Thiết kế kỹ thuật (25%) (km0+600 km1+600 - Phương án II)

PHẦN 2 THIẾT KẾ KỸ THUẬT (25%) (KM0+600 KM1+600 - PHƯƠNG ÁN II) Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.GIỚI THIỆU ĐOẠN TUYẾN THIẾT KẾ: Sau khi thiết kế sơ bộ,luận chứng kinh tế kỹ thuật của các phương án tuyến ta chọn phương án II để đưa vào thiết kế kỹ thuật. Đoạn tuyến thiết kế kỹ thuật kéo dài từ Km0+600 đến Km1+600.Tuyến đi qua một yên ngựa. Trong đoạn có 1 vị trí đặt cống tại Km0+900 là cống tròn 3f200; hai đường cong nằm có R=600m va R=300 có đỉnh tại lý trình Km0+754,14 và Km2+563,34. Tuyến chia làm 3 đoạn đầu (từ Km0+600 đến Km0+900)có độ dốc dọc 00/00, đoạn 2 (từ KM0+900 đến KM1+200) có độ dốc dọc 190/00 ,đoạn cuối (từ KM1+200 đến KM1+600) có độ dốc dọc 17 0/00 tuyến đi với dạng nền đắp hoàn toàn, nửa đào nửa đắp, đào hoàn toàn. 1.2.XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC ĐIỂM, ĐIỀU KIỆN CỤ THỂ CỦA ĐOẠN TUYẾN : Địa hình khu vực tuyến đi qua có độ dốc ngang sườn từ 3,50/0 đến 9,10/0 Độ dốc dọc của tuyến có hai đoạn riêng biệt. Trên đoạn tuyến gồm có : - Một đường cong nằm có đỉnh tại Km0+754,14 có 1 phần đường cong nằm trong đoạn tuyến kỷ thuật: +Góc chuyển hướng α= 53050'6''; bán kính R = 600 m; K = 563,76 m; T = 304,63 m; P = 72,9 m. - Một đường cong nằm có đỉnh tại Km1+563,34 có 1 phần đường cong nằm trong đoạn tuyến kỷ thuật: +Góc chuyển hướng α = 56016'56''; bán kính R = 300 m; K = 294,69 m; T = 160,46 m; P = 40,42 m. - Một đường cong đứng: + Đường cong đứng có đỉnh tại KM1+200 có: * Bán kính R = 8000(m). * K = 288 (m). * T = 144 (m). * P = 1,3 (m). - Một cống tròn 3f200 đặt tại lý trình KM0+900 + Chiều cao đắp lớn nhất là 3,81 m (tại vị trí đặt cống). + Chiều cao đào lớn nhất là 4,14 m (tại KM1+180). + Cao độ tự nhiên là: 71,09 (m). + Cao độ đáy cống là: 71,09 (m). + Cao độ đường đỏ là: 74,90 (m). Chương 2: THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ 2.1.LẬP BẢNG CẮM CỌC CHI TIẾT: Nguyên tắc và phương pháp thiết kế bình đồ đã được trình bày ở phần thiết kế sơ bộ lập dự án khả thi.Nhưng trong phần thiết kế kỹ thuật đòi hỏi sự chính xác cao hơn và để tính toán chính xác khối lượng do đó ngoài các cọc KM, cọc H, cọc X, cọc TD, cọc P, cọc TC...Ta phải cắm thêm các cọc chi tiết,các cọc này được quy định như sau: + 5m trên đường cong có bán kính R<100(m). + 10m trên đường cong có bán kính R = 100 500(m). + 20m trên đường cong có bán kính R>500m và trên đường thẳng. Trên đoạn tuyến có 1 đường cong nằm có bán kính R = 600m, do vậy ta cắm thêm các cọc chi tiết có khoảng cách là 20m, 1 đường cong nằm có bán kính R = 300m, do vậy ta cắm thêm các cọc chi tiết có khoảng cách là 10m. 2.2.THIẾT KẾ CHI TIẾT ĐƯỜNG CONG NẰM: Căn cứ vào bình đồ tuyến ở phần lập dự án khả thi, trong đoạn tuyến thiết kế có một đường cong nằm đỉnh tại Km0+754,14 có các chỉ tiêu tính toán sau: Bảng 2.2.1. Bảng các chỉ tiêu tính toán đường cong nằm. Tên đỉnh Lý trình đỉnh R (m) T (m) P (m) K (m) P1(Km0+754,14) 53050'6'' 600 304,63 72,9 563,76 Vì đường cong nằm có bán kính lớn và địa hình là vùng đồng bằng đồi, do đó ta áp dụng phương pháp cắm cong nhiều tiếp tuyến để cắm cong. Đối với đường cong có R = 600 m đoạn cắm cọc chi tiết là 20m do đó: * Cách cắm cọc : Hình 2.2.1: Sơ đồ bố trí cọc chi tiết trên đường cong tròn cơ bản Từ sơ đồ và các giá trị đã tính toán ta cắm cong như hình II.2.1:Xuất phát từ điểm đầu đường cong TD1(A1) hướng máy đo về đỉnh Đ1 theo tiếp tuyến bố trí một đoạn thẳng L=10,009m ta xác định được điểm B1.Từ điểm B1 đặt máy kinh vĩ mở góc =1054'39" về phía đường cong, trên hướng vừa mở bố trí một đoạn thẳng có L = 10,009m, ta xác định được điểm A2 là điểm tiếp xúc với đường cong,theo hướng này ta bố trí 1 đoạn 20m ta sẽ xác định được B2. Đặt máy tại B2 ngắm B1,ta quay 1 góc (1800 + ) theo chiều kim đồng hồ theo hướng này ta bố trí 1 đoạn 10,009m ta xác định được A3, 1 đoạn 20m ta xác định được B3.Tương tự, từ điểm B3 xác định được điểm A4, B4.Cứ như vậy ta sẽ bố trí được hết các điểm chi tiết trên đường cong. - Đường cong nằm đỉnh tại Km1+563,34 có các chỉ tiêu tính toán sau: Bảng 2.2.2. Bảng các chỉ tiêu tính toán đường cong nằm. Tên đỉnh Lý trình đỉnh R (m) T (m) P (m) K (m) P2(Km1+563,34) 56016'56'' 300 160,46 40,22 294,69 Vì đường cong nằm có bán kính nhỏ và địa hình là vùng đồng bằng đồi, do đó ta áp dụng phương pháp cắm cong nhiều tiếp tuyến để cắm cong. Đối với đường cong có R = 300 m đoạn cắm cọc chi tiết là 10m do đó: * Cách cắm cọc : Hình 2.2.2: Sơ đồ bố trí cọc chi tiết trên đường cong tròn cơ bản Từ sơ đồ và các giá trị đã tính toán ta cắm cong như hình II.2.1:Xuất phát từ điểm đầu đường cong TD1(A1) hướng máy đo về đỉnh Đ1 theo tiếp tuyến bố trí một đoạn thẳng L=5,004m ta xác định được điểm B1.Từ điểm B1 đặt máy kinh vĩ mở góc =1054'39" về phía đường cong, trên hướng vừa mở bố trí một đoạn thẳng có L = 5,004m, ta xác định được điểm A2 là điểm tiếp xúc với đường cong,theo hướng này ta bố trí 1 đoạn 10m ta sẽ xác định được B2. Đặt máy tại B2 ngắm B1,ta quay 1 góc (1800 + ) theo chiều kim đồng hồ theo hướng này ta bố trí 1 đoạn 5,004m ta xác định được A3, 1 đoạn 10m ta xác định được B3.Tương tự, từ điểm B3 xác định được điểm A4, B4.Cứ như vậy ta sẽ bố trí được hết các điểm chi tiết trên đường cong. Chương 3: THIẾT KẾ TRẮC DỌC CHI TIẾT 3.1.CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CHUNG: + Thiết kế trắc dọc chi tiết căn cứ vào: - Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054-05. - Bình đồ tuyến tỷ lệ: 1/1000. - Cấp hạng kỹ thuật tuyến đường. - Nguyên tắc và quan điểm thiết kế của dự án khả thi. + Giải pháp thiết kế đường đỏ:Xem xét lại trắc dọc của dự án khả thi và địa hình cụ thể chi tiết của tuyến để điều chỉnh đường đỏ phù hợp với cao độ khống chế. - Điểm đầu đoạn: Km0+600 cao độ khống chế là:74,90 m - Điểm cuối đoạn: Km1+600 có cao độ khống chế là:73,80 m - Cao độ trên cống : KM0+900 có cao độ khống chế là : 74,06m - Chiều dài đoạn dốc đã thiết kế ở phần dự án khả thi. 3.2.THIẾT KẾ ĐƯỜNG CONG ĐỨNG: Tiến hành cắm tiếp đầu tiếp cuối và xác định điểm đổi dốc như sau: Xác định tiếp tuyến: T= Hình 2.3.1 : Sơ đồ xác định toạ độ đường đỏ trên đường cong đứng Điểm tiếp đầu có toạ độ : XTĐ = XC -T YTĐ = YC -T iA Điểm tiếp cuối có toạ độ: XTĐ = XC +T YTĐ = YC +T iA Điểm gốc của đường cong đứng E (tại đó độ dốc dọc bằng 0) XE = XTĐ + R iA YE +R i/2 Từ các kết quả trên ta lập bảng cắm cọc chi tiết cho đoạn tuyến (phụ lục 8.) Chương 4: THIẾT KẾ TRẮC NGANG CHI TIẾT 4.1.THIẾT KẾ TRẮC NGANG CHI TIẾT: Các chỉ tiêu kỹ thuật của mặt cắt ngang: - Bề rộng nền đường Bn = 7,5 m. - Bề rộng mặt đường Bm = 5,5m. - Bề rộng lề Bl = 21m. - Bề rộng lề gia cố :Blgc =20,5m. - Độ dốc ngang phần mặt đường và phần lề gia cố 2%. - Độ dốc ngang phần lề không gia cố 6%. - Rãnh biên hình thang tiết diện đáy 0,4m taluy 1:1. - Taluy nền đào 1:1. - Taluy nền đắp 1:1,5. Thiết kế mặt cắt ngang chi tiết là áp áo đường, rãnh biên, mái taluy đường đào, đắp vào mặt cắt ngang, tính các cao độ cần thiết lên mặt cắt ngang từ cao độ tim đường thiết kế trắc ngang cho tất cả các cọc có trên trắc dọc. Các mặt cắt ngang chi tiết xem hình vẽ kèm phụ lục. 4.2.TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG ĐÀO ĐẮP: Để tính chính xác khối lượng đào đắp cho đoạn tuyến thiết kế ta dựa vào trắc ngang chi tiết, bình đồ kỹ thuật, trắc dọc chi tiết của đoạn tuyến. Khi tính toán khối lượng đào đắp ta tính theo phương pháp gần đúng,phương pháp trung bình mặt cắt. Khối lượng chi tiết xem ở phụ lục 9. 4.3 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CHỌN: Kết cấu phần xe chạy và lề gia cố: 1) BTN chặt hạt vừa loại 2 – Dmax20 dày 8cm E1= 280(MPa). 2) CPĐD loại I – Dmax25 dày 15cm E3 = 300 (MPa). 3) CPĐD loại II – Dmax37,5 dày 24cm E4 = 250 (MPa). Chương 5: THIẾT KẾ CHI TIẾT CỐNG THOÁT NƯỚC Đoạn thiết kế kỹ thuật từ Km0+600 đến Km1+600 có 1 vị trí đặt cống tại Km0+900 5.1.XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG TÍNH TOÁN: 5.1.1.Xác định lưu lượng cực đại chảy về công trình. Theo phần dự án khả thi ta xác định được lưu lượng cực đại chảy về công trình: Qmax = 15,01 (m3/s). 5.1.2.Luận chứng chọn loại cống, khẩu độ cống: Ta có thể sử dụng loại cống vuông hay cống tròn để thoát nước qua đường, mỗi loại cống đều có ưu và nhược điểm riêng. -Cống tròn: +Ưu điểm:Khả năng thoát nước tốt chỉ cần bố trí tường đầu, không cần mố trụ nên khối lượng xây ít, dễ thi công và giá thành thấp. +Nhược điểm:Khống chế chiều cao từ mặt đường đến đỉnh cống là phải lớn hơn 0,5m để đảm bảo điều kiện áp lực phân bố đều trên cống,nên không sử dụng được ở chỗ nền đường đắp thấp. -Cống vuông: +Ưu điểm:Khả năng chịu lực tốt, có thể đảm bảo cho xe cộ qua lại trực tiếp trong thi công và trong khai thác có thể chỉ cần đặt trực tiếp lớp áo đường lên trên cống là được,vì thế dùng nhiều tại vị trí chiều cao đất đắp trên cống thấp. +Nhược điểm:Thi công phức tạp tốn kém vật liệu,giá thành cao. Về chế độ chảy: -Chế độ chảy không áp + Dự trữ được lưu lượng, nền đường không bị ẩp ước,có khoảng hở cho cây trôi. + Phải tăng khẩu độ cống. -Chế độ chảy có áp + Cần phải đắp cao nền đường (>0,5m), gia cố tốt thượng hạ lưu,nền đường dễ bị ẩm ướt. + Giảm được khẩu độ cống. Với nhiệm vụ thiết kế cống tại vị trí KM0+900, tại đây chiều cao đắp đất là 3,81m nên có thể khắc phụ được nhược điểm của cống tròn.Đồng thời đây là khu vực đồi nên dễ có cây trôi khi mưa lũ ,hạn chế mực nước dâng để khỏi ảnh hưởng đến ruộng vường và nhà cửa. Dựa vào phụ lục 16,17 tài liệu [5], với lượng nước cực đại chảy về công trình là Qp = 15,01(m3/s), cao độ tự nhiên là 71,09m,chiều cao đất đắp là 3,81m và những ưu nhược điểm của từng loại cống như trên, kiến nghị chọn loại cống tròn, làm việc theo chế độ không áp có miệng cống loại thường, tức là H < 1,2hcv. Với H : chiều cao nước dâng trước cống. hcv: chiều cao cống ở cửa vào. Ta chọn được3Φ200 có vận tốc nước chảy v = 2,89 m/s,chiều cao mực nước dâng:H = 1,69 m. 5.2.THIẾT KẾ CẤU TẠO CỐNG: 5.2.1. Cửa cống: - Cửa cống có tác dụng nối tiếp nền đường và miệng cống, điều tiết trạng thái dòng chảy, đảm bảo dòng chảy thông suốt, tránh xói mòn lòng sông suối thượng hạ lưu, tránh xói mòn cống, móng của cống, đảm bảo cho cống làm việc an toàn. - Hình thức cửa cống ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thoát nước của cống và việc lựa chọn hình thức gia cố lòng khe suối. - Do điều kiện thuỷ lực tốt, để đơn giản thi công ta chọn cửa cống loại thường, tường cách kiểu chữ bát, góc chéo của tường cánh 300 cho cả cửa vào và cửa ra vì kiểu này thi công đơn giản, thoát nước tốt, giá thành thấp, mỹ quan và điều quan trọng hơn nữa là điều chỉnh được dòng chảy. - Để rút ngắn chiều dài tường cánh và dể thi công, đầu cuối tường cánh ta xây thẳng đứng cao 30cm. Sử dụng phương pháp đổ tại chỗ bằng bê tông mác M200 đá dăm 2040mm. 5.2.2.Thân cống . - Thân cống là ống cống tròn BTCT lắp ghép . - Để thoát nước tốt yêu câu phải đặt sao cho phía thượng lưu không phải đắp đất làm giảm khả năng thu nước về cống và ở hạ lưu không phải đào khá sâu làm giảm khả năng thoát nước ra khỏi cống . - Không đặt cống quá sâu làm tăng chiều dài cống, tăng giá thành công trình. - Đảm bảo cao độ thiết kế lớn hơn mức nước cao nhất là 0,5m từ các quan điểm trên ta chọn độ dốc đặt cống là 4% - Chiều cao đất đắp trên cống là 1,65m, taluy nền đắp là 1:1,5 với bề rộng nền đường là 7,5m ta tính được chiều dài thân cống là: Hình 2.5.1 : Các kích thước tính toán chiều dài cống. Dựa vào hình II.5.1 ta có chiều dài cống được tính theo công thức : Vậy ta chọn chiều dài cống là 12m. - Cốt thép trong ống cống:là 2 lớp bố trí sát thành trong và thành ngoài của cống ngoài ra còn đặt thêm cốt thép dọc để chống lại lực cắt và giữ vị trí các đai chịu lực cố định - Bê tông:Dùng bê tông M25. Ta có biểu đồ momen của cống tròn như hình vẽ: Hình 2.5.2 : Dạng biểu đồ mômem của cống tròn. Dựa vào biểu đồ mômem ta thấy, cống tròn là kết cấu vừa chịu kéo vừa chịu uốn . Phía trên và phía dưới chịu mômem dương nên ta bố trí cốt thép chịu lực sát vào phía trong thành ống.Phía bên phải và trái chịu mômem âm nên ta bố trí cốt thép sát phía ngoài thành ống.Do đó ta dung hai lớp cốt thép ở phía trong và phía ngoài . Để nối hai đốt cống với nhau ta dùng cách nối ghép thẳng khe nối giữa các ống cống có chiều dài 1cm. Khe nối được nhét chặt bằng đay tẩm nhựa đường, bên trong ống cống quét hai lớp nhựa đường và phủ hai lớp giấy dầu tại mối nối. 5.2.3.Móng cống . Tại vị trí đặt cống có địa chất ổn định, tình hỉnh thủy văn đơn giản ta cho cống đặt trực tiếp lên lớp móng cấp phối đá dăm. Hình 2.5.3 : Cấu tạo móng cống 5.3.THIẾT KẾ KẾT CẤU CỐNG : 5.3.1.Nguyên lý thiết kế: Cống không chỉ chịu tác dụng của tải trọng xe chạy mà còn chịu tác dụng của đất đắp trên nó.Cống được tính theo 3 trạng thái sau: - Trạng thái giới hạn thứ nhất: Bảo đảm công trình không bị phá họai vì mất cường độ và độ ổn định trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn . - Trạng thái giới hạn thứ hai:Bảo đảm công trình không xuất hiện biến dạng dư quá mức trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn . - Trạng thái giới hạn thứ ba:Bảo đảm công trình không xuất hiện biến dạng cục bộ không cho phép trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn. 5.3.2.Các giả thiết khi tính toán : - Cống tròn bê tông cốt thép thuộc loại cống tròn cứng, khi tính toán không xét đến biến dạng của bản thân cống. - Chiều sâu chôn cống có ảnh hưởng nhất định với việc tính toán ngoại lực.Khi tính toán giả thiết rằng đáy sông suối ngang với đáy mặt trong của cống . - Trong các đốt cống cứng,ảnh hưởng của lực dọc trục ứng với ứng suất tính toán rất nhỏ (<9,5%),cho nên trong tính toán có thể bỏ qua ứng suất dọc trục . 5.3.3.Số liệu thiết kế : - Tính toán kiểm tra cho trường hợp chưa có các lớp áo đường với tải trọng thiết kế xe H30 và HK80. - Vật liệu cấu tạo cống: + Bê tông tường cánh đá 2x4 M20 có Rn = 90daN/cm2. + Cốt thép AI có Ra = Ra' = 1900daN/cm2. + Chiều cao đất đắp trên cống: H = 165cm . + Dung trọng đất đắp 0 =1,8 (T/m3). + Dung trọng BTCT : 1 = 2,5(T/m3) + Độ dốc dọc cống lấy bằng độ dốc ngang sườn tại mặt cắt ngang cống:ic= 5%. + Móng cấp phối đá dăm loại I Dmax37,5 đầm chặt K98 dày 30cm. + Đất đắp,có = 24o. 5.3.4.Tính toán cống tròn bê tông cốt thép : 5.3.4.1.Chọn kích thước sơ bộ: Do chiều cao đất đắp H<6m nên ta có thể sơ bộ tính chiều dày ống cống theo công thức sau. = Trong đó : + D:Đường kính trong của cống :D = 200(cm). 16cm. Theo tiêu chuẩn kỹ thuật thi công và nghiệm thu cầu cống 22TCN159-86 ta có với đường kính cống D=200cm thì =16 24 (cm). Vậy ta chọn =16cm. 5.3.4.2.Tính ngoại lực : 1) Tĩnh tải : - Do áp lực thẳng của đất đắp gây ra: q = 0 H =1,81,65 = 2,97 (T/m2) . - Trọng lượng bản thân cống. gz = = 2,50,16 = 0,4(T/m2). 2) Hoạt tải: Theo quy định chiều cao đất đắp trên công không nhỏ hơn 0,5m vì vậy không xét đến lực xung kích: Trong đó : + P: Áp lực thẳng đứng do tải trọng xe chạy gây ra (T/m2). + G: Trọng lượng một bánh xe sau của ôtô hoặc trọng lượng bánh xe HK80(T). + a: Chiều rộng của mặt tác dụng áp lực (m). + b: Chiều dài của mặt tác dụng áp lực(m). * Đối với xe H30: Xét trường hợp hai xe qua cống. Hình 2.5.4 : Sơ đồ xếp xe H30. a = c + 0,6 + 2.H.tg300 = 1,1+0,6 + 21,65tg300 = 3,61(m). b = 1,6+0,2 + 2.H.tg300 = 1,6+0,2 + 21,65tg300 = 3,71 (m). Ta được : = 0,89(T/m2) * Đối với xe HK80. Hình 2.5.5 : Sơ đồ xếp xe HK80. a = c + 0,8 + 2.H.tg300 = 2,7+0,8 + 21,65tg300 = 5,41 (m). b =1,2+ 0,2 + 2Htg300 = 1,2+0,2 + 21,65tg300 = 3,31(m). Ta được : = 1,12(T/m2) Hình 2.5.6a : Sự phân bố áp lực đất và Hình 2.5.6b:Sự phân bố áp lực do áp lực do hoạt tải trên cống tròn. trọng lượng bản thân gây ra. 5.3.4.3.Tính nội lực: Sơ đồ phân bố áp lực lên cống tròn cứng như hình II.5.6a,b,do ảnh hưởng của ứng suất dọc trục rất nhỏ nên ta chỉ tính toán mômem. Mômem trong ống cống tròn do tác dụng của áp lực đất q và của tải trọng xe chạy P tính theo công thức. M1 = M2 = M3 = 0,137.(q+P).R2.(1-). (II.5.4) Trong đó : + q:áp lực thẳng đứng của đất : q = 2,97 (T/m2). PH30 = 0,89 (T/m2). PHK80 = 1,12 (T/m2). + R:bán kính của đốt cống kể từ trục trung hòa. (m) + :Hệ số kháng đàn hồi của đất,với ống cống cứng lấy bằng hệ số áp lực hông của đất : = 0,42. Đối với xe nặng H30: M1 = M2 = M3 = 0,137.(2,97 + 0,89).1,162.(1-0,42) = 0,413(T.m). Đối với xe nặng HK80: M1’ = M2’ = M3’ = 0,137.(2,97+1,12).1,162.(1-0,42) = 0,437(T.m). Mômen do ảnh hưởng của trọng lượng bản thân cống : M''1 = 0,304.gz.R2 = 0,304. 0,4 .1,162 = 0,164 (Tm). M''2 = 0,337.gz.R2 = 0,337. 0,4 . 1,162 = 0,181 (Tm). M''3 = 0,369.gz.R2 = 0,369 .0,4 . 1,162 = 0,199(T.m). Q2=0 Q2=0 M2 M2 N2 M1 M3 Q1=0 Q1=0 N1 N3 Hình 2.5.7.Sơ đồ tổ hợp mômen 5.3.4.4 Tổng hợp mômem: Tiến hành tổ hợp mômen do áp lực thẳng đứng, áp lực hoạt tải thẳng đứng và do trọng lượng bản thân cống gây ra theo sơ đồ như hình 5.7 thì tìm được mômen uốn lớn nhất. Mômen uốn lớn nhất sau khi tổng hợp theo công thức: M = M1+M3'' hoặc M' = M'1+M3''. Trong đó : +M,M’:Tổ hợp mômem do áp lực đất, hoạt tải bánh xe và trọng lượng bản thân cống . Suy ra: MH30=M1+M3'' = 0,413+ 0,199= 0,612 (T.m). M'HK80=M'1+M3''= 0,437+ 0,199 = 0,636(T.m). Theo qui định khi kiểm toán đối với xe nặng HK80,cho phép tăng cốt thép lên 25%. Vậy (T.m) < M = 0,612 (T.m). Vậy mômen lớn nhất (mômen uốn): M = 0,612 (T.m) = 61200 (daN.cm). 5.3.4.5.Chọn tiết diện : Chiều dài một đốt cống là 99cm,khe hở giữa hai đốt cống là 1cm,khi tính nội lực lấy b = 99cm. Dùng cốt thép8, bố trí hai hàng đối xứng,chiều dày lớp bảo vệ a' = 2cm. h0 =- a = 20 -2,4 = 17,6 cm Xác định giá trị của hệ số R0 theo công thức: = 0,022 = 0,5.[1+] = 0.989 Tiết diện cốt thép cần thiết Fa(cm): (cm2) Số lượng cốt thép cần thiết là 58 có Fa = 2,515cm2 và bố trí thành hai hàng đối xứng theo dạng lò so liên tục. Hình 2.5.8: Sơ đồ bố trí cốt thép 5.3.4.6 .Kiểm tra điều kiện đảm bảo cường độ và kiểm tra nứt. 5.3.4.6.1Kiểm tra về cường độ. Thành cống bêtông cốt thép tiết diện chữ nhật có bố trí hai hang cốt thép Fa= F’a= 2,515cm2, vì vậy kiểm tra điều kiện cường độ theo công thức sau: (II.5.9) (II.5.10) Trong đó: Ru = 90 (kG/cm2); b = 99 (cm); h0 = 17,6(cm); Ra=1900 (kG/cm2); Fa = F'a = 2,515(cm2). a = 2,4 (cm); M = 61200 (daN.cm). Thay các giá trị vào công thức II.5.10 ta có: = 9,68 cm Vậy x < 0,55.ho Thay các giá trị vào vế phải công thưc II.5.9 ta có: = 156014,7(daN.cm). M = 61200 (daN.cm) < 156014,7 (daN.cm) Vậy điều kiện cường độ được đảm bảo. 5.3.4.6.2.Kiểm tra nứt. Độ mở rộng lớn nhất của đường nứt at (cm),với cốt thép trơn tinh theo công thức: (II.5.10). Trong đó: (kg/cm2) Ea=2,1.106kg/cm2. :Hệ số xét đến ảnh hưởng của bêtông vùng chịu kéo đến biến dạng của cốt thép, tra bảng 5.2 tài liệu [7] với bêtông mác 200 ta có = 0,9. (II.5.11) Với +FT = 99.(2,4+2,4) = 475(cm2). +:Hệ số xét đến sự phân bố cốt thép,= 1 + n1,n2,n3….ni:Số lượng các thanh có đường kính d1,d2,…..,di Thay các giá trị vào công thức (II.5.11) ta có: aT = Vậy kết cấu thõa mãn điều kiện chống nứt. 5.3.5 .Móng cống và lớp phòng nước. 5.3.5.1.Móng cống. Sự kiên cố,ổn định lâu dài của móng là điều tất yếu để đảm bảo cho kết cấu xây dựng trên nó được lâu dài, chắc chắn.Căn cứ vào điều kiện địa chất thủy văn.Vật liệu xây dựng sẵn có và tình hình thi công ta chọn móng cống làm bằng vật liệu cấp phối đá dăm đầm chặt dày 30cm. 5.3.5.2.Mối nối giữa hai cống. Trong đó: 1 : Lớp ngoài trát bitum =2cm 2 : 2 lớp vải tẩm nhựa 3 : Đây tẩm nhựa đường 4 : Gỗ nhóm V tẩm nhựa 5 : Vữa ximăng M10 Hình 2.5.9: Mối nối giữa hai ống cống 5.3.6 .Tính toán tường cánh. Tại các cửa cống bố trí tường cánh kiểu chéo vì tường cánh này đơn giản,dể thi công và thoát nước tốt.Đầu mút tường cánh xây thẳng đứng . 5.3.6.1. Nguyên lý tính toán. Tại các cửa cống có tường cánh chịu áp lực của đất do đó phải dựa vào nguyên lý tường chắn đất để tính toán . Do chiều cao tường cánh thay đổi do đó ảnh hưởng đến chiều dài của tường.Để dể tính toán phải chia tường cánh ra một số đoạn và mỗi đoạn tính với chiều cao trung bình. Khi kiểm tra cường độ và độ ổn định của tường cánh phải tiến hành như sau : - Tính ứng suất ở mặt cắt đỉnh và móng tường. - Tính áp lực đất ở đáy móng tường cánh. - Tính hệ số ổn định trượt của tường cánh theo đất đắp móng. - Tính hệ số ổn định lật. 5.3.6.2.Số liệu thiết kế : Hình 2.5.10 : Sơ đồ tính toán tường cánh. - Tường cánh được làm bằng bêtông M200.Có Rn = 90 daN/cm2,Rk =7,5daN/cm2 - Góc lệch cánh bằng 300. - Chiều rộng đỉnh tường : b = 0,3(m). - Chiều cao tường cánh : H =2,45 (m) . - Goïc nghiãng cuía tæåìng : 4:1 - Đất đắp có 0 = 1,8 (T/m3). - Dung trọng của bêtông M200 :0 = 2,5(T/m3). - Đất đắp trên cống là đất cát hạt to có góc nội ma sát j = 350. - Sức chịu tải của đất nền là lớp á sét có lẫn sỏi sạn bằng E = 2,5 (daN/cm2) - Taluy nền đắp 1:1,5. - Ứng suất kéo uốn cho phép của bêtông M200 là :[] = 7,5 (daN/cm2) - Hệ số ổn định chống trượt [Ktr] = 1,3. - Hệ số ổn định chống lật [KL] = 1,5. 5.3.6.2. Xác định các thông số tính toán: * Tường cánh chữ bát chịu lực đẩy E1, E 2 của đất nền đắp thẳng góc với tường. E1= (T) (II.5.14) E1= (T) Trong đó: a: Hệ số áp lực đất chủ động a = (II.5.15) Với : +j : góc nội ma sát của đất j=350 + : góc nghiêng của bề mặt đất đắp so với mặt thẳng đứng=arctg(1/4) = 1402’ + : góc ma sát ngoài giữa hông tường và đất đắp. Lấy = + : góc nghiêng của bề mặt đất đắp so với mặt nằm ngang. =18026’05” ==>= =0,473. Dùng mặt cắt vuông góc với tường cánh . Tại mặt cắt I-I : E1= =.1,8 .2,452.0,473 = 2,56(T) e1=H1/3 =0,817 (m) Tại mặt cắt II-II : E2= =.1,8.3,252.0,473 = 4,496 (T) e2=H2/3 =1,083(m) *Tính lực thẳng đứng: - Chia tường cánh thành nhiều đoạn,mỗi tính toán với chiều cao trung bình : Công thức tính: Pi = Vi.i + Vi : thể tích khối bêtông hoặc đất đắp. +i : dung trọng khối bêtông hoặc đất đắp. - Gọi ai, bi, ci: lần lượt là khoảng cách từ điểm đặt lực Pi đến điểm trọng tâm tiết diện I-I, trọng tâm tiết diện II-II và mép trước của đáy móng điểm A Kết quả tính toán các giá trị pi, ai, bi, ci như trong bảng II.5.1 Bảng 2.5.1.Bảng tính các giá trị pi, ai, bi, ci. Tên lực Giá trị lực (T) ai(m) bi(m) ci(m) P1 2,45´ 0,3´ 1´2,5=1,838 0,4 0,4 0,35 P2 (0,75´ 2,45)´ 1´ 2,5 = 2,297 0,01 0,01 0,74 P3 (0,75´ 2,45)´ 1´ 1,8 = 1,654 0,28 0,28 1,03 P4 ´ (0,75x0,75xtg18026’)x1,8x1 = 0,169 0,25 0,25 1 P5 1,5x0,8x1x2,5 = 3 0 0 0,75 P6 0,25x2,45x1,8 = 1,103 0,63 0,63 1,38 P7 ´(1x1-0,75x0,75)xtg18026’x1x1,8 =0,131 0,61 0,61 1,36 5.3.5.2. Xác định nội lực và kiểm tra ứng suất tại mặt cắt đỉnh móng, mặt cắt đáy móng tường cánh: a) Kiểm tra ứng suất của mặt cắt đỉnh móng tường cánh (Mặt cắt I- I). - Xác định nội lực: MI = E1.e1 + P1. a1 - P2. a2 – P3. a3 – P4. a4 = = 2,56x0,817 +1,838x0,4-2,297 x0,01-1,654 x0,28 - 0,169 x0,25 = 2,298(T.m) NI = P1 + P2 + P3 + P4 = 1,838 + 2,297 +1,654 + 0,169= 5,958(T) - Ứng suất tại tiết diện I – I Với: + FI : Diện tích tại mặt cắt I-I của tường cánh FI = 1.1,05 =1,05 (m2) + WI : mômen chống uốn cắt tại mặt cắt tiết diện I-I WI = = 0,184(m3) ==> (T/m2) σamax =18,16 (T/m2) = 1,816(daN/cm2)< [σ] = 90 (daN/cm2) σ ku = -6,82 (T/m2) = -0,682 daN/cm2 < Rku =7.5 (daN/cm2) Vậy mặt cắt tại chân tường cánh đủ cường độ b) Kiểm tra ứng suất của mặt cắt đáy móng tường cánh (Mặt cắt II-II.): MII = E2.e2 + P1. b1 - P2. b2 - P3. b3 - P4. b4 - P5. b5 - P6. b6 - P7. b7 = = 4,496x1,083 + 1,838x0,4 - 2,297 x0,01- 1,654 x0,28 - 0,169 x0,25 - 3x0 - 1,103x0,63 - 0,131x0,61 = 4,301(T.m) NII = P1 + P2 + P3 + P4 +P5 + P6 + P7 = 1,838 + 2,297 +1,654 + 0,169 + 3 + 1,103 + 0,131 = 10,892(T) Độ lệch tâm : e = p = Khi e > p : Chỉ tính ứng suất nén trên nền đất trong khu vực chịu nén.Đối với ứng suất nén ở đáy móng tiết diện chữ nhật thì tính theo công thức. = (II.5.16) Trong đó: + B : cạnh của móng thẳng góc với hướng lệch tâm B = 1,5(m) + X : Khoảng cánh từ điểm tác dụng hợp lực đến cạnh chịu nén của móng. x = <2,5(daN/cm2). c) Nghiệm toán hệ số ổn định trượt: Công thức kiểm tra. K = >1,3=[K] (II.5.17) Trong đó: - f :Hệ số bám giữa tường đối với nền đất f=0,55 (:góc nội ma sát vật liệu dưới đáy cống) - NH : Tổng lực giữ NH = 10,892T - E2 : Lực gây trượt E2 = 4,496 ==>K= =1,34 > 1,3 Vậy tường cánh thoả mãn điều kiện ổn định trượt. d) Nghiệm toán hệ số ổn định lật: Ở đây ta xét trường hợp bất lợi là cống khô,khi thi công chưa có gia cố sân cống Công thức tính: K = >1,5 (II.5.12) Trong đó:∑PiCi: Tổng momen giữ ; E2.e2:momen gây lật ∑PiCi = 1,838x0,35+2,297x0,74 +1,654x1,03 + 0,169x1 + 3x0,75 + 1,103x1,38 + 0,131 x1,36 = 8,166(Tm) E2.e2 = 4,496x1,083 = 4,869 (T.m) K = > 1,5 Vậy tường cánh thoả mãn điều kiện ổn định lật . Như vậy cấu tạo tường cánh đã chọn là hợp lý.Tường cánh ở thượng lưu và hạ lưu bố trí giống nhau. 5.3.5.3 Xác định chiều sâu chống xói: Chiều sâu chống xói xác định theo công thức: hxói = Với: + H = 1,69: chiều sâu mực nước dâng trước cống + b =x2 = 3,46 m : khẩu độ cống + lgc = 10,2 m :chiều dài đoạn gia cố ==> hxói = Chiều sâu tường chống xói xác định theo công thức sau: h = hxói + 0,5 = 1,16 + 0,5 = 1,66 m Kích thước cấu tạo kết cấu và thống kê vật liệu cũng như khối lượng cống được thể hiện chi tiết ở bản vẽ số 11.