Khoá Luận Tốt Nghiệp: Thiết Kế Cầu Kim Tân Tại Huyện Thạch Thành, Thanh Hóa

Khóa luận tốt nghiệp thiết kế cầu Kim Tân, huyện Thạch Thành, Thanh Hóa, phân tích kỹ thuật, quy trình thi công và giải pháp tối ưu cho công trình giao thông.

• Tác giả: Trần Hoàng Hiệp
• Người hướng dẫn: Th.S Bùi Ngọc Dung
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Xây Dựng Cầu Đường
• Đề tài: Thiết Kế Cầu Kim Tân – Huyện Thạch Thành – Thanh Hóa
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN I: THIẾT KẾ CƠ SỞ
• 1.1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU KIM TÂN - THANH HÓA
• 1.1.1. Quy hoạch tổng thể xây dựng phát triển huyện Thạch Thành, Thanh Hóa:
• 1.1.2. Vị trí địa lý chính trị:
• 1.1.3. Dân số, đất đai và định hướng phát triển:
• 1.1.4. Thực trạng và xu hướng phát triển mạng lưới giao thông:
• 1.1.4.1. Thực trạng giao thông:
• 1.1.4.2. Xu hướng phát triển:
• 1.1.5. Nhu cầu vận tải qua sông Cấm:
• 1.1.6. Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng cầu Kim Tân:
• 1.1.7. Đặc điểm tự nhiên nơi xây dựng cầu:
• 1.1.7.1. Địa hình:
• 1.1.7.2. Khí hậu:
• 1.1.7.3. Thủy văn:
• 1.1.7.4. Địa chất:
• 1.1.8. Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu:
• 1.1.9. Các chỉ tiêu kỹ thuật để thiết kế cầu và giải pháp kết cấu:
• 1.1.9.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật:
• 1.1.9.2. Giải pháp kết cấu:
• 1.1.10. Đề xuất các phương án sơ bộ:
• 1.1.11. Kết cấu nhịp cầu giản đơn cầu dầm chữ I
• 1.1.12. Lựa chọn kết cấu phần trên:
• 1.1.13. Lựa chọn kết cấu phần dưới:
• 1.1.14. Hệ mặt cầu và các kết cấu khác:
• 1.1.15. Vật liệu sử dụng cho kết cấu:
• 1.1.16. Kết cấu nhịp cầu dầm thép bê tông liên hợp
• 1.1.17. Lựa chọn kết cấu phần trên:
• 1.1.18. Lựa chọn kết cấu phần dưới:
• 1.1.19. Hệ mặt cầu và các kết cấu khác:
• 1.1.20. Vật liệu sử dụng cho kết cấu:
• 1.2. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SƠ BỘ KHỐI LƯỢNG CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ LẬP TỔNG MỨC ĐẦU TƯ
• 1.2.1. Phương án I: Cầu dầm nhịp giản BTCT ƯST liên hợp tiết diện chữ I
• 1.2.1.1. Mặt cắt ngang và sơ đổ nhịp:
• 1.2.1.2. Tính toán sơ bộ khối lượng kết cấu nhịp
• 1.2.1.3. Tổ hợp nội lực theo các TTGH:
• 1.2.1.4. Tĩnh tải:
• 1.2.1.5. Khối lượng mố, trụ cầu:
• 1.2.1.6. Khối lượng mố cầu:
• 1.2.1.7. Khối lượng trụ:
• 1.2.1.8. Tính toán số lượng cọc trong bệ mố, trụ:
• 1.2.1.9. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc:
• 1.2.1.10. Vật liệu:
• 1.2.1.11. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
• 1.2.1.12. Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

Tóm tắt

I. Giới thiệu về dự án cầu Kim Tân

Dự án Thiết kế cầu Kim Tân nằm trong quy hoạch phát triển hạ tầng giao thông của huyện Thạch Thành, tỉnh Thanh Hóa. Cầu Kim Tân bắc qua sông Bưởi, kết nối với Quốc lộ 45, là một trong những tuyến đường quan trọng giúp thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương. Việc xây dựng cầu mới là cần thiết để đáp ứng nhu cầu giao thông ngày càng tăng, đặc biệt là trong bối cảnh mật độ dân số và hoạt động kinh tế tại khu vực này đang gia tăng. Theo quy hoạch, cầu Kim Tân sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các trung tâm kinh tế và tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển hàng hóa.

1.1. Vị trí địa lý và tầm quan trọng

Cầu Kim Tân được xây dựng tại vị trí chiến lược, cách trung tâm huyện khoảng 3 km. Khu vực này có mật độ dân số cao và nhiều hoạt động kinh doanh đa dạng. Việc xây dựng cầu sẽ không chỉ cải thiện giao thông mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế, tạo điều kiện cho các ngành công nghiệp và dịch vụ phát triển. Cầu Kim Tân sẽ là mạch máu giao thông quan trọng, góp phần vào sự phát triển bền vững của huyện Thạch Thành.

II. Phân tích kỹ thuật và thiết kế cầu

Thiết kế cầu Kim Tân được thực hiện dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, bao gồm TCN 272-05. Các chỉ tiêu kỹ thuật như tải trọng, khẩu độ cầu và độ dốc ngang được xác định rõ ràng. Cầu được thiết kế với khẩu độ 144m, đảm bảo khả năng thông thuyền và đáp ứng nhu cầu vận tải. Giải pháp kết cấu được đưa ra bao gồm cầu dầm thép và bê tông liên hợp, nhằm tối ưu hóa tính năng kỹ thuật và mỹ quan của công trình. Việc lựa chọn vật liệu xây dựng cũng được chú trọng, đảm bảo chất lượng và độ bền cho công trình.

2.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật

Các chỉ tiêu kỹ thuật cho cầu Kim Tân bao gồm tải trọng HL-93 và tải trọng người 300daN/m2. Khổ cầu được thiết kế rộng 12m, với độ dốc ngang 2%. Việc tính toán và thiết kế cầu dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng. Các giải pháp kết cấu như móng cọc khoan nhồi và kết cấu mố chữ U được lựa chọn để phù hợp với điều kiện địa chất và thủy văn của khu vực.

III. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn

Dự án Thiết kế cầu Kim Tân không chỉ mang lại lợi ích về giao thông mà còn có ý nghĩa lớn trong việc phát triển kinh tế xã hội của huyện Thạch Thành. Cầu sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển hàng hóa, giảm thiểu thời gian di chuyển và chi phí logistics. Hơn nữa, việc xây dựng cầu mới còn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân địa phương. Dự án này cũng là một minh chứng cho sự phát triển bền vững trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng giao thông tại tỉnh Thanh Hóa.

3.1. Tác động đến phát triển kinh tế

Cầu Kim Tân sẽ thúc đẩy sự phát triển của các ngành kinh tế tại địa phương, đặc biệt là ngành công nghiệp và dịch vụ. Việc cải thiện hạ tầng giao thông sẽ tạo ra nhiều cơ hội việc làm và nâng cao thu nhập cho người dân. Hơn nữa, cầu sẽ giúp kết nối các khu vực kinh tế, tạo điều kiện cho việc giao lưu và hợp tác giữa các tỉnh thành, từ đó góp phần vào sự phát triển chung của tỉnh Thanh Hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CẦU KIM TÂN- THANH HÓA 1. Quy hoạch tổng thể xây dựng phát triển huyện Thạch Thành,Thanh Hóa: 1. Vị trí địa lý chính trị: Cầu Kim Tân bắc qua sông Bưởi thuộc địa phận tỉnh Thanh Hóa. Công trình cầu Kim Tân dẫn đến Quốc lộ 45, tuyến đường là một trong những cửa ngõ quan trọng nối liền các trung tâm kinh tế của huyện Thạch Thành.

Khu vực xây dựng cầu là vùng đồng bằng, bờ sông rộng và bằng phẳng, dân cư tương đối đông. Dân số, đất đai và định hướng phát triển : Công trình cầu nằm cách trung tâm huyện 3km nên dân cư ở đây sinh sống tăng nhiều trong một vài năm gần đây, mật độ dân số tương đối cao, phân bố dân cư đồng đều. Dân cư sống bằng nhiều nghề nghiệp rất đa dạng như buôn bán, kinh doanh. Thực trạng và xu hướng phát triển mạng lưới giao thông : 1.

Thực trạng giao thông : Cầu Kim Tân đã được xây dựng từ rất lâu dưới tác động của môi trường, do đó nó không thể đáp ứng được các yêu cầu cho giao thông với lưu lượng xe cộ ngày càng tăng. Tuyến đường hai bên cầu đã được nâng cấp, do đó lưu lượng xe chạy qua cầu bị hạn chế đáng kể. Xu hướng phát triển : Trong chiến lược phát triển kinh tế của tỉnh vấn đề đặt ra đầu tiên là xây dựng một cơ sở hạ tầng vững chắc trong đó ưu tiên hàng đầu cho hệ thống giao thông. Nhu cầu vận tải qua sông Cấm: Theo định hướng phát triển kinh tế của tỉnh thì trong một vài năm tới lưu lượng xe chạy qua vùng này sẽ tăng đáng kể.

Nhu cầu cung cấp và vận chuyển hàng hóa qua Quốc lộ 45 ngày càng tăng. Sự cần thiết phải đầu tư xây dựng cầu Kim Tân: Qua quy hoạch tổng thể xây dựng và phát triển của tỉnh và nhu cầu vận tải qua sông Bưởi nên việc xây dựng cầu mới là rất cần thiết. Cầu mới sẽ đáp ứng được nhu cầu giao thông ngày càng cao của địa phương. Từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho các ngành kinh tế phát triển đặc biệt là các ngành công nghiệp.

Cầu Kim Tân nằm trên tuyến quy hoạch mạng lưới giao thông quan trọng của Sinh Viên: Trần Hoàng Hiệp Trang: 5 THIẾT KẾ CẦU KIM TÂN-HUYỆN THẠCH THÀNH-THANH HÓA huyện Thạch Thành. Nó cũng là cửa ngõ, là mạch máu giao thông quan trọng giữa các tỉnh trên Quốc lộ 45, góp phần vào việc giao lưu và phát triển kinh tế, văn hóa xã hội của tỉnh. Về kinh tế: Phục vụ vận tải sản phẩm hàng hóa, nguyên vật liệu, vật tư qua lại giữa hai khu vực, là nơi giao thông hàng hóa trong tỉnh. Do tầm quan trọng như trên, nên việc cần thiết phải xây dựng cầu mới là cần thiết và cấp bách nằm trong quy hoạch phát triển kinh tế chung của tỉnh.

Đặc điểm tự nhiên nơi xây dựng cầu : 1. Địa hình : Khu vực xây dựng cầu nằm trong vùng đồng bằng, hai bên bờ sông tương đối bằng phẳng rất thuận tiện cho việc vận chuyển vật liệu, máy móc thi công cũng như việc tổ chức xây dựng cầu. Khí hậu : Khu vực xây dựng cầu có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Thời tiết phân chia rõ rệt theo mùa, lượng mưa tập trung từ tháng 7 đến tháng 2 năm sau.

Ngoài ra ở đây còn chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa đông bắc vào những tháng mưa, độ ẩm ở đây tương đối cao do gần biển. Thủy văn : Các số liệu đo đạc thủy văn cho thấy chế độ thủy văn ở khu vực này ổn định, mực nước chênh lệch giữa hai mùa: mùa mưa và mùa khô là tương đối lớn, sau nhiều năm khảo sát đo đạc ta xác định được: MNCN: 18,60m MNTT: 16,50m MNTN: 14,30m 1. Địa chất: Trong quá trình khảo sát đã tiến hành khoan thăm dò địa chất và xác định được các lớp địa chất như sau: Lớp 1: Sét có độ sệt Lớp 2: Cát pha sét hạt nhỏ Lớp 3: Cát hạt nhỏ chặt Với địa chất khu vực như trên, xây dựng cầu ta dùng móng cọc khoan nhồi ma sát và chống vào lớp cát nhỏ chặt.5 Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu : -Vật liệu đá: Đá được vận chuyển đến vị trí thi công bằng đường bộ một cách thuận tiện. Đá ở đây đảm bảo cường độ và kích cỡ để phục vụ tốt cho việc xây dựng cầu.

Sinh Viên: Trần Hoàng Hiệp Trang: 6 THIẾT KẾ CẦU KIM TÂN-HUYỆN THẠCH THÀNH-THANH HÓA -Vật liệu cát: cát dùng để xây dựng được khai thác gần vị trí thi công, đảm bảo độ sạch, cường độ và số lượng. -Vật liệu thép: sử dụng các loại thép trong nước như thép Thái Nguyên,. hoặc các loại thép liên doanh như thép Việt-Nhật, Việt-Úc.Nguồn thép được lấy tại các đại lý lớn ở các khu vực lân cận. -Xi măng: hiện nay các nhà máy xi măng đều được xây dựng ở các tỉnh thành luôn đáp ứng nhu cầu phục vụ xây dựng.

Vì vậy, vấn đề cung cấp xi măng cho các công trình xây dựng rất thuận lợi, luôn đảm bảo chất lượng và số lượng mà yêu cầu công trình đặt ra. -Thiết bị và công nghệ thi công: để hòa nhập với sự phát triển của xã hội cũng như sự cạnh tranh theo cơ chế thị trường thời mở cửa, các công ty xây dựng công trình giao thông đều mạnh dạn cơ giới hóa thi công, trang bị cho mình máy móc thiết bị và công nghệ thi công hiện đại nhất đáp ứng các yêu cầu xây dựng công trình cầu. -Nhân lực và máy móc thi công: hiện nay trong tỉnh có nhiều công ty xây dựng cầu đường có kinh nghiệm trong thi công. Về biên chế tổ chức thi công các đội xây dựng cầu khá hoàn chỉnh và đồng bộ.

Cán bộ có trình độ tổ chức và quản lí, nắm vững về kỹ thuật, công nhân có tay nghề cao, có ý thức trách nhiệm cao. Các đội thi công được trang bị máy móc thiết bị tương đối đầy đủ. Nhìn chung về vật liệu xây dựng, nhân lực, máy móc thiết bị thi công, tình hình an ninh tại địa phương khá thuận lợi cho việc thi công đảm bảo tiến độ đã đề ra.  Các chỉ tiêu kỹ thuật để thiết kế cầu và giải pháp kết cấu : a) Các chỉ tiêu kỹ thuật:  Việc tính toán và thiết kế cầu dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật sau:  Tiêu chuẩn thiết kế : TCN 272-05.

 Quy mô xây dựng: vĩnh cửu.  Tải trọng : đoàn xe HL-93 và đoàn người 300daN/m2  Khổ cầu : B = 9 + 2xl + 2x0,5 (m)  Khẩu độ cầu : L0=144 (m)  Độ dốc ngang : 2%.  Sông thông thuyền cấp : V b) Giải pháp kết cấu : Với những điều kiện được trình bày như trên tôi đưa ra giãi pháp kết cấu như sau: Nguyên tắc chung: Đảm bảo mọi chỉ tiêu kỹ thuật đã được duyệt. Kết cấu phải phù hợp với khả năng và thiết bị của các đơn vị thi công.

Sinh Viên: Trần Hoàng Hiệp Trang: 7 THIẾT KẾ CẦU KIM TÂN-HUYỆN THẠCH THÀNH-THANH HÓA Ưu tiên sử dụng các công nghệ mới tiên tiến nhằm tăng chất lượng công trình, tăng tính thẩm mỹ. Quá trình khai thác an toàn và thuận tiện và kinh tế. Giải pháp kết cấu công trình: ♦♦♦ Kết cấu phần trên: Đưa ra giải pháp nhịp lớn kết cấu liên tục, cầu dầm thép nhằm tạo mỹ quan cho công trình và giảm số lượng trụ, bên cạnh đó cũng đưa ra giải pháp giản đơn kết cấu ƯST để so sánh chọn phương án. ♦♦♦ Kết cấu phần dưới: Móng cọc khoan nhồi.

Kết cấu mố chọn loại mố chữ U tường mỏng. Kết cấu trụ dùng trụ đặc thân hẹp.7 Đề xuất các phương án sơ bộ: Từ các chỉ tiêu kỹ thuật, điều kiện địa chất, điều kiện thủy văn, khí hậu, căn cứ vào khẩu độ cầu. Như trên ta có thể đề xuất các loại kết cấu như sau: Phương án 1: Cầu giản đơn liên hợp tiết diện chữ I Phương án 2: Cầu dầm thép nhịp giản đơn bê tông liên hợp bản BTCT 1.8 Kết cấu nhịp cầu giản đơn cầu dầm chữ I Sơ đổ kết cấu nhịp : 4x38 (m) Nhịp dầm thiết kế : 38 (m) Nhịp dầm tính toán : 37,40 (m)  Lựa chọn kết cấu phần trên : Kết cấu : Dầm giản đơn chữ I, bằng BTCT dự ứng lực Mặt cắt ngang : Gổm 5 dầm chữ I đúc sẵn,căng trước Chiều cao dầm thiết kế là 1,75m, đúc trước Khoảng cách giữa 2 dầm là 2,4m, dốc ngang mặt đường là 2% về 2 phía Tổng bề rộng cầu : B = 9 + 2x1,0 + 2x0,5 = 12 (m)  Lựa chọn kết cấu phần dưới :  Cấu tạo Trụ : Trụ đặc thân hẹp bằng vật liệu BTCT thường đặt trên móng cọc khoan nhổi có đường kính cọc ∅ = 1m. Thân trụ rộng 1,6m theo phương dọc cầu và 6,5m theo phương ngang cầu và được vuốt tròn 2 đầu theo đường tròn bán kính R = 0,8m.

Bệ móng cao 2m, rộng 5m theo phương dọc cầu và 8m theo phương ngang cầu dự kiến sử dụng móng cọc đài thấp. Móng cọc sử dụng cọc khoan nhồi đường kính cọc ∅ = 1m dự kiến chiều sâu chôn cọc khoảng 25m.  Cấu tạo Mố : Dạng mố nặng chữ U có tường cánh ngược bằng vật liệu BTCT. Sinh Viên: Trần Hoàng Hiệp Trang: 8 THIẾT KẾ CẦU KIM TÂN-HUYỆN THẠCH THÀNH-THANH HÓA Bệ móng mố dày 2m, rộng 5m theo phương dọc cầu và 13m theo phương ngang cầu.

Bệ móng được đặt dưới lớp đất phủ. Móng cọc sử dụng cọc khoan nhồi đường kính cọc ∅ = 1m dự kiến chiều dài chôn cọc khoảng 20m.  Hệ mặt cầu và các kết cấu khác : Độ dốc ngang cầu là 2% về 2 phía. Bản mặt cầu đổ tại chỗ dày 20 cm, bản liên tục đổ tại chỗ.

Lớp phủ mặt cầu gồm các lớp :  Lớp bê tông Asfan : 75mm  Lớp phòng nước : 4mm  Mui luyện : 35mm  Khe co giãn bằng cao su  Gối cầu bằng cao su lõi thép chế tạo sẵn  Lan can cầu bằng BTCT  Cột đèn chiếu sáng và hệ thống thoát nước sử dụng bằng vật liệu gang.  Vật liệu sử dụng cho kết cấu :  Bê tông -Bê tông dầm chủ mác M500 -Bê tông mố, trụ mác M300 -Vữa xi măng phun trong ống gen mác M150  Cốt thép -Lấy theo tiêu chuẩn TCN 272 - 05 của bộ GTVT -Thép cường độ cao sử dụng loại tao thép có đường kính D = 15,2 cm -Gồm 7 sợi ∅ 5mm, A = 140 (mm2) -Môđun đàn hồi E = 197000 (MPA) -Cốt thép thường dùng chọn AI và thép có gờ AIII.