Đồ án Thiết kế cầu Kinh Xáng

PHẦN I CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG GIỚI THIỆU CHUNG Tổng quan về dự án Đoạn Đầm Cùng – Năm Căn dài khoảng 12km (từ Km 2290 +00 – Km 2301+680) đang được thi công phần đường, là đoạn cuối của Quốc lộ 1, nằm trong dự án khôi phục Quốc lộ 1 đoạn Cần Thơ - Năm Căn (dự án WB3). Trên đoạn này có 6 cầu tạm, tải trọng yếu, không đạt tiêu chuẩn tải trọng yêu cầu của đoạn Cà Mau – Năm Căn là đường cấp 4. Một số thông tin về dự án (*): Tên dự án: “Dự án xây dựng 6 cầu trên QL 1 , cầu Kinh Xáng” Đại diện chủ đầu tư: Ban Quản lý dự án 1 (PMU 1) Địa điểm xây dựng: Trên tuyến QL 1 từ Đầm Cùng (Km2290+000) đến Năm Căn (Km2301+608), tỉnh Cà Mau. Hồ sơ này trình bày thiết kế Cầu KINH XÁNG. Các tài liệu sử dụng Các quy trình, quy phạm thiết kế áp dụng Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-01; Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 Cầu bê tông cốt thép vĩnh cửu Tiêu chuẩn kỹ thuật Vận tốc thiết kế: 40km/h; Tải trọng thiết kế cầu: HL-93 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05. Tải trọng bộ hành: 300kG/m2; Tải trọng làn 0.93 kG/m3 Cấp động đất: cấp 6 Tần suất thiết kế: P=1%; Khổ cầu Phần xe cơ giới : 2 làn x 5.15.0 = 10.3 m Lan can và lề : 2 bên x1.5m = 3.0m Tổng cộng 13.3.0m Tĩnh không thông thuyền: Tĩnh cao: 4.5 m; tĩnh ngang: 25.0m (Tĩnh cao thông thuyền tính từ cao độ mực nước tần suất 5%). Giải pháp thiết kế Phần cầu: Kết cấu phần trên: Bố trí 5 nhịp dầm giản đơn BTCT DUL dầm Super - T, sơ đồ nhịp (5x40m), chiều dài toàn cầu Lc = 207.26 m tính đến đuôi mố. Kết cấu phần dưới: mố, trụ cầu bằng BTCT đổ tại chỗ, mỗi mố, trụ gồm 8 cọc khoan nhồi F1.0m. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN Địa hình Khu vực cầu Kinh Xáng có địa hình tương đối bằng phẳng và thấp, cao độ trung bình mặt đường hiện hữu (0.9 – 1.2m), cao độ mặt đất tự nhiên (0.11 đến 1.20)m. Khu vực công trình có nhiều vuông tôm, nhà dân thưa thớt, không có công trình xây dựng lớn, có hệ thống lưới điện quốc gia. Cầu Kinh Xáng hiện hữu nằm lệch về phía bên trái tuyến (hướng đi từ Đầm Cùng – Năm Căn) là cầu dàn thép đã bị rỉ sét và tải trọng thấp, khổ cầu rộng 3.5m. Đường vào cầu rộng khoảng 6.0m, mặt đường kết cấu sỏi đỏ đã bị hư hỏng và thấp so với địa hình xung quanh khu vực. Địa chất Công tác khảo sát địa chất trong khu vực cầu: Ở bước Dự án đầu tư đã tiến hành khoan khảo sát địa chất 2 lỗ khoan: mỗi lỗ có chiều sâu khoảng 50m. Ở bước thiết kế kỹ thuật, Tư vấn thiết kế đã tiến hành tiến hành khoan bổ sung 5 lỗ khoan, trong đó 4 lỗ có chiều sâu (74 ÷ 76)m, và 1 lỗ có chiều sâu 55m. Kết quả khảo sát – thí nghiệm chi tiết địa chất công trình được trình bày trong hồ sơ riêng “ Báo cáo địa chất công trình”. Dưới đây chỉ nêu những chỉ tiêu cơ bản của địa tầng và nhận xét chính liên quan đến việc lựa chọn giải pháp thiết kế móng mố, trụ cầu và xử lý nền đường 2 đầu cầu. Căn cứ vào kết quả khảo sát, địa tầng phân bố như sau: Lớp trên cùng: Đất đắp có diện phân bố hẹp, chiều dầy lớn nhất khoảng 1.8m. Lớp 1: Bùn sét lẫn bụi màu xám nâu đen, trạng thái dẻo chảy đến chảy, chiều dầy dao động từ 45.0m đến 49.3m. Thí nghiệm SPT có kết quả N= (0 – 5) búa, chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau: Lực đính C : 0.112 kG/cm2 Góc ma sát trong j : 50 02’ Dung trọng tự nhiên gw : 1.551 g/cm3 Độ ẩm tự nhiên W : 70.5 % Hệ số rổng tự nhiên eo : 1.896 Độ sệt B : 1.09 Lớp 2: Sét lẫn bụi màu xám ghi trạng thái dẻo, chỉ xuất hiện tại 2 hố khoan HK1 và HK4, chiều dày dao động từ 1.7m đến 5.6m. Thí nghiệm SPT có kết quả N= (6 – 8) búa, chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau: Lực đính C : 0.36 kG/cm2 Góc ma sát trong j : 160 23’ Dung trọng tự nhiên gw : 1.995 g/cm3 Độ ẩm tự nhiên W : 23.1 % Hệ số rổng tự nhiên eo : 0.673 Độ sệt B : 0.17 Lớp 3: Cát pha lẫn bụi màu xám nâu nhạt, trạng thái chặt vừa, chiều dày dao động từ 2.3m đến 6.8m. Thí nghiệm SPT có kết quả N= (13 – 37) búa, chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau: Tỷ trọng D : 2.676 Lực đính C : 0.05 kG/cm2 Góc ma sát trong j : 260 34’ Dung trọng tự nhiên gw : 1.991 g/cm3 Độ ẩm tự nhiên W : 18.6 % Hệ số rổng tự nhiên eo : 0.593 Lớp 4a: Sét lẫn bụi màu xám, trạng thái dẻo, chỉ xuất hiện ở hố khoan HK2 , chiều dày khoảng 3.1m. Thí nghiệm SPT có kết quả N= (8-10) búa, chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau: Tỷ trọng D : 2.690 Lực đính C : 0.24 kG/cm2 Góc ma sát trong j : 150 30’ Dung trọng tự nhiên gw : 1.844 g/cm3 Độ ẩm tự nhiên W : 24.5 % Hệ số rổng tự nhiên eo : 0.692 Độ sệt B : 0.33 Lớp 4: Sét lẫn bụi, xác thực vật, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng, chiều dày dao động từ 6.8m đến 16.0m. Thí nghiệm SPT có kết quả N= (9 – 18) búa, chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau: Tỷ trọng D : 2.687 Lực đính C : 0.229 kG/cm2 Góc ma sát trong j : 130 33’ Dung trọng tự nhiên g : 1.803 g/cm3 Độ ẩm tự nhiên W : 37.2% Hệ số rổng tự nhiên eo : 1.051 Độ sệt B : 0.45 Lớp 5: Cát mịn lẫn bụi màu xám nâu nhạt, trạng thái chặt vừa đến chặt , chiều dày dao động từ 4.5m đến 7.7m. Thí nghiệm SPT có kết quả N= (45 – >50) búa, chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau: Tỷ trọng D : 2.671 Lực đính C : 0.053 kG/cm2 Góc ma sát trong j : 260 12’ Dung trọng tự nhiên gw : 1.981 g/cm3 Độ ẩm tự nhiên W : 20.5% Hệ số rổng tự nhiên eo : 0.629 Lớp 6: Sét lẫn bụi màu xám ghi loang nâu vàng nâu đỏ, trạng thái cứng , bắt đầu xuất hiện từ độ sâu 70.5 – 76.5m đến hết chiều sâu khoan. Thí nghiệm SPT có kết quả N= (36 – 50) búa, chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau: Tỷ trọng D : 2.726 Lực đính C : 0.465 kG/cm2 Góc ma sát trong j : 180 16’ Dung trọng tự nhiên gw : 1.999 g/cm3 Độ ẩm tự nhiên W : 22.9% Hệ số rổng tự nhiên eo : 0.673 Độ sệt B : -0.02 Nhận xét: Lớp 1: Là lớp đất không có khả năng chịu lực , tính nén lún cao, khi thiết kế nền đường phải chú ý lớp đất yếu này. Lớp 2: Là lớp đất chịu lực kém, chiều dày lớp mỏng và chỉ xuất hiện cục bộ, không thể đặt móng vào lớp này. Lớp 3: Là lớp đất có khả năng chịu lực, chiều dày lớp mỏng và kẹp giữa 2 lớp đất yếu, không nên đặt móng vào lớp này. Lớp 4a và 4: Là lớp đất yếu, khả năng chịu lực kém, không thể đặt móng vào lớp này. Lớp 5: Là lớp đất chịu lực tốt, nên đặt móng ở lớp này. Lớp 6: Là lớp đất chịu lực tốt, nên đặt móng ở lớp này. Đánh giá về địa tầng: Tầng bùn yếu có chiều dày khá lớn (45.0 – 49.3m). Lớp đất có khả năng chịu lực tốt nằm rất sâu so với mặt đất tự nhiên (64.6 – 67.5m). Để đặt được móng vào lớp đất tốt này, chiều dài cọc phải lớn hơn 67.5m. Hiện nay, loại cọc đóng BTCT có tiết diện lớn nhất thường sử dụng là 45x45cm. Với chiều dài lớn hơn 67.5m, tiết diện này cũng không đảm bảo yêu cầu về độ mảnh của cọc. Hơn nữa, việc sử dụng cọc đóng có nhiều đốt sẽ làm tăng số lượng mối nối rất khó kiểm soát khi thi công và tăng rủi ro cho công trình. Tóm lại, với điều kiện địa chất ở khu vực này, sử dụng cọc khoan nhồi là hợp lý. Khí hậu Đặc điểm khí tượng Công trình thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long - trong vùng khí hậu đồng bằng Nam Bộ, có các đặc điểm chính như sau: Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nên khí hậu chia làm 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Nhiệt độ trung bình hàng năm vào khoảng 26°C – 27°C. Khí hậu ít biến động, ít có thiên tai do khí hậu (không gặp thời tiết quá lạnh hay quá nóng, ít trường hợp mưa lớn, ít bão và bão nếu có cũng chỉ là bão nhỏ, ngắn). Nắng Tổng giờ nắng bình quân trong năm vào khoảng 2.372 giờ, cao nhất thường vào tháng 3 là 299,2 giờ, thấp nhất thường vào tháng 10 là 99,3 giờ. Mưa Lượng mưa trung bình năm vào khoảng 1.840 mm, vào mùa mưa có tháng trên 335mm, vào mùa khô hầu như không mưa nên dẫn đến tình trạng thiếu nước sinh hoạt và sản suất nghiêm trọng nhất là vùng ven biển và vùng xa nguồn nước. Gió Tốc độ gió khoảng 2,2 m/s, chịu ảnh hưởng của gió biển Đông. Độ ẩm Độ ẩm trung bình cả năm là 83,4%, cao nhất vào mùa mưa đạt 96%, thấp nhất vào mùa khô đạt 62%. Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình cả năm là 26,8°C, cao nhất vào tháng 4 đạt 31,1°C, thấp nhất vào tháng 1 đạt 23,8°C. Thủy văn Khu vực xây dựng cầu chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều biển và mưa nội vùng. Ảnh hưởng của lũ trên khu vực này là không lớn. Mức nước cao xuất hiện vào mùa mưa, trong đó đạt cao nhất vào khoảng tháng 8 ÷ tháng10; thời gian còn lại là thời kỳ mực nước thấp, trong đó đạt thấp nhất vào khoảng tháng 2 ÷ tháng 3. Kết quả tính toán thủy văn công trình được thể hiện chi tiết trong báo cáo riêng, dưới đây chỉ tóm tắt một số số liệu mực nước sử dụng trong thiết kế công trình như sau: Mực nước cao với tần suất p = 1% : +1.72 Mực nước cao với tần suất p = 2% : +1.60 Mực nước cao với tần suất p = 4% : +1.49 Mực nước cao với tần suất p = 5% : +1.44 Mực nước cao với tần suất p = 10% : +1.33 Ghi chú: Cao độ mực nước theo hệ Quốc gia. Đặc điểm giao thông đường thủy Kênh Xáng là tuyến giao thông thủy thứ yếu của Cà Mau. Lượng tàu, ghe lưu thông với mật độ không lớn, chủ yếu là ghe thuyền nhỏ. Tuy nhiên theo văn bản số 1835/UB ngày 16/7/2005 của UBND tỉnh Cà Mau, kênh có yêu cầu thông thuyền là B ≥ 15m, H ≥ 3,0m. QUY MÔ, TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH Quy mô Cầu bê tông cốt thép vĩnh cửu. Tiêu chuẩn kỹ thuật Vận tốc thiết kế: 40km/h; Tải trọng thiết kế: HL-93 theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05. Tải trọng bộ hành: 300kG/m2; Cấp động đất: cấp 6 Tần suất thiết kế: P=1%; Khổ cầu Phần xe cơ giới : 2 làn x 5.15.0 = 10.3m Dải an toàn : 2 bên x0.5m = 1.0m Lan can + lề bộ hành : 2 bên x1.5m = 3.0m Tổng cộng 13.3m Tĩnh không thông thuyền: theo công văn số 1835/UB ngày 16/07/2005 của Ủy Ban Nhân Dân tỉnh Cà Mau, tĩnh không thông thuyền của cầu như sau: Tĩnh cao : 4.5 m Tĩnh ngang : 25.0m Tĩnh cao thông thuyền tính từ cao độ mực nước tần suất 5%. Lực va tàu: (1) Theo Quyết định phê duyệt số 2946/QĐ-BGTVT ngày 23/08/2005 của Bộ Giao thông Vận tải là sông cấp V theo tiêu chuẩn 22TCN 272-01, lực va tàu được xác định theo tải trọng tàu trên kênh là 100 tấn như sau: Theo phương ngang cầu : 411 tấn Theo phương dọc cầu : 205.5 tấn Với lực va tàu này, theo tính toán của Tư vấn thiết kế thì móng cọc trụ thông thuyền yêu cầu 8 cọc khoan nhồi F1.5m. (2) Theo thiết kế bước “Dự án đầu tư” Móng cọc cho trụ thông thuyền được thiết kế 6 cọc khoan nhồi F1.0m. Tư vấn thiết kế đã tiến hành kiểm toán và thấy rằng hệ móng cọc này không đủ cho lực va tàu 411tấn, mà chỉ thích hợp với lực va tàu: Theo phương ngang cầu : 230 tấn Theo phương dọc cầu : 115 tấn Lực va tàu này tương đương với lực va tàu trên sông cấp VI * Nhận xét: Hiện tại lưu thông thủy trên kênh Xáng đa phần là các tàu có tải trọng nhỏ dưới 40tấn, ít có tàu hoặc xà lan lớn lưu thông, vì vậy thiết kế theo tiêu chuẩn lực va tàu sông cấp VI là thích hợp. Tư vấn thiết kế kiến nghị tiêu chuẩn thiết kế lực va tàu theo tiêu chuẩn sông cấp VI , và thiết kế thêm các trụ cảnh giới chống va là hợp lý. Hệ thống chiếu sáng: Bố trí hệ thống chiếu sáng trên cầu với độ rọi trung bình 20lux. Ngoài ra cần bố trí hệ thống chiếu sáng dưới cầu để đảm bảo an toàn giao thông đường thủy. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẦU Vị trí cầu Cầu Kinh Xáng bắc qua kinh Xáng tại lý trình Km 2301+531.03 trên QL1. Tim cầu mới được thiết kế trùng với tim tuyến đường mới đang nâng cấp tại vị trí đổi hướng dòng chảy. Cầu mới thiết kế nằm ở bên trái cầu cũ (hướng đi từ Đầm Cùng – Năm Căn) và cách cầu cũ khoảng 10m.