Thiết kế Khánh An trên tuyến đường nối thành phố Cà Mau đến khu công nghiệp khí - Điện - đạm qua sông Ông Đốc

MỞ ĐẦU Tiến hành thiết kế tại vị trí cầu KHÁNH AN nằm trên tuyến đường nối thành phố Cà Mau đến khu công nghiệp KHÍ-ĐIỆN-ĐẠM qua sông Ông Đốc.Cầu KHÁNH AN có một đầu nằm trên thành phố Cà Mau, một đầu nằm trên huyện U Minh của tỉnh Cà Mau. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Yêu cầu thiết kế 1 công trình vượt sông mặt cắt dọc đã cho. Khổ thông thuyền sông cấp IV. Khổ thông thuyền cho nhịp thiết kế tối thiểu là 40m Chiều cao thông thuyền theo tiêu chuẩn 6m: là chiều cao thích hợp Khổ cầu: 10.5m. Chiều rộng toàn cầu là: 14m. Quy trìng thiết kế 22TCN 272 – 05. Tải trọng: HL93 và người 300 Kg/m2. ĐẶC ĐIỂM VÀ VỊ TRÍ CẦU XÂY DỰNG Địa hình Địa hình khu vực xây dựng cầu khá thấp và bằng phẳng, cao độ bình quân khoảng từ +0.0 đến +1.0, bị chia cắt khá mạnh bởi hệ thống các ao hồ, kênh rạch nhỏ và các vuông nuôi tôm. Khu vực cầu bờ phía Cà Mau có một số nhà dân nằm gần bờ sông Ông Đốc và đường hiện hữu, qui mô nhà chủ yếu là nhà tạm, cấp 4, có một vài nhà vừa xây dựng. Dọc bờ sông phía Cà Mau có đường bằng đất đắp vừa thi công năm 2003, chủ yếu lấy từ đất đào cải tạo sông Đốc, chiều rộng đường khoảng 12m. Dọc theo đường này còn có đường điện trung – hạ thế. Đường điện này cần di dời để xây dựng cầu. Chiều rộng mặt sông Đốc khu vực xây dựng cầu khoảng 110m; cao độ đáy sông -3.3m. Đây là tuyến sông chính nên mật độ thông thuyền rất cao. Một số nhận xét có liên quan tới việc lựa chọn kết cấu và thi công công trình: Địa chất Lớp 1: Sét trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng, dày khoảng 6.4m. Các chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau : Lực dính c : 0.54 kG/cm2. Góc ma sát trong j : 13039’. Dung trọng tự nhiên g : 1.96 g/cm3. Độ ẩm tự nhiên W % : 27.8%. Hệ số rỗng tự nhiên e0 : 0.78. Độ sệt B : 0.23. Nhận xét: Đây là các lớp đất chịu lực tương đối tốt, tuy nhiên chiều dày lớp đất mỏng không thích hợp cho việc đặt móng của kết cấu mố - trụ cầu. Lớp 2: Cát sét, trạng thái dẻo, dày khoảng 2.6m. Các chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau : Lực dính c : 0.23 kG/cm2. Góc ma sát trong j : 21001’. Dung trọng tự nhiên g : 1.92 g/cm3. Độ ẩm tự nhiên W % : 27.2%. Hệ số rỗng tự nhiên e0 : 0.79. Độ sệt B : 0.5. Nhận xét : Đây là lớp đất chịu lực yếu, không thích hợp cho việc đặt móng của kết cấu mố - trụ cầu. Lớp 3: Sét, trạng thái dẻo cứng - nửa cứng, dày khoảng 8.2m. Các chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau : Lực dính c : 0.296 kG/cm2. Góc ma sát trong j : 22054’. Dung trọng tự nhiên g : 2.02 g/cm3. Độ ẩm tự nhiên W % : 22.9 %. Hệ số rỗng tự nhiên e0 : 0.65. Độ sệt B : 0.22. Nhận xét : Đây là lớp đất chịu lực khá tốt, có thể xét đặt móng của kết cấu mố - trụ cầu. Lớp 4: Sét kẹp cát, trạng thái dẻo mềm, dày khoảng 15.6m. Các chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau : Lực dính c : 0.23 kG/cm2. Góc ma sát trong j : 17027’. Dung trọng tự nhiên g : 1.83 g/cm3. Độ ẩm tự nhiên W % : 33.6 %. Hệ số rỗng tự nhiên e0 : 0.97. Độ sệt B : 0.68. Nhận xét : Đây là lớp đất chịu lực trung bình, không thích hợp cho việc đặt móng của kết cấu mố - trụ cầu. Lớp 5: Cát hạt bụi, lẫn bột sét, kết cấu chặt vừa đến chặt, dày khoảng 10m. Các chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau : Tỷ trọng : 2.04 g/cm3. Góc nghiêng ở trạng thái khô : 25024’. Góc nghiêng ở trạng thái ướt : 24000’. Hệ số rỗng lớn nhất : 1.51. Hệ số rỗng nhỏ nhất : 0.67. Nhận xét : Đây là lớp đất chịu lực tốt, có thể xét đặt móng của kết cấu mố -trụ cầu. Lớp 6: Cát hạt vừa màu vàng, trạng thái cứng vừa. dày khoảng 12.5m. Các chỉ tiêu cơ - lý chủ yếu của lớp đất này như sau : Tỷ trọng : 2.12 g/cm3. Góc nghiêng ở trạng thái khô : 29000’. Góc nghiêng ở trạng thái ướt : 24000’. Hệ số rỗng lớn nhất : 1.21. Hệ số rỗng lớn nhất : 0.52. Nhận xét : Đây là lớp đất chịu lực tốt, thích hợp tốt cho việc đặt móng của kết cấu mố - trụ cầu. Khí tượng – thủy văn : Khí tượng : Chế độ mưa: Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng mưa XVIII. Phân bố mưa trong năm tập trung vào thời kỳ từ tháng V đến tháng XI là thời kỳ thịnh hành của gió mùa Tây Nam. Tổng lượng mưa của thời kỳ này chiếm từ 85 - 90% tổng lượng mưa năm. Ngược lại, trong thời kỳ từ tháng XII đến tháng IV năm sau - thời kỳ thịnh hành của gió Đông, lượng mưa tương đối ít, chỉ chiếm 10 - 15% tổng lượng mưa năm. Biến trình mưa trong khu vực thuộc loại biến trình của vùng nhiệt đới gió mùa : lượng mưa tập trung vào mùa gió mùa mùa hè, chênh lệch lượng mưa giữa mùa mưa và mùa khô rất lớn. Trong biến trình có thể có một cực đại chính và một cực tiểu chính. Cực đại chính thường xuất hiện vào tháng VIII với lượng mưa tháng trên 350mm. Cực tiểu chính xảy ra vào tháng I hoặc tháng II với lượng mưa tháng cực tiểu chỉ khoảng 20mm. LƯỢNG MƯA (mm) NGÀY LỚN NHẤT, THÁNG VÀ NĂM TRẠM CÀ MAU Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm Lượng mưa ngày lớn nhất Max 65 52 62 122 173 116 152 131 119 142 105 78 173 Năm 1980 1999 1987 1991 1989 1983 1993 1998 1986 1996 1997 1999 1989 Lượng mưa tháng T.bình 26 16 37 122 253 350 320 356 348 363 190 59 2438 S.ngày 4 2 3 8 18 21 22 22 23 23 16 9 170 Max 116 81 173 446 556 594 548 589 703 749 373 229 3550 Năm 1999 1992 1980 1999 1989 1993 1991 1992 1986 1998 1987 1999 1999 Chế độ ẩm : Biến trình độ ẩm trong năm tương ứng với biến trình mưa và ngược với biến trình nhiệt độ. Thời kỳ mưa nhiều, độ ẩm lớn và ngược lại vào thời kỳ mùa khô độ ẩm nhỏ. Số liệu về các đặc trưng tháng của độ ẩm tương đối và tuyệt đối của không khí tại Cà Mau được tổng hợp đặt trong bảng sau: ĐỘ ẨM THÁNG VÀ NĂM TRẠM CÀ MAU Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm Độ ẩm tương đối (%) T.bình 79 78 77 77 83 85 81 82 83 88 85 81 83 Max 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Min 36 38 32 31 38 44 49 49 54 52 47 42 31 Độ ẩm tuyệt đối (mb) T.bình 25.8 26.2 27.5 29.8 31.4 31.4 31.1 31.1 31.1 30.9 29.6 26.7 29.4 Max 31.3 32.0 33.8 35.2 36.3 35.9 35.8 36.2 35.2 36.3 35.4 32.8 36.3 Min 16.7 17.9 15.9 19.6 22.9 21.8 25.7 25.9 25.4 19.9 19.0 15.5 15.5 Nhiệt độ: Đặc điểm nổi bật trong chế độ nhiệt của khu vực là có nền nhiệt độ khá cao với nhiệt độ trung bình năm là 27.0 °C. Chênh lệch nhiệt độ trung bình năm rất nhỏ, chỉ vào khoảng 2°C, chênh lệch nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất khoảng 3 - 4°C. Gió: Hướng gió thịnh hành trong khu vực thay đổi rõ rệt theo mùa. Từ tháng VI đến tháng VIII gió có hướng thịnh hành từ Tây Nam đến Tây. Từ tháng XI đến tháng IV năm sau gió có hướng thịnh hành từ Bắc đến Đông. Các tháng V, IX, X là các tháng chuyển tiếp có tần suất lặng gió đạt đến hơn 60%. Về độ mặn : Độ mặn lớn nhất của nước trong toàn khu vực không khác nhau nhiều. Trong vùng nội đồng độ mặn nhỏ nhất phụ thuộc rất nhiều vào chế độ mưa. Vào các tháng III, IV, V là cuối mùa khô, độ mặn của nước đạt giá trị lớn nhất, các tháng VIII, IX, X cuối mùa mưa độ mặn đạt giá trị nhỏ nhất. ĐỘ MẶN LỚN NHẤT (%O) TẠI MỘT SỐ TRẠM. Năm Phước Long Ghành Hào Cà Mau Sông Đốc Ngày S%0 Ngày S%0 Ngày S%0 Ngày S%0 1997 09/V 30.6 25/IV 31.4 03/V 33.1 09/V 32.2 1998 29/V 29.1 03/V 33.7 13/V 31.8 16/V 32.0 1999 25/IV 3.7 20/III 31.4 03/IV 31.4 06/IV 32.5 Theo số liệu đo của năm 1990, trong tháng II, độ mặn trung bình tại Cà Mau là 22.3g/l, lớn nhất là 24.8 g/l và nhỏ nhất là 19.7 g/l, trong tháng VI độ mặn trung bình là 6.2 g/l, lớn nhất là 19.1 g/l và nhỏ nhất là 2.1 g/l . Thủy văn : Khu vực nghiên cứu nằm gần trùng với đường giáp nước của 2 chế độ triều biển Đông và vịnh Thái Lan. Tại đây dao động mực nước và tốc độ dòng chảy tương đối nhỏ. Chế độ triều ở đây là bán nhật triều không đều với phần lớn các ngày trong tháng đều có 2 lần nước lớn, 2 lần nước ròng trong ngày. Biên độ dao động mực nước lớn nhất từ 1.2 m đến 1.5 m. Trong 1 tháng âm lịch có 2 kỳ triều cường ứng với 2 kỳ trăng tròn và không trăng, 2 kỳ triều kém ứng với 2 kỳ trăng thượng huyền và hạ huyền và 2 kỳ triều trung gian. Do ảnh hưởng của mực nước dâng rút do gió mùa, khoảng tháng IX, X, XI, XII hàng năm mực nước dâng cao nhất, các tháng III, IV, V, VI có mực nước rút xuống thấp nhất. Những biến động về mực nước, dòng chảy tại khu vực nghiên cứu nhỏ hơn so với biển Đông Nam Bộ. Chế độ thủy văn chủ yếu là chế độ của dao động triều. Vai trò của lũ rất nhỏ. Chế độ của dòng chảy cũng giống như chế độ của dao động mực nước là bán nhật triều không đều. Tốc độ cực đại của dòng chảy qua các công trình thoát nước chính không lớn, chỉ vào khoảng 1.0 m/s. Dưới đây là số liệu về một số mực nước chủ yếu nhận được từ kết quả điều tra khảo sát, thu thập và tính toán: Mực nước với tần suất p = 1% : + 0.98 Mực nước với tần suất p = 2% : + 0.97 Mực nước với tần suất p = 5% : + 0.96 Lưu tốc trung bình : 1.0m/s Ghi chú : Cao độ ghi theo hệ Quốc gia . KHÁI QUÁT PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ Quy mô công trình: vĩnh cửu. Phương án 1: Cầu dầm nhịp giản đơn, dầm super- T: Kết cấu nhịp: Nhịp giản đơn dài 40 m. gồm 9 nhịp. Chiều cao dầm 1.75m chưa kể BMC. Chiều dài cầu. Gồm 9 nhịp : 9x40m + [8x1.4m] = 371.2 m. Chiều rộng toàn cầu là B= 14m. Mố: Thuộc lọai chữ U vật liệu BTCT trên nền cọc khoan nhồi Độ sâu chôn cọc dự kiến L = 45m. Trụ: Thuộc lọai trụ nặng trên nền cọc khoan nhồi. Độ sâu chôn cọc dự kiến L = 50m. Phương án 2: cầu thép liên hợp dầm I bản BTCT Kết cấu nhịp: Được cấu tạo từ các thép bản, tạo thành dầm I: Chiều dài dầm nhịp là:L = 42m, Chiều cao dầm là h = 1.7m. Chiều rộng toàn cầu là B= 14m. Chiều dài toàn cầu. Gồm 7 nhịp. 9x 42m = 378m. Mố: Thuộc lọai U BTCT trên nền cọc khoan nhồi. Độ sâu chôn cọc dự kiến L = 40m. Trụ: Thuộc lọai trụ nặng trên nền cọc khoan nhồi. Độ sâu chôn cọc dự kiến L = 40m.