GS.TS. NGND. NGUYỄN VIẾT TRUNG (Chủ biên)
TS. TRẦN THU HẰNG
CÁC CÓNG NGHỆ HIÊN DẠI TRONG
XÂY DỤNG CÁU
■
GS.TS. NGND. NGUYỄN VIẾT TRUNG (Chủ biên)
TS.TRÂN THU HẰNG
CÁC CONG NGHỆ HIỆN HẠI TRONG
XÂY DỤNG CẦU
NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG
HÀ NỘI-2019
LỜI NGỎ
Tưởng nhớ cố Giáo sư, Tiến sỹ, Nhà giáo Nhân dân
Nguyễn Viết Trung
Trước khi cuốn sách "Các công nghệ hiện đại trong xây
dựng cầu’’ được Nhà xuất bản Xây dựng chính thức xuất
bản năm 2019, nhiều phần trong cuốn sách đã được lưu
hành dưới dạng bài giảng, chuyên đề, tài liệu tổng kết, ...do
cố Giáo sư, Tiến sỹ, Nhà giáo Nhân dân Nguyễn Viết Trung
công bố. Ý tưởng tập hợp các sản phẩm khoa học ấy trong
một cuốn sách nhằm giới thiệu những công nghệ xây dựng
cầu hiện đại nổi bật đã và đang được áp dụng ở nước ta,
ra đời cuối năm 2017.
Trải qua quá trình biên tập, cuốn sách lên trang sau khi
Giáo sư, Tiến sỹ, Nhà giáo Nhăn dân Nguyễn Viết Trung đột
ngột qua đời ngày 01/4/2018. Chúng tôi tiếp tục thực hiện
công việc với mong muốn đây là một lời tri ân tưởng nhớ
đến những cống hiến không mệt mỏi của Thầy Nguyễn Viết
Trung trong suốt cuộc đời giảng dạy và nghiên cứu của
Thầy trong ngành Giao thông Vận tải. Chúng tôi xin trân
trọng cảm ơn gia đình cố Giáo sư, Tiến sỹ, Nhà giáo Nhân
dân Nguyễn Viết Trung đã cho phép chúng tôi hoàn thành
tâm nguyện này.
3
Chúng tôi xin được bày tỏ những tình cảm trân trọng nhất
để tưởng nhớ đến Thầy - Giáo sư, Tiến sỹ, Nhà giáo Nhăn dân
Nguyễn Viết Trung!
Nhà Xuất bản Xây dựng
4
LỜI NÓI ĐẦU
Để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế xã hội, mạng
lưới cơ sở hạ tầng giao thông ở Việt Nam đang và đang
phát triến nhanh chóng. Cùng với sự tiến bộ của khoa học
kỹ thuật, với các nghiên cứu ứng dụng, cải tiến, phân tích
đánh giả và lựa chọn giải pháp phù hợp, nhiều công nghệ
hiện đại đã được triển khai áp dụng trong ngành Xây dựng
Cầu ở nước ta. Nhờ đó, những cây cầu có chiều nhịp lớn,
vượt xa giới hạn khẩu độ nhịp của dầm giản đơn truyền
thống, có kết cấu hiện đại, đem lại hiệu quả rất lớn về kỉnh
tế - kỹ thuật cùng như vẻ đẹp kiến trúc công trình. Có thể
nói, trình độ khoa học kỹ thuật trong ngành Xây dựng cầu
Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ, không
thua kém trình độ phát triền chung trên thế giới.
Nhằm mục đích giới thiệu những công nghệ hiện đại
nối bật đã và đang được áp dụng trong ngành xây dựng
cầu ở nước ta trong những năm gần đây, cuốn sách
“Các công nghệ hiện đại trong xây dựng cầu ” được ra
đời. Cuốn sách này nhằm phục vụ đối tượng là các sinh
viên đại học và sau đại học ngành Kỹ thuật Xây dựng
Cóng trình Giao thông, nhừng người công tác trong
ngành xây dựng cầu và nhừng bạn đọc quan tâm đến
lĩnh vực chuyên môn. Cuốn sách này được tổ chức thành
5 chương như sau:
5
- Chương 1: Tống quan
- Chương 2: Công nghệ liên tục hóa
- Chương 3: cầu bê tỏng cốt thép nhịp lớn
- Chương 4: cầu vòm ống thép nhồi bê tông
- Chương 5: cầu thép hiện đại
Quá trình biên tập không thể tránh khỏi những sai sót,
chúng tôi rat mong nhận được sự đóng góp của quý bạn
đọc. Mọi thông tin xin gửi về Nhà xuất bản Xây dựng.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Trần Thu Hằng
6
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ
HIỆN ĐẠI XÂY DựNG CẦU
1.1. TÔNG QUAN VỀ CÁC KẾT CÁU VÀ CÔNG
NGHỆ THI CÔNG CẦU BTCT DƯL NHỊP GIẢN
ĐƠN KIỂU MỚI
Trong khoảng vài chục năm gần đây, nhiều kiểu dầm
giản đơn mới đã được nghiên cứu phát triển và đưa vào
áp dụng ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Có thể liệt kê
tóm tắt như sau:
- Dầm Prebeam có chiều cao thấp;
- Dầm bản có lỗ rỗng lắp ghép kiểu mới (VEC đề xuất
theo kiểu Pháp);
- Dầm và bản kiểu bán lắp ghép có mặt cắt chữ T
ngược (Viện KHCN GTVT đề xuất);
- Dầm Super-T dự ứng lực căng trước (phát ưiển thiết kế
của Australia);
- Dầm Super-T dự ứng lực căng sau (Công ty VSL
phát triển);
- Dầm u dự ứng lực sau (ĐH GTVT thiết kế);
7
- Dầm ống thép nhồi bê tông liên hợp bản BTCT
(Nhật Bản);
- Các loại dầm kiểu panel chế sẵn có kiểu mối nối đặc
biệt thi công nhanh để lắp ghép cầu đô thị khi hạn chế điều
kiện mặt bằng thi công và thời gian thi công.
Các nhịp dầm giản đcm với ưu điểm có thể chế tạo
hàng loạt để giảm giá thành và vượt được các nhịp đến
42 m hiện nay ở Việt Nam có thể được cải tiến hom nữa
nhờ công nghệ liên tục hóa, nối các nhịp dầm giản đơn
thành hệ dầm liên tục nhiều nhịp hoặc hệ dầm có bản liên
tục nhiệt. Dạng kết cấu này rất phổ biến trên các đoạn
cầu dẫn của các cầu lớn, hoặc làm các cầu đô thị như
đường Vành đai 3 ở Hà Nội.
Hình 1.1: Dầm Prebeam
8
Hình 1.2: Lõi I thép của dâm Prebeam
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI
THI CÔNG CẦU BTCT DƯL NHỊP LIÊN TỤC
Hình 1.3: Công nghệ thỉ công đúc đẩy:
Dầm được đúc từng phân đoạn sau mổ rồi đẩy vượt qua các trụ
10
Ngày nay với nhiều công nghệ mới tiên tiến như liên
tục hóa các nhịp dầm giản đơn, đúc đẩy, đúc hẫng, đúc
trên đà giáo di động, lắp hẫng, lắp trên đà giáo di động...
chúng ta có thể xây dựng được những nhịp cầu lớn, vượt
xa giới hạn khẩu độ nhịp của dầm giản đơn truyền thống,
đem lại hiệu quả rất lớn về các mặt kinh tế, kỹ thuật cũng
như vẻ đẹp kiến trúc công trình.
Để đạt mục tiêu về khả năng vượt nhịp lớn, kết cấu
BTCT DƯL nhịp liên tục được áp dụng rộng rãi và đã có
rất nhiều nghiên cứu có tính đột phá về thiết kế kết cấu
gắn với công nghệ thi công, đây là hai mặt không thể
tách rời. Có thể thấy rằng kết cấu nhịp BTCT DƯL với
quá trình phát triển từ dạng dầm bản đặc, rỗng rồi đến
dạng mặt cắt chữ I, chữ T, rồi mặt cắt hình hộp hầu như
đã hoàn thiện về mặt kết cấu. Do vậy trong thời gian qua,
các nghiên cứu chuyển sang chủ yếu về mặt vật liệu và
đặc biệt là công nghệ thi công.
Có thể tóm tắt và phân tích các đặc điểm chung của
các công nghệ thi công kết cấu nhịp BTCT DƯL hiện đại
như sau:
1.2.1. CÔNG NGHỆ ĐÓ BÊTÔNG TẠI CHỎ THEO
PHƯƠNG PHÁP ĐÚC ĐẨY - CN1
Đúc đẩy thuộc phương pháp đổ bêtông tại chồ, hệ
thống ván khuôn và bệ đúc thường được lắp đặt, xây
11
dựng cố định tại vị trí sau mố. Chu trình đúc được tiến
hành theo từng phân đoạn, khi phân đoạn đầu tiên hoàn
thành được kéo đẩy về phía trước nhờ hệ thống như: kích
thủy lực, mũi dẫn, trụ đẩy và dẫn hướng,... đến vị trí mới
và bắt đầu tiến hành đúc phân đoạn tiếp theo cứ như vậy
cho đến khi đúc hết chiều dài kết cấu nhịp.
Mặc dù công nghệ có ưu điểm: thiết bị di chuyển cấu
kiện khá đon giản, tạo được tĩnh không dưới cầu cho các
công trình giao thông thủy bộ và không chịu ảnh hưởng
lớn của lũ nhưng công trình phụ trợ lại phát sinh nhiều
như: bệ đúc, mũi dẫn và trụ tạm,... Chiều cao dầm và số
lượng bó cáp DƯL nhiều hơn so với dầm thi công bằng
công nghệ khác, mặt khác chiều cao dầm không thay đổi
để tạo đáy dầm luôn phẳng nhằm đẩy trượt trên các tấm
trượt đồng thời chiều dài kết cấu nhịp bị hạn chế do năng
lực của hệ thống kéo đẩy.
Cầu thi công bằng công nghệ này có kết cấu nhịp liên
tục với khẩu độ nhịp lớn nhất hợp lý khoảng từ 35 -ỉ- 60 m.
Với công nghệ này khả năng tái sử dụng hệ thống ván
khuôn, bệ đúc và kết cấu phụ trợ cao.
Trong thời gian qua chúng ta đã áp dụng công nghệ
này ở một số công trình cầu với khẩu độ nhịp lớn nhất là
40 -ỉ- 42 m như: cầu Mẹt - QL.1A - tỉnh Lạng Sơn, cầu
Hiền Lương - QL.1A - tỉnh Quảng Trị, cầu Quán Hầu tỉnh Quảng Bình.
12
1.2.2. CÔNG NGHỆ THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HOẶC LẮP HẪNG
CÂN BANG - CN2
Hình 1.4: cầu Pa - Uôn. Công nghệ thi công đúc hẫng cân bằng:
Hai xe đúc tiến dần ra đúc từng đoạn dầm cân bằng đối xứng qua trụ
Đúc hẫng thực chất thuộc phương pháp đổ bêtông tại chỗ
theo phân đoạn từng đợt trong ván khuôn di động freo trên
đầu xe đúc. Công nghệ này thường áp dụng cho kết cấu có
mặt cắt hình hộp với khẩu độ nhịp lớn từ 60 -ỉ- 200 m. Đặc
điểm của công nghệ là việc đúc các đốt dầm theo nguyên tắc
cân bằng, sau đó nối các nhịp giữa có thể bằng các chốt giữa,
dầm treo hoặc liên tục hóa. Trong quá trình thi công ữên mỗi
trụ đặt hai xe đúc, mỗi xe di chuyển và đúc một nửa nhịp mỗi
bên theo phương dọc cầu. Tùy theo năng lực của xe đúc mà
mỗi phân đoạn đúc có thể dài từ 3,5 -ỉ- 7 m hoặc có thể lớn
hơn. Từng đốt sẽ lặp lại công nghệ từ đốt thứ nhất và chỉ điều
chỉnh ván khuôn theo tiết diện, độ vồng thiết kế.
Cũng tương tự như vậy, công nghệ lắp hẫng cân bằng chỉ
có khác biệt là các phân đoạn dầm được đúc sẵn và được lao
lắp cân bằng do vậy yêu cầu cao hơn về kỹ thuật thực hiện
các mối nối với chất lượng và độ chính xác của hai mặt giáp
nhau, sự trùng khớp các lỗ luồn cáp DƯL và chất lượng thi
công lớp đệm liên kết (keo epoxy, vữa polymer,...). Cũng
như các công trình thi công theo phương pháp lắp ghép, công
nghệ lắp hẫng cân bằng có tiến độ thi công rất nhanh.
Công nghệ thi công theo phương pháp đúc hoặc lắp
hẫng cân bằng phù hợp với cầu có khẩu độ nhịp lớn và
tĩnh không dưới cầu cao, với công nghệ này chiều cao
dầm và số lượng bó cáp đòi hỏi cao hom, nhiều hơn so
với dầm thi công bằng công nghệ khác nhưng tiến độ thi
14
công nhanh, công trường gọn gàng và thiết bị phục vụ thi
công không đòi hỏi đặc biệt.
Ở nước ta trong thời gian qua, công nghệ thi công đúc
hẫng cân bằng được áp dụng khá phổ biến với khẩu độ nhịp
lớn nhất là 120 m: cầu Lai Vu - QL.5 - tỉnh Hải Dương, cầu
Gianh - QL.1A - tỉnh Quảng Bình, cầu Bến Lức - QL.1A tỉnh Long An ...
1.2.3. CÔNG NGHỆ ĐỒ BÊTÔNG TẠI CHỎ TREO
DƯỚI ĐÀ GIÁO DI ĐỘNG - CN3
Công nghệ này thuộc phương pháp đổ bê tông tại chỗ.
Sau khi thi công xong một nhịp, toàn bộ hệ thống ván
khuôn và đà giáo được lao đẩy tới nhịp tiếp theo và bắt
đầu công đoạn thi công như nhịp trước, cứ như vậy theo
chiều dọc cầu cho đến khi hoàn thành kết cấu nhịp. Với
công nghệ này trong quá trình thi công ta vẫn tạo được
tĩnh không dưới cầu cho giao thông thủy bộ, mặt khác
không chịu ảnh hưởng của điều kiện địa hình, thủy văn
và địa chất khu vực xây dựng cầu.
Kết cấu nhịp cầu có thể thực hiện theo sơ đồ chịu lực
là dầm đơn giản và liên tục nhiều nhịp với chiều cao dầm
có thay đổi hoặc không thay đổi. Chiều dài nhịp thực
hiện thuận lợi và hợp lý trong phạm vi từ 35 -ỉ- 60 m. số
lượng nhịp trong một cầu về nguyên tắc là không hạn chế
vì chỉ cần lực đẩy dọc nhỏ để đẩy đà giáo ván khuôn và
không lũy tiến qua các nhịp.
15
Hình 1.5: Công nghệ thi công đổ bê tông tại chỗ trên đà giáo di động:
Hệ đà giáo di động treo giữ ván khuôn đúc bê tông tại chỗ cho cả nhịp
Tuy nhiên các công trình phụ trợ của công nghệ này còn
khá cồng kềnh: giàn đẩy, trụ tạm, mũi dẫn và hệ đà giáo
ván khuôn cồng kềnh để đảm bảo độ cứng lớn khi thi công
đúc bê tông dầm.
1.2.4. CÒNG NGHỆ THI CÔNG LẮP GHÉP CÁC PHÂN
ĐOẠN DÀM DƯỚI ĐÀ GIÁO DI ĐỘNG - CN4
Công nghệ này tương tự như CN3 nhưng có một số
thay đổi khác biệt khắc phục được các hạn chế của CN3.
Nội dung của giải pháp công nghệ này là các phân đoạn
dầm được đúc sẵn, lao lắp toàn bộ nhịp vào vị trí bằng
cách treo giữ từng phân đoạn dưới đà giáo di động sau
đó mới căng cáp DƯL liên tục hóa các phân đoạn dầm
với nhau. Chu trình lặp đi lặp lại cho từng nhịp cho đến
khi hoàn thành.
Giải pháp công nghệ này có được các ưu điểm như CN3,
thêm vào đó có thể đẩy nhanh tiến độ hơn nữa vì việc đúc
các phân đoạn dầm hoàn toàn độc lập với quá trình lao lắp
kết cấu nhịp. Hệ đà giáo di động chỉ có tác dụng lao giữ các
đốt dầm đúng vị trí nên gọn nhẹ hơn, không quá lớn như hệ
đà giáo của CN3 phải phục vụ cho quá trình đúc toàn bộ bê
tông kết cấu nhịp.
Qua phân tích 4 giải pháp công nghệ chính trong thi
công cầu BTCT DƯL nhịp liên tục chủ yếu như trên, có thể
tóm tắt các đặc diêm chù yếu ở bảng 1.1:
17
00
Hình 1.6: cầu Lạch Huyện- Công nghệ lắp ghép các phân đoạn dầm dưới đà giáo di động
Các phân đoạn dầm đúc sẵn được lao lắp dưới hệ đà giáo di động
Bang 1.1: Tóm tăt đặc điêm chủ yêu của 4 giải pháp công nghệ
STT
Yếu tố
kỹ thuât
Các giải pháp công nghệ
CN1
CN2
CN3
CN4
1
Khẩu độ
phù họp
35 4- 60 m
60 4- 200 m
35 4 60 m
35 4- 60 m
2
Sơ đồ kết
cấu nhịp
Liên tục
Liên tục
Giản đon
hoặc liên tục
Gian đon
hoặc liên tục
3
Tiên độ
thi công
Phụ thuộc
CN bêtông
Phụ thuộc CN
bêtông
Phụ thuộc CN
bêtông
Không phụ thuộc
CN bêtông
Thiết bị,
Hệ kích đẩy
phức tạp
Xe đúc dầm
Đà giáo nặng nề
Đà giáo lao lắp
gọn nhẹ
4
đà giáo
đơn giản
5
Tổng chiều
dài cầu
Giới hạn
Không giới hạn
Không giới hạn
Không giới hạn
6
Chất lượng
bêtông
Có điều kiện đảm
báo chất lượng
Khó đảm bảo chất
Khó đảm bảo chất
lượng bêtông
lượng bêtông
Đảm bảo chất
lượng bêtông
Ghj chic
CN1: Công nghệ đô bêtông tại chô theo phương pháp đúc đây.
CN2: Công nghệ thi công theo phương pháp đúc hoặc lắp
hẫng cân bằng.
CN3: Công nghệ đổ bêtông tại chỗ treo trên đà giáo di động.
CN4: Công nghệ thi công lắp ghép các phân đoạn dầm trên
hoặc dưới đà giáo di động.
Tổng chiều dài cầu không giới hạn: xét về mặt lý thuyết.
Trong số các công nghệ trên, công nghệ CN1 và CN2 đã
được áp dụng phổ biến ở nước ta, riêng công nghệ CN3 và CN4
đang bước đầu áp dụng ở Việt Nam.
1.3. TÔNG QUAN VỀ CÁC KẾT CÁU VÀ CÔNG NGHỆ
HIỆN ĐẠI THI CÔNG CẦU THÉP
Các kết cấu hiện đại về cầu thép có thể chia làm 2
nhóm là:
- Nhóm Giàn thép - Vòm thép (bao gồm cả giàn biên
cong và vòm ống thép nhồi bê tông);
- Nhóm Dầm thép (bao gồm cả dầm hộp và dầm I).
1.3.1. KÉT CÁU GIÀN THÉP VÀ CÔNG NGHỆ LÁP
GHÉP GIÀN
Trên hình 1.7 giới thiệu giàn thép biên cong của cầu
Ghềnh, xây dựng mới (lần 2) năm 2016 trên tuyến đường
sắt Bắc Nam. Hình 1.8 là giàn thép biên song song của cầu
đường bộ Phong Châu. Các giàn thép này đều được chế tạo
ở Việt Nam có nhịp có thể đạt đến gần 100 m.
20
- Xem thêm -