Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu ứng dụng trụ cầu dạng chữ v cho cầu khung BTCT dự ứng lực ở việt nam

bộ giáo dục và đào tạo
tr-ờng đại học giao thông vận tải

Bùi thanh tùng

Nghiên cứu ứng dụng trụ cầu dạng chữ V
cho cầu khung bê tông dự ứng lực ở việt nam

luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hà NộI - 2015


bộ giáo dục và đào tạo
tr-ờng đại học giao thông vận tải

bùi thanh tùng

Nghiên cứu ứng dụng trụ cầu dạng chữ V
cho cầu khung bê tông dự ứng lực ở việt nam
CHUYÊN NGàNH: XÂY DựNG cầU HầM

Mã số: 60.58.25

luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học:
PGS-ts nguyễn thị minh nghĩa

Hà NộI - 2015


i
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các số
liệu nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công
trình nào trƣớc đó.
Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2015
Tác giả

Bùi Thanh Tùng


ii
LỜI CẢM ƠN
Trải qua thời gian học tập và làm luận án tốt nghiệp tại Trƣờng Đại Học Giao
Thông Vận Tải Hà Nội, em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với sự định hƣớng nội dung
nghiên cứu cũng nhƣ sự hƣớng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Thị Minh Nghĩa
- Ngƣời đã động viên và giúp đỡ Em nhiệt tình trong quá trình thực hiện luận văn
này, Em cũng xin gửi lời cám ơn đến tất cả các Thầy Cô trong khoa sau đại học đã
tạo điều kiện tốt cho Em làm việc, học tập và nghiên cứu trong suốt quá trình thực
hiện luận văn.
Cám ơn các đồng nghiệp đã tham gia đóng góp ý kiến cho luận văn.
Cám ơn tất cả các bạn học cùng khoá đã nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm và
những kiến thức quý báu, giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn với tất cả nỗ lực của bản thân, nhƣng
chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý Thầy Cô tận
tình chỉ bảo.
Một lần nữa xin gửi đến tất cả mọi ngƣời lời cám ơn chân thành nhất!

Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2015
Tác giả



Bùi Thanh Tùng


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG TRỤ CẦU BT DƢL ĐÚC HẪNG
TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI .....................................................................3
1.1. Tổng quan về cầu BT DƢL đúc hẫng ................................................................ 3
1.1.1. Lịch sử phát triển cầu BT DƢL đúc hẫng tại Việt Nam ..............................5
1.1.2. Ƣu nhƣợc điểm của cầu BT DƢL đúc hẫng ................................................6
1.2. Các loại trụ trong cầu khung thi công theo công nghệ hẫng............................. 7
1.3. Kết luận chƣơng 1 .............................................................................................. 24
CHƢƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH
TOÁN TRỤ CẦU DẠNG CHỮ “V” CHO CẦU KHUNG BÊ TÔNG DỰ ỨNG
LỰC ĐÚC HẪNG.....................................................................................................26
2.1. Đặc điểm chịu lực, ƣu nhƣợc điểm và phạm vi áp dụng trụ cầu dạng chữ
“V” cho cầu khung bê tông dự ứng lực ở Việt Nam............................................... 26
2.1.1. Đặc điểm chịu lực của các loại trụ khung. .................................................26
2.1.2. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi áp dụng của các loại trụ cầu khung. ..............29
2.2. Lựa chọn các kích thƣớc cơ bản của trụ cầu dạng chữ V cho cầu khung bê
tông dự ứng lực ở Việt nam. ..................................................................................... 31
2.3. Các tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu đúc hẫng ..................... 36
2.3.1. Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu đúc hẫng ......................36
2.3.2. Vật liệu dùng trong kết cấu ........................................................................41
2.3.3. Các nội dung kiểm toán và khả năng làm việc của trụ ..............................42
2.4. Nguyên lý tính toán trụ cầu dạng chữ V cho cầu khung bê tông dự ứng lực. . 47
2.5. Công nghệ thi công trụ cầu khung V ................................................................ 51
2.6. Kết luận chƣơng 2 .............................................................................................. 53


iv
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRỤ CẦU DẠNG CHỮ V CHO
CẦU KHUNG BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC TẠI CẦU BẾN THỦY II (NGHỆ
AN) ............................................................................................................................54
3.1. Tổng quan dự án cầu Bến Thủy II (Nghệ An) ................................................. 54
3.2. Sơ đồ kết cấu nhịp và cấu tạo trụ ...................................................................... 57
3.3. Tính toán và thiết kế trụ khung V cầu Bến Thủy II (Nghệ An) ..................... 58
3.3.1. Cơ sở tính toán và thiết kế .........................................................................58
3.3.2. Dùng phần mềm để mô hình hóa: ..............................................................60
3.3.3. Số liệu đầu vào và tải trọng tác dụng để tính toán trụ khung V cầu Bến
Thủy (Nghệ An) ...................................................................................................62
3.3.4. Kết quả tính toán ........................................................................................66
3.3.5. Bố trí cốt thép DƢL cho trụ khung V cầu Bến Thủy II .............................80
3.3.6. Công nghệ thi công trụ khung V cầu Bến Thủy II ....................................84
3.3.7. Kết luận chƣơng 3 ......................................................................................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................88


v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đang khai thác có chiều dài nhịp
L  100m dùng trụ 1 tƣờng (dạng tƣờng đơn I) ......................................10
Bảng 1.2: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác
chiều dài nhịp L  100m dùng trụ 1 tƣờng (dạng tƣờng đơn I) ...............11
Bảng 1.3: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đang khai thác dùng trụ 2 tƣờng
(dạng tƣờng kép II) ..................................................................................13
Bảng 1.4: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác
dùng trụ 2 tƣờng (dạng tƣờng kép II) ......................................................15
Bảng 1.5: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác
dùng dạng trụ chữ V ................................................................................20
Bảng 1.6: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đã xây dựng và đang khai thác
dùng dạng trụ chữ V ................................................................................22
Bảng 2.1: Bảng so sánh ƣu nhƣợc điểm và phạm vi áp dụng của các loại trụ cầu
khung bê tông dự ứng lực thi công theo công nghệ hẫng ........................29
Bảng 2.2: Bảng hệ số tải trọng ..................................................................................37
Bảng 2.3: Bảng hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thƣờng xuyên, p .......................37
Bảng 3.1: Bảng thông số về kích thƣớc trú ...............................................................62
Bảng 3.2: Bảng tổng hợp hợp tải trọng của kết cấu phần trên ..................................63
Bảng 3.3: Bảng tổng hợp nội lực thân trụ tại mặt cắt 1-1 .........................................65
Bảng 3.4: Bảng tổ hợp nội lực của thân trụ tại mặt cắt 1-1 theo các trạng thái giới hạn..65
Bảng 3.5: Bảng tổng hợp nội lực thân trụ tại mặt cắt 2-2 .........................................66
Bảng 3.6: Bảng tổ hợp nội lực của thân trụ tại mặt cắt 2-2 theo các trạng thái giới hạn..66
Bảng 3.7: Bảng tổng hợp khối lƣợng cáp cho 1 trụ chính cầu Bến Thủy .................81


vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cầu Gateway đƣợc thi công đúc hẫng tại Mỹ sơ đồ nhịp 145+260+145 ...4
Hình 1.2: Cấu tạo một số dạng trụ 1 tƣờng .................................................................9
Hình 1.3: Cầu Lai Hà (Lai Châu) sơ đồ nhịp 75.5+130+75.5 ..................................10
Hình 1.3: Cầu Mangjiedu (Trung Quốc) có chiều cao thân trụ là 220m. .................12
Hình 1.4: Cấu tạo dạng trụ 2 tƣờng. ..........................................................................13
Hình 1.5: Cầu Hàm Luông (Bến Tre) với sơ đồ nhịp 90+3x150+90. .......................14
Hình 1.6: Cấu tạo trụ cầu Pá Uôn ở Lai Châu. .........................................................14
Hình 1.7: Cầu Honghe (Trung Quốc) .......................................................................18
Hình 1.8: Cầu Tulle Viaduct (Pháp) .........................................................................18
Hình 1.9: Cầu Nanpanjiang trụ chữ Y ở Trung Quốc đƣợc xây dựng năm 2001 .....20
Hình 1.10: Cầu Saint Michel ở Pháp (1962) .............................................................21
Hình 1.11: Cầu Taksin ở Thái Lan (1982) ................................................................21
Hình 1.12: Cầu Nguyệt Viên (Thanh Hóa) năm 2013 ..............................................22
Hình 2.1: Biểu đồ mô men của trụ đơn chữ I có liên kết ngàm ................................26
Hình 2.2:Biểu đồ M của trụ chữ Y có liên kết ngàm cứng .......................................27
Hình 2.3a:Biểu đồ M của trụ 2 tƣờng có liên kết ngàm, không có giằng ngang ......28
Hình 2.3b:Biểu đồ M của trụ 2 tƣờng có liên kết ngàm, có giằng ngang .................28
Hình 2.4: Cấu tạo dạng trụ khung chữ V ..................................................................31
Hình 2.5 Mặt cắt ngang cầu Bến Thủy II (Nghệ An) ...............................................33
Hình 2.6: Thông số kích thƣớc của dạng trụ khung chữ V .......................................33
Hình 2.7: Cấu tạo trụ cầu Thanh Trì dạng trụ đơn vƣợt Sông Hồng (Hà Nội) .........34
Hình 2.8: Cầu Thủ Thiêm (Tp Hồ Chí Minh) ...........................................................36
Hình 2.9: Sơ đồ tính trụ khung V ..............................................................................47
Hình 2.10: Cầu Choisy- Roi (Pháp) ..........................................................................50
Hình 3.1: Cầu Bến Thủy hiện tại ..............................................................................54
Hình 3.2: Vị trí cầu Bến Thủy II (Nghệ An) .............................................................56
Hình 3.3a: Sơ đồ nhịp chính của cầu Bến Thủy II (Nghệ An) .................................57
Hình 3.3b: Cấu tạo trụ khung V cầu Bến Thủy II .....................................................57
Hình 3.4: Mặt cắt ngang đáy nhánh V của trụ ..........................................................58


vii
Hình 3.5: Mặt cắt ngang đỉnh nhánh V của trụ .........................................................58
Hình 3.6: Mô hình hóa cầu cầu Bến Thủy II ............................................................60
Hình 3.7: Liên kết trụ khung V với dầm và bệ móng ...............................................60
Hình 3.8: Các ký hiệu kích thƣớc thân trụ khung V, cầu Bến Thủy II(Nghệ An) ....62
Hình 3.9: Biểu đồ Mz của thân trụ ở trạng thái giới hạn sử dụng của cầu Bến
Thủy II (Nghệ An) ...................................................................................68
Hình 3.10: Biểu đồ Qy của thân trụ ở trạng thái giới hạn sử dụng của cầu Bến
Thủy II (Nghệ An) ...................................................................................69
Hình 3.11: Biểu đồ Nx của thân trụ ở trạng thái giới hạn sử dụng của cầu Bến
Thủy II (Nghệ An) ...................................................................................70
Hình 3.12: Biểu đồ Mz của thân trụ ở trạng thái giới hạn cƣờng độ của cầu Bến
Thủy II (Nghệ An) ...................................................................................71
Hình 3.13: Biểu đồ Qy của thân trụ ở trạng thái giới hạn cƣờng độ của cầu Bến
Thủy II (Nghệ An) ...................................................................................72
Hình 3.14: Biểu đồ Nx của thân trụ ở trạng thái giới hạn cƣờng độ của cầu Bến
Thủy II (Nghệ An) ...................................................................................73
Hình 3.15: Biểu đồ mômen do cáp dự ứng lực thân trụ của cầu Bến Thủy II
(Nghệ An) ................................................................................................74
Hình 3.16: Biểu đồ mômen của dầm liên tục ở trạng thái giới hạn cƣờng độ cầu
Bến Thủy II (Nghệ An)............................................................................75
Hình 3.17: Biểu đồ mômen cùa dầm liên tục ở trạng thái giới hạn cƣờng độ dự án
cầu Việt Trì - Ba Vì (Phú Thọ) ................................................................77
Hình 3.18: Sơ đồ bố trí cáp dự ứng lực dầm liên tục (nhóm cáp đỉnh trụ) dự án
cầu Việt Trì - Ba Vì (Phú Thọ) ................................................................78
Hình 3.19: Sơ đồ bố trí cáp dự ứng lực dầm liên tục (nhóm cáp đỉnh trụ) dự án
cầu Bến Thủy II (Nghệ An) .....................................................................79
Hình 3.20: Kích thƣớc chung khối K0 dầm liên tục .................................................80
Hình 3.21a, b,c: Bố trí cáp dự ứng lực thân trụ cầu Bến Thủy II (Nghệ An) ...........82
Hình 3.22: Bố Lắp dựng cốt thép trụ khung V cầu Bến Thủy II (Nghệ An) ............84
Hình 3.23: Hệ đà giáo ván khuôn thi công thân trụ và đốt K0 .................................85


1
MỞ ĐẦU
Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của đất nƣớc mạng lƣới giao
thông đƣờng bộ không ngừng phát triển và hoàn thiện, đóng góp vào sự nghiệp
công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Đây là một bộ phận quan trọng trong kết
cấu hạ tầng kinh tế - xã hội. Vì vậy, cần đƣợc ƣu tiên đầu tƣ phát triển hợp lý, đồng
bộ và bền vững trong một quy hoạch thống nhất có phân công, phân cấp và hợp tác,
liên kết giữa các phƣơng thức vận tải, phù hợp với điều kiện địa lý, tạo thành một
mạng lƣới giao thông thông suốt và có hiệu quả. Đồng thời, phát triển hệ thống
đƣờng bộ đối ngoại gắn kết chặt chẽ với hệ thống đƣờng bộ trong nƣớc để chủ động
hợp tác, hội nhập khu vực và quốc tế.
Hòa vào sự phát triển mạng lƣới giao thông hệ thống cầu đƣờng ngày càng
phát triển đa dạng, đáp ứng đƣợc cả về mặt kỹ thuật và mặt mỹ quan trƣớc yêu cầu
đòi hỏi gắt gao của thời đại. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nên
dần cho phép con ngƣời tìm đến những kết cấu mới, tối ƣu và kinh tế.
Hệ thống cầu ở nƣớc ta phát triển rất đa dạng, hàng loạt loại kết cấu cầu mới
đƣợc xây dựng trong những năm qua nhƣ cầu dây văng, dây võng, cầu vòm thép
nhồi bê tông…mang lại nhiều điểm nhấn đẹp trong sự phát triển của đất nƣớc. Cùng
với đó các loại trụ trong các cầu BT DƢL cũng đƣợc áp dụng ở Việt Nam với nhiều
hình dáng tạo nên sự phong phú tăng thêm tính thẩm mỹ cho những câu cầu.
Ở nƣớc ta các loại trụ hay đƣợc áp dụng là trụ 1 tƣờng, trụ 2 tƣờng và gần
đây một số cầu áp dụng dạng trụ chữ V nhƣ:
+ Cầu Thủ Thiêm (TP Hồ Chí Minh).
+ Cầu Bến Thủy II (Nghệ An).
+ Cầu Nguyệt Viên (Thanh Hóa).
+ Và hiện đang đƣợc xây dựng là cầu Tân Vũ - Lạch Huyện (Hải Phòng).
Vì vậy việc nghiên cứu các đặc điểm, các kích thƣớc cơ bản, ƣu nhƣợc điểm
và sự làm việc của loại trụ này để ứng dụng trong xây dựng cầu BT DƢL đúc hẫng
ở Việt Nam là cần thiết.
Phạm vi nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu vào dạng kết cấu trụ, các
kích thƣớc cơ bản và sự làm việc của trụ chữ V cho cầu BT DƢL đúc hẫng.


2
Cấu trúc của luận văn gồm phần mở đầu, phần kết luận kiến nghị và 3
chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về các dạng trụ cầu BT DƢL đúc hẫng tại Việt Nam
và trên thế giới.
Chƣơng 2: Đặc điểm làm việc, cấu tạo, nguyên lý tính toán trụ cầu dạng chữ
V cho cầu khung BT DƢL ở Việt Nam.
Chƣơng 3: Nghiên cứu ứng dụng trụ cầu dang chữ V cho cầu khung BT
DƢL tại cầu Bến Thủy II (Nghệ An).


3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG TRỤ CẦU BT DƢL ĐÚC HẪNG
TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Tổng quan về cầu BT DƢL đúc hẫng
Khái niệm về cầu BT DƢL đúc hẫng đến nay không còn xa lạ và đã trở nên
thân quen với các kỹ sƣ cầu ở Việt Nam. Có thể nói tóm tắt thi công hẫng thực hiện
bằng phƣơng pháp đúc tại chỗ trên giàn giáo di dộng (xe đúc) gọi là đúc hẫng, khi
đó giàn giáo tựa vào khối đúc trƣớc để đúc các khối tiếp theo, sau khi hoàn thành
mỗi phân đoạn, ván khuôn đƣợc đẩy ra phía trƣớc và quá trình tái diễn cho đến khi
kết thúc, đốt nối cuối cùng của các cánh hẫng gọi là đốt hợp long. Cùng với các quá
trình đúc là quá trình căng kéo cốt thép DƢL để liên kết các khối đúc lại và đảm
bảo cho việc khai thác sau này. Phƣơng pháp thi công đúc hẫng đảm bảo tính liền
khối giữa các đốt đúc, cốt thép DƢL và cốt thép thƣờng đƣợc bố trí qua tất cả các
khối đúc nên khả năng đảm bảo tính toàn khối và chịu lực cắt lớn.
Xét về mặt sơ đồ kết cấu phƣơng pháp thi công hẫng là phƣơng pháp hình
thành kết cấu dần từng bƣớc từ kết cấu tĩnh định trở thành kết cấu siêu tĩnh, do đó
khi tính toán kết cấu phải xét đến sự thay đổi sơ đồ kết cấu theo các bƣớc thi công
cũng nhƣ sự thay đổi tải trọng, ảnh hƣởng của ứng lực thứ cấp, co ngót và từ biến.
Đây chính là điểm khác biệt so với việc thiết kế kết cấu dầm tĩnh định thông thƣờng.
Lựa chọn phƣơng pháp thi công đúc hẫng đối xứng (cân bằng) hoặc không
đối xứng phụ thuộc vào khả năng bố trí xe đúc trên dầm. Nếu không thể bố trí đồng
thời hai xe đúc trên khối đỉnh trụ thì chọn phƣơng pháp đúc không đối xứng với
một hai khối đầu tiên, các khối còn lại đúc đối xứng. Trái lại nếu đủ diện tích để bố
trí đồng thời hai xe đúc trên khối đỉnh trụ thì chọn phƣơng pháp thi công đúc hẫng
đối xứng.
Dầm cầu đúc hẫng có thể liên kết với thân trụ theo kiểu khung cứng, khi đó
khối trên đỉnh trụ đƣợc nối cứng (liên kết ngàm) với trụ ngay từ đầu. Dầm cũng có
thể liên kết với thân trụ theo kiểu liên kết gối, khi đó trong quá trình đúc hẫng cần
phải đặt gối tạm bằng BTCT và các thanh DƢL tạm thời để chống lật trong quá
trình thi công hẫng. Đốt dầm đầu tiên và thƣờng đƣợc gọi là khối K0, đoạn dầm ở
sát mố của nhịp biên thƣờng đƣợc đúc trên đà giáo cố định và gọi là khối KT và đốt


4
nối giữa KT và đốt cuối cùng trên cách hẫng là đốt hợp long KN. Các đốt dầm Ki
tiếp theo đƣợc thi công đúc hẫng đối xứng qua tim trụ bằng xe đúc chuyên dụng và
đƣợc căng các bó cáp DƢL trên bản nắp để chịu mô men âm trong suốt quá trình thi
công và khai thác sau này. Sau khi thi công xong các cánh hẫng thì tiến hành hợp
long theo một trình tự đã đƣợc tính toán. Thƣờng thì sẽ hợp long nhịp biên nối cánh
hẫng ở nhịp biên với khối đúc trên đà giáo KT, công việc này bao gồm cả việc căng
kéo các bó cáp dƣới. Sau đó tiến hành phá bỏ các liên kết tạm (gối tạm và nới lỏng
thanh thép DƢL) và tiến hành hợp long các nhịp tiếp theo. Đối với cầu nhịp lớn có
thể cần phải căng bổ sung các bó cáp DƢL ngoài để đảm bảo chịu lực.
Nhƣ vậy phƣơng pháp xây dựng đúc hẫng là xây dựng kết cấu nhịp từ những
đốt liên tiếp nhau, mỗi đốt sau khi đã đƣợc thi công sẽ đỡ trọng lƣợng của đốt tiếp
theo và đà giáo ván khuôn cùng thiết bị thi công. Việc thi công hẫng có ƣu điểm nổi
bật là không cần phải làm đà giáo cố định, do đó không phụ thuộc vào địa hình bên
dƣới do đó có thể thích hợp với mọi địa hình đặc biệt là các cầu có trụ cao khi mà
các công nghệ khác tỏ ra không hiệu quả. Thông thƣờng mỗi đốt đúc khoảng 7
ngày, đặc biệt có những cầu chỉ đúc trong 5 ngày.

Hình 1.1: Cầu Gateway được thi công đúc hẫng tại Mỹ sơ đồ nhịp 145+260+145


5
1.1.1. Lịch sử phát triển cầu BT DƯL đúc hẫng tại Việt Nam
Trong những năm gần đây ngành thi công cầu ở Việt nam đã có những
chuyển biến đáng kể trong việc đầu tƣ vào công nghệ thi công, một trong những
công nghệ đó là “Công nghệ thi công dầm hộp liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực
bằng phƣơng pháp đúc hẫng cân bằng” (gọi tắt là công nghệ đúc hẫng) áp dụng cho
thi công kết cấu nhịp bằng BT DƢL của các cầu liên tục khẩu độ lớn. Vào những
năm cuối thập kỷ 80 việc xây dụng cầu bê tông ứng suất trƣớc theo phƣơng pháp thi
công hẫng chỉ dừng ở khẩu độ lớn nhất xấp xỉ 63m, kết cấu tĩnh định với công nghệ
vật liệu, thiết bị xây dựng và công cụ tính toán còn rất lạc hậu, chƣa kể nhiều vấn đề
về cấu tạo còn khá thô sơ. Thời điểm đó sự kiện đã xây dựng thành công cầu khung
T dầm đeo vƣợt nhịp lớn với sơ đồ nhịp 43+63+42m đƣợc xem là một thành công
nhƣ cầu Rào, cầu Niêm, cầu An Dƣơng tại Hải Phòng hoặc cầu Bo ở Thái Bình, cầu
Bình đƣờng 188, cầu An Thái ở Hải Dƣơng, Cầu Vát tại Bắc Giang…Tuy nhiên sự
cố sập cầu Rào ngày 16/6/1987 cũng nhƣ các yêu cầu thực tiễn là phải nhanh chóng
xây dựng nhiều cầu vƣợt sông, thung lũng hay vị trí cửa biển có khẩu độ lớn, kết
hợp với việc phải sớm tiếp cận, đổi mới và nắm bắt bí quyết về công nghệ xây dựng
cầu với khả năng nhập vật tƣ, thiết bị hiện đại từ những nƣớc có trình độ phát triển
cao ngày càng thuận lợi thì công tác nghiên cứu ứng dụng, chuyển giao công nghệ
thi công cầu bê tông ứng suất trƣớc khẩu độ lớn theo phƣơng pháp đúc hẫng đã trở
thành một vấn đề thời sự cần quan tâm.
Cây cầu đầu tiên đƣợc lựa chọn để thực hiện mục tiêu chuyển giao và ứng
dụng công nghệ nêu trên là cầu Phú Lƣơng trên Quốc lộ 5, tỉnh Hải Dƣơng. Cầu
chính có sơ đồ nhịp 65+2x102+65 bằng BT DƢL, mặt cắt ngang gồm hai hộp riêng
biệt vách đứng, mỗi hộp rộng 11m, tổng bề rộng cầu là 23m. Đối tác chuyển giao là
hãng VSL - Thụy Sỹ. Đơn vị tiếp nhận thiết kế là TEDI, đơn vị thi công là công ty
Cầu 12. Ngoài ra, cũng ở thời điểm này trong khuôn khổ viện trợ không hoàn lại từ
chính phủ Pháp đã xây dựng cầu Sông Gianh BT DƢL, thuộc tỉnh Quảng Bình. Cầu
có sơ đồ nhịp 37,4 + 58 + 90,6 + 3 x 120 + 90,6 + 58 + 37,4m; mặt cắt ngang gồm 1
hộp, hai vách xiên, bề rộng tổng cộng bằng 12m. Cầu Sông Gianh có chiều dài toàn
cầu Ltc= 700m, khẩu độ nhịp chính 120, bằng BT DƢL với các bó cáp nằm trong và
ngoài bê tông vƣợt nhịp lớn đến 120m là kết cấu mới trong nƣớc thời bấy giờ.


6
Tham khảo các kinh nghiệm thiết kế, giải quyết thi công cầu Phú Lƣơng và
kinh nghiệm Tƣ vấn giám sát cầu Sông Gianh các kỹ sƣ Tƣ vấn trong nƣớc đã mạnh
dạn đi từng bƣớc vững chắc trong việc triển khai thiết kế, giám sát xây dựng nhiều
cầu dầm hộp dạng liên tục, BT DƢL thi công theo phƣơng pháp đúc hẫng cân bằng.
Khẩu độ nhip chính từ 61m, 63m, 70m, 85m, 90m, 100m, 102m, 110m, 120m,
130m, 135m và gần đây nhịp lớn nhất là 150m ở cầu Hàm Luông ở tỉnh Bến Tre
(năm 2010) và cầu Cửa Đại tỉnh Quảng Nam (năm 2015). Các cầu dầm hộp đã
đƣợc xây dựng trong nƣớc thời gian qua có mặt cắt ngang gồm hai, ba vách đứng,
hoặc hai, ba vách xiên, bề rộng hộp hay đổi từ 11m đến 23m với cáp DƢL nằm
trong hoặc nằm ngoài bê tông. Có thể nói sự phát triển cầu đúc hẫng ở Việt Nam
nhanh chƣa từng có, vì những ƣu điểm vƣợt trội so với cầu khác và sự phù hợp của
nó đối với điều kiện tự nhiên ở nƣớc ta. Tuy nhiên cầu đúc hẫng nhịp lớn trên 150m
chƣa đƣợc nghiên cứu, thiết kế và xây dựng.
1.1.2. Ưu nhược điểm của cầu BT DƯL đúc hẫng
Qua các công trình đã thiết kế, đúc rút kinh nghiệm trong các năm qua có thể
rút ra một số ƣu nhƣợc điểm của cầu đúc hẫng nhƣ sau:
 Ƣu điểm:
- Có khả năng vƣợt nhịp lớn, đáp ứng đƣợc khổ thông thuyền cũng nhƣ vƣợt
qua các thung lũng sâu.
- Khi hoàn thành kết cấu có độ ổn định cao, dao động nhỏ dƣới tác dụng của
hoạt tải xe và gần nhƣ không bị ảnh hƣởng của tác động gió bão. Ngƣời đi trên cầu
không có cảm giác sợ hãi nguy hiểm.
- Trụ cầu có thể rất cao và làm việc liên hợp với dầm tạo ra một hệ khung ổn
định.
- Kiến trúc tƣơng đối đẹp, đáp ứng đƣợc nhu cầu mỹ quan ngày càng cao của
con ngƣời.
- Phù hợp với nhiều điều kiện địa hình, địa chất và các loại khí hậu.
- Việc xử lý mối nối là tƣơng đối đơn giản, kết cấu có tính toàn khối cao vì
đƣợc đổ tại chỗ do đó tuổi thọ cao.
- Công nghệ thi công không quá phức tạp, phù hợp với năng lực thi công của
Nhà Thầu Việt Nam.


7
- Giá thành xây dựng tuy cao hơn cầu dầm giản đơn nhƣng thấp hơn giá
thành xây dựng các cầu dạng liên tục vƣợt nhịp lớn nhƣ cầu dàn thép, cầu dây văng,
extradosed, vòm ống thép nhồi bê tông…
- Không tốn nhiều đà giáo ván khuôn, đà giáo ván khuôn (xe đúc) có thể
luân chuyển, sử dụng nhiều lần cho nhiều cầu và do đà giáo đƣợc treo trực tiếp trên
các đốt dầm đã đúc nên không phụ thuộc vào chiều cao cầu do đó làm giảm đáng kể
kinh phí.
 Nhƣợc điểm:
- Việc khống chế độ vồng của cầu trong những năm đầu là tƣơng đối khó
khăn, tuy nhiên ngày nay với kinh nghiệm nâng cao cùng với công nghệ máy tính
hiện đại việc này không còn gặp khó khăn.
- Trong quá trình thi công cánh hẫng độ ổn định không cao, độ dao động lớn
dƣới tác dụng của gió, mƣa, đặc biệt là đối với cánh hẫng lớn (cầu nhịp lớn). Vì vậy
đòi hỏi phải chọn thân trụ và liên kết phù hợp để hạn chế vấn đề này.
- Khả năng vƣợt nhịp lớn là tƣơng đối hạn chế, theo thống kê đến năm 2010
tại Việt Nam thì nhịp lớn nhất là 150m (Cầu Hàm Luông), còn phần lớn các cầu còn
lại có nhịp nhỏ hơn 130m. Tuy nhiên trên thế giới với cầu đúc hẫng phổ biến là nhịp
200m và cá biệt có nhịp vƣợt 300m.
- Chiều cao kết cấu tƣơng đối lớn, đặc biệt là đối với nhịp lớn ví dụ nhịp
130m chiều cao kết cấu của dầm tại vị trí trụ là 7,3m (nhƣ cầu Thanh Trì), chiều cao
đối với nhịp 150m là 8,3m (nhƣ cầu Hàm Luông).
- Có thể xảy ra vết nứt cục bộ do từ biến co ngót, nhiệt độ hay một số
nguyên nhân chƣa đƣợc xác định.
- Đòi hỏi công nhân và kỹ sƣ có trình độ cao, tuy nhiên hiện nay ở nƣớc ta
đã làm chủ đƣợc công nghệ nên không gặp nhiều khó khăn.
- Khi cầu nằm trong đƣờng cong bán kính nhỏ thì việc thi công cầu là tƣơng
đối khó khăn khi di chuyển xe đúc, theo các nghiên cứu thì chỉ mới thực hiện đƣợc
ở cầu có bán kính trên 250m.
1.2. Các loại trụ trong cầu khung thi công theo công nghệ hẫng
Cầu khung thi công theo công nghệ hẫng hiện nay đƣợc áp dụng nhiều ở Việt
Nam và thế giới do có nhiều ƣu điểm nhƣ khả năng vƣợt đƣợc nhịp lớn, đáp ứng


8
đƣợc khổ thông thuyền cũng nhƣ vƣợt qua các thung lũng sâu, có kiến trúc đẹp đáp
ứng đƣợc nhu cầu mỹ quan ngày càng cao của con ngƣời.
So với trụ cầu dầm liên tục, trụ cầu khung có ƣu điểm là đảm bảo đƣợc độ ổn
định trong quá trình thi công hẫng. Do trong quá trình thi công dầm đúc hẫng từ trụ
ra khó có thể tránh đƣợc mô men lật gây ra bởi mất cân bằng hai cánh hẫng với các
lý do chủ yếu sau:
+ Đổ bê tông không đồng thời (đốt Ki bên trái đã đổ, bên phải chƣa đổ).
+ Vị trí tải trọng thi công tạm thời (Ví dụ nhƣ tải trọng xe đúc ở hai vị trí
không đối xứng nhau)
+ Rủi ro trong thi công (rơi ván khuôn xe đúc + bê tông ƣớt).
+ Trọng lƣợng bê tông hai bên cánh hẫng không cân bằng.
Các loại trụ cầu khung thi công theo công nghệ hẫng thƣờng có dạng: loại 1
tƣờng (dạng tƣờng đơn I), loại 2 tƣờng (dạng tƣờng kép II) và dang trụ chữ V.
 Trụ 1 tƣờng (dạng tƣờng đơn I):
Trụ một tƣờng có cấu tạo đơn giản dễ thi công, chịu va xô tầu bè lớn, phù
hợp áp dụng cho trụ có chiều cao H  40m và chiều dài nhịp L  130m. Về mặt cấu
tạo kích thƣớc thân trụ theo phƣơng dọc cầu tùy theo độ mảnh cần thiết chịu lực mà
đƣợc chọn cho hợp lý, đối với các nhịp có kích thƣớc nhịp chính L<120m thƣờng
có bề dày thân trụ 3,0~3,5m, bề rộng bằng bề rộng đáy hộp (có mở rộng thêm hai
bên để rẽ nƣớc hoặc tạo mỹ quan). Thân trụ thƣờng có kích thƣớc không đổi từ dƣới
móng đến dầm. Với một số trụ đặc biệt, có cấu tạo kích thƣớc bề rộng thân trụ thay
đổi để tiết kiệm vật liệu hay tạo dáng kiến trúc. Đầu trụ hƣớng vuông góc với dòng
chảy thƣờng đƣợc vuốt tròn hay tạo vát nhằm tạo sự êm thuận đối với dòng chảy
tránh xói lớn tại vị trí móng trụ cầu. Đối với cầu cạn, cầu qua thung lũng hoặc sông
nƣớc chảy tốc độ chậm thân trụ có thể hình vuông vát góc tạo mỹ quan đẹp.


9
MÆt chÝnh

MÆt bªn

(ngang cÇu)

(Däc cÇu)

MÆt b»ng th©n trô
®Çu l-în trßn

®Çu v¸t nhän

§Çu v¸t gãc

MÆt chÝnh

MÆt bªn

(ngang cÇu)

(Däc cÇu)

Hình 1.2: Cấu tạo một số dạng trụ 1 tường


10
Bảng 1.1: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đang khai thác có chiều dài nhịp
L  100m dùng trụ 1 tường (dạng tường đơn I)
Năm
TT Tên cầu

xây

Vị trí

Sơ đồ kết cấu

dựng
01
02
03

04

Phú
Lƣơng
Hàm
Rồng

1996
2009

Dƣơng
Thanh
Hóa

11,5

65+130+65

11

60+100+60

12

Hải

Dƣơng II

Phòng

Cửa

Quảng

66 + 3x105 +

Trị

66

Tùng

2007

Lai Hà

Hòa
Bình
Lai
Châu

cầu (m)

65+2x102+65

An

05 Tạ Khoa 2003

06

Hải

Bề rộng

Chiều
cao trụ

Ghi chú

(m)
20

Một trụ ngàm,
dạng trụ I
Hai trụ ngàm, dạng
trụ I

8

Hai trụ ngàm, dạng
trụ I
Dạng trụ tƣờng

9

13

đơn I, có 2 trụ
ngàm ở giữa
Dạng trụ tƣờng

78+ 2x130+78

11

đơn I, có 2 trụ
ngàm ở giữa
Dạng trụ tƣờng

75,5+130+75.5

9

40

đơn I (rỗng), ngàm
cứng với dầm

Hình 1.3: Cầu Lai Hà (Lai Châu) sơ đồ nhịp 75.5+130+75.5


11
Bảng 1.2: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác chiều
dài nhịp L  100m dùng trụ 1 tường (dạng tường đơn I)
Tên cầu

Năm
xây
dựng

Sơ đồ cầu hoặc
nhịp lớn nhất

Chongqing Bridge
86,5+4x138+156+
over Yangtze ở
1980
174+104,5
Trung Quốc
Waihai Bridge ở
Trung Quốc

1988

Liuku Bridge over
Nujiang ở Trung
Quốc

55+7x110+55

Bề
Chiều
rộng
cao trụ
cầu
10

60~70

17,0 50~60

85+154+85 (dài
1991

Ghi chú

Các trụ tƣờng đơn I ngàm
cứng với dầm
Các trụ tƣờng đơn I ngàm
cứng với dầm

nhất Trung Quốc
tại thời điểm này)

10

10

Các trụ tƣờng đơn I, kê gối
đỡ dầm

75+7x120+75

9

10

Trụ dạng tƣờng đơn I, kê
gối đỡ dầm

Dongming Bridge
over Yellow River
ở Trung Quốc (co
anh)
Chizu Viaduct ở
Nhật

Stolma Bridge

2001

1998

80+2x140+80
94+301+72
(Cầu có nhịp đúc
hẫng dài nhất thế

70~80

9

20

giới)

Trụ tƣờng đơn I (hộp rỗng)
ngàm cứng với dầm
Trụ tƣờng đơn I (hộp rỗng)
ngàm cứng với dầm, bê
tông tỉ trọng thấp
1,94T/m3, fc’=60Mpa

Bouira Bridge ở
Angeri

200

130

Trụ dạng tƣờng đơn I (hộp
rỗng) ngàm cứng với dầm

Labajin Bridge ở
Trung Quốc

200

220

Trụ dạng tƣờng đơn I (hộp
rỗng) ngàm cứng với dầm

Mangjiedu Bridge
2009
ở Trung Quốc

220

220

Trụ dạng tƣờng đơn I (hộp
rỗng) ngàm cứng với dầm

2010

220

215

Trụ dạng tƣờng đơn I (hộp
rỗng) ngàm cứng với dầm

Votonosi Bridge ở
2005
Greece

230

100

Trụ dạng tƣờng đơn I (hộp
rỗng) ngàm cứng với dầm

Agas-Agas Bridge
1982
ở Philippines

177

100

Trụ dạng tƣờng đơn I (hộp
rỗng) ngàm cứng với dầm

Houzihe River
Bridge ở Trung
Quốc


12

Hình 1.3: Cầu Mangjiedu (Trung Quốc) có chiều cao thân trụ là 220m.
Nhận xét: Mặc dù dạng trụ 1 tƣờng có nhiều ƣu điểm và đƣợc sử dụng rộng
rãi nhƣng vẫn có những nhƣợc điểm riêng nhƣ chiều rộng theo phƣơng dọc cầu
thƣờng lớn để đảm bảo độ ổn định trong quá trình thi công cánh đức hẫng, nhƣ đối
với cầu Thanh Trì bề rộng trụ theo phƣơng dọc cầu lên tới 9m làm giảm mỹ quan
của toàn cầu. Với việc nghiên cứu và xây dựng dạng trụ 2 tƣờng phần nào đã khắc
phục đƣợc những nhƣợc điểm của trụ 1 tƣờng để lại.
 Trụ 2 tƣờng (dạng tƣờng kép II):
Trụ 2 tƣờng phù hợp với cầu có chiều cao thân trụ H  40m và chiều dài nhịp
L  100m (xem bảng 1.3 và 1.4). Về cấu tạo: kích thƣớc thân trụ dạng 2 tƣờng có
liên kết ngang hoặc không có liên kết ngang (thông thƣờng khoảng trên 30m có một
liên kết ngang). Mỗi thân tƣờng có mặt cắt chữ nhật đặc, bề dày thân khoảng
2~2,5m. Khoảng cách giữa 2 tƣờng đƣợc lấy tùy theo sơ đồ nhịp, các yêu cầu chịu
lực mà đƣợc lựa chọn cho phù hợp. Bề rộng theo phƣơng ngang cầu đƣợc lấy phù
hợp với bề rộng đáy dầm (thƣờng lấy bằng đúng bề rộng đáy dầm).


13
(ngang cÇu)

8200

mÆt bªn trô

(Däc cÇu)

8200

mÆt chÝnh trô

15000

15000

8000

9000

2000

3000

2000

5000

2000

3000

2000

4000

2300

8000

2300

6200

2000 2000

6200

29000

19000

Hình 1.4: Cấu tạo dạng trụ 2 tường.
Bảng 1.3: Bảng thống kê một số cầu ở Việt Nam đang khai thác dùng trụ 2 tường
(dạng tường kép II)
Bề
Tên cầu

Vị trí

Sơ đồ kết cấu

rộng
cầu

Hang
Tôm

Tà Vinh

Chiều
cao trụ

Dạng trụ tƣờng kép
Quốc lộ 12 42+73+120+73+42

8

60

Quốc lộ
14D

Pa Uôn khi có thủy

Dạng trụ tƣờng kép
75,5 +130 +75,5

9

60

Bến Tre

II, ngàm cứng với
dầm, có giằng ngang
Dạng trụ tƣờng kép

75,5+4x130+75,5

9

90

điện Sơn La

Luông

II, ngàm cứng với
dầm, có giằng ngang

Tránh ngập

Hàm

Ghi chú

II, 3 trụ giữa ngàm
cứng với dầm, trụ
biên kê một hàng gối

90+3x150+90

16

20

Dạng trụ tƣờng kép II
ngàm cứng với dầm


14

Hình 1.5: Cầu Hàm Luông (Bến Tre) với sơ đồ nhịp 90+3x150+90.

Hình 1.6: Cấu tạo trụ cầu Pá Uôn ở Lai Châu.


15
Bảng 1.4: Bảng thống kê một số cầu ở Trung Quốc và thế giới đang khai thác dùng
trụ 2 tường (dạng tường kép II)
Năm
Tên cầu

xây

Bề
Sơ đồ cầu

dựng
Yicheng
Bridge over
Letianxi ở

rộng
cầu

Chiều

85,8+
1990

2x125

Trụ dạng tƣờng kép II có
15,5

30

+85,8

Trung Quốc

Ghi chú

cao trụ

1 giằng ngang, kê 2 hàng
gối đỡ dầm trên 1 trụ
Trụ dạng tƣờng kép II
cách nhau 10m, bề dày

Louxi Bridge
ở Trung Quốc

1988

65+125+
180+110

15,5

60

một tƣờng 2,2m, không
giằng, ngàm cứng. Có
thiết kế hệ thống chống
và xô xung quanh hệ cọc

Yuanling
Bridge over
Yuanshui ở

1991 85+140+85+42

16

70

Trụ dạng tƣờng kép II,
không giằng ngàm cứng.

Trung Quốc
162,5+
Huangshi

3x245+

Bridge over

162,5 (chiều dài

Yangtze River

1996

ở Trung Quốc

lớn nhất Trung

Trụ dạng tƣờng kép II,
20

50

không giằng ngàm cứng
với dầm

Quốc và lớn thứ
2 thế giới)

Trụ dạng tƣờng kép II,
Kilifi Bridge

100+185+100

20

không giằng ngàm cứng
với dầm

Gateway
Bridge

1985

145+260+145

21,93

64,5

Trụ dạng tƣờng kép II,
không giằng ngàm cứng.


16
Năm
Tên cầu

xây

Bề
Sơ đồ cầu

dựng

rộng
cầu

Chiều

Ghi chú

cao trụ

Trụ dạng tƣờng kép II,
Raftsundet

1998

86+202
+298+125

10,3

30

không giằng ngàm cứng
với dầm. Khoảng cách hở
giữa hai giằng khoảng 3m.

Schottwien ở
Autralia

1991

250

130

Talyxbergang

không giằng ngàm cứng.
Trụ dạng tƣờng II, có 2

Lavant Bridge 2007

95+4x160+95

165

ở TQ

giằng ngàm cứng. (trụ
cầu cao nhất Châu Âu)
Trụ dạng tƣờng kép II, có

Liuguanghe
Bridge ở

Trụ dạng tƣờng kép II,

2001

240

297

Trung Quốc

2 giằng ngàm cứng với
dầm. (trụ cao nhất thế giới
tính đến năm 2003)

Mashuihe

Trụ dạng tƣờng kép II,

River Viaduct 2009

3x200

219

có một giằng ngàm cứng

ở Trung Quốc

với dầm

Shuanghekou

Trụ dạng tƣờng kép II,

Bridge ở

2009

90+2x170+90

203

có 2 giằng và ngàm cứng

Trung Quốc

với dầm

Longtanhe

Trụ dạng tƣờng kép II,

River Viaduct 2009

3x200

197

ở Trung Quốc

có 2 giằng và ngàm cứng
với dầm
Trụ thân phần dƣới dạng
hộp, phần bên trên dạng

Gorsexio
Bridge ở Italia

1977

3x144

177

tƣờng kép II nối cứng
với dầm. Phần tƣờng kép
II rất mỏng cao khoảng
30m. Trụ bằng thép


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×