Tiêu chuẩn TCVN 11823-12:2017 Thiết kế kết cấu vùi và áp hầm cầu đường bộ

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11823-12:2017

THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG BỘ - PHẦN 12: KẾT CẤU VÙI VÀ ÁO HẦM

Highway bridge design specification - Part 12: Buried structures and tunnel liners

LỜI NÓI ĐẦU

TCVN 11823 -12: 2017 được biên soạn trên cơ sở tham khảo Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và sức kháng của AASHTO (AASHTO, LRFD Bridge Design Specification). Tiêu chuẩn này là một Phần thuộc Bộ tiêu chuẩn Thiết kế cầu đường bộ bao gồm 12 Phần như sau:

- TCVN 11823-1:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 1: Yêu cầu chung

- TCVN 11823-2:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 2: Tổng thể và đặc điểm vị trí

- TCVN 11823-3:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 3: Tải trọng và Hệ số tải trọng

- TCVN 11823-4:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 4: Phân tích và Đánh giá kết cấu

- TCVN 11823-5:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 5: Kết cấu bê tông

- TCVN 11823-6:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 6: Kết cấu thép

- TCVN 11823-9:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 9: Mặt cầu và Hệ mặt cầu

- TCVN 11823-10:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 10: Nền móng

- TCVN 11823-11:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 11: Mố, Trụ và Tường chắn

- TCVN 11823-12:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 12: Kết cấu vùi và Áo hầm

- TCVN 11823-13:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 13: Lan can

- TCVN 11823-14:2017 Thiết kế cầu đường bộ - Phần 14: Khe co giãn và Gối cầu

Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công tương thích với Bộ tiêu chuẩn này là Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công cầu AASHTO LRFD (AASHTO LRFD Bridge construction Specifications)

TCVN 11823 - 12: 2017 do Bộ Giao thông vận tải tổ chức biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG BỘ - PHẦN 12: KẾT CẤU VÙI VÀ ÁO HẦM

Highway bridge design specification - Part 12: Buried Structures and Tunnel Liners

1  PHẠM VI ÁP DỤNG

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu thiết kế kết cấu vùi như các loại cống và bản thép làm áo hầm (vách hầm), dùng để chống đỡ khi đào hầm trong đất.

Hệ thống kết cấu vùi được đề cập trong tiêu chuẩn này là: cống ống kim loại, kết cấu bản mỏng, kết cấu bản mỏng có khẩu độ lớn, kết cấu hộp bản mỏng, ống bê tông cốt thép, vòm bê tông cốt thép đúc tại chỗ và đúc sẵn, kết cấu hộp và e líp, ống cống bằng nhựa dẻo nóng.

Loại bản áo hầm (vách hầm) được xem xét là các pa nen thép uốn nguội.

2  TÀI LIỆU VIỆN DẪN

Các tài liệu dưới đây là rất cần thiết đối với việc áp dụng tiêu chuẩn này. Các tài liệu viện dẫn được trích dẫn từ những vị trí thích hợp trong văn bản tiêu chuẩn và các ấn phẩm được liệt kê dưới đây. Đối với các tài liệu có đề ngày tháng, những sửa đổi bổ sung sau ngày xuất bản chỉ được áp dụng cho bộ Tiêu chuẩn này khi bộ Tiêu chuẩn này được sửa đổi, bổ sung. Đối với các tiêu chuẩn không đề ngày tháng thì dùng phiên bản mới nhất.

- TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế

- TCVN 4954:05 Đường ô tô- Yêu cầu thiết kế

- TCVN 5408:2007 Lớp phủ kẽm nhúng nóng trên bề mặt sản phẩm gang và thép- Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử

- TCVN 1651: 2008 - Thép cốt bê tông và lưới thép hàn

TCVN 5664:2009 - Tiêu chuẩn quốc gia, Phân cấp kỹ thuật đường thủy nội địa

- TCVN 9386:2012 - Thiết kế công trình chịu động đất

- TCVN 9392:2012- Thép cốt bê tông - Hàn hồ quang

- TCVN 9393: 2012- Cọc - Phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục

- TCVN 10307:2014 - Kết cấu cầu thép - Yêu cầu kỹ thuật chung về chế tạo, lắp ráp và nghiệm thu

- TCVN 10309:2014 - Hàn cầu thép - Quy định kỹ thuật

- AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications (Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công cầu AASHTO)

- AASHTO M 36 - Standard Specification for Corrugated Steel Pipe, Metallic-Coated, for Sewers and Drains (Tiêu chuẩn ống cống bằng thép mạ gợn sóng dùng cho công trình thoát nước)

- AASHTO T 99 - Standard Method of Test for Moisture-Density Relations of Soils Using a 2.5-kg (5.5-lb) Rammer and a 305-mm (12-in.) Drop (Tiêu chuẩn phương pháp thí nghiệm xác định quan hệ giữa độ ẩm - tỷ trọng đất bằng búa nặng 2,5Kg rơi từ độ cao 305 mm)

- AASHTO M 145 - Standard Specification for Classification of Soils and Soil-Aggregate Mixtures for Highway Construction Purposes (Tiêu chuẩn phân loại đất và trộn cấp phối đất trong xây dựng đường bộ)

- AASHTO M167M- Standard specification for corrugated steel structural plate, zinc coated, for field-bolted pipe, pipe-arches, and Arches (Tiêu chuẩn kết cấu bản mỏng các dạng ống, vòm cung tròn, và vòm bằng thép mạ gợn sóng lắp nối bu lông tại hiện trường)

- AASHTO M170M - Standard Specification for Reinforced Concrete Culvert (Tiêu chuẩn cống bê tông cốt thép)

- AASHTO M 219 Standard Specification for Corrugated Aluminum Alloy Structural Plate for Field-Bolted Pipe, Pipe-Arches, and Arches (Tiêu chuẩn kết cấu bản mỏng dạng ống, vòm cung tròn và vòm bằng nhôm gợn sóng lắp nối bu lông tại hiện trường)

- AASHTO M 304 - Standard Specification for Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Profile Wall Drain Pipe and Fittings Based on Controlled Inside Diameter. (Tiêu chuẩn ống cống có vách định dạng và chi tiết nối kiểm soát theo đường kính trong bằng nhựa tổng hợp)

- ASTM C507 - Standard Specification for Reinforced Concrete Elliptical Culvert, Storm Drain, and Sewer Pipe (Tiêu chuẩn ống cống thoát nước bê tông cốt thép dạng enlip)

- ASTM D3350 - Standard Specification for Polyethylene Plastics Pipe and Fittings Materials. (Tiêu chuẩn ống cống và chi tiết nối bằng nhựa dẻo)

- ASTM D1784 - Standard Specification for Rigid Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Compounds and Chlorinated Poly(Vinyl Chloride) (CPVC) Compounds (Tiêu chuẩn thành phần hợp chất nhựa PVC và CPVC)

- ASTM F894 - Standard Specification for Polyethylene (PE) Large Diameter Profile Wall Sewer and Drain Pipe (Tiêu chuẩn ống cống có vách định dạng đường kính lớn bằng nhựa)

- ASTM D3966 Standard Test Methods for Deep Foundations Under Lateral Load (Tiêu chuẩn phương pháp thí nghiệm móng sâu chịu tải trọng ngang)

- ASTM D5818 Standard Practice for Exposure and Retrieval of Samples to Evaluate Installation Damage of Geosynthetics (Tiêu chuẩn thực hành phương pháp rải và thu hồi để đánh giá sự hư hỏng do thi công vải địa kỹ thuật)

- ASTM D 5261 standard Test Method for Measuring Mass per Unit Area of Geotextile (Tiêu chuẩn phương pháp thí nghiệm để đo trọng lượng trên một đơn vị diện tích của vải địa kỹ thuật

- ENV ISO 13438: Geotextiles And Geotextile-related Products - Screening Test Method For Determining The Resistance To Oxidation (Phương pháp thí nghiệm xác định sức kháng chịu o xi hóa của vải địa kỹ thuật)

3  THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA

3.1  Bào mòn (Abrasion) - Phần mặt cắt hoặc lớp phủ của cống bị mất đi do tác động cơ học của nước truyền tải trọng lòng lơ lửng của cát, sỏi và các hạt cỡ sỏi cuội ở tốc độ cao với sự chảy rối đáng kể.

3.2  Kết cấu vùi (Buried Structure) - Thuật ngữ chung chỉ kết cấu được xây dựng bằng phương pháp đắp nền hoặc đào hào.

3.3  Sự ăn mòn, gỉ (Corrosion) - Phần mặt cắt và lớp phủ của kết cấu vùi bị mất đi do các quá trình hóa học và/hoặc điện-hóa học.

3.4  Cống (Culvert) - Một kết cấu vùi mặt cắt ngang hình cong hoặc hình chữ nhật để thoát nước, hoặc cho xe cộ, tiện ích công cộng hay người đi bộ đi qua.

3.5  Tấm lượn sóng sâu (Deep Corrugated Plate) - Tấm lượn sóng theo tiêu chuẩn AASHTO M167 có đường tên uốn cong sóng lớn hơn 123 mm

3.6  FEM (Finite Element Method) - Phương pháp phần tử hữu hạn

3.7  Chiều rộng của hào hẹp (Narrow Trench Width) - Mặt ngoài của ống cứng cộng 300 mm.

3.8  Tỷ lệ chiếu (Projection Ratio) - Tỷ lệ giữa cự ly thẳng đứng từ đỉnh phía ngoài của ống đến mặt đất hoặc mặt mỏng với chiều cao thẳng đứng của mép ngoài của ống, chỉ áp dụng cho ống bê tông cốt thép.

3.9  Bán kính bên (Side Radius) - Kết cấu cống bằng tôn lượn sóng có bán kính lượn gần với mặt cắt đỉnh cống. Trong kết cấu hộp thì thường gọi là bán kính vuốt góc

3.10  Lớp bọc bằng đất (Soil Envelope) - Vùng đất được lấp lại một cách có kiểm tra xung quanh kết cấu cống để đảm bảo sự làm việc cần thiết dựa trên những xem xét về sự tương tác đất - kết cấu.

3.11  Hệ tương tác đất - kết cấu (Soil-Structure Interaction System) - Kết cấu vùi có thuộc tính kết cấu bị ảnh hưởng bởi sự tương tác với lớp bọc bằng đất.

3.12  Hầm (Tunnel) - Khoảng trống nằm ngang hoặc gần như nằm ngang trong đất được đào theo hình đã thiết kế trước bằng phương pháp đào hầm, không phải phương pháp cắt-và-phủ (đào hào).

4  TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT VÀ VẬT LIỆU

4.1  XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT

4.1.1  Tổng quát

Phải tiến hành thăm dò địa chất để xác định sự hiện diện và ảnh hưởng của các điều kiện địa chất và môi trường đến sự làm việc của kết cấu vùi. Với kết cấu vùi tựa trên móng và với cống vòm dạng ống và ống đường kính lớn cần tiến hành khảo sát móng để đánh giá sức kháng của đất nền dưới móng chịu tác động của tải trọng và thỏa mãn các yêu cầu về chuyển vị của kết cấu.

4.1.2  Đất nền

Cần xem xét loại đất và thuộc tính liên quan của đất nền đối với sự ổn định của nền và lún dưới tác dụng của tải trọng.

4.1.3  Đất lấp bao kết cấu vùi

Phải kiểm soát và xác định loại đất, tỷ trọng sau đầm nén và các đặc tính cường độ của đất bao quanh kết cấu vùi. Đất lấp bao gồm đất bao quanh cần phù hợp các yêu cầu của AASHTO M 145 như sau:

• Đối với ống mềm tiêu chuẩn và kết cấu bê tông: A-1, A-2 hoặc A-3 (GW, GP, SW, SP, GM, SM, SC, GC)

• Đối với cống hộp kim loại và kết cấu bản mỏng có nhịp lớn với lớp phủ nhỏ hơn 3600 mm: A-1, A-2-4, A-2-5 hoặc A-3 (GW, GP, SW, SP, GM, SM, SC, GC)

• Và đối với kết cấu kim loại nhịp lớn có lớp phủ không nhỏ hơn 3600 mm: A-1 hoặc A-3 (GW, GP, SW, SP, GM, SM ).

• Đối với ống cống nhựa dẻo nóng, vật liệu nền, đất đắp bao: đất A1, A-2-4, hoặc A-3. Nhiều nhất có 50% có kích thước hạt qua sàng 100 và 20% cỡ hạt qua sàng 200.

4.2  VẬT LIỆU

4.2.1  Cống nhôm và kết cấu bản mỏng nhôm

Nhôm làm ống cống kim loại gợn sóng và vòm cung tròn phải theo quy định về vật liệu của AASHTO M 196 (ASTM B 745M). Nhôm làm kết cấu bản mỏng, vòm cung tròn, vòm và kết cấu hộp cần thỏa mãn các yêu cầu của Quy định về vật liệu AASHTO M 219 (ASTM B 746M).

CHÚ THÍCH:

Trong tiêu chuẩn này đề cập đến kết cấu bản mỏng là loại kết cấu vùi được chế tạo uốn từ các tấm kim loại lượn sóng thành các kết cấu có mặt cắt ngang hình dạng tròn, enlip đứng, enlip nằm ngang có khẩu độ đến 3000 mm hoặc 7000 mm với chiều cao đến 4500 mm làm kết cấu thoát nước hoặc hầm chui qua đường cho người và phương tiện giao thông

4.2.2  Bê tông

Bê tông theo quy định của Điều 4 Phần 5 bộ tiêu chuẩn này trừ f'_c có thể dựa vào thí nghiệm mẫu.

4.2.3  Ống cống bê tông đúc sẵn

Ống cống bê tông đúc sẵn phải phù hợp với các yêu cầu của AASHTO M170M (ASTM C 76M).

Có thể sử dụng bề dầy thiết kế của vách không giống kích thước vách tiêu chuẩn với điều kiện phải thiết kế theo quy định của Tiêu chuẩn này.

4.2.4  Kết cấu bê tông đúc sẵn

Vòm, kết cấu e-líp và hộp bê tông đúc sẵn phải phù hợp các yêu cầu của AASHTO M 206 M (ASTM C 506), M207M (ASTM C507), M 259 M (ASTM C 789 M) và M 273 M (ASTM C 850M)

4.2.5  Ống cống thép và kết cấu bản mỏng thép

Thép gợn sóng làm ống cống và vòm cung tròn cần phù hợp các yêu cầu của Quy định về vật liệu AASHTO M 36M (ASTM A 760M). Thép làm kết cấu bản mỏng, vòm cung tròn, vòm và kết cấu hộp cần thỏa mãn các yêu cầu của AASHTO M167M (ASTM A 761M).

4.2.6  Cốt thép

Cốt thép phải có đặc tính cơ lý và thành phần hóa chất phù hợp với các yêu cầu của Điều 4.3 Phần 5 bộ tiêu chuẩn này.

Với sợi trơn và tấm lưới sợi hàn trơn, cường độ chảy có thể lấy bằng 450 MPa. Với tấm lưới sợi hàn có gờ, cường độ chảy có thể lấy bằng 480 MPa.

4.2.7  Ống nhựa dẻo nóng

Ống nhựa có các loại vách dạng vách cứng, gợn sóng hoặc định dạng (profin) và có thể làm bằng polyetylen - (PE) hoặc polyvinyl clorit (PVC).

Ống PE cần phù hợp với các yêu cầu của ASTM F 714 cho ống vách cứng, của AASHTO M294 cho ống gợn sóng và ASTM F 894 cho ống vách định dạng.

Ống PVC cần phù hợp với các yêu cầu của AASHTO M 278 cho ống vách cứng, ASTM F 679 cho ống vách cứng và AASHTO M 304 cho ống vách định dạng.

5  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ HỆ SỐ SỨC KHÁNG

5.1  TỔNG QUÁT

Kết cấu vùi và móng của nó phải được thiết kế bằng phương pháp thích hợp được quy định ở các Điều 7 đến 12 sao cho chúng chịu được các tải trọng tính toán theo các tổ hợp tải trọng quy định ở các Điều 5.2 và 5.3.

Sức kháng tính toán R_r, cần được tính toán cho mỗi trạng thái giới hạn như sau:

R_r = φ R_n                                                                                  (1)

ở đây:

R_n = sức kháng danh định

φ = hệ số sức kháng quy định trong Bảng 1.

5.2  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

Kết cấu vùi phải được tính thiết kế với Tổ hợp tải trọng sử dụng quy định trong Bảng 3 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này cho các tiêu chí sau:

• Độ võng của kết cấu kim loại, bản vách hầm, ống nhựa dẻo nóng, và

• Chiều rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép.

5.3  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

Kết cấu vùi và vách hầm (áo hầm) phải được tính thiết kế với tải trọng thi công và tổ hợp tải trọng cường độ I và II quy định ở Bảng 3 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này cho các hạng mục như sau:

• Với kết cấu kim loại:

+ diện tích vách

+ oằn

+ độ bền của mối nối ghép tạo ống

+ giới hạn độ uốn trong thi công

+ uốn của kết cấu hộp

• Với kết cấu bê tông:

+ uốn,

+ cắt

+ nén

+ kéo hướng tâm

• Với ống nhựa dẻo nóng:

+ diện tích vách

+ oằn

+ giới hạn độ uốn

• Với bản vách hầm:

+ diện tích vách

+ oằn

+ cường độ mối nối

+ độ cứng thi công

5.4  ĐIỀU CHỈNH TẢI TRỌNG VÀ HỆ SỐ TẢI TRỌNG

Phải áp dụng hệ số điều chỉnh tải trọng cho kết cấu vùi và vách hầm theo quy định ở Điều 4 Phần 1 bộ tiêu chuẩn này, trừ hệ số điều chỉnh tải trọng thi công lấy bằng 1,0. Với trạng thái giới hạn cường độ, kết cấu vùi phải được xem là không dư dưới tải trọng đất đắp và dư dưới hoạt tải và lực xung kích. Tính quan trọng trong khai thác cần được xác định theo điều kiện khai thác liên tục và an toàn của tuyến đường.

5.5  HỆ SỐ SỨC KHÁNG

Hệ số sức kháng cho kết cấu vùi phải lấy theo Bảng 1. Các giá trị về hệ số cường độ cho thiết kế nền đất của móng kết cấu vùi phải lấy theo quy định trong Phần 10 bộ tiêu chuẩn này.

Bảng 1- Hệ số sức kháng của kết cấu vùi

5.6  GIỚI HẠN ĐỘ UỐN VÀ ĐỘ CỨNG THI CÔNG

5.6.1  Ống cống bằng kim loại gợn sóng và kết cấu bản mỏng

Hệ số uốn của ống cống bằng kim loại gợn sóng và kết cấu bản mỏng không được vượt quá các trị số ở Bảng 2

Bảng 2 - Giới hạn về hệ số uốn

5.6.2  Ống cống bằng dải kim loại uốn vòng xoắn ốc và vòm cung tròn

Khi thi công đặt ống cống cùng đắp nền đường, theo các quy định của Điều 6.6.2 và 6.6.3, và đặt cống trong hào đào theo các quy định của Điều 6.6.1 và 6.6.3 thì hệ số độ uốn của ống cống bằng dải kim loại uốn vòng xoắn và vòm cung tròn không được vượt quá các trị số ghi trong Bảng 3.

Bảng 3 - Giới hạn về hệ số độ uốn

Các trị số mô men quán tính l của ống thép và nhôm và vòm cung tròn lấy theo các Bảng A2 và A5 Phụ lục A.

5.6.3  Ống nhựa dẻo nóng

Hệ số độ uốn FF của ống nhựa không được vượt quá 0,54 mm/N.

5.6.4  Bản vách hầm bằng thép

Độ cứng thi công C_s (N/mm) của bản vách hầm bằng thép không được nhỏ hơn các trị số dưới đây:

• Bản vách hai gờ mặt bích: C_s ≥ (N/mm)

• Bản vách bốn gờ mặt bích: C_s ≥ 19,5 (N/mm)

6  QUI ĐỊNH THIẾT KẾ CHUNG

6.1  TẢI TRỌNG

Kết cấu vùi phải được thiết kế chịu ứng lực do áp lực đất nằm ngang và thẳng đứng, tĩnh tải mặt đường, hoạt tải và hiệu ứng xung kích gây nên. Tùy theo điều kiện hiện trường và biện pháp thi công, tải trọng chất thêm của đất, hoạt tải ở trên đỉnh, tải trọng kéo xuống (do ma sát âm), và áp lực thủy tĩnh bên ngoài cũng phải được tính toán. Lực nổi của nước phải được tính cho phần ở dưới mặt nước của kết cấu vùi theo quy định ở Điều 7.2 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này. Tải trọng động đất chỉ cần xét khi kết cấu vùi cắt qua đứt gãy đang hoạt động.

Với áp lực đất thẳng đứng phải áp dụng hệ số tải trọng tối đa quy định ở Bảng 3 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này.

Tải trọng bánh xe phải được phân bố qua đất đắp theo quy định của Điều 6.1.2.6 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này.

6.2  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

6.2.1  Chuyển vị cho phép

Tiêu chuẩn chuyển vị cho phép của kết cấu vùi phải được xác định trên cơ sở chức năng và loại hình kết cấu, tuổi thọ phục vụ dự kiến và những hậu quả của các dịch chuyển vượt quá cho phép.

6.2.2  Độ lún

6.2.2.1  Tổng quát

Độ lún phải được xác định theo quy định ở Điều 6.2 Phần 10 bộ tiêu chuẩn này. Phải xem xét tới các chuyển vị có thể xảy ra do:

• Chênh lệch lún theo chiều dọc ống cống,

• Lún khác nhau giữa ống cống và đất lấp,

• Lún của móng và lún do tải trọng không cân bằng ở đoạn dưới mái ta luy nền đắp của cống chéo.

6.2.2.2  Chênh lệch lún theo chiều dọc

Độ lún khác nhau dọc theo chiều dài kết cấu vùi phải được xác định theo quy định của Điều 6.2.4 Phần 10 bộ tiêu chuẩn này. Ống cống và dạng cống khác dễ bị lún khác nhau theo chiều dọc phải được nối ghép bằng mối nối dương để ngăn ngừa lực làm tách rời mối nối theo các quy định của Phần 26 và 27, Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công cầu AASHTO LRFD.

Có thể quy định độ vồng thi công để đảm bảo thoát nước dòng chảy trong tuổi thọ khai thác của kết cấu.

6.2.2.3  Chênh lệch độ lún giữa kết cấu và đất đắp

Ở nơi có thể phát sinh lún khác nhau giữa kết cấu vòm và đất đắp ở bên của kết cấu vòm, móng cần được thiết kế phòng lún có chú ý tới đất lấp.

Ống có vòm ngược không được đặt trên móng có độ lún ít hơn độ lún của đất lấp bên cạnh, cần làm nền đồng nhất bằng vật liệu hạt được đầm nén vừa phải.

6.2.2.4  Độ Lún của móng

Móng phải được thiết kế cho lún đồng đều theo chiều dọc và chiều ngang. Lún của mỏng cần đủ lớn để bảo vệ chống lực kéo xuống có thể có do lún của đất lấp bên cạnh gây nên. Nếu gặp phải vật liệu nền xấu cần xem xét việc đào tất cả hoặc một phần đất không thích hợp và thay bằng vật liệu đắp phù hợp và được đầm nén.

Thiết kế móng theo các quy định của Điều 6 Phần 10 bộ tiêu chuẩn này.

Phải xác định phản lực móng của kết cấu cống hộp kim loại theo quy định trong Điều 9.4.5.

Các hiệu ứng của chiều sâu móng phải được xét đến trong thiết kế móng vòm. Phản lực móng phải được coi là tác dụng theo hướng tiếp tuyến với vòm tại điểm liên kết giữa vòm với móng và phản lực này phải bằng lực nén của vòm ở móng.

6.2.2.5  Tải trọng không cân bằng

Kết cấu vùi chéo góc với tuyến đường và kéo dài qua nền đắp phải được thiết kế có xét đến ảnh hưởng của tải trọng không đối xứng lên mặt cắt kết cấu.

6.2.3  Lực đẩy nổi

Phải xét lực đẩy nổi lên khi kết cấu được đặt dưới mức nước ngầm cao nhất có thể xuất hiện.

6.3  THIẾT KẾ KẾT CẤU VÙI THEO ĐIỀU KIỆN ĐẤT NỀN

6.3.1  Sức kháng ép và ổn định

Phải thiết kế các bộ phận chi tiết và móng của kết cấu vùi sao cho nền đất có đủ sức kháng ép và đất đắp xung quanh kết cấu không bị xói ngầm do gradient thủy lực.

6.3.2  Đất lấp ở góc của vòm ống kim loại

Đất lấp ở góc của vòm cung tròn kim loại phải được thiết kế có xét đến áp lực góc lấy bằng lực đẩy của vòm chia cho bán kính của góc vòm cung tròn. Lớp đất xung quanh các góc của vòm cung tròn phải chịu áp lực này. Có thể quy định việc lấp bằng đất kết cấu được đầm tới độ chặt cao hơn bình thường.

6.4  THIẾT KẾ THỦY LỰC

Áp dụng tiêu chuẩn thiết kế quy định ở Điều 6 Phần 2 bộ tiêu chuẩn này và Chương 10 của TCVN 4954:05 để thiết kế thủy lực

6.5  XÓI LỞ

Phải thiết kế kết cấu vùi sao cho không có bộ phận kết cấu nào phát sinh dịch chuyển do xói lở.

Khi dự tính có nguy cơ xói lở thì tường bản cánh phải được kéo đủ dài để bảo vệ bộ phận kết cấu của lớp đất bao quanh kết cấu. Với kết cấu đặt trên lớp trầm tích dễ bị xói cần dùng tường ngăn đặt sâu dưới độ sâu xói tối đa có thể xảy ra hoặc lát lòng. Móng của kết cấu phải đặt thấp hơn độ sâu xói tối đa dự kiến, ít nhất 600mm.

6.6  ĐẤT ĐẮP BAO

6.6.1  Lắp đặt cống trong hào đào qua nền đường

Chiều rộng tối thiểu của hào cần có khoảng cách giữa ống cống và tường hào để đủ chỗ lắp đặt và đầm vật liệu lấp thỏa đáng và an toàn.

Hồ sơ thiết kế phải quy định yêu cầu đảm bảo sự ổn định của hào hoặc làm tường hào dốc hoặc có chống đỡ tạm khi tường hào sâu, đảm bảo an toàn lao động theo Luật an toàn vệ sinh lao động và các quy định liên quan.

6.6.2  Lắp đặt cống trước khi đắp nền đường

Chiều dày tối thiểu của lớp đất bao cần đủ để đảm bảo giữ cố định chống chuyển dịch ngang cho kết cấu vùi. Tổng chiều dày lớp đất bao và nền đắp phía trên cần đủ dày để chịu tất cả các tải trọng trên cống và đảm bảo các yêu cầu về chuyển vị quy định ở Điều 6.2.

6.6.3  Lớp đất phủ tối thiểu

Chiều dày lớp đất phủ kể cả lớp nền đường bằng hạt được đầm chặt và lớp móng mặt đường không được nhỏ hơn quy định ở Bảng 4.

Bảng 4 - Lớp đất phủ tối thiểu

Nếu không có lớp đất phủ thì đỉnh của kết cấu hộp bằng bê tông đúc sẵn hoặc đúc tại chỗ phải được thiết kế chịu tác động trực tiếp của tải trọng xe.

Yêu cầu đối với lớp đất phủ trong khi xây dựng được lấy theo quy định của Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công cầu AASHTO LRFD.

6.7  CỰ LY TỐI THIỂU GIỮA CÁC ỐNG CỦA CỐNG CÓ NHIỀU CỬA

Cự ly giữa các ống của cống có nhiều đường ống phải đủ để có thể đặt ống cống và đầm đất ở bên hông hoặc giữa các ống cống. Đối với ống cống đường kính nhỏ hơn 600 mm, cự ly này nên tối thiểu là 300mm; đối với ống cống đường kính từ 600mm đến 1800mm cự ly giữa các ống cống tối thiểu bằng một nửa đường kính ống cống, với ống cống đường kính lớn hơn 1800 mm, cự ly này nên là 900mm.

Hồ sơ thiết kế nên quy định yêu cầu đất lấp phải phối hợp với việc giảm thiểu tải trọng không cân giữa các kết cấu nhiều cửa đặt cạnh nhau. Khi có thể, đất lấp phải giữ cao bằng nhau khắp cả loạt kết cấu. Phải kiểm soát về ổn định của kết cấu bị uốn chịu tải trọng không cân của toàn bộ đường ống do hiệu ứng của độ dốc dọc lớn của đường, nếu có.

6.8  XỬ LÝ ĐẦU CỐNG

6.8.1  Tổng Quát

Phải chú ý đặc biệt tới cấu tạo bảo vệ chân mái ta luy ở đầu cống, nơi có nước dềnh hoặc có thể xảy ra xói hoặc xuất hiện lực đẩy nâng đầu cống lên. Cần xem xét xử lý về an toàn giao thông như làm lưới sắt đủ khỏe nghiêng theo mái dốc nền đường bao kín phạm vi đầu cống; kéo dài cống ra ngoài điểm nguy hiểm ở mái dốc nền đường, hoặc xây tường đầu cống, có lan can.

6.8.2  Cống mềm xây chéo

Phải xử lý đầu cống mềm (ống cống kim loại) đặt chéo so với tim đường và kéo dài qua nền đắp hoặc bằng cách đắp mở rộng nền đường uốn cho nền đường bao đầu cống để đảm bảo tải trọng đối xứng ở hai đầu ống, hoặc tường đầu phải thiết kế cấu tạo để chịu lực đẩy ở đầu ống cống bị cắt.

6.9  CÁC ĐIỀU KIỆN GỈ VÀ BÀO MÒN

Phải xem xét sự xuống cấp của sức bền kết cấu do gỉ và bào mòn.

Nếu thiết kế cống kim loại và cống nhựa có độ dày kết cấu khống chế theo điều kiện hệ số độ uốn trong lắp đặt thì có thể giảm hoặc bỏ qua các yêu cầu bảo vệ chống gỉ và bào mòn miễn là khi cống xuống cấp vẫn có đủ độ bền chịu tải trọng suốt tuổi thọ của kết cấu.

7  CỐNG ỐNG KIM LOẠI, CỐNG VÒM CUNG TRÒN VÀ KẾT CẤU VÒM

7.1  TỔNG QUÁT

Các quy định tại Điều này được áp dụng cho thiết kế kết cấu vùi dạng ống kim loại gợn sóng, ống bằng dải kim loại uốn xoắn ốc và các loại kết cấu bản mỏng.

Ống cống kim loại gợn sóng và cống vòm cung tròn có thể được chế tạo bằng liên kết đinh tán, hàn hoặc khóa nối bằng các tấm gợn sóng vành khuyên hoặc xoắn ốc. Kết cấu bản mỏng, vòm cung tròn và vòm chỉ được bắt bu lông với các tấm gợn sóng dạng vành khuyên.

Tỷ lệ giữa đường tên vòm với chiều dài nhịp của vòm của kết cấu bản mỏng dạng vòm không được nhỏ hơn 0,3.

Thiết kế kết cấu có bán kính lớn hơn 4000 mm phải áp dụng các quy định của Điều 8.

7.2  SỨC KHÁNG CỦA KẾT CẤU

Thiết kế ống cống kim loại gợn sóng và xoắn ốc, cống vòm cung tròn và kết cấu bản mỏng theo trạng thái giới hạn cường độ bao gồm các hạng mục:

• Diện tích vách ống,

• Sức kháng chịu ổn định do uốn (oằn), và

• Sức kháng mối nối của kết cấu có mối nối dọc.

7.2.1  Các đặc trưng mặt cắt

Kích thước và các đặc trưng của các mặt cắt ống cống, chiều dài nối tối thiểu, các yêu cầu cơ học và hóa học của các mặt cắt ống và cống vòm cung tròn bằng thép và nhôm gợn sóng, kết cấu bản mỏng bằng thép và nhôm gợn sóng, cống vòm cung tròn và vòm có thể lấy theo Phụ lục A.

7.2.2  Lực nén

Lực nén tính toán T_L cho đơn vị chiều dài của vách được tính như sau:

                                                                              (2)

ở đây:

T_L = lực nén tính toán trên một đơn vị chiều dài (N/mm)

S = khẩu độ ống (mm)

P_L = áp lực tính toán ở đỉnh (MPa)

7.2.3  Sức kháng của vách

Sức kháng hướng trục tính toán R_n cho đơn vị chiều dài của vách không xét đến oằn được xác định như sau:

R_n = ϕF_y A                                                                                (3)

ở đây:

A = diện tích vách (mm²/mm)

F_y = cường độ chảy của kim loại (MPa)

ϕ = hệ số sức kháng theo Điều 5.5

7.2.4  Sức kháng oằn

Diện tích vách tính theo Phương trình 3 cần được kiểm toán về ổn định. Nếu f_cr < F_y thì A phải được tính lại theo f_cr thay cho F_y

Nếu                                         

thì:                                                                                        (4)

Nếu                                         

thì:                                                                                                 (5)

ở đây:

E_m = mô đun đàn hồi của kim loại (MPa)

F_u = cường độ kéo của kim loại (MPa)

f_cr = ứng suất tới hạn bị oằn (MPa)

r = bán kính quán tính gợn sóng (mm)

k = hệ số độ cứng của đất lấy bằng 0,22

S = đường kính của ống cống hoặc khẩu độ của vòm kết cấu bản (mm)

7.2.5  Sức kháng của mối nối

Với ống cống được chế tạo có mối nối dọc, sức kháng danh định của mối nối phải đủ để chịu lực nén tính toán T_L trong vách ống.

7.2.6  Các yêu cầu về vận chuyển và lắp đặt

Độ mềm kết cấu ống khi cẩu nâng được biểu thị bằng hệ số uốn, xác định như sau:

                                                                                  (6)

Trong đó:

S = đường kính của ống cống hoặc khẩu độ của vòm kết cấu bản (mm)

E_m = mô đun đàn hồi của kim loại (MPa)

I = Mô men quán tính của mặt cắt (mm⁴/mm)

Các trị số của hệ số uốn về cẩu lắp không được vượt quá các trị số quy định ở Điều 5.6 cho kết cấu ống cống và kết cấu bản mỏng bằng thép và nhôm.

7.3  ỐNG LÓT TRƠN

Ống kim loại gợn sóng gồm tấm lót trơn và vỏ gợn sóng liên kết làm một ở các mối nối xoắn ốc cách nhau không quá 760 mm có thể thiết kế trên cùng một cơ sở như ống kim loại gợn sóng tiêu chuẩn có cùng vỏ gợn sóng và trọng lượng trên đơn vị mm không nhỏ hơn tổng trọng lượng trên một mm của tấm lót và vỏ gợn sóng dạng xoắn ốc.

Bước gợn sóng không vượt quá 75 mm và chiều dày của vỏ không nên mỏng hơn 60% tổng chiều dày của ống cống tiêu chuẩn tương đương.

7.4  CÁC CHI TIẾT TĂNG CỨNG CHO KẾT CẤU BẢN MỎNG

Có thể tăng cường độ cứng và sức kháng uốn của kết cấu bản mỏng bằng cách bố trí thêm các chi tiết tăng cứng theo chu vi trên đỉnh vòm. Các chi tiết tăng cứng phải đối xứng và bắt đầu từ điểm ở phía dưới điểm 1/4 mặt bên của kết cấu kéo dài qua đỉnh vòm đến điểm tương ứng ở phía bên đối diện của kết cấu.

7.5  THI CÔNG VÀ LẮP ĐẶT

Khi thiết kế cần yêu cầu việc thi công và lắp đặt theo Phần 26 của Tiêu chuẩn kỹ thuật Thi công cầu AASHTO LRFD.

8  KẾT CẤU BẢN MỎNG NHỊP LỚN

8.1  TỔNG QUÁT

Các quy định tại Điều này và ở Điều 7 được áp dụng để thiết kế kết cấu bản mỏng kim loại gợn sóng nhịp lớn.

Các kết cấu có dạng minh họa trên Hình 1 dưới đây được coi là kết cấu bản mỏng nhịp lớn:

• Kết cấu bản mỏng dạng ống và dạng vòm có các đặc trưng quy định ở Điều 8.3.5 và

• Các hình dạng đặc biệt với mọi kích thước có bán kính đường cong ở đỉnh hoặc bản mặt bên lớn hơn 4000 mm. Cống hộp kim loại không được coi là kết cấu cống nhịp lớn và được quy định ở Điều 9.

Hình 1 - Các hình dạng kết cấu bản mỏng nhịp lớn

8.2  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

Không yêu cầu kiểm tra các tiêu chuẩn theo trạng thái giới hạn sử dụng.

8.3  SỨC KHÁNG CỦA KẾT CẤU

Phải áp dụng quy định của Điều 7 trừ các yêu cầu về oằn và uốn được quy định tại Điều này.

Kích thước và đặc trưng của mặt cắt kết cấu, chiều dài nối tối thiểu, các yêu cầu về cơ học và hóa học và các đặc tính của bu lông cho mặt cắt kết cấu bản mỏng có nhịp lớn phải theo quy định ở Phụ lục A hoặc quy định ở Điều này.

8.3.1  Đặc trưng mặt cắt

8.3.1.1  Mặt cắt

Phải áp dụng các quy định của Điều 7 trừ các quy định của Điều này.

Các kết cấu không mô tả ở đây phải được coi là thiết kế đặc biệt.

Phải áp dụng Bảng A3. Các yêu cầu tối thiểu về đặc trưng mặt cắt phải lấy theo Bảng 5. Có thể bố trí lớp đất phủ nhỏ hơn trị số tương ứng với chiều dày bản tối thiểu tùy theo bán kính quy định ở Bảng 5 nếu dùng sườn để tăng cứng bản. Nếu dùng sườn thì chiều dày bản không nên giảm dưới trị số tối thiểu cho bán kính đó, và mô men quán tính của mặt cắt bản và sườn không được nhỏ hơn mô men quán tính của bản dày hơn không có sườn theo cùng chiều cao đất đắp. Khi lớp đất phủ nhỏ hơn trị số tối thiểu theo bán kính đã ghi trong Bảng thì phải được thiết kế đặc biệt.

Không được thiết kế khác với yêu cầu quy định ở Bảng 5 trừ khi chứng minh bằng hồ sơ có cơ sở khoa học.

Bảng 5 - Các yêu cầu tối thiểu đối với các đặc trưng được coi là kết cấu bản mỏng nhịp lớn

8.3.1.2  Kiểm soát hình dạng

Không áp dụng các quy định của Điều 7.2.4 và 7.2.6 cho thiết kế kết cấu bản mỏng nhịp lớn.

8.3.1.3  Các yêu cầu về cơ học và hóa học

Áp dụng các quy định ở Bảng A3, A8 và A10 Phụ lục A.

8.3.2  Lực nén tính toán

Xác định lực nén tính toán ở vách theo Phương trình 2, với điều kiện trị số S trong Phương trình phải thay bằng hai lần trị số của bán kính đỉnh vòm R_T.

8.3.3  Diện tích vách

Áp dụng các quy định của Điều 7.2.3

8.3.4  Sức kháng của mối nối

Áp dụng các quy định của Điều 7.2.5

8.3.5  Yêu cầu thiết kế với các chi tiết đặc biệt

8.3.5.1  Các thanh tăng cứng dọc liên tục

Các thanh tăng cứng dọc liên tục phải được liên kết với bản gợn sóng ở hai chân đỉnh vòm. Thanh tăng cứng có thể làm bằng kim loại hoặc bê tông riêng lẻ hoặc tổ hợp.

8.3.5.2  Sườn tăng cường

Sườn tăng cường gắn theo các dạng kết cấu có thể làm cứng kết cấu bản kim loại, cấu tạo sườn tăng cường cần được:

• Uốn cong phù hợp với độ cong của bản,

• Gắn chặt vào kết cấu để đảm bảo cùng làm việc với bản gợn sóng, và

• Đặt theo cự ly đủ để tăng mô men quán tính của mặt cắt theo yêu cầu của thiết kế.

8.4  THIẾT KẾ NỀN MÓNG KẾT CẤU VÙI

8.4.1  Giới hạn lún

Thiết kế phải theo quy định của Điều 6.2.2, khi thiết lập các tiêu chuẩn về lún cần xét đến các yếu tố dưới đây:

• Khi đắp vượt trên đỉnh kết cấu cống, phải giới hạn độ lún tương đối giữa phần đỡ đất lấp và kết cấu đề khống chế các lực kéo xuống. Nếu phần đất lấp ở bên bị lún nhiều hơn kết cấu, có thể phải tính toán chi tiết.

• Phải giới hạn độ lún dọc theo đường tim dọc của kết cấu vòm để duy trì độ dốc và loại trừ nứt móng vòm.

Chênh lệch lún tính toán của kết cấu giữa hai chân vòm, Δ, phải thỏa mãn:

                                                                               (7)

trong đó:

S = khẩu độ kết cấu giữa các điểm chân vòm của các kết cấu cống bản kim loại nhịp lớn (mm)

R = đường tên của kết cấu (mm)

Có thể yêu cầu các giới hạn lún nghiêm ngặt hơn nếu cần thiết để bảo vệ mặt đường hay để giới hạn độ võng chênh lệch theo chiều dọc mặt đường.

8.4.2  Các phản lực tại móng của kết cấu vòm

Có thể lấy các phản lực ở bệ móng bằng:

R_v = (V_DL+ V_LL) cosΔ                                                                 (8)

R_H = (V_DL + V_LL) sinΔ                                                                (9)

trong đó:

n = Số nguyên [ 2 H₁ / L_w + 2] ≤ Số làn xe liền kề nhau

Với:

R_V = thành phần phản lực thẳng đứng tại bệ móng kết cấu.

R_H = thành phần phản lực nằm ngang tại bệ móng.

Δ = góc xoay của kết cấu (độ).

A_L = tải trọng trục (N) lấy bằng 50% của toàn bộ tải trọng trục có thể đồng thời đặt vào kết cấu, nghĩa là:

• 145 000 N đối với trục xe tải thiết kế.

• 220 000 N đối với cặp trục đôi thiết kế

A_T = diện tích phần phía trên của kết cấu nằm trên chân vòm (mm²)

H₁ = chiều cao đất lấp tính từ bệ móng kết cấu đến bề mặt xe chạy (mm)

H₂ = chiều cao đất lấp tính từ chân vòm của kết cấu đến bề mặt xe chạy (mm)

L_w = chiều rộng làn xe (mm)

γ_s = tỷ trọng đất (kg/m³)

g = gia tốc trọng trường (m/s²)

S = khẩu độ (mm)

Sự phân bố hoạt tải qua nền đắp phải dựa trên cơ sở của bất kỳ phương pháp phân tích nào được chấp nhận.

8.4.3  Thiết kế bệ móng

Bệ móng bê tông cốt thép phải được thiết kế theo Điều 10.6 Phần 10 bộ tiêu chuẩn này và phải xác định kích thước thỏa mãn các yêu cầu về độ lún theo quy định của Điều 8.4.1.

8.5  THIẾT KẾ ĐẤT LẤP BAO XUNG QUANH KẾT CẤU VÙI

8.5.1  Tổng quát

Vật liệu đắp lấp bao xung quanh kết cấu vùi phải theo quy định của Điều 4.1.3 đối với kết cấu bản mỏng khẩu độ lớn. Phải xác định chiều rộng của phần đắp bao ở mỗi bên của kết cấu để hạn chế sự thay đổi về hình dạng trong khi thi công nền đường ngoài phạm vi đất đắp bao và khống chế được các độ võng ở trạng thái giới hạn sử dụng.

8.5.2  Các yêu cầu thi công

Phần đất bao kết cấu phải được kéo dài đến vách hồ đào và được đầm chặt hoặc được kéo dài tới một khoảng cách phù hợp để bảo vệ hình dạng kết cấu do chịu tải trọng thi công. Có thể lấp đất vào phần chiều rộng hố đào còn lại bằng loại đất thích hợp và đầm chặt theo quy định của Điều 8.5.3. Trong điều kiện nền đắp, chiều rộng lấp đất kết cấu nhỏ nhất phải bằng 1800 mm. Nếu dùng các vật liệu đắp khác nhau ở cạnh nhau không đảm bảo các tiêu chí độ lọc nước địa kỹ thuật thì phải dùng vải địa kỹ thuật thích hợp để tránh hiện tượng vật liệu đắp bị di chuyển.

8.5.3  Các yêu cầu sử dụng

Chiều rộng của phần đất bao mỗi bên kết cấu phải đủ để giới hạn biến dạng nén ngang là 1% của khẩu độ kết cấu vùi về mỗi bên của kết cấu.

Khi xác định biến dạng nén ngang, phải dựa trên cơ sở tính toán bề rộng và chất lượng của vật liệu đắp đã được lựa chọn cũng như vật liệu nền đắp tại chỗ hoặc các vật liệu đắp khác trong phạm vi mỗi bên của kết cấu lấy rộng ra một khoảng cách bằng đường tên của kết cấu, cộng với chiều cao đất phủ trên nó như thể hiện trong Hình 2.

Các lực tác dụng hướng tâm ra ngoài phần vòm ở góc có bán kính nhỏ của kết cấu với một khoảng cách d₁ tính từ kết cấu có thể lấy bằng:

                                                                              (10)

trong đó:

P₁ = áp lực nằm ngang ở một khoảng cách d₁ tính từ kết cấu (MPa).

d₁ = khoảng cách tính từ kết cấu (mm).

T = toàn bộ lực nén do tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên kết cấu (Điều 8.3.2) (N/mm).

R_c = bán kính ở góc của kết cấu (mm).

Chiều rộng phần đắp bao kề giáp kết cấu vùi, d có thể lấy bằng:

                                                                          (11)

trong đó:

d = chiều rộng phần bao cần thiết liền kề kết cấu (mm).

P_Brg = áp lực tựa cho phép để giới hạn ứng biến nén ở vách hố đào hay nền đắp (MPa).

Phần bao đất lấp bao kết cấu phải lấy liên tục trên đỉnh kết cấu cho đến trị số nhỏ hơn của:

• Cao độ đất phủ lấp nhỏ nhất quy định cho kết cấu đó,

• Mặt đáy của mặt đường hay mặt đáy lớp móng đường bằng đất loại hạt, khi lớp móng này nằm dưới lớp mặt đường, hoặc

• Mặt đáy của bất cứ bản giảm tải nào hay kết cấu tương tự tại đó có bản giảm tải.

Hình 2- Phần đất đắp bao kết cấu điển hình và phạm vi vùng ảnh hưởng của kết cấu.

8.6  THIẾT KẾ XỬ LÝ PHẦN ĐẦU KẾT CẤU VÙI

8.6.1  Tổng quát

Phải xem việc thiết kế và chọn phương án xử lý phần đầu kết cấu bản mỏng là một phần không tách rời với thiết kế kết cấu bản mỏng.

8.6.2  Các loại cấu tạo đầu kết cấu có vỏ tiêu chuẩn

Các loại cấu tạo đầu kết cấu tiêu chuẩn dùng cho các vỏ bản mỏng kim loại gợn sóng phải theo như minh họa trên Hình 4.

(C). ĐẦU CẮT XIÊN (CÁC YÊU CẦU TOÀN BỘ TƯỜNG ĐẦU)

Hình 4 - Các loại cấu tạo phần đầu kết cấu bản mỏng tiêu chuẩn

Khi dùng đầu vát có bậc phải xét đến những yêu cầu dưới đây:

• Phần nâng cao của bậc trên cùng phải bằng hay lớn hơn đường tên của phần vòm đỉnh nghĩa là các tấm bản ở phần vòm đỉnh không được cắt đi.

• Đối với các kết cấu có bản vòm ngược ở đáy thì bậc dưới cùng phải thỏa mãn các yêu cầu như của bậc trên cùng.

• Đối với các vòm, bậc dưới cùng phải cao ít nhất 150 mm.

• Phần dốc của các tấm bản bị cắt nói chung phải dốc hơn 3:1.

• Mép cạnh trên của các tấm bản bị cắt phải được liên kết bằng bulông và được chống đỡ bởi một vòng đai dốc bằng bê tông, bởi lớp lát mặt ngoài ta luy hay bằng cách tương tự.

Các đầu kết cấu bị vát hoàn toàn chỉ được sử dụng khi có thiết kế đặc biệt. Những kết cấu có đáy vòm ngược phải có phần bậc dưới phù hợp với các yêu cầu đối với các đầu cong kiểu vát có bậc.

Mép cắt vát của mọi tấm bản phải được chống đỡ bởi một vòng đai dốc bằng bê tông cứng thích hợp.

Các phần đầu bị cắt chéo phải được liên kết đầy đủ và được chống đỡ bởi một tường đầu bằng bê tông cốt thép hay kết cấu cứng khác. Tường đầu phải kéo dài tới một khoảng cách thích hợp trên đỉnh kết cấu để có khả năng chống lại các lực đầy nén vòng từ các tấm bản. Ngoài các áp lực chủ động thẳng góc của đất và áp lực do hoạt tải, phải thiết kế tường đầu để chống lại thành phần áp lực hướng tâm do kết cấu cống tác động vào theo quy định của Điều 8.5.

8.6.3  Chống đỡ cân bằng

Khi thiết kế và cấu tạo, phải đảm bảo cho đất đỡ hai bên cống được cân bằng vuông góc với kết cấu. Thay vì việc thiết kế đặc biệt, phải đảm bảo cho các phần dốc chạy vuông góc ngang qua kết cấu không được vượt quá 10% khi chiều cao lớp đất phủ bằng hay ít hơn 3000mm và 15% khi lớp đất phủ cao hơn.

Nếu kết cấu đặt chéo với nền đắp, phần đất đắp phải được cấu tạo vênh đi sao cho đảm bảo chống đỡ cân bằng và cung cấp một bề rộng đất lấp và bề rộng nền cần thiết để giữ đầu kết cấu.

8.6.4  Bảo vệ kết cấu chịu tác động thủy lực

8.6.4.1  Tổng quát

Phải tuân thủ các quy định bảo vệ kết cấu về phương diện thủy lực, bao gồm bảo vệ phần đất lấp bao kết cấu, móng và vỏ kết cấu cũng như các vật liệu đắp khác trong phạm vi chịu ảnh hưởng của kết cấu.

8.6.4.2  Bảo vệ đất lấp

Khi thiết kế hay lựa chọn cấp phối đất đắp, phải xét đến các tổn thất tính nguyên vẹn của đất lấp do việc đặt cống. Nếu dùng vật liệu dễ trôi thì kết cấu và phần đầu của đất bao phải đảm bảo được cách ly đầy đủ để khống chế việc đất di chuyển và/hoặc thẩm thấu.

8.6.4.3  Các tường chân khay

Mọi kết cấu dùng thoát nước có bản đáy kiểu vòm ngược hoàn toàn phải được thiết kế và cấu tạo có các tường chân khay ở thượng lưu và hạ lưu. Các tấm bản vòm ngược phải được liên kết bu lông với các tường chân khay bằng bu lông ϕ 20mm với cự ly tim đến tim là 500mm.

Phải khai triển tường chân khay tới chiều sâu thích đáng để giới hạn thẩm thấu thủy lực để khống chế lực đẩy nâng theo quy định của Điều 8.6.4.4 và xói lở theo Điều 8.6.4.5.

8.6.4.4  Lực nâng thủy lực

Phải xét lực nâng đối với các kết cấu thủy lực có bản đáy vòm ngược hoàn toàn khi mức nước thiết kế trong ống có thể hạ đột ngột. Thiết kế phải có các giải pháp để giới hạn gradien thủy lực khi mực nước ở phần đất lấp cao hơn ở trong cống, đảm bảo cho bản đáy vòm ngược không bị oằn và giữ cho kết cấu không bị nổi lên. Có thể tính oằn theo quy định trong Điều 7.2.4 với khẩu độ kết cấu bằng hai lần bán kính của bản đáy vòm ngược.

8.6.4.5  Xói lở

Thiết kế chống xói lở phải theo quy định của Điều 6.5. Nếu gặp phải loại đất dễ bị xói, có thể dùng các phương tiện chống xói lở truyền thống để thỏa mãn các yêu cầu này.

Không cần dùng các móng sâu như móng cọc hay giếng chìm trừ khi phải thiết kế đặc biệt đảm bảo xét đến lún chênh lệch và không đủ khả năng chống đỡ chắn giữ phần đất lấp khi xẩy ra xói lở dưới bệ cọc.

8.7  BẢN BÊ TÔNG GIẢM TẢI

Có thể dùng các bản bê tông giảm tải để giảm mômen trong các kết cấu bản mỏng nhịp dài.

Chiều dài của bản bê tông giảm tải phải lấy ít nhất là lớn hơn khẩu độ kết cấu 600mm. Phải kéo dài bản giảm tải qua phần chiều rộng chịu tải trọng của xe cộ và phải xác định chiều dầy của chúng theo quy định trong Điều 9.4.6.

8.8  THI CÔNG VÀ LẮP ĐẶT

Hồ sơ thiết kế phải quy định yêu cầu thi công và lắp đặt theo quy định Phần 26 của Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công cầu AASHTO LRFD.

9  KẾT CẤU HỘP BẢN MỎNG

9.1  TỔNG QUÁT

Phương pháp thiết kế quy định tại Điều này được giới hạn cho lớp đất phủ dày từ 430 đến 1500 mm.

Các quy định của Điều này áp dụng cho thiết kế kết cấu bản mỏng dạng hộp, từ đây về sau gọi là "Cống hộp kim loại". Các quy định của Điều 7 và 8 không được áp dụng cho thiết kế cống hộp, trừ khi được ghi rõ.

Nếu cấu tạo sườn tăng cường để tăng sức kháng uốn và khả năng chịu mô men của bản thì thanh tăng cường ngang cần làm bằng mặt cắt thép hoặc nhôm được uốn theo bản kết cấu. Sườn phải được bắt bu lông vào bản để tạo thành sức kháng uốn của mặt cắt liên hợp. Cự ly giữa các sườn không nên vượt quá 600 mm ở đỉnh và 1370 mm ở thành cống. Phải cấu tạo mối nối sườn đủ khả năng làm việc tới sức kháng uốn giới hạn chảy tại vị trí mối nối.

9.2  TẢI TRỌNG

Hoạt tải thiết kế theo các quy định của Điều 6.1 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này

Tỷ trọng của đất lấp khác với 1900 kg/m³ có thể theo Điều 9.4.2.

9.3  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

Không cần áp dụng trạng thái giới hạn sử dụng trong thiết kế kết cấu cống hộp.

9.4  SỨC KHÁNG CỦA KẾT CẤU

9.4.1  Tổng quát

Sức kháng của cống hộp bằng tấm lượn sóng phải được xác định ở trạng thái giới hạn cường độ theo quy định các Điều 5.3, 5.4 và 5.5 và các yêu cầu ở đây.

Mặt cắt cống hộp để áp dụng thiết kế theo Điều này được quy định trong Hình 6 với yêu cầu kích thước hình học ghi trong Bảng 7. Phải áp dụng đặc trưng cơ lý của tấm kim loại lượn sóng cho trong Bảng A10.

Hình 6 - Dạng hình học của cống hộp

Bảng 7- Yêu cầu kích thước hình học cống hộp

Sức kháng uốn của kết cấu cống hộp bản lượn sóng phải được xác định bằng cường độ chảy theo quy định của tấm kim loại lượn sóng.

Sức kháng uốn của kết cấu cống hộp bằng tấm lượn sóng có sườn tăng cứng phải được xác định bằng giá trị giới hạn chảy quy định của cả sườn và vỏ lượn sóng. Chỉ có thể dùng trị số tính toán cho thiết kế sau khi được khẳng định bằng thí nghiệm uốn đại diện. Phải cấu tạo mối nối sườn đủ khả năng làm việc tới sức kháng uốn dẻo theo yêu cầu tại mối nối.

9.4.2  Mô men do tải trọng tính toán

Mô men do hoạt tải và tĩnh tải chưa có hệ số ở phần hông cống hộp và phần đỉnh vòm của cống hộp kim loại M_dl và M_g có thể tính như sau:

M_dl = (g x 10⁹)γ_S{S³ [0.0053 - 7.87 x 10^-7 (S-3660)] + 0.053 (H-427)S²}   (12)

                                                                      (13)

trong đó:

M_dl = tổng mô men tĩnh tải danh định ở đỉnh hộp và bên hông (N.mm/mm)

M_ll = tổng mômen hoạt tải danh định ở đỉnh và bên hông (N.mm/mm)

S = khẩu độ cống hộp (mm)

γ_S = tỷ trọng đất (kg/m³)

H = chiều cao phần phủ lấp tính từ đường tên cống hộp đến đỉnh của mặt đường (mm)

C_ll = hệ số điều chỉnh hoạt tải

     = C₁C₂A_L

A_L = Tổng tải trọng trục trong nhóm trục (N)

C₁ = 1,0 đối với trục đơn, 0,5 + S/15000 ≤ 1,0 đối với các trục đôi.

C₂ = hệ số điều chỉnh đối với số bánh xe trên 1 trục thiết kế theo quy định của Bảng 8.

trong đó:

Khi 2400 ≤ S ≤ 6000                                                (14)

 khi 6000 ≤ S ≤ 8000                   (15)

K₂ = 5,8 x 10^-6 H² - 0,0013H + 5,05 khi 400 ≤ H ≤ 900                 (16)

K₂ = 0,0062H + 3 khi 900 ≤ H ≤ 1500                                         (17)

Bảng 8 - Các giá trị hệ số điều chỉnh (C₂) đối với số bánh xe trên mỗi trục

Trừ khi có quy định khác, mô hình xe tải thiết kế theo quy định của Điều 6.1.2.2 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này cần được giả thiết có 4 bánh xe trên một trục. Cần giả thiết mô hình xe trục đôi thiết kế quy định trong Điều 6.1.2.3 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này là một nhóm trục gồm 2 trục với 4 bánh xe trên mỗi trục.

Phải xác định các mô men tính toán M_dlu và M_llu, để dùng cho các Phương trình của Điều 9.4.3, theo quy định Bảng 3 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này, trừ hệ số hoạt tải để tính m_llu phải lấy bằng 2,0. Phải xác định các phản lực tính toán bằng cách đưa vào các hệ số phản lực quy định trong Điều 9.4.5.

9.4.3  Sức kháng mô men dẻo

Sức kháng mô men dẻo của đỉnh hộp M_pc và sức kháng mô men dẻo của hông hộp M_ph không được nhỏ hơn tổng theo tỷ lệ của mô men tĩnh và hoạt tải đã điều chỉnh.

Các trị số M_pc và M_ph phải được xác định như sau:

M_pc ≥ C_H P_c [M_dlu + M_llu]                                                            (18)

M_ph ≥ C_H [1-P_c] [M_dlu + R_hM_llu]                                                   (19)

trong đó:

C_H = hệ số lớp đất phủ ở đỉnh lấy theo quy định của Điều 9.4.4

P_c = phạm vi cho phép phần tỷ lệ tổng mô men đỉnh cống chịu, theo Bảng 9

R_h = trị số của hệ số chiết giảm mô men ở hông, theo Bảng 10

M_dlu = mô men tính toán do tĩnh tải theo quy định của Điều 9.4.2 (N mm)

M_llu = mô men tính toán do hoạt tải theo quy định của Điều 9.4.2 (N mm)

Bảng 9- Trị số tỷ lệ mô men ở đỉnh P_c

Bảng 10- Trị số giảm mô men ở hông R_H

9.4.4  Hệ số đất phủ ở đỉnh C_H

Với chiều dày lớp đất phủ lớn hơn hoặc bằng 1000 mm, hệ số đất phủ ở đỉnh C_H lấy bằng 1,0.

Với chiều dày lớp phủ trên đỉnh ở giữa 420 và 1000 mm, hệ số đất phủ ở đỉnh lấy bằng:

                                                                (20)

ở đây:

H = chiều cao lớp phủ trên đỉnh (mm)

9.4.5  Phản lực móng

Phải xác định phản lực ở móng cống hộp theo Phương trình sau:

                               (21)

ở đây:

g = gia tốc trọng trường (m/s²)

V = phản lực móng chưa tính với hệ số (N/mm)

γ_s = tỷ trọng đất lấp (kg/m³)

H = chiều cao lớp phủ trên đỉnh (mm)

R = chiều cao cống (mm)

S = chiều dài nhịp (mm)

A_L = tổng tải trọng trục (N)

9.4.6  Bản bê tông giảm tải

Có thể đặt bản bê tông trên lớp đất bao cống, ở đây gọi là bản giảm tải, để giảm mô men uốn trong cống hộp kim loại. Bản giảm tải không được tiếp xúc với đỉnh cống như minh họa ở Hình 7.

Chiều dài của bản bê tông giảm tải phải lớn hơn khẩu độ cống ít nhất 600 mm và đủ để nhô khỏi mỗi bên hông cống 300 mm. Bản giảm tải cần đặt suốt chiều rộng chịu tải trọng xe.

Chiều dày của bản giảm tải bê tông cốt thép phải xác định theo:

t = t_bR_ALR_cR_f                                                                             (22)

ở đây:

t = chiều dày tối thiểu của bản (mm)

t_b = chiều dày cơ bản của bản lấy theo Bảng 11 (mm)

R_AL = hệ số điều chỉnh tải trọng trục trong Bảng 12.

R_c = hệ số điều chỉnh cường độ bê tông trong Bảng 13.

R_f = hệ số lấy bằng 1,2 cho kết cấu hộp có nhịp nhỏ hơn 8000 mm.

Hình 7- Cống hộp kim loại có bản giảm tải bằng bê tông

Bảng 11- Chiều dầy cơ bản của bản t_b (mm) (Duncan, và cộng sự 1985)

Bảng 12 - Hệ số điều chỉnh tải trọng trục R_AL (Duncan, và cộng sự 1985)

Bảng 13- Hệ số điều chỉnh cường độ bê tông R_c (Duncan, và cộng sự 1985)

9.5  THI CÔNG VÀ LẮP ĐẶT

Hồ sơ thiết kế phải quy định yêu cầu thi công và lắp đặt theo đúng Phần 26, “Cống kim loại” Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công cầu AASHTO LRFD.

10  CỐNG BÊ TỐNG CỐT THÉP

10.1  TỔNG QUÁT

Phải áp dụng các quy định của Điều này cho việc thiết kế kết cấu đối với các kết cấu cống bê tông cốt thép đúc sẵn có các hình dạng vòm, ellip, tròn.

Có thể thiết kế kết cấu cho các loại cống nói trên theo một trong hai phương pháp sau:

• Phương pháp thiết kế trực tiếp theo trạng thái giới hạn cường độ, quy định trong Điều 10.4.2 hoặc

• Phương pháp thiết kế gián tiếp theo trạng thái giới hạn sử dụng, quy định trong Điều 10.4.3

10.2  TẢI TRỌNG

10.2.1  Các cách lắp đặt chuẩn

Trong hồ sơ thiết kế phải quy định tầng đệm móng và phần đất lấp phù hợp với quy định của Điều 27.5.2 của Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công cầu AASHTO LRFD.

Yêu cầu về độ chặt tối thiểu và chiều dầy lớp đệm dùng cho các chuẩn lắp đặt cống trước khi đắp nền và chuẩn lắp đặt cống trong hào đào phải theo quy định của Bảng 14 và 15 tương ứng.

Bảng 14 - Đất dùng cho chuẩn lắp đặt cống trước đắp nền và các yêu cầu đầm nén tối thiểu

Bảng 15 - Đất dùng cho chuẩn lắp đặt cống trong hào đào và các yêu cầu đầm nén tối thiểu

Phải xác định tải trọng do đất đắp không có hệ số W_E như sau:

W_E = g F_e γ_s B_c H x 10^-9                                                                                                    (23)

trong đó:

W_E = tải trọng tiêu chuẩn của đất (N/mm)

F_e = hệ số tương tác đất - kết cấu đối với cách lắp đặt được định nghĩa ở đây.

B_c = kích thước nằm ngang cống đo theo mặt ngoài đến mặt ngoài (mm)

g = gia tốc trọng trường (m/s²)

H = chiều cao của phần đất đất lấp trên ống (mm)

γ_s = tỷ trọng của đất (kg/m³)

Phải lấy trọng lượng đơn vị của đất dùng để tính tải trọng do đất gây ra bằng trọng lượng đơn vị của loại đất đắp được quy định cho việc lắp đặt cống nhưng không được lấy ít hơn 1760 kg/m³.

Phải được thiết kế cống với các chuẩn lắp đặt cống trước khi đắp nền và lắp đặt trong hào đào theo phần nhô (dương) các điều kiện tải trọng nền đắp, trong đó phải lấy F_e bằng các hệ số hiệu ứng vòm thẳng đứng VAF quy định trong Bảng 16 dùng cho từng loại chuẩn lắp đặt.

Đối với các chuẩn lắp đặt, phải dùng phân bố áp lực đất theo phân bố HEGER như cho trong Hình 8 và Bảng 16 đối với từng cách lắp đặt.

Hình 8 - Phân bố áp lực HEGER và các hệ số hiệu ứng vòm

Bảng 16 - Các hệ số dùng theo Hình 8

CHÚ THÍCH:

Các giá trị kích thước không thứ nguyên nằm ngang và thẳng đứng của các vùng áp lực thành phần được xác định bởi các hệ số c, d, e, uc, vd và f, trong đó:

d = (0,5-c-e)                                                                             (24)

                                                                            (25)

                                                                 (26)

10.2.2  Trọng lượng của chất lỏng trong ống

Khi thiết kế phải xét trọng lượng chưa nhân hệ số của chất lỏng, W_F, trong ống trên cơ sở tỷ trọng chất lỏng là 1000kg/m³ nếu không có quy định khác.

Đối với các chuẩn lắp đặt, trọng lượng chất lỏng phải được chống đỡ bởi áp lực đất thẳng đứng được giả thiết có phân bố lên phần bên dưới của ống cống giống như trong Hình 8 đối với tải trọng đất.

10.2.3  Các hoạt tải

Phải lấy hoạt tải theo quy định của Điều 6 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này và phân bố qua lớp đất phủ theo quy định trong Điều 6.1.2.6 Phần 3 bộ tiêu chuẩn này. Đối với các chuẩn lắp đặt, phải giả thiết hoạt tải trên ống cống phân bố đều theo chiều thẳng đứng trên đỉnh ống và phân bố lên đáy ống tương tự như trong Hình 8.

10.3  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

Phải tính toán chiều rộng các vết nứt trên vách ở trạng thái giới hạn sử dụng do tác dụng của mômen và lực nén. Nói chung chiều rộng vết nứt không được vượt quá 0,25 mm.

10.4  SỨC KHÁNG CỦA KẾT CẤU

10.4.1  Tổng quát

Phải xác định sức kháng của kết cấu ống cống bê tông cốt thép bị vùi ở trạng thái giới hạn cường độ dưới tác dụng của lực:

• Uốn

• Nén

• Cắt

• Kéo hướng tâm

Phải xác định các kích thước mặt cắt cống bằng phương pháp thiết kế trực tiếp căn cứ vào tính toán, hoặc gián tiếp căn cứ theo kinh nghiệm.

Khi hồ sơ thiết kế quy định dùng lưới cốt 1/4 vòng tròn, cốt đai vòng móc và lồng cốt thép ellip, thì phải quy định hướng lắp đặt ống và thiết kế phải tính đến khả năng bị đặt sai hướng một góc là 10° trong khi lắp đặt ống.

10.4.2  Phương pháp thiết kế trực tiếp

10.4.2.1  Tải trọng và phân bố áp lực

Tổng tải trọng thẳng đứng tác động lên ống cống phải được xác định theo Điều 10.2.1.

Phân bố áp lực lên ống cống do tải trọng và phản lực móng phải được xác định từ phân tích tương tác đất - kết cấu hoặc từ phương pháp gần đúng hợp lý, cả hai đều được phép dùng sơ đồ áp lực theo sơ đồ trên Hình 9 và phương pháp giải tích kết cấu ống.

Hình 9 - Phân bố áp lực thiết kế quanh ống bê tông vùi để phân tích theo thiết kế trực tiếp

10.4.2.2  Phân tích hiệu ứng lực vòng ống

Phải xác định hiệu ứng lực trong ống cống bằng phân tích đàn hồi của vòng ống dưới tác dụng áp lực phân bố được giả định hoặc phân tích tương tác đất - kết cấu.

10.4.2.3  Hệ số chế tạo và vật liệu

Hệ số chế tạo và vật liệu, F_rP cho kéo hướng tâm và F_vP cho cường độ cắt được lấy bằng 1,0 cho thiết kế ống cống bê tông cốt thép chế tạo tại nhà máy. Có thể dùng các trị số lớn hơn nếu có đủ số liệu thí nghiệm phù hợp với AASHTO M 242 M (ASTM C 655M).

10.4.2.4  Sức kháng uốn ở trạng thái giới hạn cường độ

10.4.2.4.1  Cốt thép theo vòng tròn

Cốt thép chịu uốn trên đơn vị mm chiều dài ống phải thỏa mãn:

                             (27)

trong đó:

g = 0,85 f^l_c                                                                                (28)

ở đây:

A_s = diện tích cốt thép trên chiều dài ống (mm²/mm )

f_y = cường độ chảy theo quy định của cốt thép (MPa)

d = cự ly từ mặt chịu nén tới trọng tâm cốt thép kéo (mm)

h = chiều dày vách ống (mm)

M_u = mômen do tải trọng tính toán (N-mm/ mm)

N_u = lực nén do tải trọng tính toán là dương khi nén (N/mm)

ϕ = hệ số sức kháng uốn cho trong Điều 5.5.

10.4.2.4.2  Cốt thép tối thiểu

Diện tích cốt thép, A_s, trên mm chiều dài ống không được nhỏ hơn:

• Cho mặt trong ống có hai lớp cốt thép:

                                                  (29)

• Cho mặt ngoài ống có hai lớp cốt thép:

                                                   (30)

• Với cốt thép hình e-lip trong ống tròn và với ống tròn có đường kính bằng hoặc nhỏ hơn 840 mm chỉ có một lồng cốt thép đơn ở một phần ba giữa vách ống:

                                                    (31)

ở đây:

S_i = đường kính trong hoặc khẩu độ ngang của ống (mm)

h = chiều dày vách ống (mm)

f_y = cường độ chảy của cốt thép (MPa)

10.4.2.4.3  Cốt thép chịu uốn tối đa không có cốt đai

Cốt thép chịu uốn không có cốt đai trên đơn vị mm chiều dài ống phải thỏa mãn:

• với thép bên trong chịu kéo hướng tâm:

                                                       (32)

ở đây:

r_s = bán kính của thép phía trong (mm)

f'_c = cường độ nén của bê tông (MPa)

f_y = cường độ chảy của quy định của cốt thép (MPa)

R_φ = ϕ_r/ϕ_f tỷ lệ của hệ số sức kháng kéo hướng tâm với hệ số kháng mômen quy định trong Điều 5.5

F_rp = 1,0 trừ khi giá trị lớn hơn được minh chứng bằng số liệu thí nghiệm

trong đó:

• Với 300 mm ≤ S_i ≤ 1830 mm

F_n = 1 + 0,000328(1830-S_i)

• Với 1830mm ≤ S_i ≤ 3660mm

• Với S_i > 3660mm

F_rt = 0,80

• Với cốt thép chịu nén:

                                                   (33)

trong đó:

g' = f'_c [0,85 - 0,0073 (f'_c - 28)]                                                   (34)

0,85 f'_c ≥ g' ≥ 0,65 f'_c                                                                 (35)

ở đây:

ϕ = hệ số sức kháng uốn lấy theo Điều 5.4.2 Phần 5 bộ tiêu chuẩn này

10.4.2.4.4  Cốt thép khống chế bề rộng vết nứt

Hệ số bề rộng vết nứt, F_cr, có thể xác định theo:

• Nếu N_s là nén được lấy là dương và:

                  (36)

• Nếu N_s là kéo được lấy là âm và:

                     (37)

trong đó:

                                                                   (38)

                                                                               (39)

                                                                          (40)

                                                                    (41)

ở đây:

M_s = mômen uốn ở trạng thái giới hạn sử dụng (N-mm/mm)

N_s = lực nén dọc trục ở trạng thái giới hạn sử dụng (N/mm)

d = cự ly từ mặt bị nén đến trọng tâm cốt thép kéo (mm)

h = chiều dày vách (mm)

f'_c = cường độ nén quy định của bê tông (MPa)

C₁ = hệ số khống chế nứt cho các loại cốt thép khác nhau, lấy theo Bảng 17

A_s = diện tích cốt thép mm²/mm

t_b = lớp bảo vệ cốt thép (mm)

S_i = cự ly cốt thép tròn (mm)

n = 1,0 khi cốt thép kéo có một lớp

n = 2,0 khi cốt thép kéo gồm nhiều lớp

ϕ = hệ số sức kháng uốn như quy định trong Điều 5.5

Bảng 17 - Hệ số khống chế bề rộng vết nứt

Với cốt thép loại 2 trong Bảng 17 có t²_b S_i /n > 50000 thì hệ số chiều rộng vết nứt F_cr cũng phải khảo sát bằng các hệ số B₁ và C₁ quy định cho loại 3 và phải dùng trị số F_cr nào lớn hơn.

10.4.2.4.5  Lớp bê tông bảo vệ tối thiểu

Áp dụng các quy định của Điều 5.12.3 Phần 5 bộ tiêu chuẩn này về lớp bê tông bảo vệ tối thiểu, trừ các quy định sau:

• Nếu chiều dày vách ống nhỏ hơn 63 mm, lớp bảo vệ không được mỏng hơn 20 mm và

• Nếu chiều dày vách ống không nhỏ hơn 63 mm, lớp bảo vệ không mỏng hơn 26 mm.

10.4.2.5  Sức kháng cắt không có cốt đai hướng tâm

Phải kiểm soát sức kháng chịu lực cắt ở mặt cắt nguy hiểm khi M_n / (V_ud) = 3,0. Sức kháng cắt tính toán không có cốt đai hướng tâm V_r được tính bằng:

V_r = ϕ V_n                                                                                  (42)

trong đó:

                                           (43)

                                                                          (44)

• Với các ống có hai lồng cốt thép hoặc một lồng cốt elip

                                                                      (45)

• Đối với ống có đường kính vượt quá 915mm có một lồng cốt thép tròn đơn

                                                                      (46)

Nếu N_u là nén, nó được dùng dấu dương và:

                                                                          (47)

Nếu N_u là kéo, nó được dùng dấu âm và:

                                                                          (48)

                                                                                (49)

                                                             (50)

Dấu đại số ở Phương trình 49 lấy là dương khi mặt bên trong ống chịu kéo và là âm khi mặt bên ngoài ống chịu kéo.

ở đây:

f'_cmax = 49 MPa

d = cự ly từ mặt chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo (mm)

h = bề dày vách (mm)

ϕ = hệ số sức kháng cắt quy định ở Điều 5.4.2 Phần 5 bộ tiêu chuẩn này

r = bán kính đường tròn tim vách của ống bê tông (mm)

N_u = lực nén do tải trọng tính toán (N/mm)

V_u = lực cắt do tải trọng tính toán (N/mm)

F_vp = hệ số chế tạo và vật liệu quy định trong Điều 10.4.2.3

Nếu sức kháng cắt tính toán ở đây không đủ thì phải làm các cốt đai hướng tâm theo quy định của Điều 10.4.2.6.

10.4.2.6  Sức kháng cắt có cốt đai hướng tâm

Cốt thép chịu kéo và thép cốt đai chịu cắt hướng tâm không được nhỏ hơn:

• Với kéo hướng tâm:

                                                       (51)

S_v ≤ 0,75ϕ_vd                                                                             (52)

• Với cắt:

                                                       (53)

S_v ≤ 0,75ϕ_vd                                                                             (54)

trong đó:

                                                      (55)

ở đây:

M_u = mô men uốn do tải trọng tính toán (N.mm/mm)

M_nu = mô men tính toán tác dụng trên một đơn vị chiều rộng mặt cắt ngang để điều chỉnh các hiệu ứng của lực nén hoặc kéo (N.mm/mm)

N_u = lực nén do tải trọng tính toán (N/mm)

V_u = lực cắt do tải trọng tính toán (N/mm)

V_c = sức kháng cắt của mặt cắt bê tông (N/mm)

d = cự ly từ mặt chịu nén tới trọng tâm cốt thép kéo (mm)

f_y = cường độ chảy theo quy định của cốt thép, trị số của f_y phải lấy số nhỏ hơn của cường độ chảy của cốt đai hoặc khả năng neo khai triển của nó (MPa)

r_s = bán kính của cốt thép bên trong (mm)

s_v = cự ly giữa các cốt đai (mm)

V_r = sức kháng cắt tính toán của mặt cắt ống không có cốt đai hướng tâm trên đơn vị chiều dài ống (N/mm)

A_vr = diện tích cốt thép đai chịu kéo hướng tâm trên đơn vị chiều rộng mặt cắt của mỗi hàng cốt đai ở cự ly tròn “sv” (mm²/mm)

A_vs = diện tích cần thiết cho cốt thép đai (mm²/mm)

f^'_c = cường độ nén của bê tông (MPa)

ϕ_v = hệ số kháng cắt theo Điều 5.5

ϕ_r = hệ số kháng kéo hướng tâm trong Điều 5.5

F_c = hệ số độ cong xác định theo Phương trình 49

10.4.2.7  Neo cốt thép đai

10.4.2.7.1  Neo cốt đai chịu kéo hướng tâm

Khi bố trí các cốt đai chịu kéo hướng tâm, phải neo các cốt đai vòng quanh từng đường chu vi của lồng cốt thép bên trong để khai triển sức kháng của cốt đai và cũng phải neo chúng xung quanh lồng ngoài hoặc phải được chôn vào vùng chịu nén một đoạn dài đủ để phát huy sức kháng cần thiết của cốt đai.

10.4.2.7.2  Neo cốt đai chịu cắt

Trong trường hợp không yêu cầu cốt đai chịu kéo hướng tâm mà chỉ yêu cầu chịu cắt thì cự ly theo chiều dọc của chúng phải đảm bảo sao cho chúng được neo quanh từng vòng chu vi chịu kéo hoặc từng vòng chu vi chịu kéo xen kẽ. Cự ly giữa các cốt đai này không được vượt quá 150mm.

10.4.2.7.3  Độ chôn sâu của các đai

Các cốt đai dùng để chống lại các lực ở các vùng bản đáy vòm ngược và vùng đỉnh vòm phải được neo đầy đủ vào phía đối diện của vách ống cống để khai triển được sức kháng cần thiết của cốt đai.

10.4.3  Phương pháp thiết kế gián tiếp

10.4.3.1  Sức kháng ép

Phải xác định tải trọng đất và hoạt tải trên cống theo Điều 10.2 và so sánh với cường độ chịu ép trên ba gờ tựa của ống cống xác định thông qua tải trọng thử D. Phải áp dụng trạng thái giới hạn sử dụng với các tiêu chuẩn bề rộng vết nứt cho phép quy định tại Điều này.

Tải trọng D cho các loại kích thước ống phải được xác định phù hợp với AASHTO M 242 (ASTM C655M)

Sức kháng ép trên ba gờ tựa của ống cống bê tông cốt thép tương ứng với bề rộng vết nứt 0,25 mm quan sát được qua thí nghiệm không được nhỏ hơn tải trọng thiết kế được xác định cho lắp đặt ống lấy bằng:

                                                    (56)

trong đó:

B_FE = hệ số nền tải trọng đất quy định trong Điều 10.4.3.2.1 hay Điều 10.4.3.2.2

B_FLL = hệ số nền cho hoạt tải quy định trong Điều 10.4.3.2.3

S_i = đường kính trong của ống (mm)

W_E = tổng tải trọng đất chưa nhân hệ số được quy định trong Điều 10.2.1 (N/mm)

W_F = tổng tải trọng chất lỏng chưa nhân hệ số trong ống được quy định trong Điều 10.2.3 (N/mm)

W_L = toàn bộ hoạt tải chưa nhân hệ số trên một đơn vị chiều dài ống được quy định trong Điều 10.2.4 (N/mm)

Đối với cống lắp đặt theo chuẩn loại 1 (xem Bảng 14,15), các tải trọng D tính ở trên phải được nhân với hệ số lắp đặt bằng 1,10

10.4.3.2  Hệ số nền

Trong hồ sơ thiết kế phải yêu cầu độ chặt tối thiểu quy định trong các Bảng 14 và 15.

10.4.3.2.1  Hệ số nền cho tải trọng đất đắp trên ống tròn

Các hệ số nền cho tải trọng đất, B_FE dùng cho ống cống tròn có đường kính liệt kê trong Bảng 18.

Đối với các đường kính ống khác so với những con số liệt kê trong Bảng 18, các hệ số nền trong điều kiện nền đắp B_FE có thể xác định theo cách nội suy.

Bảng 18- Các hệ số nền cho ống tròn