Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài "Thiết kế cầu Phước Kiển với dầm I BTCT nhịp 30m" được thực hiện bởi sinh viên Lê Chí Diễn (MSSV: 17127006), dưới sự hướng dẫn của TS. Đỗ Tiến Thọ và phản biện của TS. Nguyễn Huỳnh Tấn Tài, thuộc Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 8 năm 2022).

Công trình cầu Phước Kiển được quy hoạch vượt qua rạch Long Kiểng, kết nối hai xã Phước Kiển và Nhơn Đức thuộc huyện Nhà Bè, Thành phố Hồ Chí Minh. Việc nghiên cứu và thiết kế mới cây cầu xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nhằm đáp ứng lưu lượng vận tải đường bộ ngày càng tăng, giải tỏa tình trạng ách tắc giao thông thủy trên tuyến rạch, đồng thời từng bước hoàn chỉnh mạng lưới hạ tầng giao thông khu vực phía Nam thành phố.

Mục tiêu cốt lõi của đồ án là lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình cầu vĩnh cửu vượt sông bằng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL). Để đạt được mục tiêu trên, tác giả đã xác định các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Thu thập, tổng hợp và phân tích các điều kiện tự nhiên, khí tượng thủy văn và đặc điểm 5 lớp địa tầng công trình tại vị trí xây dựng;
  2. Phân tích, so sánh các phương án kết cấu nhịp (dầm I, dầm T, dầm Super T) để lựa chọn giải pháp dầm I BTCT DƯL căng sau tối ưu;
  3. Xác định quy mô công trình, thiết kế bình đồ, trắc dọc và bố trí chung toàn cầu;
  4. Tính toán chi tiết các bộ phận kết cấu phụ trợ gồm hệ thống lan can (cấp TL-4), bệ đỡ, bu lông neo và tấm đan lề bộ hành;
  5. Ứng dụng phương pháp dải bản tương đương để xác định nội lực, thiết kế cốt thép và kiểm toán nứt cho bản mặt cầu;
  6. Mô hình hóa, phân tích nội lực tĩnh tải, hoạt tải và tính toán cốt thép cho hệ dầm ngang;
  7. Tính toán các đặc trưng hình học tiết diện, xác định hệ số phân bố ngang cho dầm trong và dầm biên;
  8. Phân tích nội lực dầm chủ dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải HL-93, lập bảng tổ hợp nội lực tại các mặt cắt kiểm toán;
  9. Đề xuất quy trình thiết kế dầm chủ, bản liên tục nhiệt và lập biện pháp tổ chức thi công công trình.

Phạm vi nghiên cứu của đồ án giới hạn tại vị trí vượt rạch Long Kiểng (huyện Nhà Bè, TP.HCM), áp dụng sơ đồ kết cấu nhịp giản đơn 3 x 30m với tải trọng hoạt tải tiêu chuẩn HL-93 theo các quy chuẩn hiện hành của Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án được triển khai dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng công trình giao thông hiện hành tại Việt Nam:

  • Tiêu chuẩn thiết kế cầu: TCVN 11823:2017 (áp dụng triết lý thiết kế theo các trạng thái giới hạn: Cường độ, Sử dụng, Mỏi và Đặc biệt);
  • Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô: TCVN 4054:2005 (xác định cấp đường, vận tốc thiết kế và các chỉ tiêu hình học trắc dọc, bán kính đường cong);
  • Tiêu chuẩn thiết kế nền móng: TCVN 9153:2012 và TCVN 9362:2012;
  • Quy chuẩn kiểm toán liên quan: 22TCN 272-05 (kiểm toán cấu kiện chữ I và giới hạn cốt thép) và 22TCN 211-05 (kiểm toán sức kháng bu lông liên kết);
  • Tiêu chuẩn vật liệu cáp dự ứng lực: ASTM A416 (cáp 7 sợi độ chùng thấp).

Về phương pháp tính toán và xử lý số liệu:

  • Phương pháp dải bản tương đương (Equivalent Strip Method): Áp dụng theo quy định của TCVN 11823:2017 để mô hình hóa bản mặt cầu thành dải bản ngang liên tục tựa trên các gối tựa cứng (dầm chủ), chia thành sơ đồ bản côngxôn (phần hẫng) và dải bản dầm liên tục phía trong;
  • Phương pháp giải tích và đòn bẩy: Xác định hệ số phân bố ngang (HSPBN) cho dầm trong dựa trên công thức tham số độ cứng dọc ($K_g$), và dầm biên thông qua quy tắc đòn bẩy;
  • Phương pháp đường ảnh hưởng: Dùng để xếp các đoàn xe hoạt tải HL-93 (xe tải thiết kế 3 trục, xe hai trục và tải trọng làn 9,3 kN/m) nhằm tìm kiếm giá trị nội lực uốn ($M$) và lực cắt ($Q$) lớn nhất tại các phân đoạn $0$, $L/8$, $L/4$, $3L/8$, $L/2$;
  • Công cụ kỹ thuật: Đồ án sử dụng phần mềm chuyên dụng MIDAS Civil 2011 để phân tích, kiểm tra mô hình kết cấu dầm chủ và phần mềm Twinmotion để thiết lập phối cảnh 3D công trình.

Nguồn dữ liệu tính toán được thu thập trực tiếp từ tài liệu khảo sát địa chất thực địa (gồm 5 lớp đất đá), số liệu quan trắc khí tượng thủy văn khu vực Nhà Bè và các bảng tra cứu hệ số tải trọng trong TCVN 11823:2017.

Giải pháp thiết kế và tổ chức thi công

1. Quy mô kỹ thuật và kết cấu công trình

Công trình cầu Phước Kiển được thiết kế là cầu vĩnh cửu với niên hạn sử dụng trên 100 năm:

  • Cấp đường thiết kế: Đường cấp IV đồng bằng, vận tốc thiết kế $V = 60\text{ km/h}$;
  • Tải trọng thiết kế: Hoạt tải HL-93; hoạt tải đoàn người đi bộ $3\text{ kN/m}^2$;
  • Tần suất lũ thiết kế: $H_{1%}$; Khổ thông thuyền đường thủy cấp III ($B \times H = 50\text{m} \times 6\text{m}$);
  • Trắc dọc và bình đồ: Cầu nằm trong đường cong đứng lồi bán kính $R = 4000\text{ m}$, độ dốc dọc $i_d = 4%$, độ dốc ngang mặt cầu $i_n = 2%$;
  • Sơ đồ nhịp: Gồm 3 nhịp giản đơn $3 \times 30\text{ m}$; chiều dài toàn dầm $L_{\text{nhịp}} = 30,5\text{ m}$, chiều dài tính toán nhịp $L_{tt} = 30,0\text{ m}$ (khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối $a = 0,3\text{ m}$);
  • Mặt cắt ngang cầu: Bề rộng phần xe chạy $B_{\text{xechay}} = 16,0\text{ m}$ (2 làn xe thiết kế); hai bên lề bộ hành mỗi bên rộng $1,5\text{ m}$; gờ lan can rộng $0,3\text{ m}$; tổng bề rộng toàn cầu $B_{\text{cau}} = 19,5\text{ m}$;
  • Kết cấu nhịp: Mặt cắt ngang bố trí 10 dầm chủ BTCT DƯL tiết diện chữ I căng sau, chiều cao dầm $H = 1,5\text{ m}$, khoảng cách tim dầm $S = 2,0\text{ m}$, chiều dài bản hẫng $0,75\text{ m}$. Bố trí 5 dầm ngang bằng BTCT thường có chiều cao $H_{ng} = 1,32\text{ m}$, bề rộng $b = 200\text{ mm}$, khoảng cách giữa các dầm ngang $L_{ng} = 7,35\text{ m}$. Bản mặt cầu bằng bê tông đổ tại chỗ dày $t_s = 200\text{ mm}$, lớp phủ bê tông nhựa dày $75\text{ mm}$ và lớp phòng nước dày $5\text{ mm}$;
  • Kết cấu phần dưới: Mố cầu dạng mố đặc chữ U bằng BTCT không dự ứng lực; trụ cầu dạng trụ đặc thân hẹp bằng BTCT.

2. Chỉ tiêu cơ lý vật liệu

  • Bê tông: Dầm chủ đạt cường độ nén tuổi 28 ngày $f'_c = 45\text{ MPa}$; bản mặt cầu và dầm ngang đạt $f'_c = 30\text{ MPa}$ (mô đun đàn hồi $E_b = 29.440\text{ MPa}$); bê tông lề bộ hành đạt $f'_c = 40\text{ MPa}$; bê tông bệ lan can đạt $f'_c = 25\text{ MPa}$; trọng lượng riêng bê tông $\gamma_c = 25\text{ kN/m}^3$;
  • Cáp dự ứng lực: Tiêu chuẩn ASTM A416, cường độ chịu kéo danh định $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, giới hạn chảy $f_{py} = 1674\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_p = 197.000\text{ MPa}$;
  • Cốt thép thường: Cốt thép AII có giới hạn chảy $f_y = 250\text{ MPa}$ (hoặc $280\text{ MPa}$ tùy cấu kiện), mô đun đàn hồi $E_s = 200.000\text{ MPa}$.

3. Giải pháp tổ chức thi công

  • Kết cấu nhịp: Dầm chữ I được đúc sẵn tại bãi đúc trên bờ, thực hiện căng kéo cáp dự ứng lực sau khi bê tông đạt cường độ yêu cầu, sau đó vận chuyển và lao lắp dầm bằng phương pháp lắp ghép; đổ bê tông mối nối dầm ngang và bản mặt cầu tại chỗ;
  • Kết cấu phần dưới: Lòng rạch Long Kiểng có bề rộng và độ sâu đủ điều kiện để bố trí thiết bị nổi trên xà lan (cần cẩu sức nâng lớn, máy khoan cọc). Thi công kết cấu ngập nước sử dụng hệ cọc ván thép kết hợp thùng chụp. Tiến độ thi công lưu ý giai đoạn từ tháng 8 đến tháng 11 có mưa lớn và lũ, cần bố trí phao tiêu, trạm điều tiết nhằm đảm bảo an toàn giao thông đường thủy.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Địa chất và giải pháp thiết kế

Chương I: Quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật

Chương này xác định toàn bộ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật, cấp tải trọng thiết kế và các nguyên tắc cấu tạo công trình. Đồ án áp dụng hoạt tải HL-93 kết hợp hệ số xung kích $IM = 1,33$ ($33%$) cho xe tải, tải trọng bộ hành $3\text{ kN/m}^2$, hệ số tĩnh tải $DC = DW = 1,1$ (giai đoạn sơ bộ), hệ số hoạt tải $LL = 1,75$. Sông thông thuyền cấp III với tĩnh không thông thuyền $50 \times 6\text{ m}$, tần suất lũ thiết kế $H_{1%}$.

Chương II: Đặc điểm tự nhiên khu vực xây dựng

Tác giả tổng hợp điều kiện khí hậu, thủy văn và địa chất thực tế tại khu vực huyện Nhà Bè. Địa tầng công trình được phân chia từ trên xuống dưới gồm 5 lớp chính:

  • Lớp 1: Bùn hữu cơ lẫn cát, xám xanh đen, trạng thái chảy;
  • Lớp 2: Cát pha sét, màu vàng, kết cấu rời rạc;
  • Lớp 3: Cát pha sét, bụi, màu nâu vàng, kết cấu chặt vừa;
  • Lớp 3a: Sét gầy có sạn sỏi TA, màu vàng, trạng thái dẻo cứng;
  • Lớp 3b: Cát pha sét, bụi nâu vàng, kết cấu chặt vừa;
  • Lớp 4: Sét gầy, màu nâu - xám trắng, trạng thái cứng.

Đặc trưng thủy văn ghi nhận: Mực nước cao nhất $+29,0\text{ m}$, mực nước thông thuyền $+26,0\text{ m}$, mực nước thấp nhất $+23,0\text{ m}$. Khí hậu nhiệt đới gió mùa có nhiệt độ trung bình $27^\circ\text{C}$, cao nhất $38^\circ\text{C}$; thời gian từ tháng 2 đến tháng 9 thuận lợi cho thi công, tháng 8 đến tháng 11 có mưa lũ bất lợi.

Chương III: Giải pháp thiết kế

Trình bày cơ sở lựa chọn tuyến, vạch trắc dọc cầu trên đường cong đứng lồi $R = 4000\text{ m}$, dốc dọc $4%$, dốc ngang $2%$. Đưa ra các công thức xác định cao độ đáy dầm (khống chế bởi mực nước cao nhất cộng tĩnh không $1\text{ m}$ hoặc mực nước thông thuyền cộng chiều cao thông thuyền), cao độ xà mũ và đỉnh bệ mố trụ. Xác định sơ đồ cầu gồm 3 nhịp dầm giản đơn $3 \times 30\text{ m}$.

Phần II: Thiết kế kỹ thuật

Chương I: Sơ bộ dầm chủ

Chương này thực hiện so sánh kỹ thuật - kinh tế giữa 3 dạng kết cấu nhịp phổ biến: dầm chữ I, dầm chữ T và dầm Super T:

  • Dầm I: Trọng lượng lắp ghép nhẹ hơn dầm T cùng nhịp, tiết diện đối xứng giúp ổn định trong vận chuyển và lao lắp; bản mặt cầu đổ tại chỗ tạo tính toàn khối và phân bố tải trọng ngang tốt. Nhược điểm là phụ thuộc thời tiết khi đổ bê tông bản mặt cầu;
  • Dầm T: Lắp ghép nhanh nhưng tiết diện không đối xứng, dễ mất ổn định khi sàng dầm;
  • Dầm Super T: Độ cứng uốn và xoắn vượt trội nhưng đòi hỏi bệ căng trước tốn kém, vách dầm mỏng và cấu tạo cốt thép đầu dầm phức tạp.

Từ đó, tác giả lựa chọn dầm I BTCT DƯL căng sau làm phương án thiết kế chính với các thông số: chiều cao dầm $H = 1,5\text{ m}$, khoảng cách dầm $S = 2,0\text{ m}$, số lượng 10 dầm trên mặt cắt ngang.

Thông số hình học và vật liệu Giá trị thiết kế Đơn vị
Chiều dài nhịp tính toán ($L_{tt}$) 30,0 m
Chiều dài toàn bộ dầm ($L_{\text{nhịp}}$) 30,5 m
Chiều cao dầm chủ ($H$) 1,50 m
Chiều dày bản mặt cầu ($t_s$) 200 mm
Khoảng cách giữa các dầm chủ ($S$) 2000 mm
Bề rộng phần xe chạy / Toàn cầu 16,0 / 19,5 m
Cường độ nén bê tông dầm chủ ($f'_c$) 45 MPa
Cường độ chịu kéo cáp DƯL ($f_{pu}$) 1860 MPa

Chương II: Lan can và lề bộ hành

  • Lan can: Thiết kế theo cấp TL-4 chịu lực va chạm xe (lực ngang $F_t = 240\text{ kN}$, lực dọc $F_L = 80\text{ kN}$, lực đứng $F_v = 80\text{ kN}$ tác dụng trên chiều dài $L_t = 1070\text{ mm}$). Thanh lan can dạng ống thép đường kính ngoài $D = 100\text{ mm}$, đường kính trong $d = 90\text{ mm}$, khoảng cách cột $2000\text{ mm}$. Cột thép cao $710\text{ mm}$ liên kết bản đế dày $20\text{ mm}$ bằng 4 bu lông neo $\phi 14$ ($F_{ub} = 420\text{ MPa}$). Kiểm toán sức kháng danh định của hệ tường bệ đỡ đạt $R_w = 483,56\text{ kN} > F_t = 240\text{ kN}$ (thỏa mãn);
  • Tấm đan lề bộ hành: Kích thước $1300 \times 1400 \times 80\text{ mm}$, bê tông $f'_c = 40\text{ MPa}$, lát gạch dày $20\text{ mm}$. Bố trí cốt thép chịu lực $9\phi 14a150$ ($A_s = 1693,32\text{ mm}^2$). Kiểm toán nứt ở TTGH Sử dụng cho thấy ứng suất thép $f_s = 21,93\text{ MPa} < [f_s] = 150\text{ MPa}$.

Chương III: Bản mặt cầu

Tính toán dải bản rộng $1,0\text{ m}$ theo phương ngang cầu:

  • Phần bản hẫng ($0,75\text{ m}$) tính theo sơ đồ côngxôn chịu tĩnh tải lan can, bản thân, lớp phủ và hoạt tải người;
  • Phần bản giữa ($2,0\text{ m}$) tính theo sơ đồ dầm liên tục chịu tĩnh tải và tải trọng bánh xe HL-93;
  • Nội lực thiết kế lớn nhất:
    • Mômen âm ở TTGH Cường độ: $M_u^- = 35,53\text{ kNm}$; TTGH Sử dụng: $M_s^- = 19,52\text{ kNm}$;
    • Mômen dương ở TTGH Cường độ: $M_u^+ = 25,03\text{ kNm}$; TTGH Sử dụng: $M_s^+ = 13,63\text{ kNm}$.
  • Bố trí cốt thép: Bản chịu mômen âm bố trí $5\phi 20a200$ ($A_s = 1570,8\text{ mm}^2$); bản chịu mômen dương bố trí $5\phi 16a200$ ($A_s = 1005,3\text{ mm}^2$). Ứng suất kiểm tra nứt thớ chịu kéo lần lượt là $83,7\text{ MPa}$ và $85,88\text{ MPa}$, đều nhỏ hơn giới hạn cho phép $150\text{ MPa}$.

Chương IV: Thiết kế dầm ngang

Hệ dầm ngang gồm 5 dầm ($H = 1320\text{ mm}$, $b = 200\text{ mm}$, $L_{ng} = 7350\text{ mm}$). Tính toán tải trọng từ bản mặt cầu, tĩnh tải bản thân và hoạt tải xe 2 trục/xe 3 trục xếp theo đường ảnh hưởng ngang. Chuyển đổi từ sơ đồ dầm giản đơn sang sơ đồ liên tục bằng hệ số $0,7$ (tại nhịp) và $-0,8$ (tại gối):

  • Nội lực TTGH Cường độ: Mômen dương giữa nhịp $M_u^+ = 78,48\text{ kNm}$, mômen âm tại gối $M_u^- = -89,72\text{ kNm}$;
  • Bố trí cốt thép: $2\phi 30$ cho thớ trên ($A_s = 1414\text{ mm}^2$) và $2\phi 30$ cho thớ dưới ($A_s = 1414\text{ mm}^2$), cốt thép thân $8\phi 14a200$, cốt đai $\phi 6a200$;
  • Sức kháng uốn tính toán $\phi M_n = 388,5\text{ kNm} > M_u$; ứng suất cốt thép kiểm tra nứt $f_s = 32,96\text{ MPa}$ (dương) và $37,66\text{ MPa}$ (âm) đều nhỏ hơn $150\text{ MPa}$.

Chương V: Hệ số phân bố ngang (HSPBN)

Tính toán đặc trưng hình học tiết diện liên hợp dầm chủ tại mặt cắt giữa nhịp ($A = 0,95525\text{ m}^2$, $I = 0,369\text{ m}^4$, $y_b = 1,11\text{ m}$) và mặt cắt đầu dầm ($A = 1,4179\text{ m}^2$, $I = 0,446\text{ m}^4$, $y_b = 1,03\text{ m}$). Xác định HSPBN cho dầm trong và dầm ngoài:

  • Mômen: Dầm trong (1 làn: $0,396$; 2 làn: $0,584$ $\rightarrow$ chọn $0,584$); Dầm ngoài (1 làn: $0,6765$; 2 làn: $0,608$ $\rightarrow$ chọn $0,6765$);
  • Lực cắt: Dầm trong (1 làn: $0,623$; 2 làn: $0,749$ $\rightarrow$ chọn $0,749$); Dầm ngoài (1 làn: $0,6765$; 2 làn: $0,780$ $\rightarrow$ chọn $0,780$);
  • Tải trọng phụ: Hệ số phân bố lan can cho dầm ngoài là $1,305$ (dầm trong bằng $0$); tải trọng người đi bộ cho dầm ngoài là $1,234$ (dầm trong bằng $0$).

Chương VI: Nội lực dầm chủ

Thiết lập đường ảnh hưởng và xếp tải trọng HL-93 (xe tải 3 trục, xe 2 trục, tải làn $9,3\text{ kN/m}$) cùng tải trọng tĩnh tải qua 2 giai đoạn:

  • Giai đoạn I: Trọng lượng dầm chủ, dầm ngang, bản mặt cầu ($DC_1 = 17,25\text{ kN/m}$);
  • Giai đoạn II: Trọng lượng lan can, lề bộ hành, bó vỉa ($DCLC = 6,06\text{ kN/m}$) và lớp phủ mặt cầu ($DW = 4,31\text{ kN/m}$);
  • Lập bảng tổng hợp lực cắt $Q$ và mômen $M$ tại các mặt cắt: $0$, $L/8$, $L/4$, $3L/8$, $L/2$. Giá trị mômen do hoạt tải lớn nhất tại giữa nhịp $L/2$ đạt $M_{\text{Truck}} = 1047,9\text{ kNm}$, $M_{\text{Lane}} = 1025,3\text{ kNm}$; tĩnh tải bản thân dầm chủ sinh mômen giữa nhịp đạt $M = 2392,8\text{ kNm}$.

Kết quả và thông số kỹ thuật cốt lõi

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật công trình cầu Phước Kiển với hệ thống số liệu kiểm toán cụ thể:

Hạng mục kết cấu Nội lực thiết kế (TTGH Cường độ) Quy cách bố trí cốt thép Ứng suất kiểm tra nứt ($f_s$) Ứng suất cho phép ($[f_s]$) Đánh giá
Lan can va chạm (TL-4) $M_u = 1,53\text{ kNm}$ (chân cột) Cột thép ống $\phi 100\times 5$, 4 bu lông $\phi 14$ - - Đạt ($R_w > F_t$)
Bệ đỡ lan can $M_u$ phân bố theo sơ đồ dẻo Bó vỉa bê tông đai $\phi 14a150$ - - Đạt ($R_w = 483,5\text{ kN}$)
Tấm đan lề bộ hành $M_u = 1,43\text{ kNm}$ $9\phi 14a150$ ($A_s = 1693\text{ mm}^2$) $21,93\text{ MPa}$ $150\text{ MPa}$ Đạt
Bản mặt cầu (Mômen -) $M_u^- = 35,53\text{ kNm}$ $5\phi 20a200$ ($A_s = 1570,8\text{ mm}^2$) $83,70\text{ MPa}$ $150\text{ MPa}$ Đạt
Bản mặt cầu (Mômen +) $M_u^+ = 25,03\text{ kNm}$ $5\phi 16a200$ ($A_s = 1005,3\text{ mm}^2$) $85,88\text{ MPa}$ $150\text{ MPa}$ Đạt
Dầm ngang (Gối / Nhịp) $M_u = 78,48\text{ kNm} / -89,72\text{ kNm}$ $2\phi 30$ trên, $2\phi 30$ dưới ($A_s = 1414\text{ mm}^2$) $32,96 / 37,66\text{ MPa}$ $150\text{ MPa}$ Đạt

Các giải pháp đề xuất:

  • Sử dụng sơ đồ 10 dầm I BTCT DƯL căng sau kết hợp bản mặt cầu toàn khối đổ tại chỗ nhằm tăng cường độ cứng ngang và độ êm thuận khi xe chạy;
  • Lựa chọn hệ thống lan can cấp TL-4 kết hợp bệ bê tông cốt thép gờ vỉa nhằm nâng cao khả năng chống va đập của xe tải;
  • Tận dụng điều kiện lòng dẫn rạch Long Kiểng để thi công cọc khoan nhồi và mố trụ bằng hệ nổi trên xà lan, rút ngắn tiến độ xây lắp.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

  • Phạm vi kỹ thuật: Hồ sơ tính toán áp dụng cho sơ đồ cầu giản đơn 3 nhịp $30\text{ m}$ vượt sông cấp III, vận tốc thiết kế đường cấp IV ($60\text{ km/h}$). Các kết quả phân tích nội lực và bố trí cốt thép gắn liền với khoảng cách dầm $S = 2,0\text{ m}$ và hoạt tải HL-93;
  • Hạn chế trong hồ sơ: Nội dung thuyết minh trích xuất tập trung vào phân tích kết cấu phần trên (lan can, lề bộ hành, bản mặt cầu, dầm ngang, hệ số phân bố ngang và nội lực dầm chủ); các chương về tính toán cáp dự ứng lực chi tiết, mất mát ứng suất, móng mố trụ và bản liên tục nhiệt mới dừng lại ở phần liệt kê sơ đồ, số liệu đầu vào và trình tự tính toán theo mục lục.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Tài liệu là nguồn tham khảo trực tiếp cho sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông, Kỹ thuật Cầu đường khi thực hiện đồ án môn học Thiết kế cầu BTCT hoặc Đồ án tốt nghiệp;
  • Phần giá trị chuyên môn cao:
    • Phương pháp phân tích dải bản tương đương và quy trình kiểm toán nứt bản mặt cầu theo TCVN 11823:2017;
    • Trình tự tính toán hệ số phân bố ngang chi tiết theo phương pháp giải tích và phương pháp đòn bẩy cho dầm chữ I;
    • Trình tự xếp tải hoạt tải HL-93 và tổ hợp nội lực mặt cắt dầm chủ theo các trạng thái giới hạn.

Câu hỏi thường gặp

1. Sơ đồ nhịp và quy mô mặt cắt ngang của cầu Phước Kiển được thiết kế như thế nào?
Cầu có sơ đồ 3 nhịp giản đơn $3 \times 30\text{ m}$ (chiều dài dầm $30,5\text{ m}$, nhịp tính toán $30,0\text{ m}$). Mặt cắt ngang rộng $19,5\text{ m}$, gồm 10 dầm I BTCT DƯL cao $1,5\text{ m}$ đặt cách nhau $2,0\text{ m}$, bản mặt cầu dày $200\text{ mm}$, lề bộ hành mỗi bên rộng $1,5\text{ m}$ và lan can rộng $0,3\text{ m}$.

2. Vì sao tác giả lựa chọn phương án dầm chữ I thay vì dầm T hay dầm Super T?
Dầm I có trọng lượng lắp ghép nhẹ hơn dầm T cùng chiều dài nhịp, tiết diện đối xứng giúp vận chuyển và lao lắp ổn định. Khi kết hợp với bản mặt cầu đổ tại chỗ, dầm I tạo độ cứng ngang tốt và phân phối tải trọng đồng đều mà không đòi hỏi bệ đúc căng trước phức tạp, tốn kém như dầm Super T.

3. Bản mặt cầu được tính toán theo phương pháp nào và bố trí cốt thép ra sao?
Bản mặt cầu được tính toán theo phương pháp dải bản tương đương (TCVN 11823:2017) với bề rộng dải bản $1,0\text{ m}$. Kết cấu bố trí $5\phi 20a200$ cho thớ chịu mômen âm ($M_u^- = 35,53\text{ kNm}$) và $5\phi 16a200$ cho thớ chịu mômen dương ($M_u^+ = 25,03\text{ kNm}$), thỏa mãn hoàn toàn điều kiện kiểm toán nứt ở TTGH Sử dụng ($f_s < 150\text{ MPa}$).

4. Hệ số phân bố ngang của hoạt tải cho dầm chủ được xác định bằng bao nhiêu?
Hệ số phân bố ngang tính toán đối với mômen là $0,584$ cho dầm trong (trường hợp 2 làn xe) và $0,6765$ cho dầm ngoài (tính theo phương pháp đòn bẩy khi có 1 làn xe). Đối với lực cắt, hệ số tính toán của dầm trong là $0,749$ và dầm ngoài là $0,780$.

5. Điều kiện khí tượng thủy văn và địa chất tại rạch Long Kiểng ảnh hưởng thế nào đến biện pháp thi công?
Khu vực xây dựng có địa tầng bùn sét mềm yếu phía trên (lớp 1 dày ở trạng thái chảy) và dòng chảy sông thông thuyền cấp III rộng, sâu. Biện pháp thi công tối ưu là sử dụng hệ nổi trên xà lan để đặt cần cẩu, máy khoan cọc và hệ cọc ván thép làm thùng chụp, đồng thời cần tránh thi công móng dưới nước vào mùa mưa lũ tập trung (tháng 8 đến tháng 11).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Chí Diễn đã hoàn thành trọn vẹn việc thiết kế kỹ thuật cầu Phước Kiển vượt rạch Long Kiểng với kết cấu nhịp dầm I BTCT DƯL $3 \times 30\text{ m}$ theo đúng tiêu chuẩn TCVN 11823:2017. Toàn bộ quy trình tính toán từ lan can, bản mặt cầu, dầm ngang, hệ số phân bố ngang đến tổ hợp nội lực dầm chủ đều được trình bày rõ ràng, số liệu kiểm toán đầy đủ và đạt yêu cầu chịu lực. Công trình đề xuất giải pháp kỹ thuật hợp lý, phù hợp với điều kiện địa chất - thủy văn thực tế tại huyện Nhà Bè, là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông.