Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Xây dựng Cầu Đường của tác giả Nguyễn Đức Quang (Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, năm 2013) thực hiện nhiệm vụ thiết kế công trình cầu vượt sông phục vụ kết nối giao thông đường bộ. Dự án giải quyết các vấn đề thực tiễn và kỹ thuật sau:

  • Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn: Công trình cầu A được quy hoạch vượt sông B nhằm nối liền hai huyện C và D trên tuyến tỉnh lộ E, thuộc địa bàn tỉnh Hà Tĩnh. Khu vực này đóng vai trò kết nối hai trung tâm kinh tế tập trung các khu công nghiệp trọng điểm thu hút đầu tư. Hiện trạng giao thông qua sông tại vị trí này phụ thuộc hoàn toàn vào bến phà A trên tỉnh lộ E. Việc vận chuyển bằng phà bộc lộ hạn chế lớn về năng lực lưu thông, gây ách tắc giao thông đường thủy và hạn chế khả năng liên kết vùng. Việc nghiên cứu xây dựng cầu mới nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng gia tăng, giải tỏa điểm nghẽn giao thông và hoàn thiện mạng lưới hạ tầng kỹ thuật của địa phương.
  • Căn cứ pháp lý lập dự án:
    1. Quyết định số 1206/2004/QĐ-UBND ngày 11/12/2004 của Ủy ban nhân dân tỉnh E về việc phê duyệt quy hoạch phát triển mạng lưới giao thông tỉnh giai đoạn 1999–2010 và định hướng đến năm 2020.
    2. Văn bản số 215/UB-GTXD ngày 26/03/2005 của Ủy ban nhân dân tỉnh E cho phép Sở Giao thông Vận tải lập Dự án đầu tư xây dựng cầu A.
    3. Văn bản số 260/UB-GTXD ngày 17/04/2005 của Ủy ban nhân dân tỉnh E về việc cho phép mở rộng phạm vi nghiên cứu cầu E về phía Tây sông B.
    4. Văn bản số 1448/CĐS-QLĐS ngày 14/08/2001 của Cục Đường sông Việt Nam quy định về thỏa thuận tĩnh không thông thuyền.
  • Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:
    1. Phân tích điều kiện tự nhiên, địa hình, khí tượng thủy văn và địa chất công trình tại vị trí tuyến vượt sông B.
    2. Đề xuất các phương án kết cấu cầu vượt sông phù hợp với cấp thông thuyền sông cấp V và quy mô tuyến đường.
    3. Tính toán sơ bộ kích thước hình học, tải trọng tác dụng (tĩnh tải, hoạt tải) lên kết cấu nhịp, mố và trụ cầu.
    4. Xác định sức chịu tải của móng cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu vật liệu và chỉ tiêu cơ lý đất nền.
    5. Lập biện pháp tổ chức thi công sơ bộ cho các bộ phận kết cấu mố, trụ và kết cấu nhịp.
    6. Tính toán khối lượng vật tư chủ yếu và xác định tổng mức đầu tư để làm căn cứ so sánh, lựa chọn giải pháp kỹ thuật.
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu: Công trình cầu vĩnh cửu bằng bê tông cốt thép dự ứng lực và giàn thép vượt sông B; kết cấu phần dưới gồm mố chữ U, trụ đặc trên nền móng cọc khoan nhồi đường kính 1,0 m.
    • Phạm vi không gian: Đoạn vượt sông B nối hai huyện C và D trên tỉnh lộ E, tuyến tránh đi qua vùng đồng bằng ngoại vi thị xã C với khẩu độ thoát nước tự nhiên là 200 m.
    • Phạm vi thời gian: Số liệu quy hoạch giao thông định hướng đến năm 2020; dữ liệu tăng trưởng kinh tế và lưu lượng phương tiện giai đoạn 2000–2004; đồ án hoàn thành nghiệm thu vào tháng 01 năm 2013.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng các tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ hiện hành cùng hệ thống lý thuyết giải tích cơ học kết cấu:

  • Khung tiêu chuẩn và quy phạm kỹ thuật:
    • Tiêu chuẩn thiết kế cầu: Tiêu chuẩn thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22 TCN 272-05 do Bộ Giao thông Vận tải ban hành.
    • Tải trọng thiết kế: Hoạt tải xe tiêu chuẩn HL-93 (tổ hợp xe tải thiết kế, xe tải hai trục thiết kế kết hợp với tải trọng làn rải đều $9{,}3\text{ kN/m}$ hay $0{,}93\text{ T/m}$); hệ số xung kích xe tải khi tính mố trụ đặc lấy $(1 + IM/100) = 1{,}25$; hệ số làn xe lấy $m = 1{,}0$ (cho trường hợp 2 làn xe thiết kế).
    • Cấp thông thuyền: Quy chuẩn kỹ thuật đường thủy nội địa đối với sông cấp V, yêu cầu tĩnh không thông thuyền có bề rộng tĩnh không $B = 25\text{ m}$ và chiều cao tĩnh không $H = 3{,}5\text{ m}$.
    • Tần suất lũ thiết kế: $P = 1%$.
  • Cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu và móng cọc:
    • Lý thuyết trạng thái giới hạn: Đánh giá nội lực và phản lực gối mố trụ theo Trạng thái giới hạn Cường độ I, kết hợp giữa tĩnh tải bản thân kết cấu giai đoạn 1 ($DC$), tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và lan can giai đoạn 2 ($DW$) với hoạt tải làn xe ($LL$).
    • Phương pháp đường ảnh hưởng: Thiết lập các đường ảnh hưởng phản lực gối mố, phản lực đáy đài móng trụ để xác định các trường hợp xếp tải xe ba trục và xe hai trục bất lợi nhất.
    • Tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu ($P_v$): Căn cứ Điều A5.4 của tiêu chuẩn thiết kế với hệ số sức kháng $\phi = 0{,}75$, bê tông cọc cấp 30 có cường độ nén $f'_c = 30\text{ MPa}$, cốt thép chịu lực dọc có giới hạn chảy $f_y = 420\text{ MPa}$.
    • Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền ($P_{đn}$): Áp dụng công thức phân tách sức kháng mũi cọc ($P_p = q_p \cdot A_p$) và sức kháng ma sát thân cọc ($P_s = \sum q_{si} \cdot A_{si}$) theo quy định Điều 10.2-2 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05. Trong đó, sức kháng đơn vị thành bên của các lớp đất cát pha sét và cát mịn được tính theo công thức thực nghiệm của Quiros & Reese (1977): $q_s = 0{,}0025 \cdot N_i \le 0{,}19\text{ MPa}$ ($N_i$ là chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT). Với phương án cọc cắm vào đá, sức kháng mũi được xác định qua cường độ nén mẫu lõi đá $q_u = 35\text{ MPa}$ kết hợp hệ số nứt nẻ $K_{sp}$ và hệ số chiều sâu $d$.
    • Công thức tính trọng lượng bản thân kết cấu nhịp thép: Áp dụng công thức N. Ktoreletxki để xác định trọng lượng thanh giàn chủ và hệ liên kết dọc, liên kết ngang theo chiều dài nhịp tính toán.
  • Phương pháp thu thập và nguồn dữ liệu thực tế:
    • Dữ liệu địa chất: Báo cáo khảo sát địa chất gồm 4 hố khoan (Hố I tại lý trình 20, Hố II tại lý trình 70, Hố III tại lý trình 130, Hố IV tại lý trình 170). Tầng đất gồm 4 lớp: Lớp 1 (cát pha sét), Lớp 2 (cát mịn chặt vừa), Lớp 3 (cát pha sét / sét pha cát), Lớp 4 (cát thô lẫn sỏi).
    • Dữ liệu thủy văn: Mực nước cao nhất $\text{MNCN} = +9{,}8\text{ m}$; mực nước thấp nhất $\text{MNTN} = +7{,}0\text{ m}$; mực nước thông thuyền $\text{MNTT} = +5{,}0\text{ m}$; lưu tốc dòng chảy lớn nhất đạt $v = 1{,}52\text{ m/s}$; khẩu độ thoát nước lòng sông là 200 m.
    • Dữ liệu dự báo giao thông: Dự báo tăng trưởng phương tiện do Viện Chiến lược và Phát triển GTVT thực hiện (ô tô tăng từ 5% đến 10%/năm, xe máy 3%/năm, xe thô sơ 2%/năm).

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu chung

Nội dung chương tập trung trình bày nghiên cứu khả thi, hệ thống căn cứ pháp lý và phân tích hiện trạng điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của vùng dự án:

  • Nghiên cứu khả thi và quy hoạch phát triển: Trình bày vị trí xây dựng cầu A vượt sông B nằm trên tỉnh lộ E kết nối huyện C và huyện D. Tuyến đường hiện hữu đi xuyên tâm thị xã C gây xung đột giao thông nội thị, do đó quy hoạch nắn tuyến theo tuyến tránh vành đai ngoại vi. Dự án được triển khai dựa trên các văn bản chấp thuận chủ trương đầu tư của UBND tỉnh và quy hoạch ngành đường sông.
  • Hiện trạng và định hướng phát triển kinh tế - xã hội: Đánh giá tốc độ tăng trưởng nông nghiệp thời kỳ 1999–2000 đạt 6%, tỷ trọng trồng trọt chiếm 70%, chăn nuôi chiếm 30%. Định hướng tăng trưởng giai đoạn 2006–2012 đạt 8%/năm và giai đoạn 2010–2020 đạt 10%/năm; phát triển công nghiệp tập trung vào chế biến nông sản, mía đường, cơ khí sửa chữa tàu thuyền và vật liệu xây dựng; kim ngạch xuất khẩu dự báo đạt 1 triệu USD năm 2010 và 3 triệu USD năm 2020.
  • Hiện trạng mạng lưới hạ tầng giao thông: Năm 2000, toàn tỉnh có 1.000 km đường bộ, gồm 45% đường nhựa, 35% đường đá đỏ và 20% đường đất; hệ thống đường vành đai và đường xương cá còn thiếu liên hoàn. Đường thủy nội địa có khoảng 200 km luồng tuyến tiếp nhận phương tiện từ 1 tấn trở lên. Mạng lưới đường sắt Bắc - Nam và một sân bay nội địa quy mô nhỏ đảm nhận vận chuyển liên tỉnh.
  • Điều kiện tự nhiên, khí tượng thủy văn và địa chất: Lòng sông tại vị trí vượt tương đối ổn định, không có hiện tượng xói lở bờ nghiêm trọng. Khí hậu nhiệt đới gió mùa có nhiệt độ trung bình năm $27^\circ\text{C}$ (biên độ từ $12^\circ\text{C}$ đến $38^\circ\text{C}$), mùa mưa tập trung từ tháng 10 đến tháng 12. Số liệu đo đạc thủy văn xác định mực nước cao nhất MNCN = +9,8 m, thấp nhất MNTN = +7,0 m, thông thuyền MNTT = +5,0 m. Mặt cắt địa chất thể hiện các lớp cát pha sét, cát mịn chặt vừa phân bố phía trên tầng cát thô lẫn sỏi chịu lực tốt.

Chương II: Thiết kế cầu và tuyến

Chương II xác định quy mô kỹ thuật công trình và đề xuất 3 phương án kết cấu cầu vượt sông để đưa vào so sánh:

  • Quy mô và chỉ tiêu kỹ thuật:
    • Cấp công trình: Cầu vĩnh cửu bằng bê tông cốt thép dự ứng lực và thép.
    • Tải trọng thiết kế: Đoàn xe HL-93. Tần suất lũ thiết kế: $P = 1%$.
    • Khổ tĩnh không thông thuyền sông cấp V: chiều rộng $B = 25\text{ m}$, chiều cao $H = 3{,}5\text{ m}$.
    • Khổ cầu: bề rộng phần xe chạy 8,0 m, lề bộ hành hoặc dải an toàn kết hợp gờ chắn lan can mỗi bên 0,5 m; tổng bề rộng cầu đạt $B = 9{,}0\text{ m}$ (bố trí 2 làn xe).
  • Đặc điểm cấu tạo 3 phương án so sánh:
    • Phương án 1 (Cầu dầm BTCT DƯL nhịp đơn giản lắp ghép): Sơ đồ nhịp gồm 6 nhịp dài 29 m, tổng chiều dài toàn cầu $L_{tc} = 174\text{ m}$. Kết cấu nhịp gồm các dầm chữ T đúc sẵn lắp ghép. Mố chữ U bằng bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1{,}0\text{ m}$; 5 trụ thân đặc mút thừa bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ trên móng cọc khoan nhồi $D = 1{,}0\text{ m}$.
    • Phương án 2 (Cầu dầm đơn giản BTCT DƯL bán lắp ghép): Sơ đồ nhịp gồm 5 nhịp dài 35 m ($35 + 35 + 35 + 35 + 35\text{ m}$), tổng chiều dài toàn cầu $L_{tc} = 175\text{ m}$. Kết cấu nhịp sử dụng dầm chữ I kết hợp đổ bản mặt cầu tại chỗ. Kết cấu phần dưới gồm mố chữ U và 4 trụ thân đặc mút thừa đặt trên nền móng cọc khoan nhồi $D = 1{,}0\text{ m}$.
    • Phương án 3 (Cầu giàn thép 3 nhịp): Sơ đồ nhịp gồm 3 nhịp giàn thép giản đơn $58 + 58 + 58\text{ m}$, tổng chiều dài $L_{tc} = 174\text{ m}$. Mố chữ U bằng bê tông cốt thép, trụ dạng thân đặc bê tông cốt thép đặt trên nền móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1{,}0\text{ m}$.

Chương III: Tính toán sơ bộ khối lượng các phương án và lập tổng mức đầu tư

Nội dung chương trình bày chi tiết các bước tính toán tải trọng, nội lực, kiểm toán móng cọc, hoạch định quy trình thi công và lập dự toán chi phí cho các phương án:

  • Tính toán kết cấu và khối lượng Phương án 1 (Dầm T $6 \times 29\text{ m}$):
    • Mặt cắt ngang nhịp: Bố trí 5 dầm chủ chữ T cao 1,65 m, khoảng cách giữa các dầm là 1,80 m, diện tích mặt cắt một dầm $A_d = 0{,}785\text{ m}^2$, thể tích một dầm dài 29 m là $23{,}925\text{ m}^3$. Mỗi nhịp bố trí 5 dầm ngang cao 1,1 m, sườn dầm dày 20 cm. Bê tông dầm mác M300 ($f'_c = 30\text{ MPa}$), cốt thép dự ứng lực S-31, S-32 của hãng VSL Thụy Sĩ, cốt thép thường mác CT3 và CT5 với hàm lượng trung bình $160\text{ kg/m}^3$. Tổng khối lượng bê tông dầm cho 6 nhịp là $714{,}6\text{ m}^3$, khối lượng cốt thép dầm là $146{,}1\text{ tấn}$.
    • Tĩnh tải lớp mặt cầu và phụ kiện: Lớp phủ bê tông asphalt dày 5 cm ($22{,}5\text{ kN/m}^3$), lớp bê tông bảo vệ dày 3 cm ($24\text{ kN/m}^3$), lớp phòng nước dày 1 cm, lớp đệm tạo dốc dày 3 cm ($24\text{ kN/m}^3$). Chiều dài khe co giãn toàn cầu gồm 8 vị trí là $72\text{ m}$; bố trí 84 gối cầu; 10 cột đèn chiếu sáng so le cách nhau $43{,}4\text{ m}$; 44 ống thoát nước cách nhau $10\text{ m}$. Đường hai đầu cầu đắp cao $4{,}5\text{ m}$, chiều dài tiếp giáp $4{,}7\text{ m}$ với mái taluy 1:1.
    • Kết cấu mố trụ và móng cọc: Thể tích bê tông một mố chữ U gồm bệ móng $100\text{ m}^3$, tường cánh và thân mố đạt $134\text{ m}^3$ (tổng 2 mố là $268\text{ m}^3$). Trụ T1 đến T5 có chiều cao từ 7 m đến 8 m, tổng thể tích bê tông thân trụ, bệ trụ và mũ trụ cho 5 trụ là $175{,}045\text{ m}^3$. Sức chịu tải của cọc khoan nhồi $D = 1000\text{ mm}$ theo vật liệu tính được $P_v = 1.670\text{ tấn}$; sức chịu tải theo đất nền đạt trên $200\text{ tấn}$ (tổng sức kháng ma sát hông mố $P_s = 3.649{,}4\text{ kN}$, trụ $P_s = 2.866{,}15\text{ kN}$, sức kháng mũi $P_p = 2.052\text{ kN}$).
    • Quy trình thi công: Mố thi công trên cạn qua 8 bước (san ủi mặt bằng, khoan tạo lỗ có ống vách, đổ bê tông cọc bằng ống dẫn tremie, đào hố móng, đổ bê tông đệm nghèo, lắp dựng ván khuôn cốt thép bệ mố, thi công thân mố và tường cánh). Trụ thi công dưới nước qua 4 bước (dùng phao nổi chuyên dụng có đối trọng, hạ khung định vị và đóng vòng vây cọc ván thép, đổ bê tông bịt đáy theo phương pháp vữa dâng, bơm hút nước đập đầu cọc, thi công bệ và thân trụ, dùng búa rung nhổ cọc ván thép). Kết cấu nhịp tập kết dầm tại đầu cầu, dùng giá ba chân cẩu lắp dầm, đổ bê tông dầm ngang và bản liên kết.
    • Tổng mức đầu tư Phương án 1: Xác định tổng kinh phí là 45.636.906.202 đồng (trong đó giá trị dự toán xây lắp trực tiếp chính là 32.316.766.000 đồng, chi phí xây lắp khác 10%, chi phí tư vấn và quản lý 10%, trượt giá 5%, dự phòng phí 6%). Suất đầu tư tính toán trên $1\text{ m}^2$ mặt cầu là 15.658.521 đồng/m².
  • Tính toán kết cấu và khối lượng Phương án 2 (Dầm I $5 \times 35\text{ m}$):
    • Mặt cắt ngang nhịp: Bố trí 6 dầm chủ chữ I dài 35 m, chiều cao dầm 1,60 m, thi công theo phương pháp bán lắp ghép đổ bản mặt cầu tại chỗ dày trung bình kết hợp tấm đan.
    • Kết cấu phần dưới: Mố chữ U bê tông cốt thép; 5 trụ gồm 3 trụ chính giữa sông có chiều cao 13 m, thể tích bê tông 5 trụ là $767{,}58\text{ m}^3$. Sức chịu tải cọc khoan nhồi $D = 1000\text{ mm}$ ngàm vào tầng đá cứng nứt nẻ có sức kháng mũi tính toán $Q_p$ dựa trên $q_u = 35\text{ MPa}$, $K_{sp} = 0{,}4$, $d = 3{,}4$.
    • Quy trình thi công: Tương tự phương án 1, sử dụng cọc ván thép thi công bệ trụ dưới nước có lớp bê tông bịt đáy vữa dâng; nhịp 35 m được cẩu lắp bằng hệ giá ba chân di động kết hợp đổ dầm ngang và bản liên kết.
    • Tổng mức đầu tư Phương án 2: Xác định tổng kinh phí là 46.652.593.500 đồng (chi phí xây lắp chính 24.447.500.640 đồng, chi phí xây lắp khác 15%, chi phí khác 10%, trượt giá 3%, dự phòng 5%). Suất đầu tư trên $1\text{ m}^2$ mặt cầu là 14.433.429 đồng/m².
  • Tính toán kết cấu Phương án 3 (Cầu giàn thép $3 \times 58\text{ m}$):
    • Cấu tạo giàn chủ: Hệ giàn tĩnh định biên song song, đường xe chạy dưới, khoảng cách hai tim giàn chủ là 7,5 m. Chiều cao tĩnh không trong cầu $H = 5{,}0\text{ m}$, chiều cao giàn $h = 9{,}0\text{ m}$ bảo đảm góc nghiêng thanh giàn nằm trong khoảng $45^\circ$ đến $53^\circ$. Mỗi nhịp 58 m được chia thành 10 khoang giàn, chiều dài mỗi khoang $d = 5{,}8\text{ m}$. Hệ dầm mặt cầu gồm 5 dầm dọc và các dầm ngang đỡ bản xe chạy bê tông cốt thép, lề người đi bộ bố trí bên ngoài giàn chủ.
    • Khối lượng thép: Cường độ tính toán của thép chịu nén $R_0 = 2.700\text{ kg/cm}^2$, chịu uốn $R_u = 2.800\text{ kg/cm}^2$. Áp dụng công thức N. Ktoreletxki tính được trọng lượng một dầm giàn kèm liên kết là $2{,}948\text{ T/m}$, tổng trọng lượng thép cho một nhịp 58 m là 236 tấn; tổng khối lượng thép cho toàn bộ 3 nhịp giàn là 708 tấn.
    • Kết cấu phần dưới: Mố có tường cánh ngược bê tông cốt thép đặt trên cọc khoan nhồi dài 25 m ngàm vào tầng sét cứng. Hai trụ chính gồm 2 cột tròn đường kính 160 cm, khoảng cách hai tim cột 4,5 m đặt trên bệ móng cọc khoan nhồi kích thước $8{,}0 \times 8{,}0\text{ m}$, tổng thể tích bê tông cho 2 trụ là $553{,}54\text{ m}^3$.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu của đồ án tổng hợp các kết quả kỹ thuật và kinh tế cụ thể thông qua bảng so sánh các phương án thiết kế cầu qua sông B:

Thông số so sánh Phương án 1 (Dầm T BTCT DƯL) Phương án 2 (Dầm I BTCT DƯL) Phương án 3 (Giàn thép)
Sơ đồ nhịp $6 \times 29\text{ m}$ $5 \times 35\text{ m}$ $3 \times 58\text{ m}$
Chiều dài toàn cầu 174 m 175 m 174 m
Bề rộng cầu ($B$) 9,0 m (2 làn xe) 9,0 m (2 làn xe) 9,0 m (2 làn xe)
Tải trọng thiết kế HL-93 HL-93 HL-93
Khổ thông thuyền $25\text{ m} \times 3{,}5\text{ m}$ $25\text{ m} \times 3{,}5\text{ m}$ $25\text{ m} \times 3{,}5\text{ m}$
Loại kết cấu phần dưới Mố U, 5 trụ đặc mút thừa Mố U, 4 trụ đặc mút thừa Mố cánh ngược, 2 trụ tròn $\varnothing 160\text{ cm}$
Móng mố và trụ Cọc khoan nhồi $D = 1000\text{ mm}$ Cọc khoan nhồi $D = 1000\text{ mm}$ Cọc khoan nhồi $D = 1000\text{ mm}$
Khối lượng thép dầm chính $146{,}1\text{ tấn}$ N/A $708\text{ tấn}$
Công nghệ thi công nhịp Giá ba chân cẩu lắp dầm đúc sẵn Giá ba chân cẩu dầm bán lắp ghép Lắp dựng thanh giàn thép
Tổng mức đầu tư 45.636.906.202 đồng 46.652.593.500 đồng Chưa tính tổng mức chi tiết
Suất vốn đầu tư/m² 15.658.521 đồng/m² 14.433.429 đồng/m² N/A
  • Giải pháp và kiến nghị của tác giả:
    • Tác giả phân tích tính khả thi của Phương án 1 (cầu dầm T $6 \times 29\text{ m}$) có ưu điểm nổi bật về công nghệ thi công: kết cấu dầm chữ T nhịp 29 m là dạng kết cấu định hình phổ biến tại Việt Nam, thiết bị đúc dầm và giá ba chân cẩu lắp sẵn có, thời gian đúc dầm và lắp đặt nhanh, giá thành xây lắp thấp hơn Phương án 2 khoảng 1 tỷ đồng.
    • Phương án 2 tuy giảm được một vị trí trụ dưới sông (5 nhịp 35 m so với 6 nhịp 29 m của phương án 1), thoát nước lũ tốt hơn nhưng khối lượng đúc dầm lớn hơn và tổng mức đầu tư cao hơn.
    • Phương án 3 có ưu thế vượt trội về khẩu độ thông thuyền và thẩm mỹ (nhịp giàn thép 58 m chỉ cần 2 trụ dưới lòng sông) nhưng đòi hỏi chi phí vật tư thép lớn (708 tấn thép), công tác bảo dưỡng chống ăn mòn phức tạp và đòi hỏi kỹ thuật thi công giàn thép cao.
  • Đóng góp chuyên môn của đồ án:
    • Xây dựng hoàn chỉnh quy trình tính toán thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 từ bước phân tích tải trọng xe HL-93 đến kiểm toán móng cọc khoan nhồi trong điều kiện địa tầng cụ thể.
    • Hoàn thiện bảng phân tách các hạng mục dự toán xây dựng cầu đường từ kết cấu phần trên, kết cấu phần dưới, công trình phụ trợ cho đến đường dẫn hai đầu cầu theo các thông tư hướng dẫn quản lý chi phí đầu tư xây dựng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế trong văn bản đồ án:
    • Sự không nhất quán về địa danh và số liệu hiện trạng: Toàn văn đồ án xuất hiện sự mâu thuẫn về thông tin hành chính. Phần lời mở đầu và tên dự án ghi địa điểm tại tỉnh Hà Tĩnh (nối hai huyện C và D trên tỉnh lộ E), nhưng trong Chương I lại trích dẫn số liệu tự nhiên, dân số, đơn vị hành chính của thành phố Quảng Ngãi (nhắc đến núi Thiên Bút, núi Ông, sông Bàu Giang, sông Trà Phong) và mục khí hậu lại trích dẫn số liệu thời tiết của tỉnh Thanh Hóa. Đây là lỗi sao chép biểu mẫu khảo sát trong quá trình tổng hợp thuyết minh đồ án của sinh viên.
    • Mức độ hoàn thiện giữa các phương án không đồng đều: Đồ án tính toán kiểm toán nội lực và lập dự toán tổng mức đầu tư chi tiết cho Phương án 1 và Phương án 2, nhưng đối với Phương án 3 (cầu giàn thép), tác giả mới dừng lại ở việc tính kích thước hình học, tải trọng và xác định trọng lượng thép theo công thức kinh nghiệm N. Ktoreletxki mà chưa lập bảng tổng mức đầu tư để so sánh trực diện về mặt kinh tế.
    • Số liệu khảo sát địa chất giới hạn: Mặt cắt địa chất chỉ bao gồm 4 hố khoan với mô tả tầng đất và chỉ số N của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, thiếu các chỉ tiêu cơ lý chi tiết của đất (dung trọng tự nhiên, góc ma sát trong $\varphi$, lực dính $c$, mô đun biến dạng) khiến việc tính sức kháng bên phải dùng công thức thực nghiệm.
  • Hướng hoàn thiện và nghiên cứu tiếp:
    • Chuẩn hóa và đồng bộ toàn bộ cơ sở dữ liệu khảo sát địa hình, địa chất, thủy văn theo đúng bình đồ và trắc dọc tuyến tại vị trí vượt sông thực tế.
    • Triển khai bước thiết kế bản vẽ thi công chi tiết cho phương án được lựa chọn: bố trí chi tiết các bó cáp dự ứng lực trong dầm chữ T, tính toán mất mát ứng suất (ngắn hạn và dài hạn), kiểm toán trạng thái giới hạn mỏi và trạng thái giới hạn sử dụng (độ võng, nứt).
    • Ứng dụng phần mềm phân tích kết cấu chuyên dụng (như MIDAS Civil) để lập mô hình không gian kiểm toán chính xác nội lực dầm ngang, bản mặt cầu và phân tích động đất tác dụng lên kết cấu phần dưới.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp cung cấp nguồn tài liệu học thuật và thực hành kỹ thuật phù hợp cho các nhóm đối tượng:

  • Đối tượng tham khảo:
    • Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Cầu Đường, Kỹ thuật Công trình Giao thông tham khảo phương pháp thực hiện đồ án môn học Thiết kế cầu bê tông cốt thép, Thiết kế mố trụ cầu hoặc Đồ án tốt nghiệp kỹ sư cầu.
    • Kỹ sư thiết kế cầu đường mới ra trường cần tài liệu tra cứu các bước lập bảng tính đường ảnh hưởng tải trọng HL-93, tính toán sức chịu tải móng cọc khoan nhồi theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và lập tổng mức đầu tư công trình cầu.
  • Nội dung có giá trị sử dụng cao:
    • Bảng tính chi tiết xác định áp lực tĩnh tải ($DC, DW$) và hoạt tải làn xe ($LL$) truyền xuống đỉnh mố và đỉnh đài móng trụ bằng phương pháp xếp tải trên đường ảnh hưởng phản lực.
    • Quy trình phân tích sức kháng cọc khoan nhồi đường kính lớn ($D = 1000\text{ mm}$) trong các lớp đất rời và đất dính theo công thức Quiros & Reese (1977) kết hợp Điều 10.2-2 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05.
    • Mô tả biện pháp tổ chức thi công mố trụ bằng hệ vòng vây cọc ván thép có lớp bê tông bịt đáy vữa dâng và quy trình lao lắp kết cấu nhịp dầm chữ T bằng hệ giá ba chân di động.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình cầu A được thiết kế áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật và tải trọng nào?
Công trình được thiết kế theo Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22 TCN 272-05 của Bộ GTVT, tải trọng thiết kế là đoàn xe HL-93 kết hợp tải trọng làn $9{,}3\text{ kN/m}$, tần suất lũ thiết kế $P = 1%$, khổ thông thuyền đáp ứng cấp sông cấp V ($B = 25\text{ m}, H = 3{,}5\text{ m}$).

2. Ba phương án kết cấu cầu được tác giả đề xuất so sánh có sơ đồ nhịp như thế nào?

  • Phương án 1: Cầu dầm BTCT DƯL nhịp giản đơn 6 nhịp dài 29 m ($L_{tc} = 174\text{ m}$), dầm chữ T lắp ghép.
  • Phương án 2: Cầu dầm BTCT DƯL nhịp giản đơn 5 nhịp dài 35 m ($L_{tc} = 175\text{ m}$), dầm chữ I bán lắp ghép.
  • Phương án 3: Cầu giàn thép biên song song 3 nhịp dài 58 m ($L_{tc} = 174\text{ m}$), đường xe chạy dưới.

3. Sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính $D = 1000\text{ mm}$ được xác định bằng những chỉ tiêu nào?
Cọc khoan nhồi được kiểm toán theo 2 điều kiện: sức chịu tải theo vật liệu $P_v = 1.670\text{ tấn}$ (bê tông mác 300, thép dọc $2%$) và sức chịu tải theo đất nền $P_{đn}$ dựa trên tổng sức kháng ma sát thân cọc $P_s$ (tính theo công thức Quiros & Reese cho đất cát pha sét, cát mịn) kết hợp sức kháng mũi $P_p = 2.052\text{ kN}$.

4. Tổng mức đầu tư và suất vốn đầu tư giữa Phương án 1 và Phương án 2 chênh lệch như thế nào trong đồ án?

  • Phương án 1 có tổng mức đầu tư là 45.636.906.202 đồng với suất đầu tư $15.658.521\text{ đồng/m}^2$ mặt cầu.
  • Phương án 2 có tổng mức đầu tư là 46.652.593.500 đồng với suất đầu tư $14.433.429\text{ đồng/m}^2$ mặt cầu.

5. Biện pháp thi công kết cấu trụ cầu dưới nước được tác giả hoạch định ra sao?
Trụ dưới nước được thi công bằng hệ phao nổi chuyên dụng có đối trọng để định vị và đóng vòng vây cọc ván thép. Sau khi hạ cọc ván thép, tiến hành đổ bê tông bịt đáy theo phương pháp vữa dâng, bơm hút nước cạn hố móng, đập đầu cọc khoan nhồi, lắp dựng ván khuôn cốt thép đổ bê tông bệ và thân trụ, cuối cùng dùng búa rung nhổ cọc ván thép thu hồi.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Đức Quang đã hoàn thành trọn vẹn khối lượng tính toán thiết kế sơ bộ công trình cầu vượt sông nối liền hai huyện C và D trên tỉnh lộ E theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05. Tác giả đã đề xuất và phân tích có hệ thống 3 phương án kết cấu gồm cầu dầm T BTCT DƯL ($6 \times 29\text{ m}$), dầm I bán lắp ghép ($5 \times 35\text{ m}$) và cầu giàn thép ($3 \times 58\text{ m}$). Mặc dù thuyết minh còn tồn tại lỗi không đồng nhất về số liệu địa danh hành chính, hồ sơ tính toán phản lực mố trụ, sức chịu tải cọc khoan nhồi và bảng tổng mức đầu tư của các phương án dầm bê tông vẫn là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cho sinh viên ngành Xây dựng Cầu Đường.