Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội quốc gia, hạ tầng giao thông vận tải giữ vai trò huyết mạch đi trước mở đường. Tại các địa phương có nền kinh tế đang phát triển như tỉnh Quảng Bình, việc hoàn thiện mạng lưới giao thông đường bộ và cầu vượt sông là điều kiện tiên quyết để thúc đẩy giao thương liên vùng, thu hút vốn đầu tư và phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa.
Khu vực nghiên cứu của đề tài nằm tại huyện Lệ Thủy, tỉnh Quảng Bình, nơi có dòng sông Kiến Giang chảy qua. Sông Kiến Giang là một nhánh lớn của hệ thống sông Nhật Lệ với tổng chiều dài 58 km. Dòng sông mang đặc điểm dòng chảy đặc biệt khi chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc ("nghịch hà" so với hướng Tây Bắc - Đông Nam của phần lớn các sông tại Việt Nam), phát nguyên từ vùng núi phía Tây Nam huyện Lệ Thủy, tiếp nhận lưu lượng nước từ sông Cẩm Ly, băng qua vùng đồng trũng Lệ Thủy, qua phá Hạc Hải và hợp lưu với sông Long Đại tại ngã ba Trần Xá trước khi đổ ra sông Nhật Lệ. Địa bàn này trước đây thường xuyên đối mặt với lũ lụt do độ dốc lòng sông lớn và dòng chảy ngắn; hiện đã được kiểm soát một phần nhờ công trình đập An Mã ở thượng nguồn. Về lịch sử và văn hóa, sông Kiến Giang gắn liền với điệu Hò khoan Lệ Thủy, lễ hội đua thuyền truyền thống ngày 2 tháng 9, là quê hương của Đại tướng Võ Nguyên Giáp, Lễ Thành hầu Nguyễn Hữu Cảnh và là nơi có cầu đường sắt Mỹ Trạch ghi dấu di tích lịch sử thời kỳ kháng chiến.
Thực trạng mạng lưới giao thông đường bộ tại khu vực phụ thuộc chủ yếu vào trục Quốc lộ 1A cùng hệ thống tỉnh lộ, huyện lộ. Tuy nhiên, tuyến Quốc lộ 1A qua địa bàn còn nhiều hạn chế, chất lượng mặt đường chưa cao, một số đoạn thường xuyên bị ngập sâu và chia cắt trong mùa mưa lũ, gây ách tắc cục bộ. Bên cạnh đó, cơ cấu kinh tế địa phương có trên 70% dân số hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp, thu nhập ở mức trung bình, tỷ lệ hộ nghèo chiếm 5,72% và hộ cận nghèo chiếm 13,0%. Tỉnh đặt mục tiêu đến năm 2010 đạt GDP ngành dịch vụ - du lịch 1.600 tỷ đồng (tốc độ tăng trưởng 12%/năm) và GDP ngành nông - lâm - ngư nghiệp đạt 300 tỷ đồng. Do đó, việc xây dựng cầu vượt sông Kiến Giang là yêu cầu cấp thiết nhằm các mục tiêu:
- Đồng bộ hạ tầng kỹ thuật với quy hoạch tuyến xa lộ Bắc - Nam và các hành lang kinh tế liên vùng (như trục đường Xuyên Á).
- Đảm bảo giao thông đường bộ thông suốt, giảm tải lưu lượng phương tiện và khắc phục tình trạng chia cắt, ách tắc trên Quốc lộ 1A trong mùa mưa bão.
- Tạo động lực chuyển dịch cơ cấu kinh tế, phân bố lại dân cư, phát triển du lịch, công nghiệp chế biến và củng cố quốc phòng - an ninh địa phương.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án tập trung vào công trình cầu vĩnh cửu vượt sông Kiến Giang thuộc địa phận huyện Lệ Thủy, tỉnh Quảng Bình; thực hiện thiết kế sơ bộ so sánh 02 phương án kết cấu nhịp lớn (Cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực đúc hẫng cân bằng và Cầu dàn thép), tính toán thiết kế chi tiết kết cấu nhịp, mố trụ, nền móng cọc khoan nhồi và lập dự toán tổng mức đầu tư xây dựng công trình.
Tiêu chuẩn kỹ thuật và phương pháp thiết kế
Công trình được thiết kế theo các quy trình, quy phạm chuyên ngành xây dựng cầu đường hiện hành của Bộ Giao thông Vận tải và hệ thống văn bản pháp lý về quản lý chi phí đầu tư xây dựng:
- Quy trình thiết kế kết cấu: Áp dụng Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22 TCN 272-05 do Bộ Giao thông Vận tải ban hành.
- Tiêu chuẩn tải trọng thiết kế:
- Hoạt tải xe ô tô: Đoàn xe tải thiết kế tiêu chuẩn HL-93 (gồm xe tải 3 trục hoặc xe tải 2 trục kết hợp tải trọng làn).
- Hoạt tải người đi bộ: $300\text{ kg/m}^2$ ($3\text{ kN/m}^2$).
- Khổ cầu: Bề rộng phần xe chạy $B = 9,0\text{ m}$; lề người đi bộ hai bên $2 \times 1,0\text{ m} = 2,0\text{ m}$; tổng bề rộng cầu đạt $11,0\text{ m}$ (chưa tính lan can gờ chắn).
- Khổ thông thuyền: Quy hoạch theo cấp sông thông thuyền (sông cấp IV), khẩu độ thông thuyền yêu cầu tĩnh không thông thuyền có chiều cao $H = 6,0\text{ m}$ và bề rộng thông thuyền $B = 50,0\text{ m}$ (hoặc $L_{tt} = 50,0\text{ m}$).
- Căn cứ lập dự toán và tổng mức đầu tư:
- Hồ sơ Báo cáo nghiên cứu khả thi cầu Sông Hương lập tháng 02/2009.
- Quyết định số 1242/1998/QĐ-BXD ngày 25/11/1998 của Bộ Xây dựng ban hành "Định mức dự toán xây dựng cơ bản".
- Quyết định số 1260/1998/QĐ-BXD ngày 28/11/1998 của Bộ Xây dựng ban hành "Bảng dự toán ca máy và thiết bị xây dựng".
- Thông tư số 03/2001/TT-BXD ngày 13/02/2001 của Bộ Xây dựng hướng dẫn điều chỉnh dự toán công trình xây dựng cơ bản.
- Quyết định số 15/2001/QĐ-BXD ngày 20/04/2001 và Quyết định số 12/2001/QĐ-BXD ngày 20/07/2001 của Bộ Xây dựng về định mức chi phí tư vấn đầu tư và chi phí thiết kế công trình xây dựng.
Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế trong đồ án:
- Phương pháp cơ học kết cấu và đường ảnh hưởng: Sử dụng phương pháp đường ảnh hưởng kết hợp phương pháp đòn bẩy để xác định hệ số phân phối ngang của hoạt tải ($mg_{tr}, mg_{lan}, mg_{ng}$), từ đó tính toán nội lực nguy hiểm nhất tại các mặt cắt đặc trưng dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng tĩnh tải (DC, DW) và hoạt tải (LL, PL).
- Phương pháp tính toán kết cấu bê tông cốt thép và dàn thép: Áp dụng công thức giải tích giải phương trình đường cong biên dưới parabol của dầm hộp; công thức N. Ktoreletxki xác định trọng lượng bản thân nhịp dàn thép; tính toán kiểm tra ứng suất, độ võng theo trạng thái giới hạn Cường độ I và Sử dụng.
- Phương pháp tính toán nền móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng đá: Tính toán sức kháng mũi danh định của cọc khoan nhồi ngàm trong đá cứng theo Điều 10.5 của tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 ($Q_p = 3 \cdot q_u \cdot K_{sp} \cdot d$) kết hợp tính toán sức chịu tải vật liệu cọc bê tông cốt thép ($M350$, cốt thép $A-III$).
Nguồn dữ liệu địa chất và thủy văn được cung cấp từ kết quả khảo sát thực tế tại hiện trường xây dựng cầu:
- Thủy văn: Mực nước cao nhất (lũ thiết kế MNCN) $= +13,7\text{ m}$; Mực nước thông thuyền (MNTT) $= +4,0\text{ m}$; Mực nước thấp nhất (MNTN) $= +1,0\text{ m}$; Khẩu độ thoát nước $L_0 = 230\text{ m}$.
- Địa chất công trình: Số liệu từ 4 hố khoan thăm dò (Km 0, Km 0+80, Km 0+160, Km 0+250) xác định cấu tạo 3 lớp địa tầng chính:
- Lớp 1: Cát cuội sỏi, chiều dày trung bình $9,0\text{ m}$.
- Lớp 2: Sét dẻo cứng, chiều dày trung bình $8,6\text{ m}$.
- Lớp 3: Tầng đá vôi ít nứt nẻ, có cường độ chịu nén dọc trục trung bình của lõi đá $q_u = 54\text{ MPa}$.
- Khí tượng: Khu vực mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa; mùa mưa kéo dài từ giữa tháng 8 đến tháng 2 năm sau; nhiệt độ trung bình năm $25^\circ\text{C}$ (tháng nóng nhất đạt $40^\circ\text{C}$, tháng lạnh nhất đạt $10,2^\circ\text{C}$).
Nội dung chính theo từng phần và chương
Phần I: Giới thiệu chung
Phần mở đầu của thuyết minh trình bày tổng quan về điều kiện địa lý, kinh tế - xã hội, địa chất, thủy văn tại vị trí vượt sông Kiến Giang và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của tuyến.
Nội dung phần này phân tích thực trạng giao thông đường bộ tỉnh Quảng Bình, định hướng quy hoạch phát triển kinh tế vùng nông thôn Lệ Thủy, sự cần thiết đầu tư xây dựng công trình cầu để kết nối hạ tầng và đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng gia tăng. Đồng thời, tác giả đưa ra các nguyên tắc lựa chọn phương án kết cấu: công trình vĩnh cửu, hình thức kiến trúc thanh thoát, đảm bảo an toàn tĩnh không thông thuyền cấp IV, có tính khả thi cao phù hợp năng lực thi công trong nước và giá thành hợp lý. Trên cơ sở đó, đồ án đề xuất 02 phương án kết cấu nhịp để nghiên cứu so sánh:
- Phương án 1: Cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) liên tục 3 nhịp thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng kết hợp nhịp dẫn BTCT.
- Phương án 2: Cầu dàn thép nhịp giản đơn liên tục hóa kết hợp dầm dẫn BTCT.
Phần II: Thiết kế sơ bộ
Chương I: Thiết kế sơ bộ PA I - Cầu dầm 3 nhịp liên tục đúc hẫng + dầm dẫn
Chương này trình bày chi tiết các giải pháp kỹ thuật, kích thước hình học, quy trình thi công, tính toán nội lực mố trụ và lập dự toán chi phí cho Phương án 1:
- Sơ đồ nhịp và kích thước kết cấu phần trên:
- Sơ đồ nhịp bố trí: $33\text{ m} + 48\text{ m} + 80\text{ m} + 48\text{ m} + 33\text{ m}$; tổng chiều dài toàn cầu tính đến đuôi mố là $L_{tc} = 275\text{ m}$. Trong đó gồm cụm dầm liên tục 3 nhịp ($48 + 80 + 48\text{ m}$) vượt sông chính và 2 nhịp dầm dẫn giản đơn ($33\text{ m}$) ở hai đầu cầu.
- Kết cấu nhịp chính: Dầm hộp đơn BTCT DƯL thành nghiêng. Chiều cao dầm thay đổi liên tục theo quy luật đường cong parabol: tại đỉnh trụ cao $H = 5,0\text{ m}$, tại giữa nhịp cao $h = 2,0\text{ m}$ (hoặc $2,5\text{ m}$ trong công thức tính toán mặt cắt); phương trình đường cong đáy dầm có dạng $y = \frac{H-h}{L^2} x^2 + h$ (với $L = 37,5\text{ m}$ là chiều dài cánh hẫng). Bề dày bản đáy hộp thay đổi tuyến tính từ $80\text{ cm}$ tại đỉnh trụ về $30\text{ cm}$ tại giữa nhịp. Chiều dày bản mặt cầu từ $25\text{ cm}$ (giữa nhịp và cuối cánh vút) đến $60\text{ cm}$ (đầu cánh vút). Sườn dầm dày $50\text{ cm}$ tại vị trí gối. Bán kính cong đứng mặt cầu $R = 5.000\text{ m}$, độ dốc ngang $2%$.
- Kết cấu nhịp dẫn: Gồm 5 dầm BTCT DƯL tiết diện chữ I/T dài $33\text{ m}$, chiều cao dầm $H_d = 1,6\text{ m}$, khoảng cách giữa các dầm chủ $s = 2,4\text{ m}$.
- Cấu tạo mặt cầu: Gồm 5 lớp với tổng chiều dày cấu tạo (bê tông asphalt $5\text{ cm}$, lớp bảo vệ $4\text{ cm}$, lớp phòng nước $1\text{ cm}$, lớp đệm xi măng $1\text{ cm}$, lớp tạo dốc ngang $1,0 - 1,2\text{ cm}$).
Bố trí phân đốt đúc hẫng nhịp liên tục Phương án 1:
[Khối K0 đỉnh trụ: 10m] + [4 đốt K1-K4: 4 x 3m] + [4 đốt K5-K8: 4 x 3.5m] + [2 đốt K9-K10: 2 x 4m] + [Đốt hợp long Khl: 2m] + [Đoạn đúc trên đà giáo: 7m]
- Kích thước kết cấu phần dưới:
- Mố cầu (M1, M2): Kết cấu mố nặng chữ U bằng BTCT có tường cánh ngược. Chiều dày tường cánh $0,5\text{ m}$, bệ mố dày $2,0\text{ m}$, rộng $6,0\text{ m}$, dài $11,0\text{ m}$. Móng mố sử dụng 6 cọc khoan nhồi đường kính $D = 1.200\text{ mm}$, chiều dài cọc $16,5\text{ m}$ cắm vào tầng chịu lực.
- Trụ cầu (T2, T3): Kết cấu trụ đặc BTCT, kích thước thân trụ rộng $3,0\text{ m}$ theo phương dọc cầu, $6,0\text{ m}$ theo phương ngang cầu, hai đầu vuốt tròn bán kính $R = 1,5\text{ m}$. Bệ móng trụ dày $2,0\text{ m}$, rộng $8,5\text{ m}$ (ngang cầu), dài $7,5\text{ m}$ (dọc cầu). Móng trụ gồm 8 cọc khoan nhồi đường kính $D = 1.200\text{ mm}$, chiều dài dự kiến $20,0\text{ m}$, mũi cọc ngàm vào tầng đá vôi ít nứt nẻ.
- Quy trình và biện pháp thi công:
- Thi công mố và trụ: San ủi mặt bằng, thi công cọc khoan nhồi đường kính $D = 1.200\text{ mm}$ bằng máy khoan tuần hoàn có dung dịch bentonite và hạ ống vách rung; đóng vòng vây cọc ván thép và xói hút bùn; đổ bê tông bịt đáy, gia công cốt thép và đổ bê tông bệ móng, thân mố trụ và xà mũ.
- Thi công kết cấu nhịp chính: Lắp dựng đà giáo mở rộng đỉnh trụ thi công khối K0 ($10\text{ m}$) và căng cáp DƯL neo vào thân trụ; lắp đặt xe đúc chạy trên ray để thi công đúc hẫng đối xứng các đốt dầm từ K1 đến K10; thi công đoạn dầm trên đà giáo gần mố; tiến hành cân chỉnh, lắp thanh chống tạm và căng DƯL tạm để hợp long nhịp biên, sau đó hợp long nhịp giữa ($2\text{ m}$); bơm vữa ống ghen, lắp đặt hoàn thiện gối dầm, khe co giãn, lớp phủ mặt cầu, hệ thống thoát nước và lan can bộ hành.
- Tính toán khối lượng và dự toán tổng mức đầu tư Phương án 1:
- Tổng thể tích bê tông phần đúc hẫng liên tục $V_{lt} = 1.639,5\text{ m}^3$, thể tích bê tông mố $V_{mố} = 264,8\text{ m}^3$, thể tích bê tông trụ $V_{trụ} = 251,5\text{ m}^3$.
- Tổng mức đầu tư xây dựng dự toán xác định cho Phương án 1 là 85.522.610.297 VNĐ. Đơn giá xây dựng bình quân trên $1\text{ m}^2$ mặt cầu đạt 24.220.507 VNĐ/m².
Bảng tổng hợp dự toán tổng mức đầu tư Phương án 1:
| TT | Hạng mục chi phí | Đơn vị tính | Khối lượng | Đơn giá (VNĐ) | Thành tiền (VNĐ) |
|---|---|---|---|---|---|
| I | Kết cấu phần trên | đ | 44.543.655.000 | ||
| 1 | Bê tông dầm liên tục 3 nhịp | $\text{m}^3$ | 2.367,144 | 15.000.000 | 35.507.160.000 |
| 2 | Bê tông dầm dẫn | $\text{m}^3$ | 480,20 | 15.000.000 | 7.203.000.000 |
| 3 | Bê tông asphalt mặt cầu | $\text{m}^3$ | 182,875 | 2.200.000 | 402.325.000 |
| 4 | Bê tông lan can | $\text{m}^3$ | 238,735 | 2.000.000 | 477.470.000 |
| 5 | Gối dầm giản đơn | Cái | 30 | 5.000.000 | 150.000.000 |
| 6 | Gối dầm liên tục | Cái | 8 | 5.000.000 | 40.000.000 |
| 7 | Khe co giãn | Khe | 48 | 3.000.000 | 144.000.000 |
| 8 | Lớp phòng nước | $\text{m}^2$ | 3.657,5 | 120.000 | 438.900.000 |
| 9 | Ống thoát nước | Ống | 32 | 150.000 | 4.800.000 |
| 10 | Cột đèn chiếu sáng | Cột | 14 | 14.000.000 | 196.000.000 |
| II | Kết cấu phần dưới | đ | 18.335.255.250 | ||
| 1 | Bê tông mố cầu | $\text{m}^3$ | 453,546 | 2.000.000 | 907.092.000 |
| 2 | Bê tông trụ cầu | $\text{m}^3$ | 1.857,174 | 2.000.000 | 3.714.348.000 |
| 3 | Cốt thép mố | Tấn | 33,072 | 15.000.000 | 496.080.000 |
| 4 | Cốt thép trụ | Tấn | 170,2 | 15.000.000 | 2.553.000.000 |
| 5 | Cọc khoan nhồi $D = 1,2\text{ m}$ | Mét dài | 1.902 | 5.000.000 | 9.510.000.000 |
| 6 | Công trình phụ trợ (15%) | % | 15 | 1.151.120.250 | |
| III | Đường hai đầu cầu | đ | 144.384.000 | ||
| 1 | Đắp đất nền đường | $\text{m}^3$ | 1.482 | 62.000 | 91.884.000 |
| 2 | Móng và mặt đường | $\text{m}^2$ | 350 | 150.000 | 52.500.000 |
| AI | Tổng giá trị xây lắp chính (I+II+III) | đ | 63.023.294.250 | ||
| AII | Giá trị xây lắp khác (15% AI) | đ | 15% AI | 9.453.494.138 | |
| A | Tổng giá trị dự toán xây lắp (AI+AII) | đ | 72.476.788.388 | ||
| B | Chi phí khác (10% A) | đ | 10% A | 7.247.678.839 | |
| C | Chi phí trượt giá (3% A) | đ | 3% A | 2.174.303.652 | |
| D | Chi phí dự phòng (5% A+B) | đ | 5% (A+B) | 3.623.839.419 | |
| T | TỔNG MỨC ĐẦU TƯ (A+B+C+D) | đ | 85.522.610.297 |
Chương II: Thiết kế sơ bộ PA II - Cầu dàn thép + dầm dẫn BTCT
Chương này trình bày phương án kết cấu đối chứng sử dụng kết cấu nhịp dàn thép vượt sông:
- Sơ đồ nhịp và cấu tạo kết cấu nhịp dàn thép:
- Sơ đồ nhịp bố trí: $4 \times 68\text{ m}$; tổng chiều dài toàn cầu tính đến đuôi dầm 2 mố đạt $L_{tc} = 275\text{ m}$ (chiều dài nhịp dàn $272\text{ m}$, thể hiện trên bản vẽ $273,75\text{ m}$).
- Cấu tạo dàn chủ: Loại dàn thép hệ tĩnh định có hai biên song song, đường xe chạy dưới. Nhịp dàn $68\text{ m}$ được chia thành 10 khoang giàn với chiều dài mỗi khoang $d = 6,8\text{ m}$. Góc nghiêng thanh giàn xiên so với phương ngang nằm trong khoảng $45^\circ - 60^\circ$ (thiết kế hợp lý từ $50^\circ - 55^\circ$). Chiều cao dàn chủ sơ bộ $h = 8,0 - 11,4\text{ m}$ (đảm bảo điều kiện chiều cao tĩnh không xe chạy trong lòng dàn $H = 4,5\text{ m}$ kết hợp chiều cao dầm ngang $h_{dng} = 1,0 - 1,2\text{ m}$, bề dày bản mặt cầu $h_{mc} = 0,2\text{ m}$, chiều cao cổng cầu $h_{cc} = 0,7\text{ m}$).
- Hệ dầm mặt cầu: Bố trí 5 dầm dọc đặt cách nhau $1,9\text{ m}$, chiều cao dầm dọc $h_{dd} = 0,65\text{ m}$. Bản bê tông cốt thép xe chạy kê tự do lên các dầm dọc. Đường bộ hành được bố trí phía ngoài dàn chủ. Hệ liên kết bao gồm liên kết dọc trên, liên kết dọc dưới và hệ liên kết ngang.
- Vật liệu thép sử dụng: Thép hợp kim thấp mác $10\Gamma 2CД$ (chiều dày bản thép dưới $32\text{ mm}$) có cường độ tính toán chịu lực dọc $R_0 = 2.700\text{ kg/cm}^2$, cường độ chịu uốn $R_u = 2.800\text{ kg/cm}^2$, cường độ tính toán tổng quát $R = 19.000\text{ T/m}^2$, dung trọng thép $\gamma = 7,85\text{ T/m}^3$. Trọng lượng bản thân 1 dàn chính (gồm dàn và liên kết) xác định theo công thức N. Ktoreletxki đạt $G_d = 2,121\text{ T/m}$.
- Cấu tạo kết cấu phần dưới:
- Mố cầu (M1, M2): Mố BTCT tường cánh ngược; bệ móng dày $2,0\text{ m}$, rộng $6,0\text{ m}$; móng gồm 6 cọc khoan nhồi $D = 1.200\text{ mm}$, chiều dài dự kiến $17,5\text{ m}$ cắm vào tầng sét pha cát/đá.
- Trụ cầu (T1, T2, T3): Phần trên thân trụ gồm 2 cột trụ tròn bằng BTCT đường kính $D = 2.000\text{ mm}$ đặt cách nhau $6,4\text{ m}$ theo phương ngang cầu. Phần dưới là thân trụ đặc dày $2,0\text{ m}$ (theo phương dọc) và rộng $8,6 - 9,8\text{ m}$ (theo phương ngang). Bệ trụ dày $2,0\text{ m}$, rộng $6,0\text{ m}$ (dọc) và $13,2\text{ m}$ (ngang). Móng trụ sử dụng cọc khoan nhồi $D = 1.200\text{ mm}$, chiều dài dự kiến $14,0\text{ m}$ ngàm vào tầng đá vôi ít nứt nẻ.
- Biện pháp thi công kết cấu nhịp dàn thép:
- Lắp dựng 4 khoang dàn đầu tiên của nhịp biên trên hệ đà giáo và trụ tạm để làm đối trọng; sử dụng hệ cáp neo chặt kết cấu vào mố và chêm chèn gối di động.
- Dùng cần cẩu chân cứng di chuyển trên đường ray trên mặt dàn để lắp hẫng các khoang giàn còn lại của nhịp vươn ra giữa sông.
- Đối với các nhịp tiếp theo: Neo kết cấu vào trụ, sử dụng các thanh liên kết tạm thời để liên tục hóa các nhịp trong quá trình lắp hẫng; sau khi hợp long nhịp giữa, tiến hành tháo dỡ liên kết tạm để chuyển thành sơ đồ nhịp giản đơn theo thiết kế; lắp dựng bản mặt cầu BTCT, thi công lớp phủ và hệ thống phụ trợ.
- Tính toán móng cọc khoan nhồi:
- Xác định sức kháng mũi danh định của cọc khoan nhồi ngàm đá theo Điều 10.5 tiêu chuẩn 22 TCN 272-05: với lõi đá có $q_u = 54\text{ MPa}$, khoảng cách nứt $S_d = 1.600\text{ mm}$, chiều rộng khe nứt $t_d = 5\text{ mm}$, hệ số sức kháng mũi cọc $\phi = 0,5$, sức chịu tải tính toán của cọc cắm vào đá đạt $Q_r = 1.090,2\text{ Tấn}$. Sức chịu tải theo vật liệu cọc bê tông $M350$ cốt thép $18\Phi 25$ ($A-III$) đảm bảo yêu cầu chịu lực. Số lượng cọc bố trí trong mố là 6 cọc và trong bệ trụ là 8 cọc.
Kết quả thiết kế và so sánh kỹ thuật - kinh tế
Đồ án đã hoàn thành việc lập và tính toán thiết kế sơ bộ cho 02 phương án kết cấu cầu vượt sông Kiến Giang, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật của quy trình 22 TCN 272-05 và khổ thông thuyền cấp IV.
Bảng so sánh tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật giữa 02 phương án:
| Chỉ tiêu kỹ thuật / kinh tế | Phương án 1 (Cầu dầm BTCT DƯL) | Phương án 2 (Cầu dàn thép) |
|---|---|---|
| Sơ đồ nhịp | $33 + 48 + 80 + 48 + 33\text{ m}$ (Liên tục + giản đơn) | $4 \times 68\text{ m}$ (Giản đơn liên tục hóa khi thi công) |
| Chiều dài toàn cầu ($L_{tc}$) | $275\text{ m}$ | $275\text{ m}$ |
| Vật liệu chủ đạo kết cấu nhịp | Bê tông cốt thép DƯL ($M350/M400$) | Thép hợp kim thấp $10\Gamma 2CД$, bản mặt cầu BTCT |
| Chiều cao kiến trúc dầm/dàn | Biến thiên parabol $2,0\text{ m} \div 5,0\text{ m}$ | Chiều cao dàn không đổi $8,0\text{ m} \div 11,4\text{ m}$ |
| Phương pháp thi công nhịp chính | Đúc hẫng cân bằng khối K0 đến K10 | Lắp hẫng bằng cẩu chân cứng trên đà giáo/trụ tạm |
| Kết cấu trụ cầu | Thân trụ đặc BTCT ($3\text{ m} \times 6\text{ m}$ vuốt tròn $R=1,5\text{ m}$) | Trụ 2 cột tròn $\Phi 2.000\text{ mm}$ trên thân đặc BTCT |
| Kết cấu móng mố / trụ | Cọc khoan nhồi $D = 1.200\text{ mm}$ (6 cọc/mố, 8 cọc/trụ) | Cọc khoan nhồi $D = 1.200\text{ mm}$ (6 cọc/mố, 8 cọc/trụ) |
| Tính thẩm mỹ & cảnh quan | Đường cong thanh thoát, khẩu độ nhịp chính lớn ($80\text{ m}$) | Kết cấu thanh mảnh dạng khung giàn, khẩu độ $68\text{ m}$ |
| Tổng mức đầu tư dự toán | 85.522.610.297 VNĐ (Suất đầu tư: $24,22\text{ tr.đ/m}^2$) | Chưa tổng hợp dự toán chi tiết trong thuyết minh |
Kết quả tính toán cho thấy Phương án 1 (cầu dầm hộp BTCT DƯL thi công đúc hẫng cân bằng) có ưu thế vượt trội về khẩu độ nhịp chính ($80\text{ m}$ so với $68\text{ m}$ của dàn thép), giúp mở rộng tối đa vùng thoát lũ và khổ thông thuyền trung tâm ($B = 50\text{ m}$), hạn chế cản trở dòng chảy mùa lũ sông Kiến Giang. Công nghệ đúc hẫng cân bằng và vật liệu BTCT DƯL hoàn toàn làm chủ được trong nước, chi phí duy tu bảo dưỡng định kỳ thấp hơn so với việc sơn bảo dưỡng chống rỉ cho kết cấu dàn thép trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa tại miền Trung.
Hạn chế và phạm vi hoàn thiện
Do tính chất của đồ án tốt nghiệp đại học và giới hạn thời gian thực hiện, tài liệu có một số phạm vi cần tiếp tục hoàn thiện ở các giai đoạn sau:
- Thuyết minh mới dừng lại ở bước thiết kế sơ bộ so sánh 02 phương án kết cấu; trong đó bảng dự toán chi tiết các hạng mục xây lắp mới được lập đầy đủ cho Phương án 1 (dầm hộp BTCT DƯL), chưa có bảng tổng hợp chi phí dự toán chi tiết cho Phương án 2 (dàn thép).
- Số liệu địa chất công trình dựa trên kết quả khảo sát sơ bộ tại 4 hố khoan thăm dò; cần khảo sát địa chất chi tiết hơn tại tim từng vị trí mố trụ chính khi triển khai thiết kế bản vẽ thi công.
- Các phân tích nội lực và biến dạng phức tạp (như hiệu ứng từ biến, co ngót theo thời gian của bê tông, hiệu ứng nhiệt độ và tính toán tải trọng động đất) cần được mô hình hóa chi tiết hơn trên các phần mềm phần tử hữu hạn chuyên dụng trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo học thuật và thực tiễn hữu ích đối với sinh viên chuyên ngành Xây dựng Cầu đường, Kỹ thuật Công trình Giao thông, Xây dựng Công trình Thủy bộ khi thực hiện đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp thiết kế cầu lớn:
- Cung cấp tài liệu mẫu về quy trình tính toán phân chia đốt đúc hẫng cân bằng, xác định phương trình đường cong parabol đáy dầm hộp và kích thước hình học dầm liên tục nhịp lớn ($33 + 48 + 80 + 48 + 33\text{ m}$).
- Hướng dẫn chi tiết phương pháp áp dụng tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 để tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính lớn ngàm vào tầng đá cứng chịu tải trọng tổ hợp đoàn xe HL-93.
- Minh họa phương pháp xác định trọng lượng dàn thép theo công thức N. Ktoreletxki và các bước lập tổng mức đầu tư, bóc tách khối lượng công trình cầu theo các quy định quản lý chi phí xây dựng.
Câu hỏi thường gặp
1. Công trình cầu trong đồ án được thiết kế vượt qua dòng sông nào và có đặc điểm thủy văn - dòng chảy gì đặc thù? Cầu được thiết kế vượt sông Kiến Giang thuộc huyện Lệ Thủy, tỉnh Quảng Bình. Đây là con sông dài 58 km chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc ("nghịch hà"), có mực nước lũ thiết kế cao nhất $\text{MNCN} = +13,7\text{ m}$, mực nước thông thuyền $\text{MNTT} = +4,0\text{ m}$, mực nước thấp nhất $\text{MNTN} = +1,0\text{ m}$ và khẩu độ thoát nước yêu cầu $L_0 = 230\text{ m}$.
2. Tiêu chuẩn thiết kế và tải trọng áp dụng trong đồ án là gì? Đồ án áp dụng Quy phạm thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22 TCN 272-05 của Bộ Giao thông Vận tải; hoạt tải thiết kế là đoàn xe tải tiêu chuẩn HL-93 kết hợp tải trọng người đi bộ $300\text{ kg/m}^2$ ($3\text{ kN/m}^2$); khổ cầu rộng $B = 9,0\text{ m}$ (phần xe chạy) $+ 2 \times 1,0\text{ m}$ (lề bộ hành).
3. Kết cấu nhịp chính và quy cách phân đốt đúc hẫng của Phương án 1 được bố trí như thế nào? Phương án 1 gồm dầm hộp BTCT DƯL liên tục 3 nhịp ($48 + 80 + 48\text{ m}$) kết hợp 2 nhịp dẫn ($33\text{ m}$); chiều cao dầm biến thiên parabol từ $5,0\text{ m}$ (tại trụ) về $2,0\text{ m}$ (giữa nhịp). Nhịp đúc hẫng gồm khối K0 dài $10\text{ m}$ trên đỉnh trụ, 9 đốt đúc hẫng mỗi bên (4 đốt K1-K4 dài $3\text{ m}$, 4 đốt K5-K8 dài $3,5\text{ m}$, 2 đốt K9-K10 dài $4\text{ m}$), đốt hợp long dài $2\text{ m}$ và đoạn dầm đúc trên đà giáo dài $7\text{ m}$.
4. Phương án 2 sử dụng loại vật liệu thép nào và sơ đồ kết cấu nhịp ra sao? Phương án 2 sử dụng kết cấu dàn thép tĩnh định 2 biên song song chạy dưới gồm 4 nhịp giản đơn liên tục hóa dài $68\text{ m}$ (tổng chiều dài $275\text{ m}$), mỗi nhịp chia thành 10 khoang ($d = 6,8\text{ m}$). Vật liệu sử dụng là thép hợp kim thấp mác $10\Gamma 2CД$ có cường độ tính toán chịu lực dọc $R_0 = 2.700\text{ kg/cm}^2$, chịu uốn $R_u = 2.800\text{ kg/cm}^2$ và cường độ tính toán chung $R = 19.000\text{ T/m}^2$.
5. Tổng mức đầu tư dự toán xác định cho công trình ở Phương án 1 là bao nhiêu? Tổng mức đầu tư xây dựng dự toán của Phương án 1 là 85.522.610.297 VNĐ; trong đó chi phí xây lắp chính (AI) là 63.023.294.250 VNĐ, tổng giá trị xây lắp (A) là 72.476.788.388 VNĐ, chi phí khác (B) là 7.247.678.839 VNĐ, chi phí trượt giá (C) là 2.174.303.652 VNĐ và chi phí dự phòng (D) là 3.623.839.419 VNĐ, tương đương đơn giá $24.220.507\text{ VNĐ/m}^2$ cầu.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng Cầu đường của tác giả Uông Ngọc Anh đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật sơ bộ cho công trình cầu vĩnh cửu vượt sông Kiến Giang tại huyện Lệ Thủy, tỉnh Quảng Bình. Thông qua việc phân tích toàn diện các yếu tố địa hình, thủy văn, địa chất và kinh tế - xã hội khu vực, tác giả đã đề xuất và tính toán so sánh chi tiết giữa phương án cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực đúc hẫng cân bằng ($33 + 48 + 80 + 48 + 33\text{ m}$) và phương án cầu dàn thép ($4 \times 68\text{ m}$) theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05. Kết quả tính toán kết cấu mố trụ, nền móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng đá cùng bảng dự toán tổng mức đầu tư 85,52 tỷ đồng cho Phương án 1 đã cung cấp cơ sở kỹ thuật - kinh tế rõ ràng, có giá trị thực tiễn và tính ứng dụng cao cho việc nghiên cứu phát triển hạ tầng giao thông khu vực.