích thước cơ bản của cầu. - Các chiều dài cầu: + Khẩu độ thoát nước dưới cầu (L 0): Là khoảng cách tính từ mép trong mố bên này đến mép trong của mố bên kia. Khẩu độ thoát nước dưới cầu được xác định trên cơ sở tính toán thủy văn dưới cầu theo tần suất thiết kế P%, đảm bảo sau khi xây dựng cầu không phát sinh ra hiện tượng xói chung và xói cục bộ quá lớn hoặc không tạo nên mực nước dềnh quá lớn trước cầu. + Chiều dài nhịp (Lnh): Là khoảng cách tính từ đầu dầm bên này đến đầu dầm bên kia. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 7 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
8. 8. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Chiều dài nhịp tính toán (Ltt): Là chiều dài đoạn dầm mà tại đó biểu đồ mômen không đổi dấu. + Chiều dài toàn cầu (Lcau): Là chiều dài tính từ đuôi mố bên này đến đuôi mố bên kia. Lcau = ∑Lnh + ∑a + 2.Lmo Trong đó: • Lnh: Là chiều dài của một nhịp. • a: Khe hở giữa các đầu dầm. • Lmo: Chiều dài của mố cầu. - Các chiều cao thiết kế cầu: + Chiều cao tự do dưới cầu (H): Là khoảng cách tính từ đáy KCN đến MNCN. + Chiều cao kiến trúc của cầu (Hkt): Là khoảng cách tính từ đáy KCN đến mặt đường xe chạy. + Chiều cao của cầu (H1): Là khoảng cách tính từ mặt đường xe chạy đến MNTN (đối với cầu vượt qua dòng nước) và đến mặt đất tự nhiên (đối với cầu cạn). - Các mực nước thiết kế: + Mực nước cao nhất (MNCN): Là mực nước lớn nhất xuất hiện trên sông ứng với tần suất lũ thiết kế P%. Dựa vào MNCN để xác định khẩu độ cầu tính toán và cao độ đáy dầm. + Mực nước thấp nhất (MNTN): Là mực nước thấp nhất xuất hiện trên sông ứng với tần suất lũ thiết kế P%. Dựa vào MNTN để biết vị trí chỗ lòng sông nước sâu trong mùa cạn, căn cứ vào đó để xác định vị trí các nhịp thông thuyền. Ngoài ra còn xác định cao độ đỉnh bệ móng của trụ giữa sông. Mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất được xác định theo các số liệu quan trắc thủy văn về mực nước lũ, được tính toán theo tần suất P% quy định đối với các cầu và đường khác nhau. + Mực nước thông thuyền (MNTT): Là mực nước cao nhất cho phép tàu bè đi lại dưới cầu an toàn. Dựa vào MNTT và chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy dầm. Theo Tiêu chuẩn 22TCN18-79, tần suất thiết kế để tính MNCN, MNTN cho cầu vừa, cầu lớn là 1%, MNTT là 5%. Hiện nay theo Tiêu chuẩn 22TCN272-05 không quy định.  Xác định cao độ đáy dầm: + Đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN ≥ 0.5m đối với sông đồng bằng và ≥ 1.0m đối với sông miền núi có đá lăn cây trôi (đường ôtô). + Tại những nơi khô cạn hoặc đối với cầu cạn, cầu vượt thì cao độ đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn mặt đất tự nhiên ≥ 1.0m. + Cao độ đáy dầm phải cao hơn hoặc bằng MNTT cộng với chiều cao thông thuyền. + Đỉnh xà mũ của mố trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 8 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
9. 9. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 1.3. PHÂN LOẠI CẦU: 1.3.1. Phân loại theo mục đích sử dụng: Tùy theo mục đích sử dụng, có thể phân thành các loại cầu: - Cầu ôtô: Là công trình cầu cho tất cả các phương tiện giao thông trên đường ôtô như: xe tải, xe gắn máy, xe thô sơ và đoàn người bộ hành, ... - Cầu đường sắt: Được xây dựng dành riêng cho tàu hỏa. - Cầu đi bộ: Phục vụ dành riêng cho người đi bộ. - Cầu thành phố: Là cầu cho ô tô, tàu điện, người đi bộ, ... - Cầu chạy chung: Là cầu cho cả ô tô, xe lửa, người đi bộ, ... - Cầu đặc biệt: Là các cầu phục vụ cho các ống dẫn nước, ống dẫn khí, ... 1.3.2. Phân loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp: - Cầu gỗ. - Cầu đá. - Cầu bê tông. - Cầu bê tông cốt thép. - Cầu thép. 1.3.3. Phân loại theo chướng ngại vật: - Cầu thông thường (vượt sông): Là các công trình cầu được xây dựng vượt qua các dòng nước như: sông, suối, khe sâu, ... Hình 1.12a: Mô hình cầu thông thường. Hình 1.12b: Công trình cầu thông thường. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 9 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
10. 10. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Cầu vượt (cầu qua đường): Là các công trình cầu được thiết kế cho các nút giao nhau khác mức trên đường ôtô hoặc đường sắt. Hình 1.13a: Mô hình cầu vượt đường. Hình 1.13b: Công trình cầu vượt đường. - Cầu cạn: Là các công trình cầu được xây dựng ngay trên mặt đất để làm cầu dẫn vào cầu chính hoặc nâng cao độ tuyến đường lên để giải phóng không gian bên dưới. Hình 1.14a: Mô hình cầu cạn. Hình 1.14b: Công trình cầu cạn. - Cầu cao: Là các công trình cầu bắc qua thung lũng khe sâu, các trụ cầu có chiều cao > 20 ÷ 25 m, thậm chí đến hàng trăm mét. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 10 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
11. 11. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.15a: Mô hình cầu cao. Hình 1.15b: Công trình cầu cao. - Cầu phao: Là các công trình cầu được xây dựng bằng hệ nổi nhằm phục vụ cho mục đích quân sự hoặc phục vụ giao thông trong một thời gian ngắn. Hình 1.16a: Mô hình cầu phao. Hình 1.16b: Công trình cầu phao. - Cầu mở: Cầu mở là cầu có 1 hoặc 2 nhịp sẽ được di động khỏi vị trí để tàu bè qua lại trong khoảng thời gian nhất định. Có các loại cầu mở sau: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 11 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
12. 12. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Cầu cất: KCN có thể mở về 1 phía hoặc 2 phía theo góc 70 0 ÷ 800 so với phương nằm ngang. Hình 1.17a: Mô hình cầu cất. Hình 1.17b: Công trình cầu cất. + Cầu nâng: KCN được nâng hạ theo phương thẳng đứng. Hình 1.18a: Mô hình cầu nâng. Hình 1.18b: Công trình cầu nâng. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 12 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
13. 13. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Cầu quay: KCN quay trên mặt bằng một góc 900. Hình 1.19a: Mô hình cầu quay. Hình 1.19b: Công trình cầu quay. 1.3.4. Phân loại theo cao độ đường xe chạy: Tùy theo việc bố trí cao độ đường xe chạy, có thể phân thành: - Cầu có đường xe chạy trên: Khi đường xe chạy đặt trên đỉnh kết cấu nhịp. Hình 1.20: Cầu có đường xe chạy trên. - Cầu có đường xe chạy dưới: Khi đường xe chạy bố trí dọc theo biên dưới KCN. Hình 1.21: Cầu có đường xe chạy dưới. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 13 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
14. 14. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Cầu có đường xe chạy giữa: Khi đường xe chạy bố trí giữa phạm vi của KCN. Hình 1.22: Cầu có đường xe chạy giữa. 1.3.5. Phân loại theo sơ đồ tĩnh học: - Sơ đồ dầm giản đơn: + Phân bố nội lực: Biểu đồ momen chỉ có dấu (+) và giá trị lớn nhất tại giữa nhịp. + Phân bố vật liệu: Vật liệu tập trung chủ yếu ở khu vực giữa nhịp do đó nội lực do tĩnh tải lớn, dự trữ khả năng chịu hoạt tải kém nên khả năng vượt nhịp thấp. Hình 1.23. Sơ đồ dầm giản đơn. + Khả năng vượt nhịp: • KCN cầu dầm: L ≤ 40m • KCN cầu dàn: L ≤ 60m - Sơ đồ dầm mút thừa: Hình 1.24. Sơ đồ dầm mút thừa. + Phân bố nội lực: Biểu đồ momen xuất hiện M(-) tại mặt cắt gối và M(+) tại mặt cắt giữa nhịp. + Phân bố vật liệu: Vật liệu tập trung chủ yếu ở mặt cắt gối do đó KCN nhỏ nên khả năng vượt nhịp tốt hơn so với KCN giản đơn. - Sơ đồ dầm hẫng - nhịp đeo: Hình 1.25. Sơ đồ dầm hẫng nhịp đeo. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 14 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
15. 15. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + KCN có dầm đeo thường khai thác không êm thuận, lực xung kích lớn, khe co giãn phải cấu tạo phức tạp do đó hiện nay ít dùng. - Sơ đồ dầm liên tục: Hình 1.26. Sơ đồ dầm liên tục. + Giá trị M(-) tại mặt cắt gối lớn hơn M(+) ở mặt cắt giữa nhịp do đó phát huy được hết khả năng làm việc của vật liệu. + Kết cấu liên tục còn giảm được số lượng khe co giãn trên cầu, do đó đảm bảo êm thuận cho xe chạy. + Khả năng vượt nhịp: • KCN dầm thép: L ≤ 90m. • KCN dàn thép: L ≤ 120m. • KCN dầm BTCT DƯL: L ≤ 150m. • KCN cầu treo, cầu dây văng: L≈ 150 ÷ 450m. 1.3.6. Phân loại theo sơ đồ cấu tạo: - Cầu dầm: + Bộ phận chịu lực chủ yếu là dầm, làm việc chịu uốn. + Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng tại gối chỉ phát sinh phản lực thẳng đứng V. V V Hình 1.27a. Mô hình KCN cầu dầm. Hình 1.27b. Công trình cầu dầm. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 15 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
16. 16. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Cầu vòm: + Bộ phận chịu lực chủ yếu là vòm, vòm làm việc chịu nén và chịu uốn. + Phản lực gối ở vòm (trong vòm không chốt) gồm có lực thẳng đứng V, momen uốn M và lực đẩy ngang H. + Nếu có thanh giằng để chịu lực đẩy ngang H thì phản lực gối của vòm sẽ chỉ gồm phản lực thẳng đứng V giống như cầu dầm. Khi đó ta có hệ thống cầu dầm - vòm tổ hợp. V H H V V Hình 1.28a. Mô hình KCN cầu vòm. Hình 1.28b. Công trình cầu vòm. - Cầu dàn: + Kết cấu chịu lực chính của kết cấu nhịp cầu dàn là các mặt phẳng dàn, với các thanh dàn chỉ chịu lực dọc trục (kéo hoặc nén). Chiều cao dàn lớn nên khả năng chịu lực và vượt nhịp của kết cấu nhịp cầu dàn lớn hơn so với kết cấu nhịp cầu dầm. Nhược điểm chính của kết cấu nhịp cầu dàn là cấu tạo và thi công phức tạp. + KCN cầu dàn thường áp dụng cho các cầu chịu tải trọng lớn như cầu đường sắt. Hình 1.29a: Mô hình KCN cầu dàn. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 16 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
17. 17. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.29b: Công trình cầu dàn. - Cầu khung: + Trụ và dầm được liên kết cứng với nhau để chịu lực. + Phản lực gối gồm có phản lực thẳng đứng V và lực đẩy ngang H, nếu chân khung liên kết khớp thì sẽ không có momen M. H H V V Hình 1.30a. Mô hình KCN cầu khung. Hình 1.30b. Công trình cầu khung. - Cầu treo: + Bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo là dây cáp hoặc dây xích đỡ hệ mặt cầu (dầm hoặc dàn). Do đó trên quan điểm tĩnh học, cầu treo là hệ thống tổ hợp giữa dây và dầm (hoặc dàn). + Có thể phân cầu treo thành 2 loại: Cầu treo dây võng (gọi tắt là cầu treo). Cầu treo dây xiên (cầu dây văng). • Cầu treo dây xiên (cầu dây văng): Đây là kết cấu dầm cứng tựa trên các gối cứng là các gối cầu trên mố - trụ và trên các gối đàn hồi là các dây văng. Dây văng neo vào dầm cứng biến thành một hệ không có lực đẩy ngang. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 17 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
18. 18. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.31a: Mô hình KCN cầu dây văng. Hình 1.31b: Công trình cầu dây văng. • Cầu treo dây võng (cầu treo): Trong cầu treo, dây làm việc chủ yếu chịu kéo và tại chỗ neo cáp có phản lực thẳng đứng (lực nhổ) và phản lực ngang rất lớn do đó trong kết cấu nhịp cầu treo tại vị trí mố ta phải cấu tạo hố neo rất lớn và rất phức tạp. V V H H Hình 1.32a: Mô hình KCN cầu treo dây võng. Hình 1.32b: Công trình cầu treo dây võng. 1.4. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI CẦU: 1.4.1. Yêu cầu về mặt xây dựng và khai thác: - Đảm bảo xe chạy thuận tiện, an toàn và không bị giảm tốc độ trên tuyến đường. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 18 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
19. 19. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Chiều rộng đường xe chạy phải phù hợp với lưu lượng và loại xe tính toán. Mặt cầu tốt, bằng phẳng, đủ độ nhám và thoát nước nhanh chóng. - Sơ đồ cầu, chiều dài nhịp và chiều dài cầu phải đảm bảo khẩu độ thoát nước yêu cầu, tàu bè đi lại dưới sông thuận lợi và an toàn. - Kết cấu cầu phải đảm bảo khả năng thi công, phù hợp với các công nghệ thi công. Cầu phải có kết cấu hiện đại, đảm bảo tính công nghiệp hóa trong chế tạo và xây dựng. Đồng thời kết cấu phải có đủ độ bền, độ cứng, độ ổn định của toàn cầu và của từng bộ phận. 1.4.2. Yêu cầu về mặt kinh tế: - Đảm bảo chi phí thiết bị, vật liệu rẻ nhất, giảm sức lao động, giảm giá thành xây dựng đến mức tối đa. - Khi tính giá thành của công trình cầu, phải xét đến giá thành duy tu, sửa chữa; đồng thới phải tính đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân khi lựa chọn các phương án cầu. 1.4.3. Yêu cầu về mặt mỹ quan: Cầu phải có hình dáng đẹp, phù hợp với quang cảnh địa phương đặc biệt là các công trình nằm trong thành phố hoặc các khu danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử. 1.4.4. Yêu cầu về mặt an ninh quốc phòng: Ngoài mục đích giao thông còn phải xét đến tính thiết thực cho các hoạt động an ninh quốc phòng. Khi có chiến tranh bất chợt xảy ra thì các cây cầu có thể chuyển sang phục vụ cho các loại xe đặc chủng của quân đội. 1.5. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGÀNH XÂY DỰNG CẦU: 1.5.1. Sơ lược lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu: 1.5.1.1. Cầu gỗ: - Cầu gỗ là loại cầu được xây dựng lâu đời nhất. - Gỗ là loại vật liệu tự nhiên tương đối tốt, tuy nhiên khi dùng trong xây dựng cầu thì phải chọn loại gỗ tốt như lim, gụ, sến, táu… và phải có biện pháp phòng mục. - Cầu gỗ có thới gian sử dụng ngắn, khả năng vượt nhịp không lớn lắm (L≈ 30÷50m). - Hiện nay chỉ còn sử dụng ở miền rừng, đường lâm nghiệp và các cầu tạm hoặc đà giáo phục vụ thi công. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 19 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
20. 20. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.33: Cầu gỗ. 1.5.1.2. Cầu đá: - Được xây dựng từ hàng ngàn năm về trước, đến ngày nay vẫn tồn tại và sử dụng được. - Hầu hết cầu đá được xây dựng theo dạng cầu vòm để phù hợp với tính chất chịu nén của đá. - Cầu vòm đá có thể vượt khẩu độ nhịp đến 100m. - Cầu đá xây dựng khó khăn nên ít có khả năng xây dựng công nghiệp hoá. - Hiện nay chỉ áp dụng ở các vùng miền núi, nơi có thể khai thác đá trực tiếp tại chỗ hoặc để làm các công trình kiến trúc nghệ thuật ở những danh lam thắng cảnh. Hình 1.34: Cầu đá. 1.5.1.3. Cầu thép: - Cầu thép xuất hiện vào nửa cuối của thế kỷ 19. - Cầu kim loại đầu tiên được làm bằng gang, tiếp đến là sự ra đời của cầu treo dây xích. - Để vượt qua các sông rất lớn với nhịp rất lớn, người ta dùng cầu thép. - Ưu điểm nổi bật của cầu thép là hoàn toàn công nghiệp hoá chế tạo và lắp ráp, dễ dàng lắp ráp bằng phương pháp hẫng do đó dễ xây dựng qua sông sâu, thung lũng sâu và qua sông có nhiều tàu bè đi lại. - Nhược điểm của cầu thép là gỉ, do đó tốn công bảo dưỡng. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 20 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
21. 21. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Sự ra đời và phát triển của cầu vòm và cầu dây văng đang là bước tiến mới của cầu thép. Hình 1.35: Cầu thép. 1.5.1.4. Cầu bêtông cốt thép: - Cuối thế kỷ 19, trong xây dựng cầu đã sử dụng một loại vật liệu mới là BTCT. - Trong giai đoạn đầu, các cầu BTCT thường có dạng cầu bản, dầm và vòm có khẩu độ nhỏ hơn 30m. - Đến những năm 30 của thế kỷ 20, sau khi kỹ sư Freyssinet nghiên cứu thành công BTCT ứng suất trước thì cầu BTCT bắt đầu phát triển mạnh mẽ. - Sau đại chiến thế giới lần thứ 2, các kết cấu nhịp lắp ghép, kết cấu bán lắp ghép bằng BTCT DƯL được sử dụng hàng loạt. - Hiện nay, cầu BTCT ngày càng được phát triển mở ra kỷ nguyên mới trong việc sử dụng KCN BTCT thay thế cho KCN cầu thép. Cầu BTCT đã vượt được khẩu độ đến 200÷300m và sự hình thành các kết cấu liên hợp như dàn - dây, dầm - dây, … chắc chắn sẽ xuất hiện những cây cầu có khẩu độ nhịp lớn hơn 400÷500m. Hình 1.36: Cầu bêtông cốt thép.  Lịch sử phát triển ngành cầu Việt Nam: - So với các nước trên thế giới, ngành xây dựng cầu Việt Nam vẫn còn non trẻ. Trước cách BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 21 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
22. 22. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU mạng tháng 8, trên các tuyến đường ôtô chủ yếu có các cầu BTCT nhịp nhỏ từ 3 - 20m, khổ hẹp, một làn xe, tải trọng nhỏ thuộc các hệ thống cầu bản, dầm giản đơn, dầm hẫng, khung. Thời kỳ này cũng có một số cầu thép lớn vượt qua các sông lớn như cầu Đuống, cầu Ninh Bình, cầu Lai Vu, cầu Long Biên cho đường sắt và ôtô đi chung, …, trong đó cầu Long Biên có nhịp lớn nhất gần 130m, chiều dài toàn cầu gần 3km. Trong thời kỳ kháng chiến chống thực dân Pháp phần lớn các cầu đã bị phá hoại. Từ sau hòa bình lập lại (1954), một loạt các cầu mới trên đường sắt và ôtô đã được xây dựng. Cầu thép có: Cầu Hàm Rồng (Thanh Hóa), cầu Làng Giàng, cầu Việt Trì; cầu BTCT thường có: Cầu Đoan Vĩ, cầu Bùng, cầu Giẽ; cầu BTCTDUL có: Cầu Phủ Lỗ, cầu Cửa Tiền, … nhưng các cầu này đến năm 1964 - 1972 lại bị đế quốc Mỹ ném bom phá hoại. - Từ năm 1975 đến nay chúng ta đã xây dựng hàng loạt các cầu mới trên tuyến đường sắt và ôtô. Sau đây là một số cầu điển hình: + Cầu Thăng Long qua sông Hồng cho đường sắt và ôtô được xây dựng xong năm 1982, các nhịp chính là dàn thép liên tục, nhịp lớn nhất 112m, cầu dẫn là các nhịp dầm giản đơn BTCTDUL nhịp 33m, chiều dài toàn cầu 1680m. Hình 1.37: Cầu Thăng Long (Hà Nội). + Cầu Chương Dương qua sông Hồng (1985), có các nhịp chính là dàn thép, nhịp lớn nhất 97.6m, chiều dài toàn cầu 1211m. + Cầu Đò Quan (Nam Định), năm 1994, nhịp chính là dầm thép liên hợp bản BTCT, liên tục, có sơ đồ 42 + 63 + 42 (m). Hình 1.38: Cầu Chương Dương (Hà Nội). Hình 1.39: Cầu Đò Quan (Nam Định). + Cầu Phú Lương (Hải Dương), năm 1996, cầu khung dầm BTCTDUL, thi công bằng phương pháp đúc hẫng, nhịp lớn nhất 102m. + Cầu Sông Gianh (Quảng Bình), năm 1998, dầm liên tục BTCTDUL có nhịp lớn nhất 120m. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 22 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
23. 23. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 1.40: Cầu Phú Lương (Hải Dương). Bình). Hình 1.41: Cầu Sông Gianh (Quảng Hình 1.42: Cầu Hiền Lương (Quảng Trị). Hình 1.43: Cầu Bính (Hải Phòng). + Cầu Hoàng Long (Thanh Hóa), cầu khung dầm BTCTDUL có nhịp lớn nhất 130m. + Cầu Hiền Lương (Quảng Trị), năm 1999, sơ đồ 30.75 + (4x42) + 30.75 (m). + Hàng loạt các cầu dây văng đã được xây dựng như: Cầu Đakrông (Quảng Trị), cầu quay Sông Hàn (Đà Nẵng), cầu Mỹ Thuận (Vĩnh Long), cầu Bính (Hải Phòng), cầu Bãi Cháy (Quảng Ninh), cầu Cần Thơ, … 1.5.2. Một số xu hướng phát triển khoa học kỹ thuật trong ngành xây dựng cầu: 1.5.2.1. Về vật liệu: - Các loại vật liệu có cường độ cao sẽ sớm được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu: Bê tông mác cao, bê tông siêu dẻo có cường độ sớm, thép cường độ cao, thép hợp kim thấp. - Để giảm trọng lượng bản thân kết cấu, đẩy mạnh nghiên cứu sử dụng các loại vật liệu nhẹ, hợp kim nhôm, bê tông cốt thép hoặc sợi thuỷ tinh, … 1.5.2.2. Về kết cấu: Các kết cấu hợp lý sẽ được áp dụng chủ yếu trong xây dựng cầu như: - Kết cấu thép - BTCT liên hợp, BTCT DƯL, … - Kết cấu có sử dụng bản trực hướng, tiết diện hình hộp, … BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 23 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
24. 24. CHƯƠNG 1: KN VỀ CÁC CTNT TRÊN ĐƯỜNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Cầu dây văng và cầu khung dầm liên tục BTCT DƯL, … 1.5.2.3. Về công nghệ thi công: - Sử dụng các phương tiện vận chuyển và lao lắp có năng lực lớn. - Áp dụng nhanh chóng các công nghệ thi công tiên tiến như: Đúc đẩy, đúc hẫng, lắp hẫng, đúc trên đà giáo di động, … 1.5.2.4. Về tính toán: - Hoàn thiện lý thuyết tính toán với sự giúp đỡ của công nghệ tin học thông qua phần mềm tính toán chuyên ngành như: Midas Civil 2010; RM V8.i 2008; Sap 2000 V15, ... - Đẩy mạnh nghiên cứu tính toán chính xác kết cấu có xét đầy đủ các yếu tố phi tuyến, không gian, … - Nghiên cứu các tác động của môi trường đến kết cấu cầu như: Nhiệt độ, gió, bão, động đất, … - Tiến hành thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm ngoài hiện trường để so sánh và đánh giá sự hoàn chỉnh của lý thuyết. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 24 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
25. 25. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CƠ BẢN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỂ THIẾT KẾ CẦU 2.1. CÁC GIAI ĐOẠN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ: Tham khảo Nghị định số 12/2009/NĐ-CP ngày 10/02/2009 của Chính phủ. 2.1.1. Các giai đoạn đầu tư xây dựng: Khái niệm dự án đầu tư (DAĐT): Là một tập hợp các đề xuất về khả năng, tài chính, kinh tế và xã hội, làm sơ sở cho việc quyết định bỏ vốn xây dựng công trình. Ở nước ta, phân loại theo quy mô và tính chất thì DAĐT xây dựng công trình được chia thành các nhóm sau: Dự án quan trọng quốc gia do Quốc hội xem xét quyết định về chủ trương đầu tư, các dự án còn lại được chia thành 3 nhóm A, B, C (Đối với công trình xây dựng cầu đường có tổng mức đầu tư lớn hơn 1500 tỷ đồng thuộc nhóm A, từ 75 tỷ đồng đến 1500 tỷ đồng thuộc nhóm B, dưới 75 tỷ đồng thuộc nhóm C). Để có một công trình xây dựng nói chung và công trình cầu đường nói riêng cần trải qua 3 giai đoạn: Chuẩn bị đầu tư, thực hiện đầu tư và kết thúc xây dựng đưa công trình vào khai thác sử dụng. 2.1.1.1. Chuẩn bị đầu tư: Nội dung công tác chuẩn bị đầu tư gồm: - Lập báo cáo đầu tư xây dựng công trình và xin phép đầu tư (chỉ áp dụng đối với các dự án quan trọng quốc gia do Quốc hội thông qua chủ trương và cho phép đầu tư). - Lập dự án đầu tư xây dựng công trình (đối với công trình có tổng mức đầu tư xây dựng dưới 15 tỷ đồng thì không cần qua bước lập dự án đầu tư, chỉ cần lập báo cáo kinh tế kỹ thuật xây dựng công trình để trình người quyết định đầu tư phê duyệt). - Thẩm định dự án để quyết định đầu tư. a. Nội dung của báo cáo đầu tư xây dựng công trình (báo cáo nghiên cứu tiền khả thi) bao gồm: - Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng công trình, các điều kiện thuận lợi và khó khăn; chế độ khai thác và sử dụng tài nguyên quốc gia nếu có. - Dự kiến quy mô đầu tư: Công suất, diện tích xây dựng; các hạng mục công trình thuộc dự án; dự kiến về địa điểm xây dựng công trình và nhu cầu sử dụng đất. - Phân tích, lựa chọn sơ bộ về công nghệ, thông số kỹ thuật; các điều kiện cung cấp vật tư thiết bị, nguyên liệu, năng lượng, dịch vụ, hạ tầng kỹ thuật; phương án giải phóng mặt bằng, tái định cư nếu có; các ảnh hưởng của dự án đối với môi trường sinh thái, phòng chống cháy nổ, an ninh quốc phòng. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 25 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
26. 26. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Hình thức đầu tư, xác định sơ bộ tổng mức đầu tư, thời hạn thực hiện dự án, phương án huy động vốn theo tiến độ và hiệu quả kinh tế - xã hội của dự án và phân kỳ đầu tư nếu có. b. Xin phép đầu tư xây dựng công trình: - Chủ đầu tư có trách nhiệm gửi báo cáo đầu tư xây dựng công trình tới Bộ quản lý ngành. Bộ quản lý ngành là cơ quan đầu mối giúp thủ tướng chính phủ lấy ý kiến của Bộ, ngành, địa phương liên quan, tổng hợp và đề xuất ý kiến trình thủ tướng chính phủ. - Thời hạn lấy ý kiến được quy định như sau: Trong vòng 5 ngày làm việc kể từ ngày nhận được báo cáo đầu tư xây dựng công trình, Bộ quản lý ngành phải gửi văn bản lấy ý kiến đến các Bộ ngành, địa phương có liên quan. Trong vòng 30 ngày làm việc kể từ khi nhận được đề nghị, các cơ quan được hỏi ý kiến phải có văn bản trả lời về những nội dung thuộc phạm vi quản lý của mình. Trong vòng 7 ngày sau khi nhận được văn bản trả lời theo thời hạn trên, Bộ quản lý ngành phải lập báo cáo để trình thủ tướng chính phủ. c. Nội dung dự án đầu tư xây dựng công trình (báo cáo nghiên cứu khả thi) bao gồm: Dự án đầu tư cần phải bao gồm 2 phần: Phần thuyết minh dự án và phần thiết kế cơ sở. - Nội dung phần thuyết minh của dự án: + Sự cần thiết và mục tiêu đầu tư; đánh giá nhu cầu thị trường, tiêu thụ sản phẩm đối với dự án sản xuất, kinh doanh; tính cạnh tranh của sản phẩm; tác động xã hội đối với địa phương, khu vực (nếu có); hình thức đầu tư xây dựng công trình; địa điểm xây dựng, nhu cầu sử dụng đất; điều kiện cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu và các yếu tố đầu vào khác. + Mô tả về quy mô và diện tích xây dựng công trình, các hạng mục công trình thuộc dự án; phân tích lựa chọn phương án kỹ thuật, công nghệ và công suất. + Các giải pháp thực hiện bao gồm: • Phương án chung về giải phóng mặt bằng, tái định cư và phương án hỗ trợ xây dựng hạ tầng kỹ thuật nếu có. • Các phương án thiết kế kiến trúc đối với công trình trong đô thị và công trình có yêu cầu kiến trúc. • Phương án khai thác dự án và sử dụng lao động. • Phân đoạn thực hiện, tiến độ thực hiện và hình thức quản lý dự án. + Đánh giá tác động môi trường, các giải pháp phòng cháy, chữa cháy và các yêu cầu về an ninh, quốc phòng. + Tổng mức đầu tư của dự án; khả năng thu xếp vốn, nguồn vốn và khả năng cấp vốn theo tiến độ; phương án hoàn trả vốn đối với dự án có yêu cầu thu hồi vốn và phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế - tài chính, hiệu quả xã hội của dự án. - Nội dung phần thiết kế cơ sở: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 26 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
27. 27. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Thiết kế cơ sở là thiết kế được thực hiện trong giai đoạn lập Dự án đầu tư xây dựng công trình trên cơ sở phương án thiết kế được lựa chọn, bảo đảm thể hiện được các thông số kỹ thuật chủ yếu phù hợp với các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng, là căn cứ để triển khai các bước thiết kế tiếp theo. Nội dung thiết kế cơ sở bao gồm phần thuyết minh và phần bản vẽ. + Phần thuyết minh thiết kế cơ sở bao gồm các nội dung: • Giới thiệu tóm tắt địa điểm xây dựng, phương án thiết kế; tổng mặt bằng công trình, hoặc phương án tuyến công trình đối với công trình xây dựng theo tuyến; vị trí, quy mô xây dựng các hạng mục công trình; việc kết nối giữa các hạng mục công trình thuộc dự án và với hạ tầng kỹ thuật của khu vực. • Phương án công nghệ, dây chuyền công nghệ đối với công trình có yêu cầu công nghệ. • Phương án kiến trúc đối với công trình có yêu cầu kiến trúc. • Phương án kết cấu chính, hệ thống kỹ thuật, hạ tầng kỹ thuật chủ yếu của công trình. • Phương án bảo vệ môi trường, phòng cháy, chữa cháy theo quy định của pháp luật. • Danh mục các quy chuẩn, tiêu chuẩn chủ yếu được áp dụng. + Phần bản vẽ thiết kế cơ sở bao gồm: • Bản vẽ tổng mặt bằng công trình hoặc bản vẽ bình đồ phương án tuyến công trình đối với công trình xây dựng theo tuyến. • Sơ đồ công nghệ, bản vẽ dây chuyền công nghệ đối với công trình có yêu cầu công nghệ. • Bản vẽ phương án kiến trúc đối với công trình có yêu cầu kiến trúc. • Bản vẽ phương án kết cấu chính, hệ thống kỹ thuật, hạ tầng kỹ thuật chủ yếu của công trình, kết nối với hạ tầng kỹ thuật của khu vực. d. Nội dung báo cáo kinh tế - kỹ thuật xây dựng công trình bao gồm: - Phần thuyết minh của báo cáo: Tương tự như phần thuyết minh của lập dự án đầu tư nhưng rõ ràng chi tiết hơn, đủ cơ sở để lập dự toán chi tiết cho công trình. - Phần thiết kế bản vẽ thi công: Bao gồm tất cả các bản vẽ tổng thể và cấu tạo chi tiết của công trình, đủ cơ sở để thống kê khối lượng nhằm lặp dự toán chi tiết cho công trình. Đồng thời phần thiết kế bản vẽ thi công phải rõ ràng để làm căn cứ cho việc thi công và hoàn chỉnh công trình. e. Thẩm định dự án để quyết định đầu tư: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 27 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
28. 28. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Các báo cáo trên đều phải được thẩm định, sau đó sẽ được cấp có thẩm quyền cấp quyết định và giấy phép đầu tư. 2.1.1.2. Thực hiện đầu tư: - Giao nhận đất, chuẩn bị mặt bằng xây dựng. - Tuyển chọn tư vấn xây dựng để khảo sát, thiết kế, giám định khả năng và chất lượng công trình. - Thiết kế công trình: + Đối với các công trình có yêu cầu kỹ thuật cao, có nền móng địa chất thủy văn phức tạp thì phải thực hiện thiết kế theo 2 bước: thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công. + Đối với các công trình kỹ thuật đơn giản hoặc đã có thiết kế mẫu, xử lý nền móng không phức tạp thì thực hiện 1 bước: thiết kế kỹ thuật thi công. - Thẩm định, duyệt thiết kế kỹ thuật và tổng dự toán. - Tổ chức đấu thầu về mua sắm thiết bị và thi công xây lắp. - Xin giấy phép xây dựng. - Ký kết hợp đồng với nhà thầu để thực hiện dự án. - Thi công xây lắp công trình. - Theo dõi kiểm tra việc thực hiện các hợp đồng. - Quyết toán vốn đầu tư xây dựng sau khi hoàn thành xây lắp đưa dự án vào khai thác. 2.1.1.3. Kết thúc xây dựng đưa công trình vào khai thác sử dụng: Nội dung công việc bao gồm: - Kết thúc xây dựng. - Bàn giao công trình. - Bảo hành công trình. - Vận hành dự án. 2.1.2. Các bước thiết kế: - Thiết kế xây dựng công trình bao gồm các bước: Thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật, thiết kế bản vẽ thi công và các bước thiết kế khác theo thông lệ quốc tế do người quyết định đầu tư quyết định khi phê duyệt dự án. + Thiết kế cơ sở là thiết kế được thực hiện trong giai đoạn lập dự án đầu tư xây dựng công trình trên cơ sở phương án thiết kế được lựa chọn, bảo đảm thể hiện được các thông số kỹ thuật chủ yếu phù hợp với các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng, là căn cứ để triển khai các bước thiết kế tiếp theo. + Thiết kế kỹ thuật là thiết kế được thực hiện trên cơ sở thiết kế cơ sở trong dự án đầu tư xây dựng công trình được phê duyệt, bảo đảm thể hiện được đầy đủ các thông số kỹ thuật và vật BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 28 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
29. 29. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU liệu sử dụng phù hợp với các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng, là căn cứ để triển khai bước thiết kế bản vẽ thi công. + Thiết kế bản vẽ thi công là thiết kế bảo đảm thể hiện được đầy đủ các thông số kỹ thuật, vật liệu sử dụng và chi tiết cấu tạo phù hợp với các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng, đảm bảo đủ điều kiện để triển khai thi công xây dựng công trình. - Dự án đầu tư xây dựng công trình có thể gồm một hoặc nhiều loại công trình với một hoặc nhiều cấp công trình khác nhau. Tùy theo quy mô, tính chất của công trình cụ thể, việc thiết kế xây dựng công trình được thực hiện một bước, hai bước hoặc ba bước như sau: + Thiết kế một bước là thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình chỉ lập Báo cáo kinh tế - kỹ thuật xây dựng công trình. Trường hợp này, bước thiết kế cơ sở, bước thiết kế kỹ thuật và bước thiết kế bản vẽ thi công được gộp thành một bước và gọi là thiết kế bản vẽ thi công. Đối với trường hợp thiết kế một bước, có thể sử dụng thiết kế mẫu, thiết kế điển hình do cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành để triển khai thiết kế bản vẽ thi công. + Thiết kế hai bước bao gồm bước thiết kế cơ sở và bước thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án trừ các công trình được quy định thiết kế một bước, ba bước. Trường hợp này, bước thiết kế kỹ thuật và bước thiết kế bản vẽ thi công được gộp thành một bước và gọi là bước thiết kế bản vẽ thi công. + Thiết kế ba bước bao gồm bước thiết kế cơ sở, bước thiết kế kỹ thuật và bước thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án. Tùy theo mức độ phức tạp của công trình, việc thực hiện thiết kế ba bước do người quyết định đầu tư quyết định. Trường hợp thực hiện thiết kế hai bước hoặc ba bước thì thiết kế bước tiếp theo phải phù hợp với thiết kế bước trước đã được phê duyệt. - Chủ đầu tư có trách nhiệm tổ chức lập thiết kế xây dựng công trình, trường hợp chủ đầu tư có đủ năng lực thì được tự thiết kế, trường hợp chủ đầu tư không có đủ năng lực thì thuê tổ chức tư vấn thiết kế. Riêng đối với trường hợp thiết kế ba bước thì nhà thầu thi công có thể được giao lập thiết kế bản vẽ thi công khi có đủ điều kiện năng lực theo quy định. 2.2. TRIẾT LÝ THIẾT KẾ: - Trong thiết kế, các kỹ sư phải kiểm tra độ an toàn và ổn định của phương án đã được chọn. Công tác thiết kế bao gồm việc tính toán nhằm chứng minh mọi tiêu chuẩn tính toán và cấu tạo đều được thỏa mãn. - Triết lý tính toán thiết kế là các quan niệm về ứng xử của kết cấu và sự làm việc an toàn của nó. Đồng thời xác lập điều kiện, phương thức để đảm bảo điều kiện an toàn cho kết cấu trong quá trình khai thác. - Nguyên tắc chung: Khi có tải trọng tác động vào kết cấu, nó sẽ gây ra một hiệu ứng trong kết cấu và hiệu ứng đó không được lớn hơn khả năng chịu lực của kết cấu. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 29 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
30. 30. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU TÁC ĐỘNG TRÊN KẾT CẤU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU ≤ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA KẾT CẤU DO TẢI TRỌNG GÂY RA DO BẢN THÂN VẬT LIỆU VÀ CẤU TẠO CỦA KẾT CẤU - Quan hệ của bất đẳng thức này phải được xét trên mọi bộ phận và vật liệu của kết cấu. 2.2.1. Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép: (ASD - Allowance stress design) - Phương trình cơ bản: Trong phương pháp này, người ta nhìn nhận ứng xử của kết cấu thông qua ứng suất của một điểm đại diện: σ max ≤ [σ ] với [σ ] = σ gh k Trong đó: + σmax: Ứng suất tiêu chuẩn (không hệ số) lớn nhất trong bộ phận kết cấu do tải trọng gây ra. + [σ]: Ứng suất lớn nhất cho phép xuất hiện trong bộ phận kết cấu. + σgh: Cường độ của vật liệu. + k: Hệ số an toàn (k>1). - Đặc điểm của phương pháp: + Ưu điểm: • Tính toán đơn giản, cho phép tính toán nhanh chóng và tiện dụng. • Đảm bảo an toàn chịu lực cho các bộ phận kết cấu. + Nhược điểm: • Không áp dụng được cho vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi, do đó không tận dụng được hết khả năng chịu lực của các bộ phận kết cấu và gây lãng phí vật liệu. • Không xét đến tính làm việc thực tế của kết cấu. • Việc xác định hệ số an toàn thiếu sự phân tích cụ thể. 2.2.2. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng: (LFD - Load factor design) - Phương trình cơ bản: Trong phương pháp này, sự làm việc của kết cấu được đánh giá thông qua một mặt cắt đại diện: Smax ≤ [S] với [S] = Sgh k Trong đó: + Smax: Nội lực lớn nhất do tải trọng gây ra tại mặt cắt bất lợi. + [S]: Khả năng chịu lực lớn nhất cho phép của mặt cắt bất lợi. +Sgh: Khả năng chịu lực lớn nhất của mặt cắt. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 30 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
31. 31. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + k: Hệ số an toàn (k>1). - Đặc điểm của phương pháp: + Ưu điểm: • Có tính trực quan, rõ ràng. • Ngoài ra LFD còn tiến bộ hơn ASD do đã xét đến sự làm việc chung của toàn bộ mặt cắt. + Nhược điểm: • Chưa xét tới sự làm việc chung của các bộ phận kết cấu. • Việc xác định hệ số an toàn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm. 2.2.3. Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn (LSD - Limit state design): - Trạng thái giới hạn (TTGH) là trạng thái mà ở đó công trình bị hỏng hoàn toàn hoặc không thể sử dụng bình thường được nữa. - Quy trình thiết kế cầu cống của Liên Xô (cũ) CH200-62, ban hành năm 1962, sau này Bộ Giao thông vận tải nước ta dựa trên quy trình này để biên soạn Quy trình thiết kế cầu cống theo TTGH ký hiệu 22TCN18-79 như sau: + Phương trình cơ bản: ∑n .N i i tc tc ≤φ.( m, k1 .R1 , k 2 .R2 ,..., F0 ) Trong đó: • ni: Hệ số tải trọng. • Ni: Nội lực trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. • φ: Hàm số xác định mỗi TTGH của kết cấu. • m: Hệ số điều kiện làm việc. • k1, k2,…: Hệ số đồng nhất vật liệu. • R1tc, R2tc,…: Cường độ tiêu chuẩn của vật liệu. • F0: Đặc trưng hình học của kết cấu. + Các TTGH: • TTGH thứ nhất: Là TTGH mà kết cấu không còn đủ khả năng chịu lực hoặc xuất hiện các biến dạng dẻo lớn, nhằm đảm bảo về mặt chịu lực cho công trình (về cường độ, ổn định và độ chịu mỏi). • TTGH thứ hai: Là TTGH mà kết cấu bị phát sinh các biến dạng dư quá lớn như dao động, chuyển vị, lún, … gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường. • TTGH thứ ba: Là TTGH mà tiết diện kết cấu bị xuất hiện các vết nứt lớn gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 31 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
32. 32. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Khi tính toán theo các TTGH trong 22TCN18-79, để thay thế cho hệ số an toàn duy nhất trong phương pháp ứng suất cho phép, đã dùng các hệ số tính toán sau: • Hệ số tải trọng (n): Xét đến những sai lệch có thể xảy ra theo chiều hướng bất lợi so với các trị số tiêu chuẩn của chúng trong các tổ hợp tải trọng và tác động khác nhau. • Hệ số đồng nhất (k): Xét khả năng giảm thấp cường độ của vật liệu và đất so với trị số tiêu chuẩn do những thay đổi về tính chất cơ học và tính không đồng nhất của chúng. • Hệ số điều kiện làm việc (m): Phản ánh sự chưa phù hợp của tính toán lý thuyết với điều kiện làm việc thực tế của kết cấu. 2.2.4. Phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD - Load and resistance factor design): - Phương trình cơ bản: Trong thiết kế, để đảm bảo an toàn công trình thì khả năng chịu lực của vật liệu và tiết diện (sức kháng) phải lớn hơn nội lực gây ra do tải trọng: ∑η .γ .Q i i i ≤ φ.Rn = Rr Trong đó: + ηi: Hệ số điều chỉnh tải trọng liên quan đến tính dẻo và tính dư cũng như tầm quan trọng trong khai thác. + γi: Hệ số tải trọng. + Qi: Ứng lực do tải trọng. + Rn: Sức kháng danh định. + Rr : Sức kháng tính toán. + φ: Hệ số sức kháng. - Hệ số sức kháng φ: Đối với một TTGH nào đó thì hệ số sức kháng được sử dụng để xét đến tính thất thường trong tính chất của kết cấu, của vật liệu và độ chính xác của các phương trình thiết kế đánh giá khả năng chịu tải, tình huống hư hỏng của công trình. - Hệ số tải trọng γi: Áp dụng đối với các loại tải trọng, để xét đến tính thất thường của các tải trọng và hiệu ứng tải như độ lớn của tải trọng, vị trí tải, tổ hợp tải trọng. - Hệ số điều chỉnh tải trọng ηi: + ηi = ηD.ηR.ηI ≥ 0.95 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γimax. 1 + ηi = η .η .η ≤ 1.0 đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γimin. D R I Trong đó: + ηD: Độ dẻo: Độ dẻo của vật liệu rất quan trọng cho độ an toàn của cầu. Nếu vật liệu dẻo, khi một bộ phận chịu lực quá tải nó sẽ phân bố nội lực sang bộ phận khác. 1. ηD ≥ 1.05 cho các cấu kiện và liên kết không dẻo. 2. ηD =1.0 cho các thiết kế thông thường, theo đúng yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 32 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
33. 33. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 3. ηD ≥ 0.95 cho các cấu kiện có dùng các biện pháp để tăng thêm tính dẻo. + ηR: Độ dư thừa: Độ dư thừa có ý nghĩa đối với giới hạn an toàn của cầu. Một số kết cấu siêu tĩnh được coi là dư thừa vì nó có nhiều liên kết hơn so với yêu cầu cân bằng tĩnh định. Hệ cầu có một đường tiếp đất được coi là không dư thừa (không nên dùng loại này). Trong trạng thái giới hạn cường độ (TTGH cường độ). 1. ηR ≥ 1.05 cho các bộ phận không dư thừa. 2. ηR=1.0 cho các mức dư thừa thông thường. 3. ηR ≥ 0.95 cho các mức dư thừa đặc biệt. + ηI: Độ quan trọng: Dùng trong các TTGH cường độ và TTGH đặc biệt. 1. ηI ≥ 1.05 cho các cầu quan trọng. 2. ηI=1.0 cho các cầu điển hình. 3. ηI ≥ 0.95 cho các cầu tương đối ít quan trọng. - Đặc điểm của phương pháp: + Ưu điểm: • Đã xét đến sự khác nhau giữa tải trọng và sức kháng. • Đạt được mức độ an toàn tương đối đồng đều đối với các TTGH khác nhau và các loại cầu mà không cần đến phân tích thống kê hoặc xác suất phức tạp. • Là một phương pháp thiết kế thích hợp và ổn định. + Nhược điểm: • Thay đổi tư duy thiết kế (so với AASHTO cũ). • Yêu cầu hiểu biết cơ bản về lý thuyết xác suất và thống kê. • Yêu cầu có các số liệu thống kê đầy đủ và các thuật toán thiết kế xác suất để có thể chỉnh lý hệ số sức kháng trong từng trường hợp riêng. 2.3. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU HIỆN HÀNH: Mỗi một dự án đều phải tuân thủ theo các quy trình thiết kế, hiện nay nước ta tồn tại song hành hai quy trình thiết kế: + Quy trình tính toán thiết kế cầu cống theo các trạng thái giới hạn do Bộ GTVT ban hành năm 1979: 22TCN 18 - 79 + Quy trình theo hệ số tải trọng và sức kháng (Quy trình AASHTO 98): 22TCN 272 - 05 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 33 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
34. 34. CHƯƠNG 2: CÁC CĂN CỨ CB VÀ ĐK ĐỂ TK CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II 34
35. 35. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU 3.1. CÁC CĂN CỨ LẬP PHƯƠNG ÁN CẦU: 3.1.1. Khái niệm chung: Việc thiết kế và lựa chọn phương án cầu là một bài toán tổng thể nhiều mặt: Kỹ thuật công nghệ, quy hoạch, môi trường, kinh tế. Các phương án cầu nêu ra phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật, kinh tế, công nghệ thi công, điều kiện khai thác duy tu bảo dưỡng, ý nghĩa quốc phòng và yêu cầu mỹ quan. Trong thiết kế, người ta phải thành lập nhiều phương án, sau đó tính toán cụ thể từng phương án và đánh giá chúng để từ đó lựa chọn ra phương án tối ưu nhất. 3.1.2. Phân tích các tài liệu khi thiết kế các phương án cầu: 3.1.2.1. Chọn vị trí cầu: - Cầu nhỏ (L<25m): Vị trí cầu phụ thuộc vào tuyến đường. Do đó việc khảo sát và xây dựng tuyến là hết sức quan trọng, xây dựng tuyến kết hợp với việc xây dựng cầu. - Cầu lớn (L>100m): Tuyến đường phụ thuộc vào cầu. Như vậy việc khảo sát, lựa chọn vị trí cầu là rất quan trọng nhằm chọn được vị trí xây dựng cầu hợp lý nhất sau đó có thể nắn tuyến theo vị trí cầu đã chọn. - Cầu trung (L=25÷100m): Phải xem xét cả hai khả năng cầu theo tuyến hoặc tuyến theo cầu, sau đó so sánh phân tích xem phương án nào có lợi hơn thì lựa chọn và triển khai xây dựng. Trong thực tế, khi thành lập phương án cầu thì ta phải đưa ra rất nhiều các phương án vị trí cầu khác nhau sau đó so sánh các phương án trên nhiều phương diện: - Về mặt kỹ thuật: So sánh theo các điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, thi công và bố trí công trường, …  Vị trí cầu nên tránh đặt tại các vị trí sau: + Cầu đi qua địa hình thấp, địa chất hai đầu cầu yếu dẫn đến việc xử lý lún phức tạp và gặp rất nhiều khó khăn. + Không đặt cầu gần các căn cứ quân sự, sân bay hoặc những nơi yêu cầu phải đảm bảo an ninh đặc biệt. + Không nên đặt cầu chéo với dòng chảy. - Về mặt quy hoạch: Phải so sánh về việc phát triển các vùng lân cận trong tương lai, vị trí cầu theo quan điểm bố trí kiến trúc tổng thể của khu vực và theo quan điểm quốc phòng. - Về mặt kinh tế: Phải so sánh theo giá thành (thi công và khai thác), so sánh về giá thành vận doanh các phương án tuyến do các vị trí cầu khác nhau gây nên. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 35 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
36. 36. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU  Vị trí cầu có liên quan chặt chẽ đến việc chọn phương án kết cấu nên sau khi phân tích chọn được phương án cầu tốt nhất mới tiến hành thiết kế các phương án kết cấu ứng với vị trí cầu đó một cách cụ thể. 3.1.2.2. Mặt cắt dọc tim cầu: Dựa vào mặt cắt dọc tim cầu cho phép xác định vị trí của mố trụ, tránh đặt trụ vào chỗ sâu nhất, phân bố các nhịp thông thuyền, xác định độ dốc dọc cầu (một chiều hay hai chiều). 3.1.2.3. Mặt cắt địa chất dọc tim cầu: Căn cứ vào tình hình địa chất dọc đường tim cầu, sơ bộ xác định các loại móng cầu, đồng thời xác định các phương án kết cấu nhịp (tĩnh định hay siêu tĩnh). - Nếu trụ cao, địa chất xấu, tình hình thi công phức tạp, giá thành trụ sẽ đắt, khi đó nên làm các kết cấu nhịp dài. - Nếu địa chất tốt, tầng đất cứng nằm không sâu, điều kiện thi công dễ dàng thì có thể dùng các kết cấu nhịp siêu tĩnh, các loại kết cấu nhịp có lực đẩy ngang. 3.1.2.4. Các số liệu thủy văn: - Mực nước thấp nhất (MNTN): + Cho biết vị trí sâu nhất của lòng sông trong mùa cạn. Căn cứ vào những vị trí đó để bố trí các nhịp thông thuyền theo bề rộng của sông. Tuy nhiên, ở những con sông dễ bị xói lở cần tính đến khả năng di chuyển các khu vực sâu theo thời gian và như vậy luồng lạch để tàu bè qua lại cũng phải dịch chuyển theo bề rộng ngang sông. + Xác định cao độ đỉnh bệ móng của trụ đặt trong nước: Có thể đặt bệ móng sát với mặt đất hoặc cũng có thể đặt bệ móng nổi trên mặt đất. Trong trường hợp đặt bệ móng nổi lên trên mặt đất, thì cao độ đỉnh bệ móng thông thường lấy thấp hơn MNTN tối thiểu là 0.5m. Vị trí đỉnh móng như vậy sẽ làm giảm khối lượng xây và giảm thu hẹp dòng chảy, đồng thời còn đảm bảo vấn đề mỹ quan cho công trình cầu. - Căn cứ vào MNCN để xác định chiều dài tính toán của khẩu độ thoát nước, đồng thời xác định cao độ đỉnh xà mũ mố, trụ và cao độ đáy KCN: + Đỉnh xà mũ mố, trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m. + Đáy dầm không được vị phạm tĩnh không thông thuyền hoặc thông xe dưới cầu và đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.5m đối với sông đồng bằng và 1m đối với sông miền núi có đá lăn cây trôi (đường ôtô). + Tại những nơi khô cạn hoặc đối với cầu cạn, cầu vượt thì cao độ đáy dầm phải cao hơn mặt đất tự nhiên ≥1m. - Căn cứ vào MNTT và chiều cao thông thuyền để xác định cao độ đáy KCN. 3.1.2.5. Khẩu độ thoát nước: Từ khẩu độ thoát nước (L0) sẽ định ra chiều dài toàn bộ cầu. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 36 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
37. 37. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 3.1.3. Khổ giới hạn và khổ thông thuyền: 3.1.3.1. Khổ giới hạn: - Khổ giới hạn thông xe trên cầu (thường gọi tắt là khổ giới hạn) là khoảng không gian được giành riêng cho giao thông trên cầu mà không một kết cấu hay bộ phận kết cấu nào được vi phạm khoảng không gian đó để đảm bảo an toàn giao thông. - Khổ giới hạn trên cầu đường ôtô: Đối với cầu đường ôtô thì khổ giới hạn lấy theo các tiêu chuẩn thiết kế đường tương ứng do Bộ Giao thông vận tải ban hành. Nói chung chiều rộng mặt cầu thường gồm các phần sau: + Phần xe chạy có thể là: 4, 6, 7, 8, 9, 10.5, …(m). + Phần lề người đi bộ có thể là: 0.5, 1, 1.5, 2, … (m). + Phần lan can, dãy bảo vệ, dãy phân cách. - Khổ giới hạn trên cầu đường sắt: Lấy theo kích thước như hình vẽ đối với khổ ray 1000mm và khổ ray 1435mm. (mục 2.3.3.4 trong 22TCN272-05). Hình 3.1a: Trên đường sắt khổ 1000mm Hình 3.1b: Trên đường sắt khổ 1435mm Trong đó: + Đương nét liền ____: Cho các công trình vượt phía trên đường sắt dùng sức kéo hơi nước và điêzen. + Đường nét đứt -------: Cho các công trình vượt phía trên đường sắt dùng sức kéo điện xoay chiều. + Số trong ngoặc đơn dùng khi có khó khăn về chiều cao. 3.1.3.2. Khổ thông thuyền: - Khổ thông thuyền là khoảng không gian được dành cho giao thông đường thủy dưới gầm cầu mà không một kết cấu hay bộ phận kết cấu nào được vi phạm vào khoảng không gian đó để đảm bảo an toàn cho giao thông đường thủy. - Khổ thông thuyền có dạng hình chữ nhật với kích thước Btt x Htt BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 37 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
38. 38. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU Hình 3.2: Khổ thông thuyền. - Khổ thông thuyền cần theo những quy định của nhiệm vụ thiết kế và quy định riêng tùy thuộc vào cấp kỹ thuật đường thủy nội địa, tức là căn cứ vào cấp thông thuyền của sông. Phù hợp với quy định thiết kế khổ giới hạn dưới cầu trên sông thông thuyền và những yêu cầu chủ yếu về vị trí cầu. Bảng: Khổ thông thuyền (bảng 2.3.3.1.1 trong 22TCN272-05). Cấp Khẩu độ Btt Tĩnh không Tĩnh không dây điện sông I Sông Kênh 80 50 Htt (m) 10 II 60 40 9 11 III 50 30 7 9 IV 40 25 6 (5) 8 V 25 20 3.5 8 VI 15 10 2.5 8 12 3.2. THÀNH LẬP CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU: Căn cứ vào các số liệu khảo sát, ta đã dựng được mặt cắt sông tại vị trí xây dựng cầu. Trên mặt cắt ngang có đầy đủ các số liệu thiết kế: các mực nước thiết kế, các lỗ khoan địa chất, khẩu độ thoát nước (nếu có). 3.2.1. Xác định tổng chiều dài kết cấu nhịp: - Trường hợp có khẩu độ thoát nước L0 (trên cơ sở tính toán thủy văn): + Dựng khẩu độ thoát nước trên mặt cắt sông. + Xác định vị trí đặt mố dự kiến: Vị trí hai mố cần đặt sao cho không được phép vi phạm vào khẩu độ thoát nước dưới cầu L0. + Tổng chiều dài kết cấu nhịp được tính từ mép mố này đến mép mố bên kia. - Trường hợp không có khẩu độ thoát nước L0: Đối với sông nhỏ thuộc vùng trung du và miền núi, dòng chảy hẹp và rõ rệt, bờ dốc đứng: dùng phương án nước ngập đến đâu thì làm cầu đến đó, vị trí hai mố cần đặt sao cho không được phép vi phạm vào mép của MNCN. Tổng chiều dài kết cấu nhịp cũng được tính từ mép mố này đến mép mố bên kia. 3.2.2. Chọn và bố trí các nhịp cầu: 3.2.2.1. Xác định vị trí và khẩu độ nhịp chủ: - Nhịp chủ là nhịp thông thuyền hoặc là nhịp có khẩu độ lớn nhất. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 38 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
39. 39. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Nhịp chủ được đặt tại vị trí chổ lòng sông nước sâu nhất trong mùa cạn (được xác định căn cứ vào MNTN). - Dựng khổ thông thuyền vào vị trí nhịp chủ ta sẽ xác định được khẩu độ nhịp chủ. Khẩu độ nhịp chủ không được vi phạm vào bề rộng thông thuyền. - Trong sơ đồ cầu phải bố trí ít nhất một nhịp thông thuyền (đối với sông thông thuyền). Đối với trường hợp lòng sông có địa chất không ổn định có thể dịch chuyển lòng sông theo mặt cắt ngang sông thì phải bố trí các nhịp thông thuyền dự phòng. 3.2.2.2. Chọn dạng và phân chia kết cấu nhịp: - Căn cứ vào khẩu độ nhịp chủ cần thiết đã xác định ở trên để chọn dạng KCN chính sử dụng: + KCN giản đơn: Cầu dầm BTCT, liên hợp thép - BTCT, dàn thép hoặc cầu vòm. + KCN liên tục: Cầu dầm liên tục liên hợp thép - BTCT, cầu dầm BTCT thi công theo phương pháp đúc đẩy, đúc hẫng, cầu treo dây văng hoặc dây võng, … - Sau đó ta lựa chọn dạng KCN dẫn (nếu có) sao cho phù hợp với KCN chính: Thường sử dụng KCN dầm giản đơn có chiều dài bằng nhau đã được thiết kế định hình bằng thép hoặc BTCT. - Căn cứ vào dạng KCN nhịp chính, KCN dẫn, vị trí hai mố và căn cứ vào đặc điểm của mặt cắt sông để tiến hành phân chia nhịp: + Đối với KCN giản đơn thì lựa chọn chiều dài KCN sau đó tính được số nhịp cần thiết. Thông thường ta chọn số nhịp lẻ để tránh việc đặt trụ ở vị trí giữa sông và giữa khổ thông thuyền. + Đối với KCN liên tục thì tùy dạng KCN sử dụng mà ta chọn sơ đồ nhịp và tỉ lệ phân chia nhịp khác nhau (thường dùng làm KCN chính).  Các chiều dài nhịp tham khảo: Đối với các KCN cầu nhỏ hoặc cầu dẫn thì nên dùng các KCN giản đơn định hình: - Cầu BTCT thường: L=9, 12, 15, 18m. - Cầu BTCT DƯL: + Cầu dầm I, T: L=21, 24.54, 28, 30, 33m. + Cầu dầm Super T: L=38, 40m. - Cầu dầm thép liên hợp bản BTCT: L=21, 24, 28, 30, 33m. - Cầu dầm thép ứng suất trước Prebeam L=38÷42m. Đối với các KCN cầu trung và cầu lớn thì chiều dài nhịp phụ thuộc nhiều vào loại kết cấu và công nghệ thi công: - Cầu dầm thép liên hợp bản BTCT: L≤90m. - Cầu dầm BTCT DƯL thi công theo phương pháp đúc hẫng: L≤150m. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 39 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
40. 40. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Cầu dàn thép: L≤150m. - Cầu treo: L=150÷450m. 3.2.3. Xây dựng đường mặt cầu: - Căn cứ vào các cấp thiết kế của tuyến đường ta xác định các yếu tố đặc trưng hình học cơ bản của tuyến như: độ dốc dọc id, bán kính đường cong đứng, … + Độ dốc dọc: • Đối với cầu có 1 nhịp giản đơn có thể lấy id=0%. • Đối với cầu nhỏ nhịp giản đơn có thể lấy id=1÷2%. • Đối với cầu trung và lớn (dầm liên tục và nhịp dẫn giản đơn) có thể lấy id≤5%. • Hai nhịp kề nhau độ dốc không được chênh qua 2% để xe chạy êm thuận. + Thông thường đặt toàn bộ cầu hoặc một phần của cầu nằm trên đường cong đứng có bán kính R=3000÷12000m. Thông thường lấy R=5000÷6000m. - Căn cứ vào tổng chiều dài KCN tính từ mép mố bên này đến mép mố bên kia đã xác định ở trên thì ta có thể xác định được đường mặt cầu có thể bao gồm cả phần đoạn thẳng và đoạn cong tròn hoặc có thể chỉ có phần đường cong tròn. - Thông thường với KCN giản đơn, thì ta đặt KCN trên đường thẳng mà không cần bố trí trên đường cong tròn để đơn giản trong thi công. Nếu số nhịp chẵn thì ta có thể bố trí cầu có độ dốc về hai phía từ đỉnh trụ giữa, còn nếu số nhịp lẻ thì ta có thể đặt nhịp giữa có độ dốc dọc id=0% và các nhịp biên có độ dốc dọc id=1÷2% về hai phía. 3.2.4. Xây dựng đường đáy kết cấu nhịp: - Căn cứ vào dạng KCN và chiều dài nhịp để lựa chọn, xác định sơ bộ chiều cao dầm theo công thức kinh nghiệm hoặc theo KCN đã định hình sẳn. - Dựng đường đáy KCN theo chiều cao dầm sơ bộ đã lựa chọn. 3.2.5. Áp kết cấu nhịp vào mặt cắt sông: Di chuyển KCN đã dựng xuống mặt cắt sông theo phương thẳng đứng sao cho đảm bảo đồng thời các yêu cầu: - Đáy KCN tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN tối thiểu 0.5m đối với sông đồng bằng và 1.0m đối với sông miền núi có đá lăn, cây trôi (đường ôtô). - Cao độ đỉnh xà mũ mố trụ phải lớn hơn MNCN tối thiểu là 0.25m. Khi đó cao độ đáy KCN được xác định thông qua cao độ đỉnh xà mũ mố trụ, chiều cao gối và đá kê gối. - KCN ở nhịp thông thuyền không được phép vi phạm khổ thông thuyền. 3.2.6. Xác định chiều cao mố, trụ: - Xác định chiều cao mố: Căn cứ vào cao độ của đáy KCN tại vị trí mố cầu ta xác định lại chính xác loại mố, chiều cao và các kích thước của mố để đảm bảo mố có thể đỡ được KCN mà vẫn thỏa mãn được các yêu cầu đối với vị trí của mố. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 40 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
41. 41. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Xác định chiều cao trụ: + Căn cứ vào đáy KCN, chiều cao gối và đá kê gối ta xác định được cao độ của đỉnh xà mũ trụ. Đồng thời cao độ đỉnh xà mũ trụ phải cao hơn MNCN tối thiểu là 0.25m. + Căn cứ vào MNTN, xác định cao độ đỉnh bệ trụ (đã trình bày ở trên). + Từ đó ta xác định được chiều cao trụ. 3.3. XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TRÌNH VÀ TỔNG MỨC ĐẦU TƯ: 3.4. THIẾT KẾ THẨM MỸ VÀ CẢNH QUAN: 3.5. SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN: - Phân tích tổng mức đầu tư của mỗi phương án có xét đến các yếu tố: + Thời gian hoàn vốn. + Chi phí duy tu, bảo dưỡng. + Vốn đầu tư ban đầu xây dựng công trình. - Thống kê toàn bộ khối lượng vật liệu: + Cát, đá, sỏi, … + Xi măng, cốt thép… + Đà giáo, ván khuôn và các thiết bị phục vụ thi công khác, … - So sánh các phương án về mặt công nghệ chế tạo và thi công: + Nên chọn những phương án có biện pháp đã được kiểm chứng và có thể tiến hành thực hiện thành thạo. + Ưu tiên những phương án thi công hiện có trong nước. + Ưu tiên những phương án có công nghệ thi công mới cho dạng kết cấu mới. - So sánh các phương án về mỹ quan, kiến trúc và đảm bảo yêu cầu về an ninh, quốc phòng. - So sánh các phương án về công tác duy tu, bảo dưỡng và thay thế khi cần thiết. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 41 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
42. 42. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II 42
43. 43. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI 4.1. CẤU TẠO MẶT CẦU: 4.1.1. Mặt cầu ôtô: Mặt cầu ôtô là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với bánh xe của hoạt tải nên phải đáp ứng các yêu cầu như: - Đảm bảo cường độ. - Ít bị mài mòn, bằng phẳng để xe chạy êm thuận, không gây xung kích. - Thoát nước nhanh. - Trọng lượng bản thân nhẹ để giảm tĩnh tải. Lí p phñ mÆ cÇu t 2% 2% Hình 4.1: Mặt cầu ôtô. 4.1.1.1. Mặt cầu bằng bêtông Atphalt: a. Cấu tạo: l l l l í í í í p p p p bª t « n g a s ph al t d µy 5c m bª t « n g b ¶ o v Ö d µy 3c m ph ß n g n ­ í c d µy 1c m mu i l u y Ön d µy 9c m (t ¹ i t im c Çu ) 10 30 50 2% Hình 4.2: Mặt cầu bêtông atphalt. - Lớp mui luyện (lớp vữa đệm): + Làm bằng vữa xi măng cấp fc’=18÷24Mpa (mác 150÷200 theo 22TCN18-79). + Chiều dày δ=1÷1.5cm (tại vị trí sát gờ chắn lan can) rồi tăng dần theo độ dốc ngang về phía trục đối xứng giữa mặt cắt ngang nhịp. + Tác dụng: Tạo độ bằng phẳng hoặc độ dốc ngang cầu. - Lớp phòng nước: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 43 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
44. 44. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Gồm một lớp nhựa đường nóng, một lớp vải thô tẩm nhựa và trên cùng phủ tiếp một lớp nhựa nóng. + Chiều dày δ=1÷1.5cm. + Tác dụng: Bảo vệ bản mặt cầu khỏi bị ngấm nước. - Lớp bêtông bảo vệ: + Làm bằng bêtông cấp fc’≥24Mpa (mác≥200 theo 22TCN18-79). Để tăng tác dụng của lớp bảo vệ và độ bền của lớp này, thường đặt lưới cốt thép có ∅=3÷4mm với ô lưới 5x5cm hoặc 10x10cm. + Chiều dày δ=3÷4cm. + Tác dụng: Chịu áp lực cục bộ từ bánh xe truyền xuống và phân đều xuống bản mặt cầu. - Lớp bêtông asphalt: + Làm từ hỗn hợp bêông nhựa rải nóng hoặc rải ấm. + Chiều dày δ=5÷7cm. + Tác dụng: Tạo ra mặt đường êm thuận cho xe chạy, hạn chế lực xung kích truyền xuống bản mặt cầu. b. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: - Mặt cầu bằng bêtông Atphalt có khả năng chống thấm tốt, thi công nhanh. - Tạo ra mặt đường êm thuận cho xe chạy, hạn chế lực xung kích truyền xuống bản bêtông mặt cầu và hạn chế tiếng ồn. - Giá thành rẻ hơn mặt cầu bằng bêtông xi măng. - Tuổi thọ thấp khoảng 10 ÷ 20 năm và nhanh bị hao mòn do đó tăng chi phí duy tu bảo dưỡng. - Hiện nay mặt cầu bằng bêtông atphalt đang được áp dụng phổ biến. 4.1.1.2. Mặt cầu bằng bêtông ximăng: a. Cấu tạo: l í p b ª t « n g x i m¨ n g m¸ c 300 d µy 8c m ®Æ t l ­ í i c è t t h Ðp d 6, b ­ í c c è t t h Ðp 10x 10c m l í p p h ß n g n ­ í c d µy 1c m l í p mu i l u y Ön d µy 9c m (t ¹ i t im c Çu ) 10 80 2% Hình 4.3: Mặt cầu bêtông ximăng. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 44 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
45. 45. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Lớp mui luyện (lớp vữa đệm): Giống trên. - Lớp phòng nước: Giống trên. - Lớp bêtông cốt thép: + Cấu tạo bằng bêtông cấp fc’ ≥ 30Mpa (mác≥300 theo 22TCN18-79). + Chiều dày δ=6÷8cm. + Lưới cốt thép ∅=6÷8mm, bước 10x10cm. + Tác dụng: Chịu áp lực cục bộ từ bánh xe truyền xuống và phân đều xuống bản bêtông mặt cầu. Đồng thời tạo ra mặt đường cho xe chạy. b. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng: - Mặt cầu bêtông ximăng có tuổi thọ khoảng 50÷60 năm (cao hơn mặt cầu bằng bêtông Atphalt) và ít bị hao mòn do đó giảm chi phí duy tu bảo dưỡng. - Mặt cầu bằng BTXM có khả năng chống thấm tốt. - Mặt đường không êm thuận cho xe chạy, gây ra lực xung kích và tiếng ồn lớn khi có xe chạy qua cầu. - Giá thành đắt hơn mặt cầu bằng bêtông Atphalt. - Hiện nay mặt cầu bằng BTXM ít được áp dụng. 4.1.1.3. Mặt cầu bằng thép: Trong cầu thép, để giảm tĩnh tải mặt cầu có thể cấu tạo mặt cầu bằng thép. a. Mặt cầu bằng thép bản trực hướng:  Cấu tạo: Hình 4.4: Mặt cầu bản thép trực hướng. - Bản thép: + Chiều dày δ=12÷24mm. - Sườn tăng cường dọc và ngang: + Làm từ các dải thép bản hành đính vào mặt dưới của tấm thép. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 45 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
46. 46. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Các sườn tăng cường bố trí đứng hoặc nghiêng. + Tại chỗ giao nhau giữa sườn dọc và ngang thì sườn ngang thường được khoét lỗ để cho sườn dọc được liên tục. • Cấu tạo sườn dọc: + Khoảng cách giữa các sườn dọc thường từ 30÷50cm. + Dạng mặt cắt hở: Cấu tạo từ thép bản, thép hình I, L, [ hoặc T ngược. Dạng mặt cắt hở có cấu tạo đơn giản, tuy nhiên khả năng tăng cường độ cứng chống xoắn cho bản thép mặt cầu kém. Hình 4.5: Dạng sườn dọc có mặt cắt hở. + Dạng mặt cắt kín: Cấu tạo từ thép bản được hàn thành các tiết diện chữ V, U hoặc hình bán nguyệt. Loại mặt cắt này có khả năng tăng cường độ cứng chống xoắn và chịu uốn cho bản thép tốt hơn so với mặt cắt hở. Hình 4.6: Dạng sườn dọc có mặt cắt kín. • Cấu tạo sườn ngang: + Có tác dụng liên kết các dầm chủ hoặc các mặt phẳng dàn chủ, đồng thời đỡ hệ thống sườn dọc và bản mặt cầu. + Sườn ngang thường được cấu tạo từ các dầm định hình hoặc dầm tổ hợp có dạng mặt cắt chữ I hoặc [. + Khoảng cách giữa các sườn ngang thường từ 2÷4m. - Lưới cốt thép: + Làm từ các thanh cốt thép đường kính 6mm với bước cốt thép 10÷15cm. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 46 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
47. 47. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Tác dụng: Để cho lớp bêtông asphalt hoặc bêtông ximăng dính kết tốt với tấm thép mặt cầu. - Lớp phủ bêtông asphalt hoặc bêtông ximăng: + Chiều dày δ=5÷7cm.  Ưu, nhược điểm: - Kết cấu mặt cầu kiểu này tham gia chịu lực cùng dầm chủ như là một bộ phận của dầm chủ. - Không cần cấu tạo lớp phòng nước vì các tấm thép dùng làm mặt cầu là loại thép không gỉ. - Loại mặt cầu này đáp ứng tốt yêu cầu về sử dụng như độ bằng phẳng, độ nhám, đồng thời không cần thiết đến hệ thống thoát nước. - Cầu bản trực hướng có trọng lượng bản thân nhẹ nên nó đặc biệt thích hợp với các nhịp dài khi tỉ số momen do tĩnh tải và hoạt tải lớn. - Giá thành loại mặt cầu này cao hơn so với các loại mặt cầu khác. - Kết cấu bản trực hướng có thể áp dụng cho bản mặt cầu hoặc cho cả dầm chủ trong trường hợp dầm hộp. b. Mặt cầu bằng thép dạng sàn mắt cáo: Ngoài ra, còn có kiểu mặt cầu bằng thép làm dưới dạng sàn mắt cáo rỗng có trọng lượng rất nhẹ. Loại mặt cầu này đáp ứng tốt các yêu cầu về sử dụng như độ bằng phẳng, độ nhám đồng thời lại không cần thiết đến hệ thống thoát nước nhưng có nhược điểm là đắt tiền. 4.1.2. Mặt cầu đường sắt: Mặt cầu đường sắt có 3 loại chính: Mặt cầu có máng đá dăm (balát), mặt cầu có tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm và mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu (không có tà vẹt và đá balát). 4.1.2.1. Mặt cầu có máng đá balát: a. Cấu tạo: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 47 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
48. 48. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 3500 1435 200 200 Tµ vÑt gç 200 400 Ray chÝ nh Ray phô M¸ ng ®¸ d¨ m § ¸ bal¸ t Hình 4.7: Mặt cầu đường sắt có máng đá balát. - Ray đặt trên tà vẹt, dưới tà vẹt là đá balát. - Bản mặt cầu BTCT thường có dạng lòng máng để chứa đá dăm. - Chiều rộng lòng máng lớn hơn 3400mm với khổ đường ray 1435 và lớn hơn 2600mm với khổ đường ray 1000. - Khoảng cách giữa ray chính và ray phụ a=20÷24cm. - Chiều dày lớp đá balát dưới tà vẹt h≥20cm. b. Ưu, nhược điểm: - Loại mặt cầu có máng đá dăm tạo ra sự đồng nhất về độ cứng giữa đường và cầu nên đảm bảo tàu chạy êm thuận, hạn chế tối đa lực xung kích. - Trong trường hợp cầu đặt trên đường cong bằng thì loại mặt cầu này cho phép tạo được siêu cao bằng cách thay đổi chiều dày của lớp đá dăm. - Nhược đỉểm chính của loại mặt cầu này là làm tăng tĩnh tải mặt cầu và tăng chiều cao kiến trúc của cầu nên hiện nay ít sử dụng (đặc biệt là trong cầu dàn thép). 4.1.2.2. Mặt cầu trần (tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm): a. Cấu tạo: 1435 200 200 300 Gç gê 200x160 200 Ray chÝ nh Ray phô 300 Tµ vÑt gç Hình 4.8a: Mô hình mặt cầu trần có tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm. - Tà vẹt: + Dài L=3m. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 48 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
49. 49. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Có tiết diện ngang ít nhất là 20x24cm (cho khổ 1435) và 20x22cm (cho khổ 1000). + Khoảng cách giữa các tà vẹt là 10÷15cm. - Thanh gỗ dọc (gỗ gờ): + Tiết diện 20x16cm. + Gỗ gờ khắc sâu 2cm tại những chỗ áp vào tà vẹt và liên kết với tà vẹt bằng bulông. + Khoảng cách giữa mép ray chính và gỗ gờ vào khoàng 30÷40cm. + Tác dụng: Giữ cho các tà vẹt không bị xô lệch đi, đồng thời cũng có tính chất như một ray bảo vệ đặt ở phía bên ngoài. - Ray phụ: + Khoảng cách giữa mép trong của ray chính và ray phụ là 20÷24cm. + Ray phụ thường có cùng số hiệu với ray chính hoặc có số hiệu nhỏ hơn. + Ray phụ được bố trí trong phạm vi trên cầu và đoạn đường đầu cầu có chiều dài L ≥ 10 và được uốn nối chập lại với nhau nhằm mục đích dẫn hướng cho bánh xe đi vào lòng giữa ray chính và ray phụ. + Tác dụng: Đề phòng trường hợp xảy ra trượt bánh thì bánh xe không lăn đi quá xa đường ray. b. Ưu, nhược điểm: - Mặt cầu loại này có cấu tạo đơn giản, giảm được tĩnh tải mặt cầu và chiều cao kiến trúc của cầu nên được áp dụng khá phổ biến. - Nhược điểm chính là khó đảm bảo sự đồng nhất về độ cứng giữa đường trên cầu và ngoài cầu nên thường gây ra lực xung kích và tiếng ồn lớn khi có tàu. - Khó tạo được siêu cao khi cầu đặt trên đường cong bằng. Hình 4.8b: Mặt cầu trần có tà vẹt đặt trực tiếp lên dầm. 4.1.2.3. Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu: a. Cấu tạo: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 49 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
50. 50. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU § Ö cao su m Bul«ng ThÐp gãc § Ö gç m R«ng ®en B¶n ®Ö m § Ö thÐp m B¶n thÐp 10mm B¶n thÐp 30mm B¶n bª t«ng mÆ cÇu t Hình 4.9a: Mô hình mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu. - Ray được liên kết trực tiếp với bản bêtông mặt cầu. - Dưới ray có bản đệm cao su và bản đệm thép, dùng bulông hoặc cóc để liên kết ray, có thể dùng thép góc để thay ray phụ. - Tốc độ tàu chạy càng cao, cấp tải trọng càng lớn thì cấu tạo của liên kết này càng phức tạp. Hình 4.9b: Mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản mặt cầu. b. Ưu, nhược điểm: - Do không có máng đá dăm và tà vẹt nên kiểu mặt cầu này giảm chiều cao kiến trúc và tĩnh tải của kết cấu nhịp, tiết kiệm vật liệu và chi phí duy tu sửa chữa máng đá dăm tà vẹt. - Hình dáng dầm cầu bêtông đơn giản, dễ thi công vì bỏ được gờ máng đá dăm. - Nhược điểm là cấu tạo liên kết ray càng phức tạp khi tốc độ chạy tàu càng nhanh. - Độ êm thuận khi tàu ra vào cầu kém hơn so với mặt cầu có máng đá dăm. - Đối với cầu có đường sắt và ôtô đi chung thì kiểu mặt cầu này khá thích hợp. 4.2. PHÒNG NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TRÊN CẦU: 4.2.1. Độ dốc phòng nước trên cầu: 4.2.1.1. Độ dốc dọc cầu: a. Vai trò: BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 50 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
51. 51. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU - Nhằm đảm bảo thoát nước theo phương dọc cầu. - Giảm chiều dài toàn cầu và chiều cao nền đường đắp đầu cầu, từ đó giảm giá thành xây dựng. - Tạo hình dáng kiến trúc. b. Chỉ dẫn thiết kế độ dốc dọc: - Độ dốc dọc được chọn căn cứ vào cấp thiết kế của tuyến đường (Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN4054-2005). Độ dốc dọc càng lớn, thoát nước càng nhanh tuy vậy độ dốc dọc quá lớn sẽ có thể làm thay đổi sự làm việc của công trình và gây ra những khó khăn cho xe chạy. - Thông thường để đảm bảo êm thuận cho xe chạy và tránh gây phức tạp trong quá trình thi công kết cấu nhịp, người ta bố trí độ dốc dọc của cầu id=1÷5%. Cấp thiết kế đường (đồng bằng) Vận tốc thiết kế (Km/h) idmax(%) Rdmin(m) VI 30 9 400 V 40 7 700 IV 60 6 2500 III 80 5 4000 II 100 4 6000 I 120 3 11000 c. Cách tạo độ dốc dọc: - Đối với cầu nhỏ và trung (L≤100m) thì độ dốc dọc được tạo bằng cách thay đổi cao độ đỉnh trụ hoặc thay đổi chiều cao đá kê gối. Cũng có thể làm độ dốc dọc một chiều hoặc độ dốc dọc bằng không. 6000 33000 33000 2% 2% 33000 0% 33000 0% 2% 33000 6000 2% Hình 4.10a: Độ dốc dọc cầu đối xứng về hai phía. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 51 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
52. 52. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI 2% BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 2% 2% Hình 4.10b: Độ dốc dọc cầu về một phía. - Đối với cầu lớn (L>100m) thì ta có thể bố trí toàn bộ cầu hoặc hoặc một phần chiều dài cầu nằm trên đường cong đứng có bán kính Rd=3000÷12000m ứng với cấp đường. 4.2.1.2. Độ dốc ngang cầu: a. Vai trò: - Nhằm đảm bảo thoát nước theo phương ngang cầu. b. Chỉ dẫn thiết kế về độ dốc ngang: - Độ dốc ngang được lựa chọn căn cứ vào cấp thiết kế của tuyến đường. - Thông thường để đảm bảo thoát nước thì ta chỉ cần bố trí độ dốc ngang i n=1.5÷2%. - Trong trường hợp cầu nằm trên đường cong bằng thì tạo siêu cao ta có thể bố trí cầu có độ dốc ngang in=5÷6%. - Đường người đi trên cầu thường làm dốc ngang in=1÷1.5% về phía tim cầu. Hình 4.11a: Tạo dốc ngang cầu. c. Cách tạo độ dốc ngang: - Độ dốc ngang được tạo bằng cách thay đổi chiều dày lớp vữa đệm (lớp mui luyện) hoặc thay đổi chiều cao đá kê gối theo phương ngang cầu. - Đối với mặt cầu bằng BTCT đổ tại chỗ thì độ dốc ngang được tạo ngay trong quá trình đổ bêtông. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 52 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
53. 53. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI 2% BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 2% Hình 4.11b: Độ dốc ngang được tạo ngay trong quá trình thi công. 4.2.2. Ống thoát nước trên cầu: 4.2.2.1. Yêu cầu: - Cần bố trí ống thoát nước sao cho mưa thoát nhanh và không thấm vào mặt ngoài của cầu hoặc chảy lên nền đường chui dưới cầu. - Ống thoát nước phải đảm bảo thoát hết nước đọng trên mặt cầu và dễ thay thế, dọn dẹp khi cần thiết. - Nếu thiết kế không hợp lý và thi công sai sót sẽ dẫn đến giảm tuổi thọ của cầu do vùng BTCT ở lân cận ống thoát nước bị hư hỏng. 4.2.2.2. Cấu tạo ống thoát nước: - Các ống thoát nước có thể cấu tạo bằng gang đúc, nhựa PVC hoặc tôn uốn thành dạng ống tròn. - Đường kính ống ∅≥15cm. - Miệng ống phải có nắp đậy chắn rác. - Đầu dưới phải nhô ra khỏi bề mặt bêtông bản mặt cầu a≥10cm để tránh nước không chảy tạt vào bản bêtông. è ng tho¸ t n­ í c BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII è ng tho¸ t n­ í c 53 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
54. 54. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU n ¾p c h ¾n r ¸ c Tim è n g t h o ¸ t n ­ í c è ng t ho ¸ t n­ í c Bª t « n g c ¸ n h d Çm Bª t « n g h ¹ t n h á M400 Hình 4.12a: Cấu tạo ống thoát nước bằng gang đúc. 1/2 mÆ c ¾t t ¹ i g è i t 500 BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 12000 11000 54 1/2 mÆ c ¾t g i÷ a n h Þ t p 500 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
55. 55. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU 7 15 15 20 30 15 198 212 196 176 250 140 250 7 202 216 7 700 82 575 220 300 602 250 è ng nèi 10 250 15 226 200 10 10 10 15 20 30 23 15 23 15 180 250 300 20 30 n ¾p c h ¾n r ¸ c 15 10 30 20 30 276 30 25 20 25 8.9 23 l ç t h¸ o n­ í c Hình 4.12b: Cấu tạo ống thoát nước PVC. 4.2.2.3. Nguyên tắc bố trí ống thoát nước: - Diện tích ống: + Trên cầu đường ôtô: Cứ 1m 2 bề mặt hứng mưa của cầu phải bố trí 1cm 2 diện tích lỗ thoát nước. + Trên cầu đường sắt: Cứ 1m2 bề mặt hứng mưa của cầu phải bố trí 4cm2 diện tích lỗ thoát nước. - Khoảng cách giữa các ống: + Khoảng cách giữa các ống d≤15m. + Nếu độ dốc dọc cầu id<2% thì cứ 6÷8m phải bố trí 2 ống thoát nước sát lề đi bộ, đối diện và so le nhau. + Nếu cầu có L<50m và độ dốc dọc cầu id≥2% thì có thể không cần bố trí ống thoát nước nhưng phải có biện pháp thoát nước sau mố. + Nếu cầu có L≥50m và độ dốc dọc cầu id≥2% thì cứ 10÷15m phải bố trí 1ống thoát nước. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 55 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II
56. 56. CHƯƠNG 4: MẶT CẦU VÀ ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI BÀI GIẢNG CƠ SỞ CÔNG TRÌNH CẦU + Khoảng cách từ tim ống đến mép đá vỉa (mép chân lan can) từ 20÷40cm. è ng t ho ¸ t n­ í c Hình 4.13: Bố trí ống thoát nước. - Trong những trường hợp nhạy cảm về môi trường, không thể xả nước trực tiếp từ mặt đường xuống sông ở phía dưới cần xem xét giải pháp dẫn nước theo đường ống dọc gắn ở phía dưới kết cấu nhịp và xả vào nơi phù hợp trên mặt đất tự nhiên. Hình 4.14: Giải pháp dẫn ống thoát nước cầu. 4.3. KHE CO GIÃN TRÊN CẦU: 4.3.1. Vai trò của khe co giãn: - Công trình cầu chịu ảnh hưởng dài lâu của hoàn cảnh tự nhiên như: gió thổi, mặt trời chiếu vào, chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm. Đặc biệt là kết cấu nhịp dưới tác động của nóng lạnh sinh ra nội lực của biến dạng co ngót, từ biến do đó phát sinh ra các biến dạng. Khi sự co giãn không đều và lặp đi lặp lại lâu ngày khiến cho kết cấu bị nứt. BỘ MÔN CẦU HẦM - CSII 56 ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ II