Nguyên tắc chung về thiết kế các phương án cầu

10/29/2013 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Website:  Bộmôn Cầu và Công trình ngầm Website:  NHẬP MÔN CẦU TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học:  Link dự phòng:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/nhap‐mon‐cau Hà Nội, 10‐2013 98 2.2. Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu • 2.2‐1. Các số liệu cần thiết để xây dựng phương án cầu – A. Các căn cứ pháp lý • Hệ thống các văn bản pháp quy về quản lý và đầu tư xây dựng • Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng • Các yêu cầu về quy hoạch • Các quyết định – B. Các số liệu về tiêu chuẩn khai thác • Xác định quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật – Phù hợp với vai trò, chức năng của tuyến đường; – Thỏa mãn nhu cầu giao thông đối với tuyến đường một cách tiên nghi và an toàn nhất; 10/29/2013 2 99 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Phù hợp với các quy hoạch của khu vực; – Giảm thiểu kinh phí xây dựng và kinh phí giải phóng mặt bằng, nâng cao hiệu quả kinh tế của dự án; – Phù hợp với các quy trình, quy phạm hiện hành. • Xác định khẩu độ thoát nước – Dựa vào các số liệu điều tra, khảo sát thủy văn để tính ra khẩu độ thoát nước, bảo đảm thoát lưu lượng dòng chảy về mùa lũ ứng với tần suất thiết kế. • Khổ giới hạn – Khổ giới hạn thông xe trên cầu: là khoảng không gian được dành cho giao thông trên cầu mà không một bộ phận kết cấu nào được vi phạm vào khoảng không gian đó. 100 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) Khi cã d¶i ph©n c¸ ch (KÝch th- í c m) Kh«ng cã d¶i ph©n c¸ ch k h æ g ií i h ¹ n c Çu ®- ê n g « t « a- § - êng xe ch¹ y trª n b- § - êng xe ch¹ y d- í i Khổ giới hạn cầu đường bộ Cầu có đường xe chạy trê Cầu có đường xe chạy dưới Khi có dải phân cáchKhi không có dải phân cách 10/29/2013 3 101 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) Khổ giới hạn cầu đường sắt (KÝch th- í c mm) k h æ g ií i h ¹ n c Çu ®- ê n g s ¾t Khæ 1435 Khæ 1000Khổ 1435 Khổ 00 102 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Khổ giới hạn thông thuyền: là khoảng không gian được dành cho giao thông đường thủy dưới gầm cầu mà không một bộ phận kết cấu nào được vi phạm vào khoảng không gian đó để đảm bảo an toàn giao thông cho đường thủy. 10/29/2013 4 103 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) » Ngoài yêu cầu thỏa mãn kích thước khổ thông thuyền cần lưu ý thêm yêu cầu sau: Khoảng cách từMNCN đến đáy kết cấu nhịp không được nhỏ hơn 0.5m trong trường hợp không có cây trôi vật trôi và không được nhỏ hơn 1m nếu có cây trôi vật trôi. 104 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Đối với cầu vượt đường: Khổ giới hạn thông xe dưới gầm cầu được lấy theo tiêu chuẩn của tuyến đường chui qua gầm cầu đó.  » Chú ý, nếu độ lún dự kiến của cầu lớn hơn 25mm thì độ lún đó phải được cộng thêm vào chiều cao khổ giới hạn thông xe dưới gầm cầu. 10/29/2013 5 105 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Đối với cầu vượt đường sắt: » Kích thước khổ gầm cầu cho đường sắt khổ 1000mm 106 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) » Kích thước khổ gầm cầu cho đường sắt khổ 1435mm 10/29/2013 6 107 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – C. Các số liệu về điều kiện tự nhiên Để đi đến một dự án xây dựng công trình cầu trước hết cần tiến hành công tác khảo sát thực địa. Công tác khảo sát thường bao gồm các nội dung cơ bản sau: • Lựa chọn hướng tuyến, vị trí cầu – Vì cầu và đường luôn liên quan mật thiết đến nhau, do đó vị trí cầu cầu được chọn thường xuất phát từ quan điểm kinh tế (tổng giá thành tuyến là nhỏ nhất). – Với cầu nhỏ, vị trí cầu phụ thuộc vào hướng tuyến – Với cầu lớn thì vị trí cầu lại quyết định hướng tuyến 108 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Tuy nhiên, với một số dự án tuyến có tiêu chuẩn kỹ thuật cao thì vị trí cầu phải thỏa mãn yêu cầu chung trên tuyến (không phân biệt cầu lớn hay nhỏ). – Khi định vị trí cầu, cố gắng để tim cầu vuông góc với dòng chảy và nên bố trí cầu tại khu vực lòng sông ổn định • Khảo sát địa hình – Tiến hành lập lưới khống chếmặt bằng, lưới cao độ và lưới đường chuyền; – Tiến hành công tác khảo sát chi tiết phục vụ thiết kế như:  phóng tuyến thực địa, đo vẽ trắc dọc, trắc ngang, định vị tim cầu 10/29/2013 7 109 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) • Khảo sát địa chất Công tác thăm dò địa chất có thể thực hiện 2 bước: Khoan thăm dò sơ bộ và Khoan thăm dò kỹ thuật. – Khoan thăm dò sơ bộ:  » Thực hiện trong giai đoạn lập dự án » Thường chỉ thực hiện để có thể lên được mặt cắt địa chất ngang sông tại vị trí cầu. » Các lỗ khoan bố trí theo tuyến tim cầu » Số lượng và khoảng cách các lỗ khoan phụ thuộc vào mức độ phức tạp của địa chất và quy mô công trình. » Các mẫu địa chất phải được thí nghiệm nhằm đánh giá được tính chất cơ lý của đất để phục vụ cho việc lựa chọn và thiết kế loại móng cầu phù hợp 110 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Khoan thăm dò kỹ thuật:  » Dùng để phục vụ cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật » Các lỗ khoan bố trí tại các vị trí dự kiến xây dựng mố trụ cầu » Tùy theo quy mô, tính chất của cầu và sự phức tạp của địa hình địa chất lòng sông mà tại mỗi vị trí đặt móng mố trụ phải khoan ít hay khoan nhiều lỗ » Các lỗ khoan thường nằm trong phạm vi kích thước móng cầu. 10/29/2013 8 111 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) • Khảo sát thủy văn Nhiệm vụ của công tác khảo sát thủy văn bao gồm: – Tiến hành thu thập số liệu khí tượng, thủy văn của các trạm khí tượng thủy văn trong khu vực dự án; – Đánh giá điều kiện thoát nước mặt và ảnh hưởng tới các công trình thoát nước đã xây dựng – Khảo sát đánh giá sự dịch chuyển của dòng chảy qua các thời kỳ. – • Điều tra tình hình nhân vật lực Để công trình có giá thành xây dựng thấp, một trong nhiều giải pháp là phải tận dụng nhân lực và vật tư tại chỗ. 112 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Một số công việc trong các khâu thi công công trình không đòi hỏi phải có công nhân chuyên ngành có tay nghề cao nên có thể sử dụng nhân lực địa phương (tuyển dụng tạm thời). – Về vật tư, có thể sử dụng các vật liệu địa phương, khai thác tại chỗ để giảm chi phí vận chuyển. » Ví dụ ở vùng núi đá => sử dụng đá địa phương » Vùng có nhà máy xi măng => dùng xi măng địa phương » Vùng có nguồn tài nguyên gỗ => khai thác gỗ địa phương để tận dụng cho các công trình phụ trợ như giàn giáo,  ván khuôn 10/29/2013 9 113 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – D. Các số liệu vềmôi trường • Cần phải xem xét tác động của cầu và đường đầu cầu đến dân cư địa phương, các di tích lịch sử, các vùng nhạy cảm vềmỹ quan, môi trường và sinh thái • Thiết kế phải tuân theo mọi luật lệ quy định vềmôi trường có liên quan – Phải xem xét về địa mạo dòng sông, hệ quả của xói lở lòng sông, cuốn trôi cây cỏ gia cố nền đắp – Trong trường hợp cần thiết còn phải xem xét những tác động đến động lực dòng triều cửa sông. 114 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – E. Các số liệu về kiến trúc cảnh quan. • Trong thiết kế cầu, ngoài những vấn đềmấu chốt như kết cấu, tính thi công được, tính kinh tế còn cần phải quan tâm đến tính thẩmmỹ kiến trúc của công trình và phù hợp với cảnh quan khu vực. • Hình dạng, kích thước của các bộ phận cấu thành làm nổi trội dáng vẻ của một cây cầu chứ không phải là các chi tiết mầu sắc. • Việc áp dụng các quy tắc kiến trúc trong thiết kếmỹ quan cầu là hết sức cần thiết. 10/29/2013 10 115 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) • 2.2‐2. Các phương án vị trí cầu – Cần nghiên cứu các phương án vị trí cầu nói riêng và phương án tuyến nói chung để có sự lựa chọn phương án tuyến hợp lý nhất. – Một số nguyên tắc khi thiết kế và đề xuất các PA: • Hướng tuyến phải phù hợp với quy hoạch liên quan • Khối lượng giải phóng mặt bằng là ít nhất đồng thời hạn chế việc điều chỉnh lại quy hoạch đã có • Phù hợp với cảnh quan xung quanh • Vượt sông ở vị trí thuận lợi: đảm bảo an toàn giao thông thủy; hạn chế gây thay đổi dòng chảy hiện tại • Hạn chế tối đa mức ô nhiễm (không khí, nước, tiếng ồn) cả trong thi công và khai thác 116 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) • Hạn chế tối đa ảnh hưởng của công tác thi công tới hoạt động giao thông trên các đoạn tuyến đang khai thác. • Phù hợp với quy mô, tiêu chuẩn kỹ thuật đã lựa chọn của tuyến đường và các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. – Sau khi đề xuất các phương án tuyến và PA vị trí cầu cần tiến hành so sánh lựa chọn PA dựa trên các tiêu chí sau: • Sự phù hợp với quy hoạch • Điều kiện vị trí vượt sông • Điều kiện đảm bảo giao thông đường sông • Chiều dài cầu và tuyến • Điều kiện giao cắt với các đường quy hoạch trong tương lai. 10/29/2013 11 117 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) • 2.2‐3. Các phương án sơ đồ kết cấu – Nguyên tắc thiết kế • Công trình có kết cấu thanh thoát phù hợp với quy mô của tuyến đường và cảnh quan kiến trúc khu vực • Đáp ứng được các yêu cầu quy hoạch phát triển trong tương lai • Đảm bảo thoát lũ tính toán, đảm bảo an toàn cho hệ thống đê điều • Đảm bảo yêu cầu thông thuyền của sông hoặc giao thông dưới cầu • Thời gian thi công ngắn, thi công thuận lợi, tính cơ giới cao • Ít ảnh hưởng tới dân sinh • Đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho các công trình lân cận • Phát huy được khả năng và sử dụng các thiết bị thi công của các đơn vị thi công trong nước • Chú trọng yêu cầu thẩmmỹ, kiến trúc công trình • Có các chỉ tiêu kinh tế hợp lý 118 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Lựa chọn kết cấu móng • Tùy theo điều kiện địa chất, địa hình khu vực và quy mô công trình để lựa chọn kết cấu móng cho phù hợp.  • Các loại kết cấu móng sử dụng cho công trình cầu bao gồm:  – móng nông; – móng cọc đóng; – cọc ép bê tông cốt thép; – cọc khoan nhồi; – cọc shinso; – giếng chìm  • Việc thi công móng cọc đặc biệt chú ý không được ảnh hưởng đến nhà dân, các công trình lân cận v.v... 10/29/2013 12 119 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Lựa chọn kết cấu nhịp, mố trụ và phân nhịp • Đối với nhịp cầu chính – Chiều dài nhịp chính phải được lựa chọn để thỏa mãn quá trình thi công và khai thác không ảnh hưởng đến giao thông thủy hoặc giao thông của đường đi dưới cầu.  – Ngoài ra cũng cần lưu ý tính đơn giản khi thi công kết cấu trụ đối với những cầu vượt sông, xem xét lựa chọn chiều dài nhịp để số trụ thi công dưới nước là ít nhất. Cầu chính 120 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) • Đối với nhịp cầu dẫn – Kết cấu nhịp cầu dẫn nên lựa chọn phù hợp với kiến trúc cầu chính, đảm bảo tính kinh tế, thuận tiện khi thi công như sử dụng các dầm chế tạo sẵn. • Đối với mố, trụ cầu – Mố trụ cầu phải có hình dáng, kích thước phù hợp với khả năng chịu lực và hài hòa với kết cấu phần trên. Hiện nay, các công trình cầu chủ yếu sử dụng mố, trụ bằng BTCT đổ tại chỗ. Cầu dẫn 10/29/2013 13 121 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Tính toán sơ bộ các phương án (khối lượng, tổng mức đầu tư) • Tổng mức đầu tư được lập đảm bảo tính phù hợp với các quy định về  thể chế chính sách, phù hợp với giá của địa phương.  • Nguyên tắc của bóc tách khối lượng và tính dự toán là tính đúng, tính  đủ đảm bảo khách quan cao nhất.  • Công tác lập dự toán được triển khai với các nội dung cơ bản như sau: – Phân tích đơn giá: Tiến hành tính toán phân tích đơn giá dựa trên  cơ sở định mức hiện hành và đơn giá mới nhất tại thời điểm lập  dự án. – Bóc tách khối lượng: Khối lượng được bóc tách chính xác từ bản vẽ  thiết kế. Khối lượng trước khi đưa vào dự toán phải được kiểm tra  kiểm soát chặt chẽ. 122 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) – Lập dự toán xây lắp. – Lập chi phí chung và chi phí đền bù GPMB. – Lập Tổng mức đầu tư: Tổng mức đầu tư  được lập một cách khoa  học, dễ đọc, dễ hiểu. Mọi vấn đề đều được trình bầy rõ ràng, dễ  kiểm soát. Ví dụ: 10/29/2013 14 123 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) Ví dụ tính tổng mức đầu tư của các phương án kết cấu. Chi tiết xem tại link sau:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐vietnamese/do‐an‐tot‐nghiep/huong‐dan‐chung 124 Nguyên tắc chung về T.kế các P.A cầu (t.theo) • 2.2‐4. So sánh lựa chọn các phương án – Để có căn cứ lựa chọn giải pháp kết cấu cầu hợp lý, cần so  sánh, đánh giá các PA dựa trên các điều kiện dưới đây: • Kinh tế • Chiều cao nền đắp đầu cầu • Điều kiện thi công (mức độ đơn giản, thời gian thi công) • Tính dễ duy tu bảo dưỡng • Mức độ an toàn về va tàu, va xe • Tính thẩmmỹ kiến trúc Tùy từng điều kiện cụ thểmà kiến nghị phương án phù hợp nhất.