Đồ Án Thi công, thiết kế nút giao thông Vĩnh Tuy - Hà Nội ( thuyết minh + bản vẽ )

Lời Mở đầu
Là một sinh viên khoa công trình - khóa 44 - Đại học Giao thông vận tải – Hà Nội. Sau 5 năm học tập và rèn luyện tại trường, được sự đồng ý của Ban giám hiệu nhà trường, khoa Công trình và bộ môn Công trình GTTP em được giao nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp với yêu cầu thiết kế sơ bộ nút giao Vĩnh Tuy sau đó thiết kế chi tiết một nhánh cong cụ thể của nút giao này _một nút giao nằm trên QL5 thuộc địa bàn Quận Long Biên _ Hà Nội.
Mặc dù còn hạn chế về nhiều mặt nhất là những hạn chế về trình độ chuyên môn và thực tế nhưng được sự giúp đỡ của các thầy giáo trong bộ môn và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của cô giáo-Ths.Nguyễn Đức Thị Thu Định em đã hoàn thành đồ án được giao theo yêu cầu của nhà trường.
Đồ án này gồm 2 phần:
- Phần I : Thiết kế sơ bộ nút giao Vĩnh Tuy
- Phần 2 : Thiết kế kĩ thuật nhánh cầu C thuộc nút giao Vĩnh Tuy
Do là lần đầu em thực hiện công tác thiết kế một công trình nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót về mặt kỹ thuật cũng như kinh nghiệm, không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra. Em rất mong nhận được những ý kiến nhận xét đánh giá của các thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 09 tháng 5 năm 2008
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Nữ
Lời Cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo trường Đại Học Giao thông Vận tải - Hà Nội đã đào tạo, truyền thụ kiến thức cho em sau 5 năm học, các thầy cô bộ môn Công Trình GTTP đã hướng dẫn chuyên môn, và đặc biệt cảm ơn cô Ths.Nguyễn Đức Thị Thu Định đã trực tiếp hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Sinh viên:
Phạm Thị Nữ
Lớp Công Trình GTTP A_K44

Mục lục
Mở đầu
I. Nhu cầu xây dựng nút giao khác mức 9
II. Các nút giao khác mức tại Việt Nam 9
III. Cơ sở khoa học và thực tiễn,mục đích của đề tài 10
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ NÚT GIAO THÔNG LẬP THỂ
Chương I : CẤU TẠO VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG CẦU CONG TRONG CÁC NÚT GIAO LẬP THỂ
I. Cấu tạo nút giao khác mức trên các đô thị và tuyến giao thông 11
1.1. Nút giao ba nhánh ( ngã ba ) 11
1.2. Nút giao bốn nhánh ( ngã tư ) 14
1.3. Nút giao nhiều nhánh 16
II. Yêu cầu kiến trúc của kết cấu trong nút giao lập thể 17
2.1. Cầu cong trong nút giao lập thể 17
2.1.1. Công nghệ thi công cầu cong 17
2.1.2. Mặt cắt kết cấu dầm bản 18
2.1.3. Chiều cao dầm bản 19

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN
I Thiết kế tổ chức giao thông. 21
II. Thiết kế mặt bằng, bán kính cong 21
III. Sơ đồ kết cấu nhịp 24
IV. Khoảng tĩnh không dưới cầu và đường cong đứng trên cầu 25
V. Thiết kế mặt cắt kết cấu 26
VI. Lựa chọn gối cầu 26
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO VĨNH TUY THEO TIÊU CHUẨN ĐƯỜNG ĐÔ THỊ TCXDVN104-2007
I. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM NÚT GIAO 28
1.1. Vị trí nút giao 28
1.2. Hiện trạng giao thông tại vị trí xây dựng nút. 28
1.3. Hệ thống quy phạm áp dụng 29
II. SỰ CẦN THIẾT PHẢI THIẾT KẾ LẠI NÚT GIAO 30
2.1. Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức 30
2.2. Quy mô nút giao 30
III. THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO 31
3.1. Nguyên tắc thiết kế 31
3.2. Các quy định chung 31
3.3. Các phương án thiết kế 33
IV. TÍNH TOÁN SƠ BỘ . 36
4.1. Xác định tầm nhìn trên đường nhánh trong phạm vi nút giao thông khác mức.
4.1.1. Tính toán tầm nhìn trên bình đồ 36
4.1.2. Xác định tầm nhìn trên trắc dọc 37
4.2. Xác định bán kính đường cong đứng của các cầu nhánh 37
4.3. Xác định đặc trưng hình học của các cầu nhánh 38
4.3.1.Tính toán và thiết kế đường nhánh rẽ phải từ đường phụ nối vào đườngchính
4.3.2.Tính toán và thiết kế đường nhánh rẽ phải từ đường phụ nối vào đường chính
4.3.3.Tính toán đường nhánh rẽ trái gi án tiếp 40
4.4. Phương án về kết cấu 45
PHẦN II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CẦU
NHỊP BẢN CONG LIÊN TỤC
CHƯƠNG I : CƠ SỞ TÍNH TOÁN 50
I. Cấu tạo kết cấu 50
1.1. Mặt cắt ngang 50
1.2. Bố trí cốt thép thường 51
1.3. Bố trí cốt thép cường độ cao 54
1.4. Phân đoạn đổ bê tông 56
II. Tính toán nội lực. 56
2.1.Mô hình tính toán kết cấu 56
2.2. Tải trọng tác dụng 58
2.2.1. Tĩnh tải bản than 58
2.2.2. Lực căng kéo 59
2.2.3. Hoạt tải 60
2.2.4. Lực co giãn do nhiệt độ 60
2.2.5. Lực gió 62
2.2.6. Lực ly tâm 63

2.2.7. Lực hãm phanh 63
2.2.8. Lực động đất 63
2.2.9/ Lực do gối lún 64
2.2.10.Tải trọng thi công 64
2.2.11. Co ngót, từ biến 64
III. Kiểm toán mặt cắt. 65
3.1.Các chỉ tiêu vật liệu 65
3.2. Tính nội lực và ứng suất 65
3.3. Tính khả năng chịu lực cực hạn của kết cấu 66
3.3.1.Khả năng chịu mômen 66
3.3.2. Khả năng chịu lực cắt 68
3.3.3. Khả năng chống xoắn 68
3.3.4. Khả năng chống xoắn và cắt kết hợp 69
3.3.5. Độ võng và độ vồng 69
CHƯƠNG II:CÔNG NGHỆ THI CÔNG DẦM 71
I. Thiết kế và thi công 71
II. Biện pháp thi công 71
2.1. Phương pháp đúc dầm trên đà giáo cố định 72
2.2. Đảm bảo giao thông trong quá trình thi công 73

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CẦU DẦM BẢN RỖNG
LIÊN TỤC 6 NHỊP 25 M
I. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG 74
1.1. Vị trí địa lý 74
1.2.Đặc điểm khí hậu 74
1.3. Điều kiện địa chất 74
II . QUY MÔ XÂY DỰNG VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT 76
2.1. Tiêu chuẩn thiết kế 76
2.2. Chỉ tiêu vật liệu 76
2.3. Thiết kế mặt đường 77
2.4. Thiết kế các bộ phận cầu 77
III/ Biện pháp thi công 78
1/ Thi công kết cấu mố,trụ 78
2/ Thi công kết cấu nhịp cầu 78
IV/Kết quả tính toán nhịp 80
V/Kiểm toán nhịp dầm 86
VI/Tính toán bản m ặt cầu 113
VII/Tính toán mố 122
VIII/Tinh toán cọc khoan nhồi 140
IX/Kết luận và kiến nghị 146



THUYẾT MINH SƠ BỘ
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:
-/ Thiết kế sơ bộ một nút giao lập thể
-/ Thiết kế tổ chức giao thông trong nút
-/ Tính toán sơ bộ cho kết cấu cầu trong nút giao
-/ Giải pháp bố trí kết cấu phụ trợ trên cầu

I/ PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM NÚT GIAO
1/ Vị trí nút giao
- Nút giao Vĩnh Tuy nằm trong địa phận quận Long Biên-Hà Nội, đây là một nút giao ngã 4 giữa quốc lộ 5 và đường từ cầu Vĩnh Tuy vào khu đô thị mới Sài Đồng (giao giữa hướng đi Vĩnh Tuy -Khu đô thị mới Sài Đồng và hướng đi Hà Nội –Hải Phòng), bên cạnh đó nút giao còn có giao cắt giữa hướng đi Hà Nội –Hải Phòng và đường sắt .
2/ Hiện trạng giao thông tại vị trí xây dựng nút.
- Nút giao Vĩnh Tuy là nút giao giữa tuyến đường Vĩnh Tuy –KĐTM Sài Đồng và QL5, trong đó tuyến đường Hà Nội- Hải Phòng được quy hoạch là tuyến đường 2 chiều . Chiều đi từ Hải Phòng đi Hà Nội có bề rộng đường là 14,75m , chiều đi từ Hà Nội đi Hải Phòng có bề rộng đường là 14,75m . Tuyến đường Vĩnh tuy- Khu đô thị mới Sài Đồng được quy hoạch là tuyến đường 2 chiều , bề rộng làn đường của cả 2 chiều đi và về là 42m ở phía Vĩnh Tuy, 15m ở phía Sài Đồng .
-Trong nút giao thông này, xe có nhiều chuyển động khác với trên đường thường. Ta thấy giữa các làn xe có bốn chuyển động: nhập dòng, tách dòng, cắt dòng và trộn dòng. Tương quan vị thế các xe trong các chuyển động tạo thành các xung đột.
- Các giao cắt còn tồn tại trong nút giao hiên tại
+/ Hướng Vĩnh Tuy-Sài Đồng giao với hướng Hà Nội-Hải Phòng
và đường sắt.
+/ Hướng Vĩnh Tuy-Hải Phòng giao với đường sắt .
+/ Hướng Hà Nội –Vĩnh Tuy giao với đường sắt .
+/ Ngoài ra còn tồn tại giao cắt giữa tất cả các hướng rẽ trái và các giao cắt tách nhập làn.
-Do đặc điểm của nút giao như trên và lưu lượng hiên tại của tuyến HN-HP lớn hơn lưu lượng tuyến Vĩnh Tuy-Sài Đồng nên chọn tuyến HN-HP làm tuyến chính để thiết kế lại nút giao .
-Cách tháo gỡ xung đột đầu tiên ta nghĩ tới là chấp nhận các xung đột có thể chấp nhận được. Như vậy thực tế hàng ngày ta chấp nhận sống chung với các xung đột. Điều này sẽ gây lãng phí thời gian tiền bạc và ô nhiễm môi trường.
-Khi đã chấp nhận các xung đột, muốn giảm độ nguy hiểm ta phải định vị nó để phân phối hợp lý mật độ xung đột và định trước các góc giao có lợi. Tức là phải có biện pháp phân định không gian.
-Một biện pháp nữa là phân định thời gian tức là dùng đèn tín hiệu phân thời gian thành các pha. Mỗi pha cấm một số luồng thông qua và một số luồng được phép thông qua. Như vậy số xung đột giảm rõ rệt và chỉ còn tồn tại xung đột chấp nhận được.
-Tuy nhiên với nút giao Vĩnh Tuy, khi mà các đường giao là QL5, đường sắt quốc gia và tuyến đường quan trọng vành đai 2 của thành phố Hà Nội thì sự giao cắt và thời gian chờ đợi qua nút lớn sẽ làm cho hiệu quả kinh tế xã hội của dự án đạt được là không cao.
Như vậy một biện pháp đặt ra tích cực hơn là thiết kế nút giao khác mức để phân tách các luồng xe nhằm đảm bảo an toàn xe chạy và giảm thời gian thông qua của nút.
3. Hệ thống quy phạm áp dụng.
- Tiêu chuẩn đường Đô thị TCXDVN 104-2007.
- Tiêu chuẩn cầu đường bộ 22TCN 272-05.
- Tiêu chuẩn Việt Nam 4054-2005 Đường ô tô – yêu cầu thiêt kế.
- Tài liệu tham khảo:
+ Tính toán và thiết kế chi tiết các yếu tố nút giao thông khác
II/ SỰ CẦN THIẾT PHẢI THIẾT KẾ LẠI NÚT GIAO
1/ Sự cần thiết phải thiết kế nút giao thông khác mức
- Hiện tại nút giao đang là nút giao cùng mức và thực tế cho thấy thường xuyên xảy ra ùn tắc tại khu vực này do lưu lượng của cả hai tuyến đều rất lớn và sẽ tăng rất nhanh trong tương lai.
-Do tại nút giao tồn tại tuyến đường sắt và lưu lượng từ tất cả các hướng vào nút đều lớn nên phải làm nút giao khác mức kiểu liên thông .
Từ đặc điểm thực tế như trên theo TCVN4054-2005 điều 11.1.4 thì giao cắt này bắt buộc giải quyết bằng nút giao thông khác mức, mặt khác do tuyến đường sắt chạy song song với tuyến Hà Nội – Hải Phòng và khoảng cách giữa 2 tuyến này là rất gần (khoảng 15-25m) nên thường gây gián đoạn dòng xe của hướng Vĩnh Tuy- Sài Đồng từ đó gây nên sự gián đoạn dòng xe hướng Hà Nội –Hải Phòng.
2/ Quy mô nút giao
Do tồn tại tuyến đường sắt nằm song song với hướng Hà Nội –Hải Phòng nên bắt buộc phải thiết kế nút giao khác mức kiểu liên thông (là nút giao khác mức có bố trí các nhánh nối để xe chuyển hướng)
Nút giao thiết kế vĩnh cửu
Có 2 hướng để giải quyết nút giao
+/ Không còn tồn tại giao cắt xung đột nhưng xe phải quay đầu trên hướng Vĩnh Tuy – Sài Đồng.
+/ Không còn tồn tại giao cắt xung đột, chỉ còn tồn tại giao cắt tách nhập làn


III/ THIẾT KẾ SƠ BỘ NÚT GIAO
1/ Nguyên tắc thiết kế
- Các yếu tố tuyến trên mặt bằng phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật tương ứng với vận tốc thiết kế.
-Mặt bằng tuyến phù hợp với các quy hoạch hai bên đường và các dự án khác có liên quan.
- Tuyến phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật và hạn chế tới mức thấp nhất khối lượng xây dựng và giải phóng mặt bằng, tuy nhiên cũng phải đảm bảo an toàn và êm thuận tới mức tối đa cho người và phương tiện khi tham gia giao thông trong nút.
-Phối hợp hài hoà giữa các yếu tố: bình đồ - trắc dọc - trắc ngang - cảnh quan.
-Kết cấu cầu phù hợp với trình độ và năng lực thi công của nhà thầu trong nước.
-Hạn chế chiều cao kiến trúc.
-Đảm bảo tính thông thoáng và thẩm mỹ cao.
-Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình thi công như độ rung và tiếng ồn

2/ Các quy định chung :
- Nút giao được thiết kế khác mức kiểu liên thông, thiết kế vĩnh cửu.
- Tuyến chính được thiết kế với tốc độ 80km/h, các đường nhánh thiết kế với tốc độ 40km/h. Hai nhánh rẽ trái thiết kế với vận tốc hạn chế là 30km/h.



Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của nút giao
Hạng mục Đơn vị Trị số
- Tốc độ thiết kế đường chính km/h 80
- Tốc độ thiết kế nút giao km/h 40
- Bề rộng một làn xe m 3.75-4.00
- Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn m 60
- Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường m 75
- Tầm nhìn dừng xe tối thiểu m 40
- Độ dốc siêu cao tối đa % 6
- Độ dốc dọc tối đa % 4
- Độ dốc ngang với mặt đường BTN % 0.15-0.25